具有时间同步的双向收发信机的制作方法

本申请要求享有2016年8月30日提交的名为“bi-directionaltransceiverwithtimesynchronization”的美国临时申请62/381,546的权益和优先权，所述申请在这里被全部引入以作为参考。

背景技术：

本公开主要涉及用于网络的时间同步。时间同步的目的是协调不同网络组件中的原本独立的时钟。

在不同网络上运行的众多服务需要精确的时间同步以进行正确的操作。举例来说，如果交换机没有以相同的时钟速率运行，那么将会发生滑动(slip)，并且性能将会降级。很多网络依赖于使用高精确的主参考时钟，其中该时钟是用同步链路和同步供应单元在全网分发的。为了支持一些移动系统的空中接口的需求，通常会需要精确的时间同步或相位同步。不同基站之间的精确的时间同步对于网络的正常运行来说是非常重要的。例如，精确的时间同步可以在设备(例如手机)从一个基站转移到另一个基站的时候促成其切换，或者可以促成各种应用，这其中包括基于位置的服务、载波聚合、协作多点传输以及中继功能。精确的时间同步还可以有助于精确定位移动设备，例如手机。

请求保护的主题并不局限于解决如上公开的环境中的缺陷或是只在该环境中工作的实施例。提供本背景技术部分仅仅是为了例证可以使用本公开的示例。

技术实现要素：

本公开主要涉及用于网络的时间同步。在一些配置中，时间同步信号可以与通过双向光缆传播的主信号和/或数据信号结合。

在一些方面，系统可以包括光纤和光电模块。该光电模块可以包括光发射机和控制器。该光发射机可以与光纤光学耦合。该控制器可以通信地耦合到光发射机。该控制器可被配置成操作光发射机以发送数据信号通过光纤。该光电模块可被配置成随数据信号一起发送时间同步信号通过光纤。

在一些实施例中，光复用器或光解复用器可以光学耦合在光电模块与光纤之间。

在一些方面，时间同步信号可被振幅调制、频率调制或波长调制，以与数据信号一起被发送通过光纤。

该光纤可以是双向光纤。该系统可以是双向密集波分复用系统或双向无色系统，并且该系统可被配置成发送数据信号和时间同步信号在第一方向和相反的第二方向上通过光纤。

该控制器可以对将要与数据信号一起在光纤上发送的时间同步信号执行频率调制、波长调制或振幅调制。

光电模块可以包括时间同步信号检测模块，该时间同步信号检测模块被配置成从光纤接收所接收的时间同步信号。所接收的时间同步信号可以被频率调制、波长调制或振幅调制，并且与所接收的数据信号一起被接收。

该控制器可以包括功率和消光比(er)控制模块，该功率和er控制模块可被配置成调制由光发射机发射的信号的振幅，以将数据信号与时间同步信号相结合。该控制器可以包括被配置成接收一个或多个时间同步输入的输入级。该控制器可以包括驱动器，该驱动器接收数据输入信号并驱动光发射机。

该光电模块可以包括光接收机，该光接收机光学耦合以接收来自光纤的光信号。该光电模块可以包括被配置成检测通过光纤接收的时间同步信号并输出时间同步输出信号的时间同步信号检测模块。

该光电模块可以包括时间同步信号检测模块，该时间同步信号检测模块包含放大器、与该放大器耦合的低通滤波器以及与该低通滤波器耦合的限幅放大器。

该光电模块可以包括功率控制器，该功率控制器可以包含功率和消光比(er)控制模块以及接收数据输入信号的驱动器。该光电模块可以包括波长控制器，该波长控制器可以包括：被配置成接收一个或多个时间同步输入的输入级；以及被配置成通过改变光发射机所发射的信号的频率或波长而随数据信号一起在光纤上发送时间同步信号的温度和波长控制模块。

该光发射机可以是可调谐激光器，并且该光电模块可以包括光学耦合到光纤的可调谐滤波器。

该光电模块可以包括时间同步信号检测模块，该时间同步信号检测模块可以包括：限幅放大器、与限幅放大器耦合的标间比率检测器、以及与标间比率检测器耦合的滤波器控制器。该滤波器控制器可被配置成控制可调谐滤波器。该光电模块可以包括光学耦合到可调谐滤波器的监控光电二极管，并且该监控光电二极管可以电耦合到限幅放大器。

该光电模块可以包括分路器，该分路器被配置成引导一部分光信号经由可调谐滤波器到监控光电二极管。

该光电模块可以包括与光纤光学耦合的第二光发射机，以及通信耦合到光发射机的第二控制器。该控制器可被配置成操作第二光发射机来随数据信号一起发送时间同步信号通过光纤。

该光电模块可以包括与光纤光学耦合的光接收机。光接收机可被配置成从光纤接收所接收的时间同步信号。该光电模块可以包括通信耦合到光接收机的时间同步信号检测模块。在一些方面，所发送的时间同步信号与所接收的时间同步信号可以包含不同的波长。

该光电模块可以包括光学耦合在光发射机与光纤之间的分路器，并且该分路器还可以光学耦合在光接收机与光纤之间。该分路器可被配置成将所发送的时间同步信号从光发射机引导到光纤；以及将所接收的时间同步信号从光纤引导到光接收机。在一些方面，所发送的时间同步信号与所接收的时间同步信号可以包含相同的波长。

在一些配置中，光发射机可以是直接调制光发射机、具有外部调制器的可调谐激光器、具有mach-zehnder调制器的可调谐激光器、和/或具有电吸收调制器的可调谐激光器。

本发明内容部分以简化的形式引入以下在具体实施方式部分中被进一步描述的一系列概念。本发明内容部分既不用于确定请求保护的主题的关键特征或基本特征，也不用于帮助确定请求保护的主题的范围。

附图说明

图1是具有基于gps的时间同步的无线网络的示例的示意图。

图2是无线网络的一部分的示意图。

图3是无线网络的另一个示例的示意图。

图4a是双向无色系统的示例的示意图。

图4b是双向密集波分复用(“dwdm”)系统的示例的示意图。

图5a-5b是单向的双光纤系统的示意图。

图6a-6b是双向的单光纤系统的示意图。

图7是定时电路的示例的示意图。

图8是例示的双光纤单向系统的示意图。

图9示出了图8的系统的时间同步输入和输出。

图10是收发信机的示例的示意图。

图11是图10的收发信机的示意图。

图12是双向光学子配件的示例的示意图

图13是图10和11中的收发信机的一部分的示意图。

图14是收发信机的示例的示意图。

图15是图14中的收发信机的示意图。

图16是双向光学子配件的示例的示意图

图17是图14和15中的收发信机的一部分的示意图。

图18是收发信机的另一个示例的示意图。

图19是收发信机的另一个示例的示意图。

具体实施方式

本公开的不同方面是通过参考附图以及使用特定语言来描述的。以这种方式使用附图和说明书不应被解释成对其范围进行限制。依照本公开(包括权利要求)，附加的方面将是显而易见的，并且是可以通过实践获知的。

本公开主要涉及用于网络的时间同步。在“timeandphasesynchronizationaspectsofpacketnetworks”revisedrecommendationitu-tg.8271/y.1366,july,2016,internationaltelecommunicationunion(可在https://www.itu.int/rec/t-rec-g.8271-201607-p/en得到)中描述了时间同步方法和系统的示例，所述文献被全部引入以作为参考。

在不同网络上运行的众多服务需要精确的时间同步以进行正确的操作。举例来说，如果交换机没有以相同时钟速率运行，那么会出现滑动，并且性能将会降级。很多网络依赖于使用高精确的主参考时钟，其中该时钟是使用同步链路和同步供应单元在全网分发的。正如在时分双工(tdd)系统(例如ltetdd)中那样，或者在支持多媒体广播/多播(mbms)的时候，为了支持一些移动系统的空中接口的需求，通常会需要精确的时间同步或相位同步。不同基站之间的精确的时间同步(例如时间同步值<|±1|)对网络的正常运行来说会是非常重要的。例如，精确的时间同步可以在设备(例如手机)从一个基站转移到另一个基站的时候促成其切换，或者可以促成各种应用，这其中包括基于位置的服务以及一些lte-a特征。可得益于精确的时间同步的lte-a特征可以包括载波聚合、协作多点传输(也被称为网络mimo)以及中继功能。精确的时间同步还可以有助于精确地定位移动设备，例如手机。

下表1列出了如在itu-tg.8271(分组网络的时间和相位同步方面)中定义的时间和相位需求分类。基于位置的服务以及一些lte-a特性有可能需要甚至更高的处于纳秒级的时间同步精度，这使得系统实施更具挑战性。

对于众多常规无线网络来说，时间同步是以来自全球定位系统(“gps”)的信息为基础的。图1是具有基于gps的时间同步的无线网络100的示例的示意图。如所示，网络100包括经由传输设备106通信耦合到回程接入网络104的基站102。在一些配置中，基站102和回程接入网络104可以交换快速以太网(fe)或千兆以太网(ge)信号。该回程接入网络104通信耦合到回程城域网108。该回程城域网108可以通信耦合到演进分组核心(epc)或无线核心网络110。网络104、108、110和基站102可以代表网络100的不同层。

定时信息可以由备用时钟源112和/或备用时钟源114提供。特别地，时钟源112、114可以产生提供给网络100中的不同组件的时钟信号。在图示配置中，时钟信号是用gps天线116、118分发的。网络100的每一个基站102都可以包括gps天线，以便借助gps天线118来获得定时信息。此类配置可以针对时分双工(“tdd”)系统(例如在中国部署的系统)或码分多址(“cdma”)系统(例如在美国或其他国家部署的系统)来实施。对基于gps的时间同步来说，用于时间同步的信号可以包括每秒脉冲(“1pps”)信号以及日期时间(“tod”)信息。

图2是无线网络200的一部分的示意图。如图2中例示的那样，在一些使用了基于gps的时间同步的常规网络中，gps接收机202通信耦合到gps天线204，以便远程接收来自gps天线204的信号。在gps天线204与gps接收机202之间可以耦合一个再生器206，以便放大gps信号。通过包含防雷模块208，可以保护组件免受雷击或其他电气干扰的影响。该gps接收机202可以接收gps信号，并且可以将1pps和tod信号传送到基站210(例如经由电缆)。在一些配置中，该gps接收机202可被连接到基站210或嵌入基站210。在一些情况中，1pps和tod信号可具有大约200纳秒的精度。

在一些情况中，图2所示的配置可以在图1的网络100中实施。特别地，通过实施图2所示的配置，可以为图1的基站102提供时间同步信号。

实施基于gps的时间同步的网络可以具有良好的精度(例如大约30纳秒)，但是此类配置的部署成本有可能相对较高。特别地，使用许多gps天线/接收机将会使实施基于gps的时间同步的处理的成本相对较高。

图3是无线网络300的另一个示例的示意图。网络300可以包括网络100的任何适当方面，并且相似或相同的特征是用相似的编号指示的。

如图3中举例显示的那样，一些网络(例如网络300)可以包括光收发信机302以使用光信号来传送数据通过至少一部分网络。特别地，网络300实施通过光纤304、306耦合的双工收发信机302。在一些配置中，网络可以是单向光学系统。此类系统被配置成通过单独的第一光缆而在一个方向上传送光信号，以及通过与第一光缆不同的第二电缆而在相反的第二方向上传送信号。此类系统可以被认为是“单向的”，因为每一根光缆都仅仅用于在一个方向上传送光信号。单向光学系统可以实现通过两根光纤304、306耦合的双工收发信机302，其中一根光纤304用于在第一方向上传送数据，及另一根光纤306用于在相反的第二方向上传送数据通过网络。在一些情况下，所述第一和第二方向可被称为东向/西向。

一些网络(例如包含了双工收发信机的网络)可以实施如在ieee1588-2002标准中定义的精确时间协议(ptp)同步协议或是ieee1588-2008标准(“ieee1588v2”)中定义的ptp版本2。在ptp版本2中，时间同步至少可以部分通过在主单元与从单元之间发送同步信号来执行。例如，主单元可以向从单元发送信号，并且从单元向主单元发送响应。然而，在此类配置中，由于信号通过传输介质(例如光缆)传播会耗费时间，因此有可能会存在时延。为了精确的时间同步，在时间同步方案中有必要对这个时延加以考虑。

为了虑及该时延，主单元可以接收响应并计算发送信号的时间与接收响应的时间之间的时间差或延迟。该时间差可被分成两半，以估计该时延是第一方向的(主设备到从设备)以及第二方向的(从设备到主设备)。

该延迟可以代表通信介质(即光纤)上的时延，以使时间同步系统可以补偿该延迟。然而，这种估计只有在第一方向与第二方向上的时延近似相等的情况下是精确的。如果第一方向上的时延不同于第二方向上的时延，那么时间同步系统件有可能无法恰当顾及时延差异，由此可能导致出现时间同步问题。时延差异既有可能是由第一通信介质(例如东光纤)与第二通信介质(例如西光纤)之间的长度差造成的，也会在第一或第二通信介质的长度因为某种原因而改变的情况下出现。此外，时延差异有可能是由第一或第二方向上的收发信机波长变化引起的。此外，对于单向回程系统来说，由于无法在主单元与从单元之间发送信号，因此，实施ptp版本2将会是不切实际或不可行的。在某些情况下，此类差错会导致至少一个方向上的时延计算不准确。

当其中一根光纤的长度改变时，第一方向或第二方向上的时延将会改变。在某些情况下，该时延改变可以用以下公式来表示：

时延改变＝d(ps/nm/km)*delta_wavelength(nm)*l(km)

在该公式中，d代表色散系数或常数，delta_wavelengt代表光信号的波长变化，l代表传输介质或光纤的长度。

通常，网络可以包括主光缆，其可以穿越城市内部的不同位置或是不同城市之间。该网络进一步可以包括用于将设备连接到网络的相对较短的光缆，此类光缆可被描述成跨接光缆。对于单向系统来说，如果其中一根光缆被切断，那么该光缆可被熔接在一起，以便恢复连接。然而，由于被切断/重连的光纤的光纤长度在熔接光缆和恢复连接时有可能会改变，因此很难控制和/或虑及因为光纤长度改变而导致的时延改变。并且，用于两个方向的两根光缆有可能不再具有完全相同的长度。因此，如果在单向密集波分复用(“dwdm”)系统中切断并重连光纤，那么光纤长度的改变会对时间同步精度产生影响。

在系统设置期间可以校准和/或考虑所有两个方向上的时延差异，但在设置之后(例如在维护期间)，时延有可能会进一步改变，由此将会降低时间同步精度。这种情况甚至适用于可被称为“跨接光缆”的相对较短的光缆例如位于建筑物内部的光缆。如果跨接光缆的光纤发生变化，例如从1米的光缆变成2米的光缆，那么时间同步也会改变。在这种情况下，网络运营商将很难监视所有光纤或其他传输介质的长度并对其长度进行补偿，尤其是在当长度改变的时候。这种情况会使网络维护非常困难，因为运营商需要监视所有光纤或其他传输介质的所有部分的长度。

在一些实施例中，可使用双向系统来缓解监视光纤或其他传输介质的长度的问题。举例来说，该双向系统可以为西链路和东链路全都使用一根光纤，以使所有这两个方向上的长度始终相同。图4a和4b是双向系统的示例。

图4a是双向无色系统400的示例的示意图。如所示，系统400可以包括被配置成通过光纤402传送光信号的双向收发信机404和406。在图示配置中，收发信机404、406是双向的，这意味着它们通过光纤402而在两个方向(例如东向和西向)上发送和接收光信号。

收发信机404、406中的每一个都可以被配置成将电信号转换成光信号以通过光纤402传送，并且可以被配置成接收光信号以及将光信号转换成电信号。收发信机404包括发射机410、接收机412以及滤波器414。发射机410产生光信号，所述光信号通过滤波器414传输并进入光纤402，以及通过光纤402传播到收发信机406。收发信机404可以接收光信号(例如来自收发信机406)，所接收的光信号可以被滤波器414引导至接收机412，并且接收机412可以将所述光信号转换成电信号。

收发信机406包括发射机420、接收机422以及滤波器424。发射机420产生光信号，所述光信号传输通过滤波器424并进入光纤402，以及传播通过光纤402到达收发信机404。收发信机406可以接收光信号(例如来自收发信机404)，所接收的光信号可以被滤波器424引导至接收机422，并且接收机422可以将所述光信号转换成电信号。

如所示，图4a的双向收发信机通过光纤402而在彼此之间传送光信号。图4a的每一个双向收发信机404、406都包含了用于通过光纤402传送光信号的光发射机410、420和用于从光纤402接收光信号的光接收机412、422(“rx”)。每一个双向收发信机还包括滤波器414、424，分路器或是在发射机、接收机以及光纤之间引导光信号的其他适当的光学部件。滤波器414、424允许来自发射机的光信号通过滤波器传播到光纤402。滤波器414、424反射从光纤402接收的信号，并且将所述信号引导至接收机412、422。虽然显示了关于光学滤波器的一个示例，但是也可以酌情实施其他配置以引导光信号。

图4b是双向密集波分复用(“dwdm”)系统450的示例的示意图。不同于在光缆的每一侧包含一个收发信机(例如图4a的系统)，系统450改为在光纤452一侧包含多个收发信机454，以及在光纤452的另一侧包含多个收发信机456。每一个收发信机454都包括发射机560、接收机462以及滤波器464，并且每一个收发信机456都包括发射机570、接收机472以及滤波器474，其被配置成经由光纤452交换光信号。在图示配置中，系统450包括40个信道，并且在光纤452的一侧具有40个相应的收发信机454，以及在光纤452的另一侧具有40个收发信机456(为了清楚起见，仅仅详细地示出了两个收发信机)。然而，系统450可以包括任何适当数量的信道以及相应的收发信机。在一些配置中，系统450的每一个信道具有不同的波长。在此类配置中，每一收发信机454、456都可以被配置成发送和接收不同波长的光信号，特别地，每一收发信机454、456都可以被配置成发送/接收特定的波长或波长范围。

系统450还包括位于光纤452的一侧的光复用器/解复用器(mux/demux)480，以及位于光纤452的另一侧的复用器/解复用器482。该复用器/解复用器480接收来自收发信机454中的发射机460的不同光信号(例如不同信道)，并且组合将要通过光纤452传送的光信号。复用器/解复用器482接收来自收发信机454的组合光信号，并且分离出将要由收发信机456中的相应接收机472接收的光信号。同样，复用器/解复用器482接收来自收发信机454中的发射机470的不同光信号(例如不同信道)，并且组合将要通过光纤452传送的光信号。复用器/解复用器480接收来自收发信机456的组合光信号，并且分离出将要由收发信机464的相应接收机462接收的光信号。

如图4b所示，系统450通过光纤452传递来自不同光收发信机454、456的光信号。系统450包括在不同的收发信机454、456之间引导光信号的光复用器/解复用器480、482。虽然图4b详细示出了四个收发信机454、456，但系统450可以包括任何适当数量的收发信机，每一对收发信机都对应于一个可以通过光纤传播的光信号信道。图示的系统450可以包含任何适当数量的信道，但其在图示实施例中包含了40个信道。每一个信道都可以与不同波长的光相关联。

图4a-4b所示的系统可以在不同网络中实施，以便传送光信号。举例来说，图4a-4b所示的系统可以在图1的网络100或图3的网络300中实施。图4a-4b所示的系统是双向系统，这意味着其被配置成在同一光缆上沿第一方向和相反的第二方向传送信号。这与单向系统不同。

由于图4a-4b中的系统将单根光纤用于供光信号传播的两个方向，因此，对于这两个通信方向来说，光纤的长度都是相同的。相应地，通信介质上的时延在这两个方向上将会是大致相同的。此外，信号从主设备传播到从设备以及从从设备反向传播到主设备的时间差可被分成两半，以精确估计通过通信介质(在本范例中是光纤)的时延。

图4a-4b仅仅是示意性的表示，并且该收发信机和/或光学系统通常可以酌情包括其他光学和电子组件。

图5a-5b是单向双光纤系统的示意图，其中ieee1588v2时间同步是在macphy(介质访问控制物理)层实施的，所述macphy层位于以太网链路的物理层。特别地，图5a是关于系统500的示意图。图5a描述了双光纤单向系统500(例如图3的系统300)的定时精度。如所示，定时信号可以从主时钟502经由gps504传送至基站506。在定时信号传播时，它们将会累积时延延迟，并且定时精度会随着定时信号通过不同节点和介质而降低。

系统500的定时精度可以通过以下公式来表示：

精度＝|δτ1+δτ2+δτ3|

在该公式中，δt1代表主时钟的时间同步精度，δt2代表传输系统的时间同步精度，δt3代表一个或多个基带控制单元(bbu)与一个或多个远程无线电单元(rru)之间的时间同步精度。在一些配置中，该系统的总定时精度可以小于1.5微秒，或者约为1.5微秒。在一些情况中，每一个节点的δt2可以小于30微秒。由于图示的系统是单向的，因此有可能需要补偿光纤长度变化。每一个节点的δt2可以取决于东光纤和西光纤之间的光纤长度差。

图5b是例示的双光纤单向系统520的示意图。如所示，系统520包括与两根光纤光学耦合且不具有时间同步能力的双工收发信机522、524，其中一根光纤526用于在第一方向上传送光信号，另一根光纤528用于在相反的第二方向上传送光信号。系统520还包括成帧器532、534，其中成帧器532对应于收发信机522，成帧器534对应于收发信机534。成帧器532、534可以区分时间同步信号与其他数据信号，由此允许提取时间同步信号以进行解码或重传。

成帧器532、534还可以验证时间同步信号中的信息。成帧器532、534还可以传送时间同步信号。一旦提取了时间同步信号，则可以将其传送到相应的ieee1588模块536、538。如所示，与收发信机522关联的其中一个ieee1588模块536可以是主ieee1588模块，并且与收发信机524关联的另一个ieee1588模块538可以是从ieee1588模块。ieee1588模块536、538可以使用接收到的时间同步信号来执行时间同步。在此类配置中，主ieee1588模块536可以向成帧器532提供时间同步信号，成帧器532可以将时间同步信号与主信号相结合，然后，所述主信号被传送到收发信机522，并且通过光纤526发送以及在收发信机524上被接收。收发信机524将带有时间同步信号的主信号发送到成帧器534，成帧器534则将主信号与时间同步信号相分离。所述成帧器534将时间同步信号发送到从ieee1588模块538。

图6a-6b是双向单光纤系统的示意图，其中ieee1588v2时间同步是在macphy(媒体访问控制物理)层中实施的。特别地，图6a是系统600的示意图。图6a描绘了双向单光纤系统(例如图4a-4b的系统400、450)的定时精度。如所示，定时信号可以从主时钟502经由gps504而被发送到基站506。在定时信号传播时，它们将会累积时延延迟，并且定时精度会在定时信号通过不同节点和介质时降低。

图6a的系统的定时精度可以用以下公式来表示：

精度＝|δτ1+δτ2+δτ3|

在该公式中，δt1代表主时钟的时间同步精度，δt2代表传输系统的时间同步精度，δt3代表一个或多个基带控制单元(bbu)与一个或多个远程无线电单元(rru)之间的时间同步精度。在一些配置中，该系统的定时精度可小于1.5微秒，或者约为1.5微秒。在一些情况中，每一个节点的δt2可以小于30微秒。由于图示的系统是双向的，因此不需要补偿光纤长度变化。每节点的δt2可以取决于东光纤与西光纤之间的光纤长度差。

图6b是例示的单光纤双向系统620的示意图。图6b的系统620可以是通过单光纤双向系统来实施ieee1588v2的地面系统。在图示配置中，ieee1588v2可以在介质访问控制(mac)物理层中实施。

如所示，系统620包括与单个光纤626光学耦合且不具有时间同步能力的收发信机622、624。系统620还包括与每一个收发信机622、624相对应的成帧器632、634。成帧器632、634可以区分时间同步信号与其他数据信号，由此允许提取时间同步信号以进行解码或重传。成帧器632、634还可以验证时间同步信号中的信息。一旦提取了时间同步信号，则可以将其传送到相应的ieee1588模块636、638。如所示，与收发信机622关联的其中一个ieee1588模块636可以是主ieee1588模块，并且与另一个收发信机624关联的另一个ieee1588模块638可以是从ieee1588模块。ieee1588模块636、638可以使用接收到的时间同步信号以用于时间同步。

图7示出定时电路700的示例的示意图。特别地，图7示出了先入先出(fifo)缓冲器的随机读取/写入如何降低时间同步精度。如所示，定时电路700的发射机侧702可以包括信号处理单元710、发射先入先出(fifo)缓冲器712、锁相环(pll)电路714以及物理串行器电路(phy串行器)716。该定时电路700的接收机侧704可以包括物理解串器电路(phy解串器)720、接收机先入先出(fifo)缓冲器722、信号处理单元724以及时钟数据恢复(cdr)电路726。如图7所示，chl_chn可以代表主信号的总线。

信号处理单元710和/或724可以是光收发信机所插入的主机的一部分。在一些配置中，信号处理单元710和/或724可以包括或者充当如上所述的成帧器。该信号处理单元710和/或724的成帧器可以例如通过将一个或多个ieee1588分组插入主数据信号流和/或从主数据信号流中去除插入/恢复ieee1588分组来处理主信号。

发射fifo712、接收机fifo722、pll714、cdr726、phy串行器716以及phy解串器720可以共同提供在物理层的高速串行链路与主机能处理的较低速总线之间的信号互通。

在将ieee1588分组插入物理层时，发射机侧702上的发射fifo712和接收机侧704上的接收机fifo722可能会引发额外的相位改变。如果假设ch1～chn的信号速率是～311mhz，那么因为fifo效应所导致的不同组合的相位差可以表示如下：如果fifo深度被设置成最小值，那么fifo的不同状态的相位变化可以是n*1/311mhz。由于在并行总线与串行主信号间的互通过程中可能会有n次fifo读取/写入，因此，最大时延变化可以约为n*总线信号间隔。相应地，fifo上的随机读取/写入所造成的时延改变可以是：

对于10gbps的phy信号来说，102ps

对于25gbps的phy信号来说，257ps

对于100gbps的phy信号来说，1028ps

图8示出了例示的双光纤单向系统800的示意图。系统800可以是通过单光纤双向系统实施ieee1588v2的地面系统。在图示配置中，ieee1588v2可以在每一个双向模块中通过特定的电通路来实施。如所示，系统800包括与单个光纤826光学耦合且不具有时间同步能力的双向收发信机822、824。

系统800还包括与每一个收发信机822、824相对应的成帧器832、834。该成帧器832、834可以接收来自特定电通路的同步信号，由此允许提取时间同步信号以进行解码或重传。成帧器832、834还可以验证时间同步信号中的信息。成帧器832、834与图6b的成帧器632、634可以是相似或相同的，但在图8的配置中使用了单独的输入和输出信号来确保更精确的时间同步。特别地，成帧器832向收发信机822提供时间同步信号，并且主数据信号被单独提供给收发信机。同样，成帧器834从收发信机824接收时间同步信号，并且主数据信号与时间同步信号相分离。在此类配置中，同步信号比特率可以远远低于主信号，并且与fifo的随机读取/写入相关联的时间同步误差可以被减小或消除(参见图7以及相关描述)。举例来说，由于主信号的比特率与时间同步分组的比特率相同或近似相同，因此可以减小或消除时间同步误差。相反，信号比特率越高，由于如上所述的fifo的随机读/写差错导致的并行总线与串行主信号之间的互通所引发的时间同步变化就越大。

时间同步信号一被提取就可以传送到相应的ieee1588模块836、838。如所示，与收发信机822相关联的其中一个ieee1588模块836可以是主ieee1588模块，并且与另一个收发信机824相关联的另一个ieee1588模块838可以是从ieee1588模块。ieee1588模块836、838可以生成/接收用于时间同步的时间同步信号。

图8的系统800的定时精度可以用以下公式表示：

精度＝|δτ1+δτ2+δτ3|

在该公式中，δt1代表主时钟的时间同步精度，δt2代表传输系统的时间同步精度，δt3代表一个或多个基带控制单元(bbu)与一个或多个远程无线电单元(rru)之间的时间同步精度。在一些配置中，该系统的定时精度可以小于1.5微秒，或者是大约1.0微秒。在一些情况中，每一个节点的δt2可以小于30微秒。δt2可以取决于东西方向上的光纤长度差。由于图示的系统是双向的，因此不需要补偿光纤长度变化。每一个节点的δt2可以取决于东光纤和西光纤之间的光纤长度差。图示的配置可以促成某些网络所需要的精确的时间同步。

在图示系统中，时间同步信号可以与主数据传输信号相结合，以通过光纤826来传输。举例来说，在一种配置中，时间同步信号可以被振幅调制。在此类配置中，时间同步信号可以通过具有低调制振幅的光信号的包络调制而被添加到主数据传输信号中，所述调制既可以通过对发射机激光器的偏置电流进行调制来执行，也可以通过对发射机激光器之后的半导体光放大器(soa)的泵电流进行调制来执行，还可以通过用于改变光信号的平均功率的其他方式来执行。在任何情况下，都可以通过监视rx方向上的(相对)低带宽的光电二极管上的光信号的慢功率变化来检测时间同步信号。

在另一个示例中，时间同步信号可以被频率/相位调制。在此类配置中，时间同步信号可以通过光信号的频率/相位调制而被添加低调制振幅，其中所述调制可以通过调制可调谐dbr激光器的dbr电流或是通过调制发射机激光器的偏置电流来执行。该时间同步信号可以通过在接收方向上向光信号的一个边缘滤波器添加额外的光电二极管而得到检测。

在一些情况中，如果时间同步信号被振幅调制，那么时间同步信号的比特宽度将会是受限的。此外，一些用于实施振幅调制的时间同步信号的配置有可能会在数据信号中引入串扰。在这种情况下，频率/相位调制的时间同步信号将会是优选的。

在所公开的一些实施例中，时间同步信道与主信号是分离的。相应地，时间同步信号的比特率不会与主信号一起改变。由此，与随机读取/写入相关联的时间同步误差(参见图7和相关描述)可被减小或消除，并且可以改善时间同步。

图9示出了图8的系统800的时间同步输入和输出。在每一个收发信机822、824的内部有可能存在影响时间同步精度的组件，例如迹线、pcb、柔性电路或是有可能影响时间同步的其他组件，并且通过为此类组件指配延迟或时延，可以补偿其对时间同步的影响。举例来说，如所示，在输入侧900上，pcb/电线(flex)902会引入250ps*5％的延迟，驱动器904会引入10ps的延迟，和/或光学组件906会引入10ps或更小的延迟。同样，在输出侧910上，光学组件912会引入10ps或更小的延迟，放大器914会引入10ps的延迟，并且pcb/电线916会引入250ps*5％的延迟。

如所示，在输入侧和输出侧二者上可以对这些组件进行补偿。这些组件引入的延迟可被加在一起，以便获取总的时延变化或延迟。在一些情况下，其可以是往返峰值到峰值时延变化。

除了这些组件引入的延迟之外，一个或多个光信号的波长变化同样会造成额外的延迟。在往返峰值到峰值时延变化中还可以包括和/或顾及此类变化。

在双向光缆中，在东西方向上传播的信号的波长可以是互不相同的。在一些情况中，西向与东向之间的时延差异可以基于波长差异来补偿。特别地，由于这两个方向上的标称波长是已知的，因此可以使用波长变化或波长差来计算时延差。

在一些情况中，时延差可以用以下公式来表示：

时延改变＝d(ps/nm/km)*delta_wavelength(nm)*l(km)

在该公式中，d代表色散系数或常数，delta_wavelength代表光信号的波长变化，l代表传输介质或光纤的长度。在一个示例中，如果波长变化(delta_wavelength)是+/-0.08nm，那么色散系数可以是17ps/nm/km，并且时延变化可以是17ps/nm/km*(0.08*2)nm*l_fiberkm。该时延变化可以代表在补偿了西向链路和东向链路的固定波长差的情况下的时延变化。相应地，光纤920可以引入基于上述公式的延迟。

对于双向dwdm系统来说，西向和东向的时延差可以通过波长差来补偿。对于未冷却的激光无色双向收发信机来说，由于激光波长漂移所引起的时延改变可以通过以下公式来补偿：

波长漂移＝与偏置电流相对的激光器波长的斜率*温度变化

在该公式中，与偏置电流相对的激光器波长的斜率代表偏置电流发生变化时波长变化的程度，温度变化代表激光器或激光器芯片的温度变化。在一些情况中，与偏置电流相对的激光器波长的斜率可以是大约0.08nm/℃。激光器的温度可以通过被放置地足够接近于激光器的热电阻器来检测。

pcba/电线所引发的时延变化可以基于这些组件引入的延迟得到补偿。在一些配置中，收发信机中的迹线或其他电线的长度可被配置成在收发信机的发射机侧和接收机侧具有基本相同的长度。这种配置确保了时延在这两个方向上是相同的。在一些配置中，时延变化可以通过检测pcba温度以及基于材料的介电常数变化计算时延变化而被识别和/或补偿。

图10是可用于实施如上所述的时间同步方案的收发信机1000的示例的示意图。作为示例，收发信机1000可以用于实现时间同步信号的振幅调制。该收发信机1000可以包括控制器1002以及激光器和调制器1004。控制器1002可被配置成控制激光器和调制器1004。激光器和调制器1004可以与mux/demux1006耦合，mux/demux1006被配置成对光信号执行复用和解复用。光纤1010可以耦合到mux/demux1006。收发信机1000还可以包括光电二极管1008，其可以是pin或雪崩光电二极管。光电二极管1008可以耦合到跨阻抗放大器(tia)1012、时间同步信号恢复模块1014以及接收机功率监视器1016。收发信机1000可以包括用于传送电信号td+td-以及接收电信号rd+rd-的连接。

虽然在图示配置中一起包括了激光器和调制器1004，但在其他配置中，激光器和调制器可以是分离的部件。此外，激光器可以是任何适当的光发射机。

如所示，在一些配置中，收发信机1000可以包括用于时间同步信号tx_timesync+、tx_timesync-、rx_timesync+、rx_timesync-的附加连接。在图示配置中，收发信机1000包括用于收发信机1000的发射侧上的时间同步信号tx_timesync+、tx_timesync-的两个耦合，以及用于收发信机1000的接收机侧上的时间同步信号rx_timesync+、rx_timesync-的两个耦合。

发射侧上的时间同步信号可被传送到用于激光器和调制器1004的控制器1002，该控制器则转而操作激光器和/或调制器1004，以通过双向光纤1010来传送数据信号和时间同步信号(如果系统是dwdm系统，则通过mux/demux10006)。控制器1002可以对要与数据信号一起通过光纤1010传输的时间同步信号执行振幅调制。

接收机侧上的时间同步信号rx_timesync+、rx_timesync-可以由耦合到光电二极管1008或是其他适当接收机(例如雪崩光电二极管)的时间同步信号恢复模块1014来恢复。在一些情况中，时间同步信号恢复模块1014可以包括低通滤波器，以便恢复时间同步信号。数据信号可以在光电二极管1008上被接收，并且可以被发送到tia1012，以便进行更进一步的处理/调制。收发信机1000还可以包括用于监视所接收的信号的功率监视器1016。在一些配置中，收发信机1000可以是sfp+收发信机。

图11是图10中的收发信机1000的更详细的示意图。图11示出了收发信机1000的一些附加细节，作为示例，其显示了可被包含的电气和光学组件。如所示，控制器可以包括功率和消光比(er)控制模块1100以及用于驱动集成的激光器和调制器1004的驱动器1104。功率和er控制模块1100可以改变驱动器1104的功率，以便调制激光器发射的信号的振幅，以及将数据信号与时间同步信号相结合。功率和er控制模块1100可以改变驱动器1104的消光比(er)，以便调制激光器1004发射的信号的振幅，以及将数据信号与时间同步信号相结合。收发信机1000还可以包括波长控制器1102，其调制激光器1004的波长。

收发信机1000可以包括光学组件，例如各种透镜、隔离器和/或滤波器。如所示，这些光学组件可以被包含作为双向mux/demux1006的一部分。收发信机1000可以包括滤波器1020，所述滤波器1020允许来自收发信机1000的发射端(tx)上的集成的激光器和调制器1004的光信号穿过该滤波器1020并通过光纤传输。透镜1022可以位于集成的激光器和调制器1004与滤波器1020之间。透镜1026可以位于滤波器1020的另一侧，例如位于滤波器1020与光纤之间。滤波器1020可以反射从光纤接收的信号，并且可以将该信号引导至收发信机1000的接收机侧(rx)。所接收的信号(rx)可以穿过另一个滤波器1028和/或透镜1030，并且可以传递至光电二极管1008或其他适当的接收机。时间同步信号检测模块1014可以检测功率和er控制模块1100引发的功率/振幅/调制变化，以恢复时间同步信号。数据信号则可以传播至tia1012，以从收发信机输出。

图12是可以实施如上所述的时间同步方案的双向光学子配件(bosa)1200的示例的示意图。作为示例，bosa1200可以用于实施时间同步信号的振幅调制。如所示，bosa1200可以包括用于发射光信号的激光器1202。所述光信号可以通过透镜1203和/或隔离器1204传播至分路器1206。分路器1206可以将光信号的至少一部分引导至监视光电二极管(mpd)1208，并且所述光信号的至少一部分可以通过分路器1206到达滤波器1210，滤波器1210可以允许光信号穿过该滤波器1210、透镜1211并进入光纤1214。滤波器1210可以反射从光纤1214接收的信号，并且可以将该信号通过透镜1213(另一个滤波器1212)引导至接收机/光电二极管1216。接收机1216可以包括雪崩光电二极管或其他适当的接收机。

图13是图10和11中的收发信机1000的一部分的更详细的示意图。如所示，时间同步信号恢复模块1014可以包括放大器1300、低通滤波器1302以及限幅放大器1304。放大器1300可以从光电二极管1008接收信号，并且可以放大该信号。低通滤波器1302可被配置成滤除从光电二极管1008接收的某些信号，例如时间同步信号。限幅放大器1304可以允许低于指定输入功率或电平的信号(例如时间同步信号)不受影响地通过，同时衰减超过该阈值的较强信号的峰值。

图14是可用于实施如上所述的时间同步方案的收发信机1400的示例的示意图。作为示例，收发信机1400可以用于实现时间同步信号的频率调制。该收发信机1400可以包括以上论述的组件或特征，并且为了简洁起见，先前描述的组件是用相同数字表示的。如所示，在一些配置中，与图10中的收发信机1000相似，收发信机1400可以包括用于时间同步信号的附加连接。

收发信机1400可以包括控制器1002，所述控制器操作激光器和/或调制器1004以通过双向光纤1010传送数据信号(如果系统是dwdm系统，则通过mux/demux1006)。

发射侧上的时间同步信号可被传送到波长控制器1102，所述波长控制器1102可以耦合到激光器和调制器1004。波长控制器1102可以改变激光器和调制器1004发射的信号的频率/波长。该波长控制器1102可以对要与数据信号一起通过光纤1010传送的时间同步信号执行频率调制或波长调制。

在接收机侧上，收发信机1400可以包括滤波器1402，所述滤波器检测频率/波长的变化，以滤除要传送至专用的监视光电二极管(mpd)1404或是适合接收时间同步信号的其他接收机的时间同步信号。该监视器光电二极管1404与时间同步检测模块1406耦合，该时间同步检测模块1406可被配置成接收、放大和/或处理由监视光电二极管1404接收的时间同步信号。

该收发信机1400还包括雪崩光电二极管1008(pin/apd)或是适合接收来自光纤1010的数据信号的其他接收机。该光电二极管1008可以耦合到接收机功率监视器1016和/或可以接收数据信号的tia1012。

图15是图14中的收发信机1400的更详细的示意图。图15示出了收发信机1400的一些附加细节，作为示例，其显示了可被包含的电子和光学部件。

在图示实施例中，集成的激光器和调制器1004可以包括可调谐激光器。收发信机1400还可以包括温度和波长控制模块1408。该温度和波长控制模块1408可被配置成改变集成的激光器和调制器1004的可调谐激光器所发射的信号的频率/波长。该温度和波长控制模块1408可以对要与数据信号一起通过光纤传送的时间同步信号执行频率调制。

收发信机1400可以包括光学组件，例如各种透镜、隔离器和/或滤波器，比方说透镜1024、1026、1030，滤波器1020、1028以及隔离器1022。如所示，这些光学组件可以被包括作为双向mux/demux1006的一部分。收发信机1400还可以包括分路器1410。接收到的信号(rx)可以经过分路器1410，所述分路器1410会将接收到的信号的至少一部分引导至滤波器1028和透镜1030。所接收的信号的至少一部分可以通过滤波器1028和透镜1030到达光电二极管1008或其他适当的接收机。分路器1410还可以通过可调谐滤波器1402来引导所接收的信号的至少一部分，其中所述可调谐滤波器1402可以包括滤波器1412和/或透镜1414。所接收的信号可以通过可调谐滤波器1402传播到与时间同步信号检测模块1406耦合的监视光电二极管1404。在一些配置中，由于时间同步信号的波长和/或频率可能会基于温度或其他因素而改变，因此，滤波器1402可以是可调谐的。滤波器1402可被调谐成以适当的方式恢复在收发信机上接收的所有时间同步信号。同步信号检测模块1406可以与可调谐滤波器1402一起恢复要从收发信机1400或是别的收发信机输出的频率/波长已调谐的时间同步信号。

图16是可以实施如上所述的时间同步方案的双向光学子配件(bosa)1600的示例的示意图。作为示例，bosa1600可用于实现时间同步信号的频率调制。收发信机1600可以包括以上论述的组件或特征，并且为了简洁起见，先前描述的组件是用相同的数字表示的。

如所示，bosa1600可以包括发射光信号的可调谐激光器1602。光信号可以通过透镜1203和/或隔离器1204传播至分路器1206。分路器1206可以将光信号的至少一部分引导至mpd1208，并且光信号的至少一部分可以通过分路器1206到达滤波器1210，所述滤波器1210则可以允许光信号通过滤波器1210、透镜1211并进入光纤1214。滤波器1210可以反射从光纤1214接收的信号，并且可以将信号引导至分路器1602。分路器1602可以引导信号的一部分通过透镜1213、滤波器1212以及到达接收机/光电二极管1216。接收机1216可以包括雪崩光电二极管或其他适当的接收机。该分路器1602还可以将信号的一部分引导至可调谐滤波器1604。所述信号可以经过可调谐滤波器1604到达时间同步监视光电二极管1606或其他适当的接收机。在时间同步监视光电二极管1606可以接收时间同步信号。

图17是图14和15中的收发信机1400的一部分的更详细的示意图。如所示，时间同步信号恢复模块1406可以包括限幅放大器1702、标间比率检测器1704以及控制器1706。限幅放大器1702可以允许低于指定输入功率或电平的信号(例如时间同步信号)不受影响地通过，同时衰减超过该阈值的较强信号的峰值。

标间比率检测器1704可以检测接收信号的标间比率，以及将该信息传送到控制器1706。控制器1706可被配置成控制可调谐滤波器1402。在一些配置中，控制器1706可以控制可调谐滤波器1402来实现50％的标间比率。

图18是收发信机1800的另一个示例的示意图。收发信机1800可以包括上文中论述的组件或特征，并且为了简洁起见，先前描述的组件是用相同的数字表示的。在图示配置中，收发信机1800使用了不同的波长来发射和/或接收时间同步信号以及主数据信号。相应地，收发信机1800包含了附加功率控制器1802以及附加激光器和调制器1804，以便发送时间同步信号。功率控制器1802接收电子时间同步信号，并控制激光器和调制器1804来产生时间同步信号，该时间同步信号经由mux/demux1006而被引导至光纤1010。

收发信机1800还包括附加的监视光电二极管(mpd)1808以及通信耦合到mpd1808的时间同步信号检测模块1806。mpd1808可以经由mux/demux1006接收来自光纤1010的时间同步信号。时间同步信号检测模块1806可被配置成接收、放大和/或处理由监视光电二极管1808接收的时间同步信号。

在图示配置中，收发信机1800可以使用两个单独的波长(或波长范围)来发射和接收时间同步信号。例如，收发信机1800可以通过光纤1010在第一方向(例如东向)上发送具有第一波长(或波长范围)的时间同步信号，并且可以通过光纤1010在第二方向(例如西向)上接收具有第二波长(或波长范围)的时间同步信号。

图19示出了可以发送和接收具有相同波长(或波长范围)的时间同步信号的收发信机的示例。图19是收发信机1900的另一个示例的示意图。该收发信机1900可以包括以上论述的组件或特征，并且为了简洁起见，先前描述的组件是用相同数字表示的。

如所示，收发信机1900包括位于mux/demux1006、激光器和调制器1804以及mpd1808之间的分路器1902。分路器1902可以在收发信机1900内部的两个相反方向上分离业务。特别地，分路器1902可以将激光器和调制器1804产生的光同步信号经由mux/demux1006引导至光纤1010。该分路器1902还可以经由mux/demux1006将光同步信号从光纤1010引导至mpd1808。在此类配置中，所接收的光同步信号可以与激光器和调制器1804产生的光同步信号包含相同的波长或波长范围。

在一些情况中，图18的收发信机1800的配置针对不同方向具有不同波长，这使得更易于从主数据信号中分离出光同步信号，因为这些信号可以由mux/demux1006基于波长来分离。然而，在一些情况中，分路器1902可以是功率分配器，并且可以将50％的光信号从激光器和调制器1804引导至光纤1010，和/或可以将50％的光信号从光纤1010引导至mpd1808。此类配置还可以以相对简单和廉价的方式实施。

在一些情况中，收发信机1800或收发信机1900的配置可以实施在具有sfp+收发信机或其他适当的收发信机的点对点链路中。在一些配置中，收发信机1800、1900中用于时间同步信号的激光器和调制器1804可以实施一种廉价和/或成本效益合算的激光器，以免显著提升通过专用信道来实施时间同步的成本。在此类配置中，可以用单独的物理信道来传送时间同步信号。

在一些配置中，这里描述的光发射机、激光器和/或调制器可以是直接调制的光发射机、直接调制光发射机和/或直接调制器光发射机。例如，激光器和调制器1004可以包括直接调制光发射机或直接调制器光发射机。在其他配置中，这里描述的光发射机、激光器和/或调制器可以包括具有外部调制器的可调谐激光器。例如，激光器和调制器1004可以包括具有外部调制器的可调谐激光器。在一些配置中，这里描述的调制器可以包括mach-zehnder调制器。作为示例，该mach-zehnder调制器可以用于控制或调制光信号的振幅，以便传送时间同步信号以及主数据信号。在其他配置中，这里描述的调制器可以包括电吸收调制器。作为示例，所述电吸收调制器可以用于调制光信号的强度，以随主数据信号一起传送时间同步信号。

这里描述的时间同步配置可以用来代替基于gps的时间同步配置。在这里描述的配置中，时间同步信号与主数据信号是分开传送的。然而，在所描述的一些配置中，时间同步信号是经由供主数据信号使用的相同传输介质(例如光纤)传送的，但却是在不同的信道(例如不同波长信道)上传送的。在此类配置中，主信号的改变不会影响时间同步信号。相应地，在实施所描述的概念的整个网络中将会保持时间同步信号精度。此外，所描述的配置可以在需要时间同步的不同类型的网络中实施，并且所描述的各种配置可以满足不同系统的模块需求和/或网络需求。

虽然上述概念是在收发信机的上下文中描述的，并且所述收发信机可以包括光发射机和光接收机，但是这里描述的概念也可以在任何适当的光电模块中实施。举例来说，在一些配置中，用于实施这里描述的概念的光电模块可以包含一个或多个光发射机，而不会包含光接收机，或者可以包含一个或多个光接收机，而不包括光发射机。任何适当的光电设备都可以被适配成实施这里描述的概念。

在说明书和权利要求书中使用的术语和词语并不限于书面含义，相反，使用它们只是为了能够清楚和始终如一地理解本公开。应该理解的是，除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指示对象。由此，作为示例，针对“组件表面”的引用包含了针对一个或多个此类表面的引用。

术语“基本上”指的是不需要精确实现所叙述的特征、参数或值，相反，各种偏差或变化(例如容差，测量误差，测量精度限制以及本领域技术人员已知的其他因素)都是有可能出现的，这些偏差或变化不会妨碍这些特征所要提供的效果。

本公开的方面可以在不脱离本发明的实质或基本特征的情况下实现。所描述的方面在所有方面都被认为是说明性而不是限制性的。请求保护的主题是由附加权利要求而不是先前的描述指示的。落入权利要求的含义和等价范围以内的所有变化都被包含在权利要求的范围内。