专利名称：光接收机输出电平稳定的控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及广电与电信等使用模拟光传输系统的领域。具体而言，在有线电视及其它采用模拟调制方式的光传输系统中，在发射机调制度变化、输入光接收机的光功率变化等情况下，接收机保持输出电平稳定。
在现有的诸如光纤CATV等模拟光传输领域里，现有的大多数光接收机不具有自动控制输出电平稳定的功能，而是通过手动或者通过网管系统远程控制实现输出电平的稳定。上述过程都是通过人工完成的，接收机总的信号增益一经确定就不会变化，接收机输出电平将会由于接收光功率的变化、发射机调制度变化与链路衰减的变化而变化。这样，接收机输出电平是不稳定的，或者说接收机不具有自动输出电平控制功能。
对于具有AGC(自动增益控制AUTO GAIN CONTROL)功能的电平稳定控制方法，在“《有线电视技术》，王锡胜等编著，电子工业出版社，1997”一书中第82页和182页有较为详细的介绍。如
图1所示，现有的光接收机，包括光接收模块1、固定增益射频处理电路2、可变增益处理电路3(即为AGC放大器或者电调衰减器)、射频检测电路4、控制信号产生电路5、直流光检测单元6与网管信号处理单元7，还有耦合器8；其工作方式为耦合器8将输出电平9耦合出一小部分，对耦合出的信号通过射频检测电路4进行电平检测(电平检测控制方式)或是导频检测(导频控制方式)，用检测输出的信号通过控制信号产生电路5产生控制信号，控制可变增益处理电路3实现输出电平9的稳定。控制信号产生电路5同时还将产生的控制信号送至网管信号处理单元7，以便于监视控制信号产生电路5的工作状态与产生的控制信号是否正常。
图1中的直流光检测单元6的主要用途是，为网管信号处理单元7提供接收机的光功率，当光功率超过某个范围时产生告警，因为只有光功率在某个范围内时系统传输指标才能达到要求。现有的接收机光功率检测只为直观地知道接收光功率的大小，或者通过网管告知网络中的各接收点接收光功率是否正常；直流光检测单元6和网管信号处理单元7对控制输出电平9的稳定并不起作用。耦合器8耦合出的射频信号还有部分送至网管信号处理电路7的解调电路，将前端送来的用户命令、发射机的工作状态等信息告诉接收机。
因此在现有技术中，为了解决接收机输出电平稳定的问题，归纳有三种解决办法电平检测控制、导频控制与手动(机械或电调)调节方法。
对于电平检测控制方法，要求接收机首先对输出的信号电平进行功率检波产生控制信号，用控制信号去控制具有AGC放大器或者电调衰减器，通过放大器的增益变化或者电调衰减器衰减量变化来保证输出电平的稳定。电平检测反馈控制方式有其优点，但是也有几个不足之处需要高频宽带功率检波器件，增加硬件的复杂度与成本；由于检波二极管对不同频带的响应度不同，因此同样的电平在不同的频段将会产生不同检波电平，存在很大的误差。该控制系统只能保持整个频带内总的功率电平稳定，而不能保证单个频道的电平的稳定。对于存在突发噪声等环境中，该控制系统的电平检测部分将会把突发的幅度很高的噪声误作为信号功率，进而误认为电平过高并产生动作降低信号的电平；此外，受平均功率检测受器件性能限制，控制精度有限。
导频控制方式是比较好的解决方法，其实质是通过在接收侧检测由前端发送的高稳定信号，根据接收到的信号的变化来判断传输信道信号增益的变化并根据信道信号增益的变化产生反馈控制信号去控制信道中的增益可变部分，实现整个通信信道信号增益的稳定。但是，导频控制系统需要在前端增加导频设备，接收端增加导频处理设备，这就增加了网络的复杂性，降低可靠性并增加了网络的造价。
手动调整方式可用于设备组网之初对整个网络的各个接收点的单独调整。这种方式对信号变化反应慢。常常在造成不当的后果才能发现，而后采用手动方式解决问题，在许多场合根本不能满足要求。
在反向回传系统中，上述三种方法都有很大的局限性电平检测受到突发噪声的限制，而且在反向发射机中回传图象与数字信号的调制度不同也限制了此种方法的应用；导频方式根本不现实；手动调整工作量大且不易实现。上述缺陷限制了在反向回传系统中的使用，特别是大规模组网时。
本发明的第一个目的在于提出一种利用光功率信号控制接收机输出电平稳定的方法。采用本发明，在现有的网络、接收机上几乎不增加任何复杂的硬件设备就可以实现输出电平的稳定。
本发明的第二个目的是提供一种采用上述输出电平稳定控制方法的模拟光接收机。
为实现第一个发明目的，模拟光接收机输出电平稳定控制方法的步骤如下1)检测光接收机的接收光功率的大小；2)根据接收光功率的大小判断光接收机输出电平的变化；3)根据上述变化情况产生控制信号使接收机的输出电平朝相反的方向变化，以获得稳定的输出；返回步骤1)。
其特征还在于，在上述步骤1)中除了考虑光功率的变化因素外，还考虑发射机的调制度信息或用户命令信息，上述步骤2)综合处理后产生控制信号使接收机的输出电平保持稳定。
为实现第二个发明目的，输出电平稳定的模拟光接收机，其特征在于包括光接收模块，用于光电转换；固定增益射频处理电路，用于将所述光接收模块转换的电信号的放大、衰减等；可变增益处理电路，用于将所述固定增益射频处理电路送入的信号放大、衰减等，通过一个控制信号来控制增益的变化；控制信号产生电路，用于产生所述可变增益处理电路需要的控制信号；直流光检测单元，用于检测所述光接收模块的光功率，并送入所述控制信号产生电路。
其特征还在于，还包括耦合器和网管信号处理单元；所述耦合器用于从可变增益处理电路的输出信号中耦合出调制度信息或用户命令信息送给网管信号处理单元；所述直流光检测单元还将光功率信号送入网管信号处理单元；所述网管信号处理单元用于综合处理接收光功率、调制度、用户命令要求，以产生控制信号送入所述的控制信号产生电路。
采用本发明后，归纳有以下优点1)可以在频道数变化时保证接收机输出的每一个频道信号电平的稳定。由于目前光纤CATV系统等多路载波调制传输系统的频道数经常变化，采用电平检测控制方式的系统将会由于频道数的增加或者减少而使实际输出电平减少或增加，不能保持每频道电平的稳定。而每频道输出电平稳定在很多情况下是非常重要的。使用本发明，由于使用直流光信号作为控制信息，因此频道数的变化不会对输出电平的稳定产生任何影响。在噪声严重的系统中情况类似于频道数的变化。
2)信号电平的稳定可以不受突发噪声的功率的影响。本发明在反向光传输系统中会有较多的作用，首先光功率的检测避免突发噪声的影响；其次只要发射机中的图象与数字信息的调制度保持固定的关系，在接收机中可以不考虑该问题，只需要将接收机输出电平调整到某一个固定值即可。本发明在反向回传中的使用实际上是将光功率作为一个光路上的导频信号。另外反向接收机的接收光功率变化很大，保证接收机输出电平稳定很有必要性。采用光功率检测控制射频电平稳定一种比较好的方法。
3)可以用于传输任意高频与任意带宽的模拟信号光传输系统。如在传输微波等超高频与超宽带信号光链路中的应用，由于光功率检测控制方式不需要对射频或者微波信号功率检波或导频检波，因此控制方式与精度不受传输带宽与频率等因素的限制，因此可以用于从窄带到宽带、从低频到微波的各种领域的模拟光传输系统接收机输出电平控制。
4)光功率检测反馈控制方式非常简单，几乎不增加硬件投资与复杂性；而且可以对信号电平的变化及时准确地进行反馈控制，实现各种情况下光接收机输出电平的稳定。
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细地描述。
图1是现有的光接收机利用电平检测控制输出电平稳定的原理方框图；图2是本发明光接收机利用光功率检测控制输出电平稳定的原理方框图；图3是本发明在双向光传输结构中的应用例。
图1所示为现有的光接收机，通过射频检测电路即时监视输出电平并通过反馈控制系统使输出电平保持稳定。
接收机的输出电平主要由接收光功率、发射机的调制度、接收机的光电二极管的响应度、负载电阻的阻值、接收机中放大器的增益与各部件的插入损耗决定。上述参量与接收机的输出电平有固定的关系，其中经常变化的主要有发射机的调制度与接收机的接收光功率(事实上，如果不是人为的将调制度改变，调制度的变化也很小，对输出电平的影响很小)，其它的参数很少发生变化。在调制度与接收光功率一定的条件下，接收机输出电平是固定的，当调制度或接收光功率变化时输出电平也会按一定的关系发生变化。
图2所示为本发明光接收机。与如图1所示现有的接收机相比，取消了射频检测电路4，不是直接检测输出电平大小，而是通过检测光功率及调制度信息的变化来控制输出电平的稳定。光接收机包括光接收模块1、固定增益射频处理电路2、可变增益处理电路3、直流光检测单元6、控制信号产生电路5、网管信号处理单元7和耦合器8。
光接收模块1光电转换后将射频信号送入固定增益射频处理电路2，固定增益射频处理电路2包括固定增益的放大模块、固定衰减器等对信号影响固定不变的器件，这一部分为单板设计时根据需要实现确定的，实际使用中对输出电平不具有自动控制作用。固定增益射频处理电路2处理后的信号送入可变增益处理电路3。
可变增益处理电路3通常为具有AGC(自动增益控制)功能的放大器、电调衰减器等增益可变的器件，它们通过一个控制信号来控制增益的变化。
控制信号产生电路5产生可变增益处理电路3需要的控制信号，控制可变增益处理电路3实现输出电平9的稳定。控制信号产生电路5输出的控制信号根据不同的情况可以由以下几个因素控制接收光功率、用户的直接要求、发射机调制度、网管信号，也可以是上述几个因素中的一种或者几种结合。其中接收光功率信号来自直流光检测单元6，而用户的直接要求、调制度、网管信号则来自网管信号处理单元7。
直流光检测单元6检测出光接收模块1的直流光功率的大小并送到网管信号处理单元7。本发明中光功率检测除了保持原有的功能外，网管信号处理单元7还可以据此信息判断并产生控制信号送入控制信号产生电路5。如果只需要考虑光功率变化时保持输出电平的稳定(调制度固定)，控制信号产生电路5则根据直流光检测单元6送入的光功率直接产生控制信号，而不需要网管信号处理单元7的参与。
耦合器8耦合出的射频信号送至网管信号处理电路7中的解调器，将前端送来的调制度、用户命令、发射机的工作状态等信息告诉接收机。
网管信号处理单元7处理发射机传来的信号并管理接收机自身的信号，将发射机的调制度、接收光功率与用户的要求进行处理产生控制信号，送入控制信号产生电路5，产生符合用户需要的控制信号。事实上，在指标要求不严格或者只要求输出电平稳定而不要求全部接收机输出电平完全相同的场合(这时不需要考虑不同发射机的调制度略有不同，而且调制度近似固定不变)，是不需要网管信号的。
控制信号产生电路5同时还将产生的控制信号送至网管信号处理单元7，以便于监视控制信号产生电路5的工作状态与产生的控制信号是否正常。
综上所述，光功率、调制度或者用户命令三种信号都送入网管信号处理单元7进行综合处理，一旦用户命令、光功率或者调制度中任何一个有变化，比如光功率降低、调制度降低或者用户要求的输出电平升高，网管信号处理单元7都会使控制信号产生电路5产生的控制信号变小进而使衰减量变小，最终实现电平的稳定或者达到某一个确定值。
下面介绍本发明在解决正向接收机与反向接收机输出电平稳定控制的具体应用。
图3为一种典型的双向光传输网络结构。图3中Tx-F、Rx-F、Tx-B、Rx-B分别代表正向发射机、正向接收机、反向发射机与反向接收机，其中Tx-F与Rx-B位于网络前端，Tx-B与Rx-F位于用户端(通常为光节点)。Tx-F与Rx-F组成正向传输通道；Tx-B与Rx-B构成反向传输通道。对于正向系统，通常情况下一台正向发射机Tx-F通过光分路器传输到多个光接收机Rx-F。由于各种因素的影响，位于光节点处的正向接收机Rx-F接收光功率将发生变化进而引起输出信号电平的改变，输出信号电平的变化在很多情况下将会引起指标的变化；另外具有自动调制度控制功能的发射机在频道数变化、个别频道电平的变化以及噪声增加的场合都会引起接收机输出信号电平的变化。在反向回传系统中，通常情况下反向发射机Tx-B的输出功率为相同值，由于回传距离的不同将会引起反向接收机Rx-B处的接收光功率在很大范围内变化；此外不同反向发射机的调制度不同，甚至相同发射机不同频段的信号调制度也互不相同(这种情况在反向发射机中很普遍，比如同时传输图象与数据信号，图象信号的调制度可能比数字信号的调制度高10dB甚至更高；导致接收机输出电平不同频段相差很大。这种情况限制不能采用现有的电平检测)；结果反向接收机的输出电平也千差万别，不利于信号的处理。采用本发明可以很好地解决上述问题。
本发明实际应用时要考虑以下事实1)在模拟调制光传输系统中，通常情况下调制度为已知的；2)光接收模块的信号增益是固定的，可以通过厂家的信息或者测量得到；3)接收机电路中的信号增益除了可变部分外其余部分是固定且已知的。
由于上述三个事实，只需要考虑接收光功率、发射机调制度与用户的需求就可以控制接收机的输出电平稳定到任何值，当然这个值在接收机提供的范围内。由于接收机自身输出电平与接收光功率、调制度两个因素有关系，通过接收光功率与调制度可以控制输出电平稳定在某一个幅度。
如果发射机的调制度是固定且已知的，那么固定的光功率将产生固定的信号电平输出。只需要检测光功率就可以判断出输出电平的变化并通过产生控制信号使接收机的输出信号朝相反的方向变化，就可以实现接收机输出电平的稳定。
事实上经常会遇到类似的问题，同一台发射机的调制度是固定的或者可变的；不同发射机的调制度可能是不同的；调制度可能有很小的区别，也可能是很大的区别。对于上述情况本发明均可以提供良好的解决方案。
(1)每个发射机调制度是固定的且不同发射机的调制度有很小区别的情况。
这种情况是最简单的，只要将接收机的控制信号产生电路5(图2所示)作成固定的，每一个接收机的输出电平可以保持稳定。不同接收机输出信号电平的波动受不同发射机的调制度的微小区别限制，可以计算这种差别很小。仅仅由接收机中的接收模块信号增益的不同而引起。每一块接收单板中的如信号增益等参数的细微差别，可以通过控制信号产生电路的微调给予补偿。
(2)每个发射机调制度是固定的但是不同发射机的调制度变化很大的情况。
这种情况下为了保证接收机的输出电平在某一个范围内，在组网时根据每一个发射机的调制度对对应的接收机输出电平实现进行调整使接收机的输出电平基本一致。之后控制方法同上述发射机的调制度区别不大的情况。
(3)每个发射机的调制度可变的情况。
在这种情况下，由于调制度的变化，即使接收机的输入光功率保持不变，接收机的输出信号电平也会由于调制度的变化而变化。为了保证在输入光功率与调制度变化的情况下保持接收机输出电平稳定，需要每个发射机将自己的调制度等相关信息通过网管系统传输到接收机网管板(即图2中的网管信号处理单元7)中，通过网管板控制并综合光功率信息产生相应的控制电压，控制主路信号的增益，这样就可以保证全部的接收机电平输出稳定且相等。
反向回传接收机的电平控制问题除了调制度问题外，由于各点到前端的距离不同，因而接收机输入光功率在很宽的范围内变化。采用正向传输中调制度可变的系统中的电平控制方法可以很好地解决上述问题。
本发明利用检测接收机的光功率去控制接收机输出电平的稳定的方法，有几个显著的特点。其一，控制信号的产生仅仅来自于光功率的检测或者为光功率的检测与调制度的混合信息，不需要复杂的高频信号处理电路，电路简单可靠。其二为控制的精度高输出电平稳定度好。其三，本发明可以完成以前三种方法不能达到的效果。比如在调制度可变的场合采用电平检波根本不能保证输出信号电平稳定；通过本发明只需要知道对应的发射机的调制度就可以实现多个接收机输出电平的稳定且一致。
本发明充分利用现有发射机的信息资源，在不增加附加硬件的情况下可以很容易地实现高精度的输出电平控制。而且可以在此基础上扩展其用途来解决传统的三种方法不能解决或者不能很好解决的问题。随着光传输应用技术的发展，会在更多的场合适用。
权利要求
1.一种光接收机输出电平稳定的控制方法，其特征在于，包括以下步骤1)首先检测光接收机的接收光功率的大小；2)根据接收光功率的大小判断光接收机输出电平的变化；3)根据上述变化情况产生控制信号使接收机的输出电平朝相反的方向变化，以获得稳定的输出；返回步骤1)。
2.如权利要求1所述的光接收机输出电平稳定的控制方法，其特征在于所述步骤1)中还检测发射机的调制度信息，所述步骤2)中还根据调制度的变化判断接收机输出电平的变化。
3.如权利要求2所述的光接收机输出电平稳定的控制方法，其特征在于所述步骤1)中还检测用户的命令信息，所述步骤3)中还根据用户命令来产生控制信号使接收机的输出电平达到某一个确定值。
4.一种实现如权利要求1所述的输出电平稳定控制方法的光接收机，其特征在于包括光接收模块(1)，用于光电转换；固定增益射频处理电路(2)，用于将所述光接收模块(1)转换的电信号的放大、衰减等；可变增益处理电路(3)，用于将所述固定增益射频处理电路(2)送入的信号放大、衰减等，通过一个控制信号来控制增益的变化；控制信号产生电路(5)，用于产生所述可变增益处理电路(3)需要的控制信号；直流光检测单元(6)，用于检测所述光接收模块(1)的光功率，并送入所述控制信号产生电路(5)。
5.如权利要求4所述的光接收机，其特征在于还包括耦合器(8)和网管信号处理单元(7)，所述耦合器(8)，用于从可变增益处理电路(3)的输出信号中耦合出调制度信息或用户命令信息送给网管信号处理单元(7)；所述直流光检测单元(6)还将光功率信号送入网管信号处理单元(7)；所述网管信号处理单元(7)，用于综合处理接收光功率、调制度、用户命令要求，以产生控制信号送入所述的控制信号产生电路(5)。
6.如权利要求5所述的光接收机，其特征在于所述控制信号产生电路(5)同时还将产生的控制信号送至网管信号处理单元(7)，以便于监视控制信号产生电路(5)的工作状态与产生的控制信号是否正常。
全文摘要
光接收机输出电平稳定控制方法,是通过检测光功率、调制度来控制输出电平的稳定。实现该方法的接收机包括光接收模块、固定增益处理电路、可变增益处理电路、控制信号产生电路、直流光检测、耦合器和网管信号处理单元,网管处理单元综合处理来自直流光检测的光功率、来自耦合器的调制度,以产生信号送入控制信号产生电路,再产生信号控制可变增益处理电路的增益变化,保持输出电平稳定。本发明不需要高频处理电路,控制精度高稳定度好。
文档编号H04B10/06GK1290076SQ99117278
公开日2001年4月4日 申请日期1999年12月7日 优先权日1999年12月7日
发明者周晓凯, 张亚东 申请人:深圳市中兴通讯股份有限公司