使用光時域反射計的光數據傳輸設備的製作方法

2023-04-25 22:16:31 2

使用光時域反射計的光數據傳輸設備的製作方法
【專利摘要】本發明提出了用於光接入網絡的光數據傳輸設備，該設備包括生成光傳輸信號的雷射傳輸單元、以及控制雷射傳輸單元以調製傳輸信號的驅動單元。該設備包括光接收單元，該光接收單元將接收到的光信號轉換成電測量信號。為此，接收單元包含光電二極體和電放大器。光接收單元與雷射傳輸單元分離。控制單元控制雷射傳輸單元，使得根據測量信號來調製光傳輸信號。控制單元在測量間隔期間測量多個電測量信號，並且確定平均的已接收到電測量信號。此外，控制單元控制電放大器，使得電放大器在測量間隔之前的時間間隔期間被關閉。
【專利說明】使用光時域反射計的光數據傳輸設備

【技術領域】
[0001]本發明涉及電信領域，並且具體地涉及用於光接入網絡中的光數據傳輸的設備和方法。

【背景技術】
[0002]近日來，接入網絡，也稱為無源光網絡(PON)，被用來將多個客戶連接到數據傳輸的核心網絡。
[0003]在這樣的接入網中，在包含光線路終端(OLT)的所謂的中心局處給出在核心網絡和接入網絡之間的互連。
[0004]OLT經由至少一個光纖，優選地稱為光學饋送光纖(optical feeder fiber)，連接到所謂的遠程節點。在該遠程節點處，由OLT傳送的光下行鏈路信號被分離到不同的光學分支上，一個或多個客戶通過光網絡單元(ONU)與該光學分支連接。
[0005]客戶經由光分支將光上行鏈路信號發送到遠程節點，該遠程節點將這些光上行鏈路信號組合成經組合的上行鏈路信號，並且經由光學饋送光纖將其傳送到光線路終端。
[0006]為了確定設備將光信號傳送到其中的傳輸信道的傳輸屬性，可以應用光時域反射計(OTDR)的測量技術。在這樣的OTDR測量中，估計傳輸信道的反射簡檔。優選地，在OLT處執行OTDR的技術。
[0007]出於OTDR的目的，光脈衝形式的測量信號可以被傳送到光信道。然後，由光信道反射的接收到的響應信號可以在時域中跟蹤，用於確定反射簡檔。
[0008]在更高級的OTDR技術中，測量信號可以被生成為承載相關性序列的光信號。然後，接收到的響應信號被記錄並且用於確定反射簡檔。反射簡檔可以通過使接收到的響應信號的採樣版本與初始相關性序列本身相關來確定。在該情況下，相關性序列的自相關函數等於或由狄拉克德爾塔(dirac delta)函數來近似，相關的結果產生在時域中的光信道的衝激響應的估計，這是反射簡檔的近似。
[0009]當使用傳輸設備來將承載傳輸數據的光傳輸信號傳送到光信道中時，一種可能是通過使用獨立的設備來執行OTDR的技術。在該情況下，傳輸設備和獨立OTDR設備優選地經由光耦合器耦合到相同的光信道。光信道優選地是連接到設備的光纖。
[0010]更高級的技術是嵌入式0TDR，其中傳輸設備本身包含用於生成光傳輸信號的硬體以及用於執行OTDR測量所需要的硬體。優選地，根據相關性序列來直接調製光傳輸信號，其中該直接調製的頻率被選擇為使得其不幹擾在接收側的數據接收。在將承載直接調製的測量信號的光傳輸信號傳送到光信道中之後，可以通過從接收到的光信號中濾除以其調製光傳輸信號的頻率來獲得光信道的響應信號。
[0011]然後，該接收到的響應信號可以用於經由信號相關的技術來確定反射簡檔，如前所述。


【發明內容】

[0012]本發明的目的在於改善執行嵌入式OTDR測量的光數據傳輸設備。
[0013]提出了用於光接入網絡的光數據傳輸設備。該設備包括雷射傳輸單元，其可操作為生成光傳輸信號。此外，該設備包括驅動單元，其可操作為控制雷射傳輸單元，使得光傳輸信號根據數據信號——優選地根據電數據信號——而被調製。
[0014]此外，該設備包括光接收單元，該光接收單元被適配為將接收到的光信號的至少一部分轉換成電測量信號。對於該轉換，光接收單兀包含並且利用光電二極體和電放大器，此二者是光接收單元的組成部分。光接收單元還與雷射傳輸單元分離。
[0015]該設備還包括至少一個控制單元，其可操作為控制雷射傳輸單元，使得光傳輸信號根據測量信號而被調製。
[0016]控制單元還操作為在測量間隔期間測量多個電測量信號，並且基於測量的電信號來確定平均的已接收電測量信號。
[0017]此外，控制單元可操作為控制電放大器，使得電放大器在測量間隔之前的時間間隔的至少一部分期間被關閉。
[0018]為了掌握所提出設備的優點，必須考慮以下幾個方面。
[0019]當使用雷射傳輸單元生成光傳輸信號時，該光信號可以具有包含窄線路寬度(優選地稱為帶寬)的固定波長。在針對雷射傳輸單元的給定恆定溫度、波長也是恆定的意義上，波長是固定的。
[0020]當將具有窄線路和固定中心波長的光信號傳送到光信道中時，這可能導致在接收到的響應信號內存在的相干羅利(Raleigh)噪聲。然後，這樣的相干羅利噪聲將不可避免地使測量的準確度劣化。用於減小相干羅利噪聲的一種可能性可以是使用具有較寬線路寬度的光傳輸信號，但是這進而由於光信道內存在的色散效應而產生對數據傳輸的限制。
[0021]用於減少相干羅利噪聲的另一相應手段是通過所提出的設備以下述方式實現的:
[0022]通過在測量間隔之前的時間間隔期間關閉電放大器，並且然後在測量間隔的時間中打開電放大器，電放大器將在光接收單元內產生熱能。然後，該熱能可以從光接收單元消散到雷射傳輸單元，其中這然後可以引起溫度改變，並且因此還引起雷射傳輸單元生成光傳輸信號的光中心波長的改變。用於數據傳輸以及OTDR測量的光信號的中心波長的改變進而將減少在測量間隔期間相干羅利噪聲對測量的影響。
[0023]所提出的設備具有下述優點，即沒有額外的熱電冷卻器或熱電加熱器必須被預見在雷射傳輸單兀內或直接在雷射傳輸單兀處用於改變溫度來改變所生成的光信號的中心波長。替代地，為此可以使用電放大器的熱能。這允許在光傳輸設備內的高度集成。因為電放大器已經無論如何已經存在於光接收單元內以將接收到的光信號轉換成電測量信號，所以沒有額外的組件在光傳輸設備內被預見，以用於生成熱能以便引起雷射傳輸單元的溫度改變來實現中心波長的改變。所有必須預見是，控制單元可操作為在測量間隔之前的時間間隔期間關閉放大器。因此，不需要額外的成本，不需要額外的電子板也不需要光學子模塊尺寸增加。此外，不必預見對對任何額外熱電冷卻器或加熱器的任何額外的電力供應。這甚至允許嵌入式OTDR系統的更高集成，優選地集成到小因子可插拔光收發器模塊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1示出了根據實施例的提出的光傳輸設備。
[0025]圖2示出了測量和非測量的交替時間間隔。

【具體實施方式】
[0026]圖1示出了優選地在光接入網絡的光線路終端內使用的光傳輸設備0TD。
[0027]設備OTD包含雷射傳輸單元LD，其優選地是雷射二極體。優選地，雷射傳輸單元LD是半導體雷射器，其在優選實施例中可以是分布式反饋(DFB)雷射器。傳輸單元LD生成具有中心波長和線寬的光信號OS。光信號OS被傳輸到光學子組件OSA中。光信號OS通過光隔離器I以及光部分透射設備M和光濾波器F到光學接口 0IF，透鏡L優選地位於在該光學接口處。代替透鏡L，如圖1的優選實施例中所示，光學接口 OIF可以包含用於連接光纖的插頭或者替代地所謂光纖尾(fiber pigtail)。
[0028]光隔離器I傳送從傳輸單兀LD向透鏡L傳播的光信號，同時抑制從透鏡L到傳輸單元LD傳播的光信號的傳輸。
[0029]光部分透射設備M優選地是光部分反射鏡，其允許信號OS的較大部分在從傳輸單元LD到透鏡L的方向上傳播，同時其反射在該方向上的信號OS傳播的較小部分。此外，該鏡允許光信號的較大部分從透鏡L向傳輸單元LD傳播，同時其反射在該方向上傳播的這樣的信號的較小部分。例如，光信號的90%的能量通過光部分反射鏡透射，而光信號的10%的能量被光部分反射鏡反射。
[0030]部分光透射設備M替代地是光波分復用(WDM)抽頭耦合器。這樣的抽頭耦合器針對第一預定義波長或波長範圍來在光信號OS的方向上傳送光信號，同時針對第二預定義波長或波長範圍抑制在該方向上的傳輸光信號。優選地，第一預定義波長與光信號OS的波長一致。此外，抽頭耦合器針對第二波長或波長範圍在從透鏡L向傳輸單元LD的方向上傳送光信號，同時其針對第一預定義波長或波長範圍，將來自透鏡L的光信號指向接收單元ORX。
[0031]光濾波器F允許光信號從傳輸單元LD傳播到透鏡L。濾波器F以下述方式對從透鏡L向濾波器F傳播的光信號進行濾波:具有傳送的光信號OS的波長的光信號通過濾波器F朝向部分光透射設備M，同時由濾波器F向光數據接收單元ODRX反射不同波長的光信號。
[0032]優選地，光傳輸信號OS是具有1490nm的波長的下行鏈路信號，而光上行鏈路信號OUS具有1310nm的波長，該光上行鏈路信號優選地是優選來自網絡的其他單元的、在設備OTD處接收的、經組合的上行鏈路信號。
[0033]光傳輸設備OTD可在透鏡L處連接到光纖0F，設備OTD將傳輸信號OS傳輸到光纖中並且接收光上行鏈路信號OUS。透鏡L可以被視作設備OTD的光學接口。
[0034]雷射傳輸單兀LD由驅動單兀LDU來控制,使得根據電數據信號來調製光傳輸信號
OS。優選地在設備OTD處經由數據接口 DTX來接收電數據信號。
[0035]控制單元的OC控制雷射傳輸單元LD，使得根據測量信號來調製光傳輸信號OS。測量信號優選地是表示相關性序列的數字電信號。
[0036]雷射驅動單元LDU向傳輸單元LD提供用於功率調整的電偏置信號以及用於根據在驅動單元LDU處接收到的數位訊號來調製光信號OS的電調製信號。該數據優選地在設備OTD處經由數據接口 DTX來接收。
[0037]雷射驅動器LDU本身由控制單元MC來控制，優選地是微控制器，其中單元MC控制驅動單元LDU的工作點。此外，單元MC控制驅動單元LDU，使得溫度補償被執行。
[0038]根據測量信號的傳輸信號OS的調製優選地通過用作相關性序列的偽隨機比特序列來執行。該比特序列有預定義的比特速率，這優選地是1MHz的比特速率。比特序列優選地具有211-1的長度。
[0039]設備OTD從透鏡L處的光纖OF接收光信道的響應信號R0S。然後，該信號ROS通過光濾波器F。該信號ROS的一部分FROSl由部分光透射設備M向光接收單元ORX反射或抑制。信號ROS的剩餘部分FR0S2由部分光透射設備M向隔離器I傳送，這抑制了該剩餘部分FR0S2，使得其無法到達雷射單元LD。優選地，在部分光透射設備M是抽頭耦合器的情況下，信號部分FROSl具有符合第一預定義波長或波長範圍的波長，而信號部分FR0S2具有符合第二預定義的波長或波長範圍的波長。
[0040]雷射傳輸單元LD由控制單元OC控制，使得傳輸信號OS根據測量信號來進行調製。在光接收單元ORX內，接收到的光信號的一部分FROSl被轉換成電測量信號EMS。為此，接收單元ORX包含將信號部分FROSl轉換成電信號的光電二極體PD、以及放大器TIA，其放大用於獲得電測量信號EMS的經轉換的電信號。放大器TIA優選地是互阻抗放大器。放大器TIA優選地使用由電源PS提供的電能。
[0041]根據測量信號的傳輸信號OS的調製優選地是幅度調製。此外，根據接收到的數據的光信號OS的調製還是使用開關鍵控以預定比特速率的幅度調製。該開關鍵控優選地以每秒2.5千兆比特速率來執行。
[0042]如下幅度優選地在光信號的OS最大幅度的5%至10%的範圍內，光信號OS根據測量信號而通過該幅度得以調製。
[0043]在測量間隔內，測量信號被連續多次調製到光信號OS上。在該測量間隔內，光接收單元ORX從而通過將接收到的光信號FROSl的一部分轉換成這些相應的電測量信號，來測量多個電測量信號。然後，將多個電測量信號提供給OTDR控制單元0C，OTDR控制單元OC存儲這些多個電測量信號，並且基於測量的電信號來確定平均接收電測量信號。該平均可以是未加權的或加權平均的。通過這種包括多個接收的測量信號的平均的測量方式，與包括僅一個單個測量的測量的方式相比，實現了提高的測量準確度。
[0044]然後，經由數據總線I2C向設備提供控制單元OC內確定的平均接收電測量信號，圖1中未示出。這樣的設備可以使平均測量信號與相關性序列本身相關，以最終確定光信道的反射簡檔。替代地，該相關可以在控制單元OC內被直接執行。
[0045]控制單元MC控制放大器TIA，使得該放大器TIA在測量間隔之前的至少一部分時間間隔期間被關閉。
[0046]為此，控制單元MC經由電連接來連接到放大器TIA的電源PS。為了打開和關閉電源PS，控制單元MC向電源PS發送電控制信號CS，也稱為「TIA啟用」。通過打開和關閉放大器TIA的電源PS，也根據由控制單元MC發送的控制信號CS來打開和關閉放大器TIA。
[0047]備選地，代替打開和關閉作為放大器TIA的獨立單元的電源PS，控制單元MC與放大器TIA直接電連接，其中放大器TIA提供接口，優選地是圖1中沒有明確示出的PIN連接，在該接口處，其中電控制信號可以直接打開和關閉放大器TIA。
[0048]如上所述，放大器TIA在其被打開時將生成熱能。因此，通過在測量和非測量的不同間隔期間打開和關閉放大器TIA，接收單元ORX內存在的熱能量可能發生變化。此外，接收單元ORX內存在的熱能可以從接收單元ORX向單獨的雷射傳輸單元LD消散。因此，通過在不同的間隔期間打開和關閉放大器TIA，由於熱能消散而導致的傳輸單元LD內存在的熱能的量可能發生變化。因此，可以實現由傳輸單元LD生成的光傳輸信號的中心波長的改變或變化。
[0049]在接收單元ORX和雷射傳輸單元的LD分別具有彼此不直接連接的殼體的意義上，接收單元ORX和雷射傳輸單元的LD是分離的。這些殼體優選地可以經由光學子組件(OSA)的殼體來間接地彼此連接，這將在以下具體描述。
[0050]圖2不出了測量和非測量的不同時間間隔。
[0051]由於該事實，當在網絡內操作傳輸設備時，反射簡檔的測量不必總是被執行，接收單元內的用於測量電測量信號的放大器必須僅在這樣的時間間隔期間被打開，在該時間間隔期間，應當執行反射簡檔的測量。
[0052]在測量間隔Il內，執行測量，並且因此，該放大器被打開。在非測量的時間間隔1期間，不執行OTDR測量，並且因此在該非測量的時間間隔期間關閉放大器。放大器在整個時間間隔1期間不必被關閉，而是優選地可以僅在非測量的時間間隔1的一部分期間被關閉。
[0053]在OTDR測定的時間間隔Il期間，優選地傳送218個相關性序列，使得平均電測量信號基於218個獨立的電測量序列。
[0054]優選地，測量的時間間隔Il之後是非測量的另一時間間隔12，然後其跟隨有測量的另一時間間隔13。
[0055]在非測量的時間間隔12的至少一部分期間，控制單元控制放大器，使得其在時間間隔12的至少一部分期間關閉。
[0056]在測量13的時間間隔期間，在控制單元的控制下打開放大器。
[0057]返回圖1，如上所述，在相應時間間隔期間的放大器TIA的打開和關閉可以由在控制單元MC上運行的軟體任務來執行。
[0058]儘管控制單元MC優選地是微控制器，但是控制單元OC優選地被實現為專用集成電路(ASIC)。
[0059]控制單元MC和OC可以被提供為單獨的控制單元或者備選地作為控制單元。控制單元的OC和MC可以根據硬體和/或軟體的不同組合被實現為公共控制單元或單獨的控制單元。
[0060]光學子組件OSA光連接到雷射傳輸單元LD和光接收單元0RX。因此，光學子組件OSA能夠提供光傳輸信號給光學接口 0IF，優選地由透鏡L給出。
[0061]此外，光學子組件OSA能夠從光學接口 OIF接收所接收到的光信號R0F。
[0062]光學子組件OSA優選地是具有殼體CA的氣密密封設備。傳輸單元LD和接收單元ORX機械地連接到該殼體。此外，光數據接收單元ODRX還機械地連接到子組件OSA。
[0063]光學子組件可以具有由塑料製成的殼體CA。根據替代方案，子組件OSA的殼體CA是金屬殼體，其提供如下優點，即允許從接收單元ORX向傳輸單元LD的更快熱能消散。這在下述情況下特別有利:接收單元ORX和傳輸單元LD 二者都被密封在相應的金屬殼體CA1、CA2中，其被焊接到子組件OSA的殼體CA。
[0064]傳輸單元OTD優選地包含光數據接收單元0DRX，其經由上行鏈路信號OUS接收數據。光數據接收單元ODRX還可以利用光電二極體以及放大器，以從光上行信號OUS得到接收到的數據，該數據然後可以被提供給數據接口 DRX。
[0065]所提出的設備還公開了如獨立權利要求中要求保護的光數據傳輸的方法，其包括對應於要求保護提出的設備的獨立權利要求的不同步驟。
[0066]在圖1中所示的各種元件的功能，包括標記為「控制單元」的任何功能塊，可以通過使用專用硬體以及能夠關聯於適當軟體來執行軟體的硬體來提供。當由處理器提供時，該功能可以通過單個專用處理器、由單個共享處理器或由多個獨立處理器來提供，其中的一些可以被共享。此外，術語「控制單元」的明確使用不應當被解釋為專指硬體能夠執行軟體的硬體，並且可以暗示地包括但不限於數位訊號處理器(DSP)硬體、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)、用於存儲軟體的只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)和非易失性存儲。還可以包括常規和/或定製的其他的硬體。
【權利要求】
1.一種用於光接入網絡的光數據傳輸設備(OTD)，包括: -雷射傳輸單元(LD)，可操作為生成光傳輸信號(OS)， -至少一個驅動單元(LDU)，其可操作為控制所述雷射傳輸單元(LD)，使得所述光傳輸信號(OS)根據數據信號而被調製， -光接收單元(ORX)，被適配為使用光電二極體(PD)和電放大器(TIA)來將已接收光信號(ROS)的至少一部分轉換成電測量信號(EMS)，其中所述光接收單元(ORX)與所述雷射傳輸單兀(LD)分離， -至少一個控制單元(MC，0C)，可操作為控制所述雷射傳輸單元，使得所述光傳輸信號(OS)根據測量信號而被調製， 其中所述控制單元(MC，0C)進一步可操作為 -在測量間隔(Il)期間測量多個電測量信號，並且基於測量的所述信號來確定平均的已接收電測量信號， -以及控制所述電放大器(TIA)，使得所述電放大器(TIA)在所述測量間隔(Il)之前的時間間隔(1)的至少一部分期間被關閉。
2.根據權利要求1所述的光數據傳輸設備(OTD)， 其中所述控制單元(MC，0C)通過電連接來連接到所述電放大器(TIA)的電源， 並且其中所述控制單元通過經由所述電連接關閉所述電放大器(TIA)的所述電源(PS)來關閉所述電放大器(TIA)。
3.根據權利要求1所述的光數據傳輸設備(OTD)， 其中所述控制單元(MC，0C)通過電連接來連接到所述電放大器(TIA)， 並且其中所述控制單元經由所述電連接來關閉所述電放大器(TIA)。
4.根據權利要求1所述的光數據傳輸設備(OTD)， 其中所述雷射傳輸單元(LD)和所述光接收單元(ORX)被光連接到光學子組件(OSA)，所述光學子組件(OSA)可操作為 -向光接口提供所述光傳輸信號(OS) -以及從所述光接口接收所述已接收光信號(ROS)。
5.根據權利要求4所述的光數據傳輸設備(OTD)， 其中所述雷射傳輸單元(LD)和所述光接收單元(ORX)被機械地連接到所述光學子組件(OSA)。
6.根據權利要求5所述的光數據傳輸設備(OTD), 其中所述光學子組件(OSA)被封裝在金屬殼體中。
7.根據權利要求1所述的光數據傳輸設備(OTD)， 其中所述控制單元(MC，0C)可操作為在非測量和測量的交替時間間隔期間控制所述電放大器(TIA)，使得所述電放大器(TIA)在非測量的時間間隔(10、12)的至少相應部分期間被關閉。
8.根據權利要求1所述的光數據傳輸設備(OTD)， 其中所述測量信號表示具有預定義比特速率的比特序列。
9.根據權利要求1所述的光數據傳輸設備(OTD)， 其中所述驅動單元(LDU)可操作為控制所述雷射傳輸單元(LD)，使得所述光信號(OS)根據所述數據信號使用開關鍵控而被調製。
10.根據權利要求1所述的光數據傳輸設備(OTD)， 其中所述控制單元(MC，0C)進一步可操作為向數據總線(I2C總線)提供表示所述平均的已接收電測量信號的測量數據信號。
11.根據權利要求1所述的光數據傳輸設備(OTD)， 其中所述控制單元(MC，0C)可操作為控制所述驅動單元(LDU)的工作點。
12.根據權利要求1所述的光數據傳輸設備(OTD)， 進一步包括光數據接收單元(ODRX), 其中所述雷射傳輸單元(LD)可操作為以第一波長傳輸所述光信號(OS)， 並且其中所述光數據接收單元(ODRX)可操作為以不同於所述第一波長的第二波長經由所述已接收光信號來接收數據。
13.根據權利要求1所述的光數據傳輸設備(OTD)， 其中所述控制單元(MC，0C)通過關閉所述電放大器(TIA)的電源(PS)來間接關閉所述電放大器(TIA)， 或者其中所述控制單元(MC，0C)通過向所述電放大器(TIA)提供所述控制信號來直接關閉所述電放大器(TIA)。
14.一種光數據傳輸的方法，包括 -使用雷射傳輸單兀(LD)來生成光傳輸信號(OS), -使用至少一個驅動單元(LDU)來控制所述雷射傳輸單元(LD)，使得所述光傳輸信號(OS)根據數據信號而被調製， -使用包括光電二極體(PD)和電放大器(TIA)的光接收單元(ORX)來將已接收光信號(ROS)的至少一部分轉換成電測量信號(EMS)，其中所述光接收單元(ORX)與所述雷射傳輸單元(LD)分離， -使用至少一個控制單元(MC，0C)來控制所述雷射傳輸單元，使得所述光傳輸信號(OS)根據測量信號而被調製， 進一步包括，使用所述控制單元(MC，0C) -在測量間隔(Il)期間測量多個電測量信號，並且基於測量的所述信號來確定平均的已接收電測量信號， -並且控制所述電放大器(TIA)，使得所述電放大器(TIA)在所述測量間隔(Il)之前的時間間隔(1)的至少一部分期間被關閉。
【文檔編號】H04B10/071GK104350371SQ201380027942
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年4月19日 優先權日:2012年5月29日
【發明者】M·施特勞布, J·黑曼, R·范基爾斯比爾克, S·米爾斯曼, Y·克萊鮑 申請人:阿爾卡特朗訊