專利名稱：用于實(shí)現(xiàn)突發(fā)模式光功率測(cè)量的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在此所作的公開(kāi)一般涉及無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中的光功率測(cè)量，以及更特別地，涉及用于實(shí)現(xiàn)突發(fā)模式光功率測(cè)量的技術(shù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的用于光數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的光輸入功率測(cè)量方案包括由轉(zhuǎn)阻放大器(TIA)或者限制放大器(LimAmp)所執(zhí)行的平均的電流到電壓轉(zhuǎn)換。TIA或者LimAmp提供在光數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的接收數(shù)據(jù)路徑中。在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)的情況中，在光線路終端(OLT)應(yīng)用中使用這些設(shè)備之一的主要作用在于將高頻光電二極管電流轉(zhuǎn)換為用于數(shù)據(jù)恢復(fù)的數(shù)字電壓電平。在一些情況中，TIA或者LimAmp也提供與平均光輸入功率成比例的輸出電壓，其被外部電路用來(lái)產(chǎn)生接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)測(cè)量。
例如BPON(即寬帶無(wú)源光網(wǎng)絡(luò))和GPON(即吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò))的已知光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使用在相對(duì)高比特率下的突發(fā)模式傳輸。因而，BPON和GPON在此被稱為支持突發(fā)模式的PON技術(shù)。實(shí)現(xiàn)用于支持突發(fā)模式的PON技術(shù)的輸入功率測(cè)量要求實(shí)施在網(wǎng)絡(luò)媒體接入控制器(MAC)中的功能性，以對(duì)光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)突發(fā)與RSSI測(cè)量進(jìn)行協(xié)調(diào)。但是，迄今為止，不存在用于為實(shí)現(xiàn)這些傳統(tǒng)光輸入功率測(cè)量所要求的MAC層功能性的方案。這種MAC層功能性的一個(gè)例子是實(shí)現(xiàn)用于將模擬信令信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信令信息的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的控制。
在沒(méi)有造成成本和復(fù)雜性極大增加的情況下，傳統(tǒng)光輸入功率測(cè)量方案當(dāng)實(shí)施在例如GPON的相對(duì)高比特率應(yīng)用中時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)或者多個(gè)限制。一個(gè)限制是對(duì)于當(dāng)使用傳統(tǒng)光輸入功率測(cè)量方案時(shí)實(shí)現(xiàn)這種測(cè)量的響應(yīng)時(shí)間。它通常超過(guò)1毫秒。在例如GPON的突發(fā)模式系統(tǒng)(其中必須將在共享媒體上的時(shí)隙(通常為幾微秒)分配給該測(cè)量)中，測(cè)量來(lái)自一個(gè)ONU的功率所花費(fèi)的時(shí)間會(huì)影響系統(tǒng)滿足其他終端用戶的服務(wù)質(zhì)量要求的能力。因而，在GPON系統(tǒng)中，毫秒數(shù)量級(jí)的響應(yīng)時(shí)間被認(rèn)為是不可接受的。另一個(gè)限制是與這種測(cè)量相關(guān)聯(lián)的動(dòng)態(tài)范圍。它受到使用隨平均光電二極管電流線性變化的電壓輸出的限制，這導(dǎo)致電壓輸出在輸入功率范圍的上限處為伏特?cái)?shù)量級(jí)以及在輸入功率范圍的下限處為毫伏數(shù)量級(jí)。在該輸出電壓參考接地電勢(shì)的情況下，在電路的實(shí)施中，要求對(duì)克服例如噪聲和偏移電壓的影響給予特別關(guān)注。要求在實(shí)現(xiàn)輸入電壓測(cè)量中使用的ADC具有相對(duì)高的分辨率，以便滿足低功率電平下的精確度要求。該分辨率要求導(dǎo)致增加的成本以及較長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間。此外，確定電流到電壓增益以及因此影響精確度的TIA轉(zhuǎn)阻趨向于隨著溫度和設(shè)備批次(lot)而極大地變化。此外另一個(gè)限制是精確度是不可接受的。利用線性的電流到電壓轉(zhuǎn)換的傳統(tǒng)光輸入功率測(cè)量方案要求對(duì)數(shù)函數(shù)計(jì)算，以便將電壓轉(zhuǎn)換成以dBm為單位的光功率。在OLT上的這種計(jì)算和表查詢會(huì)導(dǎo)致由于OLT的有限處理能力和/或存儲(chǔ)器引起的附加誤差。還有另外一個(gè)限制是構(gòu)造在TIA或者其他數(shù)據(jù)路徑設(shè)備中的RSSI測(cè)量方案具有限制可以在數(shù)據(jù)路徑中使用哪些設(shè)備的影響。
因此，以至少部分地克服與用于實(shí)現(xiàn)光輸入功率測(cè)量的傳統(tǒng)方法相關(guān)聯(lián)的限制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)光輸入功率測(cè)量將是有用的且有優(yōu)勢(shì)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于測(cè)量光輸入功率的非侵入式方案，并且由此使得能夠監(jiān)控測(cè)量的光功率。這樣，本發(fā)明使光系統(tǒng)裝置能夠在正常工作期間調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)以便根據(jù)測(cè)量的光輸入功率提高系統(tǒng)性能。例如，利用在相對(duì)高比特率下進(jìn)行突發(fā)模式傳輸?shù)墓饩W(wǎng)絡(luò)技術(shù)(例如GPON和BPON)特別好地適合于和受益于實(shí)施這種非侵入式測(cè)量方案，因?yàn)榭梢允褂脧墓廨斎牍β蕼y(cè)量導(dǎo)出的信息來(lái)減少相關(guān)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的光接口的性能要求，由此支持系統(tǒng)性能的提高。此外，與傳統(tǒng)測(cè)量方案所提供的相比，根據(jù)本發(fā)明而實(shí)現(xiàn)光輸入功率測(cè)量提供了更快的響應(yīng)、更大的動(dòng)態(tài)范圍和更高的精確度，這對(duì)于在例如GPON和BPON的高級(jí)高帶寬的光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中根據(jù)光輸入功率測(cè)量調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)來(lái)說(shuō)是必需的。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光線路終端包括DC電流負(fù)載、功率測(cè)量電路、上行數(shù)據(jù)路徑電路和電流鏡電路。電流鏡電路連接在DC電流負(fù)載、功率測(cè)量電路和上行數(shù)據(jù)路徑電路之間。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，光輸入功率監(jiān)控裝置包括電流鏡電路和功率測(cè)量電路。電路鏡電路包括第一輸出端和第二輸出端。功率測(cè)量電路連接到第二輸出端。電流鏡電路被配置為用來(lái)產(chǎn)生第一電流的副本，用來(lái)通過(guò)第二輸出端輸出第一電流的副本，以及用來(lái)通過(guò)第一輸出端輸出第一電流。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，一種方法被配置為用來(lái)產(chǎn)生接收信號(hào)強(qiáng)度指示。執(zhí)行用來(lái)提供聚集電流的副本的操作。聚集電流是由DC電流負(fù)載所引出的電流和由無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中的上行數(shù)據(jù)路徑電路的光電二極管所引出的電流之和。在提供聚集電流的副本之后，執(zhí)行用來(lái)將聚集電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓的操作，然后執(zhí)行用來(lái)將數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換成功率電平的操作。
現(xiàn)在回到本發(fā)明的具體方面，在至少一個(gè)實(shí)施例中，DC電流負(fù)載與上行數(shù)據(jù)路徑電路中的光電二極管并聯(lián)。
在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，DC電流負(fù)載呈現(xiàn)為基本上固定的負(fù)載。
在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，電流鏡將聚集電流的副本提供給功率測(cè)量電路，以及聚集電流是由DC電流負(fù)載所引出的電流和光電二極管所引出的電流之和。
在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，功率測(cè)量電路包括模擬放大電路和模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，模擬放大電路連接在電流鏡電路和模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換電路之間，電流鏡電路將聚集電流的副本提供給模擬放大電路，以及聚集電流是由DC電流負(fù)載所引出的電流和上行數(shù)據(jù)路徑電路的光電二極管所引出的電流之和。
在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，功率測(cè)量電路包括第一模擬濾波器，其連接在電流鏡電路和模擬放大電路之間；以及第二模擬濾波器，其連接在模擬放大電路和模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換電路之間。
在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，模擬放大電路根據(jù)聚集電流輸出模擬電壓；模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換電路根據(jù)模擬電壓輸出數(shù)字電壓；以及功率測(cè)量電路包括根據(jù)數(shù)字電壓輸出功率電平的功率測(cè)量模塊。
在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，功率測(cè)量電路包括計(jì)數(shù)器，并且功率測(cè)量電路被配置為用來(lái)響應(yīng)于在模擬電流和模擬電壓其中至少之一中的期望變化啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，以及用來(lái)當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到指定計(jì)數(shù)數(shù)目時(shí)起動(dòng)模擬電壓的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換。
在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，用于提供聚集電流的副本的操作包括將由DC電流負(fù)載所引出的電流和由上行數(shù)據(jù)路徑電路的光電二極管所引出的電流提供給電流鏡電路。
在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，將聚集電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓包括將聚集電流提供給用來(lái)根據(jù)聚積電流產(chǎn)生模擬電壓的模擬放大電路，以及將模擬電壓提供給用來(lái)根據(jù)模擬電壓產(chǎn)生數(shù)字電壓的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換電路。
在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，將數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換成功率電平包括將數(shù)字電壓提供給用來(lái)根據(jù)數(shù)字電壓產(chǎn)生功率電平的功率測(cè)量模塊。
在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，將模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓包括響應(yīng)于給光電極管通電來(lái)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，以及當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到指定計(jì)數(shù)數(shù)目時(shí)起動(dòng)模擬電壓的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換。
在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，響應(yīng)于將模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓的完成來(lái)執(zhí)行將數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換成功率電平。
通過(guò)進(jìn)一步研究以下說(shuō)明、相關(guān)的附圖以及所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其他目的、實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)和/或者差別將變得更加明顯。


圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的包括接收信號(hào)強(qiáng)度指示電路的光線路終端的實(shí)施例；圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的配置為提供閉環(huán)光電二極管增益控制的GPON OLT的實(shí)施例；以及圖3描述了在圖2的OLT中使用的控制環(huán)的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)中，每個(gè)光線路終端(OLT)通過(guò)光纖設(shè)備連接到若干光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)。OLT是通常位于服務(wù)提供者場(chǎng)所處的單元，以及每個(gè)ONU位于用戶場(chǎng)所處或者附近。ONU依次發(fā)送數(shù)據(jù)給OLT。由于輸出校準(zhǔn)、光纖損耗等等的差異，OLT從一個(gè)ONU可以接收到相對(duì)強(qiáng)的光信號(hào)，而從另一個(gè)ONU可以接收到相對(duì)弱的光信號(hào)。對(duì)于OLT來(lái)說(shuō)，接收光信號(hào)強(qiáng)度的這種變化可能會(huì)使得正確地恢復(fù)輸入數(shù)據(jù)很難(并且昂貴)。
為了減少與這種信號(hào)強(qiáng)度變化相關(guān)聯(lián)的不利影響，有利的是實(shí)施功率電平調(diào)節(jié)(power leveling)機(jī)制，用于減少在OLT的接收器處經(jīng)歷的輸入光功率的范圍。功率電平調(diào)節(jié)機(jī)制發(fā)送消息給ONU，使得它們調(diào)整它們的輸出功率。但是，OLT必須以某種精確度知道它從每個(gè)ONU收到什么功率電平，以便確定應(yīng)當(dāng)如何調(diào)整ONU的輸出功率。當(dāng)前的OLT接收器技術(shù)沒(méi)有提供這種測(cè)量作為標(biāo)準(zhǔn)特征，因此要求實(shí)施獨(dú)立的接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)電路。根據(jù)本發(fā)明的OLT包括這種RSSI電路，并且由此支持這種功率電平調(diào)節(jié)功能性。
除了要求功率電平調(diào)節(jié)之外，也期望OLT能夠在每個(gè)ONU基礎(chǔ)上提供以dBm為單位的輸入功率值，目的在于由系統(tǒng)操作者對(duì)系統(tǒng)條件進(jìn)行非侵入式監(jiān)控(例如系統(tǒng)性能監(jiān)控或周期性維護(hù))。因而，根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的光輸入功率測(cè)量可以被用來(lái)滿足功率電平調(diào)節(jié)推薦，并且也可以用于上述目的。
在ITU-T推薦G.984中定義的吉比特PON(GPON)是PON技術(shù)的具體例子，其中可以實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的OLT，目的在于支持功率電平調(diào)節(jié)功能性。但是，在此公開(kāi)根據(jù)本發(fā)明的功率電平調(diào)節(jié)和相應(yīng)的RSSI電路的益處可用于其他的光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及也許其他通常的應(yīng)用。
GPON物理媒體依賴(PMD)層規(guī)范(即在2003年3月的推薦G.984.2中)描述了一種功率電平調(diào)節(jié)機(jī)制，其可以實(shí)施在OLT上，以便放寬對(duì)OLT突發(fā)模式接收器的動(dòng)態(tài)范圍要求。該規(guī)范包括大量對(duì)于這種機(jī)制的具體推薦。第一個(gè)具體推薦是OLT測(cè)量每個(gè)ONU突發(fā)的平均光輸入功率(P)。這限制了測(cè)量技術(shù)的響應(yīng)時(shí)間，因?yàn)楸仨氃赑ON的正常工作期間執(zhí)行測(cè)量。OLT控制分配給每個(gè)ONU的突發(fā)時(shí)間，因此ONU突發(fā)時(shí)間可以變化。期望典型的突發(fā)時(shí)間在毫秒數(shù)量級(jí)上。OLT可以分配較大的突發(fā)時(shí)間，但是較大的突發(fā)時(shí)間會(huì)增加來(lái)自其他ONU的業(yè)務(wù)的延遲。第個(gè)具體推薦是OLT Rx必須能夠測(cè)量低于靈敏度(由ITU G.984定義)5dB的突發(fā)功率。該推薦用于定義測(cè)量技術(shù)的動(dòng)態(tài)范圍。Rx靈敏度要求是在-30dBm(dB毫瓦)的數(shù)量級(jí)上，并且輸入功率范圍的上限將達(dá)到-5dBm。這產(chǎn)生對(duì)于光輸入功率為30dB以及對(duì)于OLT的光電二極管的電流輸出為60dB的動(dòng)態(tài)范圍。第三個(gè)推薦是該測(cè)量在OLT的全部工作范圍上的不確定度范圍最大值為4dB。這定義在OLT的工作范圍上測(cè)量的容差，包括溫度和輸入功率電平的偏差。根據(jù)本發(fā)明的功率測(cè)量功能性提供了用于滿足這些推薦的手段。
除了用于功率電平調(diào)節(jié)的要求之外，也期望GPON OLT能夠在每個(gè)ONU基礎(chǔ)上提供以dBm為單位的輸入功率值，目的在于由系統(tǒng)操作者對(duì)系統(tǒng)條件進(jìn)行非侵入式監(jiān)控(系統(tǒng)性能監(jiān)控或者PM)。用來(lái)滿足功率電平調(diào)節(jié)的推薦的測(cè)量服務(wù)于該目的。
圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的光線路終端的實(shí)施例，其在此被稱為光線路終端(OLT)100。光線路終端100包括光電二極管DC電源105、接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)電路110和光電二極管115。RSSI電路110連接在光電二極管DC電源105和光電二極管115之間。DC電源105在光電二極管115的信令工作期間為光電二極管105提供輸入功率電流。光電二極管DC電源105和光電二極管115是傳統(tǒng)的OLT組件，并且因此在此沒(méi)有進(jìn)行特別詳細(xì)的討論。
RSSI電路110包括DC電流負(fù)載120、功率測(cè)量電路125和電流鏡電路130。DC電流負(fù)載120與光電二極管115并聯(lián)，這有助于減少RSSI電路110的總體響應(yīng)時(shí)間。電流鏡電路130連接在DC電流負(fù)載120、DC電源105和功率測(cè)量電路125之間。正如在傳統(tǒng)光電二極管OLT實(shí)施中的電流那樣，光輸入信號(hào)導(dǎo)致光電二極管DC電源105提供電流給光電二極管115(即光電二極管電流IP)。但是，根據(jù)本發(fā)明，光電二極管115與DC電流負(fù)載120的并聯(lián)導(dǎo)致光電二極管電源105提供電流給DC電流負(fù)載120(即DC負(fù)載電流IL)。光電二極管電流IP和DC負(fù)載電流IL一起表示聚集電流(即聚集電流IA)。優(yōu)選地，DC電流負(fù)載120實(shí)施溫度補(bǔ)償技術(shù)，以提供很少隨溫度變化的偏移電流。
電流鏡電路130將聚集電流IA的副本提供給功率測(cè)量電路125(即鏡電流IM)，這使得能夠與數(shù)據(jù)路徑的實(shí)施無(wú)關(guān)地執(zhí)行光電二極管電流IP的測(cè)量。有利的是，根據(jù)本發(fā)明的光電二極管電流IP的測(cè)量與數(shù)據(jù)路徑組件無(wú)關(guān)(以及反之亦然)，使得可以實(shí)施對(duì)RSSI電路或者數(shù)據(jù)路徑電路的改善，而彼此互不影響。
優(yōu)選地，DC電流負(fù)載120呈現(xiàn)為基本上固定的負(fù)載，以及據(jù)此引出已知電流(即DC負(fù)載電流IL)，使得鏡電流IM與光電二極管電流IP具有已知的關(guān)系，并且可以在不影響OLT的接收器電路的情況下測(cè)量鏡電流IM。接收ONU信號(hào)并且對(duì)其進(jìn)行上行發(fā)送的OLT 100的光電二極管DC電源105、光電二極管115和其他傳統(tǒng)電路是接收器電路的例子。電流鏡130有利地用于將OLT 100的接收器電路與功率測(cè)量電路125隔離，這是有利的，因?yàn)楣怆姸O管電路115在OLT 100中的位置對(duì)于噪聲污染是非常敏感的。
功率測(cè)量電路125包括第一模擬濾波器131、對(duì)數(shù)放大器135、第二模擬濾波器140、模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器145、轉(zhuǎn)換起動(dòng)模塊150和功率計(jì)算模塊155。對(duì)數(shù)放大器135連接在第一模擬濾波器131和第二模擬濾波器140之間。第二模擬濾波器140連接在對(duì)數(shù)放大器135和模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器145之間。轉(zhuǎn)換起動(dòng)模塊150和功率計(jì)算模塊155各自連接到模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器145。
正如上面所公開(kāi)的，電流鏡電路130將聚集電流IA的副本提供給功率測(cè)量電路125(即鏡電流IM)。鏡電流IM是模擬形式的。優(yōu)選地，但不是必須地，鏡電流IM包括增益(即IM＝增益×IP+IL)。通過(guò)第一模擬濾波器131從電流鏡電路130(即經(jīng)由鏡電流輸出)提供鏡電流IM到對(duì)數(shù)放大器135的輸入。第一模擬濾波器131對(duì)鏡電流IM提供頻率補(bǔ)償和噪聲抑制。對(duì)數(shù)放大器135根據(jù)鏡電流IM的平均值輸出模擬電壓(即轉(zhuǎn)換鏡電流IM)。鏡電流IM的平均值按照對(duì)數(shù)比例轉(zhuǎn)換成模擬電壓，這增加了動(dòng)態(tài)范圍并且簡(jiǎn)化了以dBm為單位的光電二極管輸入功率的計(jì)算。例如，1μA鏡電流IM對(duì)應(yīng)于0.2V的模擬電壓，而10μA鏡電流IM對(duì)應(yīng)于0.4V的模擬電壓，100μA鏡電流IM對(duì)應(yīng)于0.6V的模擬電壓，以此類推。有利的是，通過(guò)將輸入功率電平的較寬范圍轉(zhuǎn)換成電壓范圍，按照對(duì)數(shù)比例的鏡電流IM的轉(zhuǎn)換改善了動(dòng)態(tài)范圍，其中所述電壓范圍適合于通過(guò)在典型中心局環(huán)境中由相對(duì)低成本的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行的測(cè)量(即存在來(lái)自本地開(kāi)關(guān)式電源或者其它電子設(shè)備的噪聲的情況下)。
對(duì)數(shù)放大器135極大地影響RSSI電路110的響應(yīng)時(shí)間。已知的集成對(duì)數(shù)放大器(例如對(duì)數(shù)放大器135)的響應(yīng)時(shí)間與施加的輸入電流(即鏡電流IM)成比例地變化。當(dāng)初始輸入功率(即從鏡電流IM導(dǎo)出的功率)非常低時(shí)，對(duì)數(shù)放大器135的響應(yīng)時(shí)間可能會(huì)大得不可接受。例如，當(dāng)以零輸入功率啟動(dòng)并且前進(jìn)到非常低的平均輸入功率時(shí)，典型對(duì)數(shù)放大器的響應(yīng)時(shí)間是幾百微秒。大于約100微秒的響應(yīng)時(shí)間可以對(duì)上行ONU帶寬分配產(chǎn)生不可接受的限制。因而，有利的是，DC電流負(fù)載120與光電二極管115并聯(lián)(即并聯(lián)負(fù)載)，以改善總體響應(yīng)時(shí)間。并入DC電流負(fù)載120用于吸收(sink)恒定的電流量，使得對(duì)數(shù)放大器135的輸入呈現(xiàn)輸入電流偏移。由DC電流負(fù)載120產(chǎn)生的反向電流(sink current)足夠大，以使對(duì)數(shù)放大器135進(jìn)入工作區(qū)，在該工作區(qū)中對(duì)于有效輸入的響應(yīng)時(shí)間為可接受的。例如，1微安的反向電流可能導(dǎo)致達(dá)到大約50微秒的最大響應(yīng)時(shí)間。反向電流具有在對(duì)數(shù)放大器135輸出端抬高偏移電壓的影響，但不影響其對(duì)數(shù)增益。
通過(guò)第二濾波器140，將對(duì)數(shù)放大器135輸出的模擬電壓提供給模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器145的輸入(即模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入)。第二模擬濾波器140對(duì)模擬電壓提供頻率補(bǔ)償和噪聲抑制。模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器145根據(jù)模擬電壓輸出數(shù)字電壓(即轉(zhuǎn)換模擬電壓)。
將從對(duì)數(shù)放大器135輸出的模擬電壓連續(xù)地提供給模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器145。根據(jù)本發(fā)明，轉(zhuǎn)換起動(dòng)模塊150起動(dòng)模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于特定光電二極管突發(fā)的功率計(jì)算。在此公開(kāi)的是可以對(duì)于OLT來(lái)說(shuō)本地地或者從系統(tǒng)的更高級(jí)來(lái)觸發(fā)用于特定光電二極管突發(fā)功率計(jì)算的功率計(jì)算。例如，轉(zhuǎn)換起動(dòng)模塊150和功率計(jì)算模塊155可以是GPON MAC接口的組件，通過(guò)該接口可以觸發(fā)功率計(jì)算。在本實(shí)例中，MAC接口為待測(cè)量的特定光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)分配上行時(shí)隙，并且了解(例如每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)GPON工作)何時(shí)ONU突發(fā)開(kāi)始。模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換的MAC控制有助于光電二極管輸入功率測(cè)量相對(duì)于ONU突發(fā)的緊密協(xié)調(diào)。當(dāng)上行突發(fā)啟動(dòng)(即被供電)時(shí)，MAC接口啟動(dòng)轉(zhuǎn)換起動(dòng)模塊150的計(jì)數(shù)器，已經(jīng)根據(jù)系統(tǒng)配置設(shè)置了轉(zhuǎn)換起動(dòng)電路的終值。優(yōu)選地，終值代表RSSI電路110的建立時(shí)間加上一定的裕量。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到它的終值時(shí)，轉(zhuǎn)換起動(dòng)模塊150觸發(fā)模擬電壓的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換。按照這種方式，RSSI電路110的響應(yīng)時(shí)間與單個(gè)ONU突發(fā)一致，使得可以在光電二極管115的正常工作期間進(jìn)行輸入功率測(cè)量，同時(shí)減少對(duì)信令業(yè)務(wù)的影響。
當(dāng)完成模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)，模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器145觸發(fā)功率計(jì)算模塊，用以實(shí)現(xiàn)根據(jù)由模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字電壓的以dBm為單位的光電二極管輸入功率計(jì)算。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)以下等式計(jì)算來(lái)定義數(shù)字電壓到以dBm為單位的光電二極管輸入功率(Pin)的轉(zhuǎn)換
Pin(dBm)＝A×Vout+B+f(Vout)其中，A和B是常數(shù)，以及f(Vout)是Vout的函數(shù)，其中Vout考慮當(dāng)存在零光輸入時(shí)來(lái)自光電二極管和DC電流吸收器的偏移電流。優(yōu)選地，當(dāng)校準(zhǔn)OLT 100時(shí)計(jì)算和存儲(chǔ)A、B和f(Vout)的值，使得在運(yùn)行時(shí)間只需要執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算(例如乘法和加法運(yùn)算)。
在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，使用電阻器或者其它線性轉(zhuǎn)換電路而不是對(duì)數(shù)放大器來(lái)將電流轉(zhuǎn)換成電壓。在這種情況中，不要求DC電流負(fù)載來(lái)改善總體響應(yīng)時(shí)間。但是，DC電流負(fù)載仍然提供與使模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入在低輸入功率電平時(shí)遠(yuǎn)離0V相關(guān)聯(lián)的益處。對(duì)于動(dòng)態(tài)范圍和精確度，這種可選實(shí)施例可能會(huì)呈現(xiàn)出與已知的現(xiàn)有輸入功率測(cè)量方案相同的一些問(wèn)題。但是，有利的是，本發(fā)明的該可選實(shí)施例提供了一種在正常工作期間測(cè)量每個(gè)ONU的光輸入功率的手段，其與數(shù)據(jù)路徑組件無(wú)關(guān)并且對(duì)信令業(yè)務(wù)具有最小的影響。
現(xiàn)在回到對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的輸入功率測(cè)量功能性的特定實(shí)用性的討論，在PON中的典型OLT上的突發(fā)模式接收器電路通常設(shè)計(jì)為支持特定的光功率范圍(例如-27dBm到-6dBm)，該范圍基于例如比特率和光分布網(wǎng)絡(luò)(ODN)類的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。現(xiàn)有PON系統(tǒng)使用開(kāi)環(huán)技術(shù)相對(duì)于來(lái)自每個(gè)ONU的測(cè)量輸入功率來(lái)設(shè)置接收器工作點(diǎn)，并且僅僅考慮OLT處的條件(例如溫度)而不考慮PON處的條件。但是，在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中，其中可以測(cè)量來(lái)自每個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)的輸入功率以及可以調(diào)整輸入光-電增益，可以按照閉環(huán)方式創(chuàng)造性地控制OLT的輸入范圍，以考慮不同的光網(wǎng)絡(luò)的電平條件。有利的是，該能力可以將工作范圍額外地?cái)U(kuò)展差不多6dBm(例如-30dBm到-3dBm)。
例如GPON的PON技術(shù)(即按照ITU推薦G.984定義的)要求OLT接收器電路支持來(lái)自多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)的突發(fā)模式光輸入功率電平的較寬動(dòng)態(tài)范圍。這通常通過(guò)在某初始條件下優(yōu)化接收器工作點(diǎn)以使得在例如溫度和老化的工作條件上滿足系統(tǒng)要求來(lái)實(shí)現(xiàn)。正如以上討論的，GPON標(biāo)準(zhǔn)描述了使得ONU輸出功率電平能夠被分組的功率電平調(diào)節(jié)機(jī)制。這樣，可以使用功率電平調(diào)節(jié)來(lái)將OLT接收器的動(dòng)態(tài)范圍要求減少大約6dB。但是，不理想的是，傳統(tǒng)的用于實(shí)現(xiàn)ONU功率調(diào)節(jié)的方法是粗糙的并且在范圍上受限。
在OLT接收器使用例如雪崩光電二極管(APD)的可變?cè)鲆婀怆姸O管的情況下，則可以通過(guò)控制APD電壓偏置來(lái)調(diào)節(jié)接收器光輸入范圍，因?yàn)锳PD的光-電增益取決于偏置電平。在一些情形下，期望在工作期間調(diào)節(jié)OLT接收器的工作范圍，以便考慮原始接收器工作點(diǎn)不支持的光鏈路條件。這種情形的一個(gè)例子是來(lái)自一個(gè)或者多個(gè)ONU的輸入功率高于所支持的范圍并且因此超過(guò)了接收器輸入過(guò)載電平的系統(tǒng)。在這種情況下，可以向上移動(dòng)接收器的工作范圍(通過(guò)降低APD增益)，以支持較高的輸入過(guò)載電平。這種情形的另一個(gè)例子是來(lái)自每個(gè)ONU的輸入功率隨著時(shí)間極大地降低(表示了ODN或者接收器APD特性的變化)的系統(tǒng)。在這種情況下，可以向下移動(dòng)接收器的工作范圍(通過(guò)增大APD增益)，以改善低輸入電平下的比特誤差率(BER)。
總之，根據(jù)本發(fā)明的利用RSSI電路實(shí)現(xiàn)光電二極管輸入功率測(cè)量(即ONU輸入功率測(cè)量)使得能夠精確測(cè)量來(lái)自PON上的每個(gè)ONU的輸入功率。輸入功率的精確測(cè)量允許OLT確定例如ONU是否工作在所允許的范圍之外或者來(lái)自一組OUN的功率隨時(shí)間變化了多少之類的情況。這樣，與合適光電二極管增益控制相結(jié)合來(lái)實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的RSSI電路提供了閉環(huán)系統(tǒng)，該閉環(huán)系統(tǒng)可以響應(yīng)于特定PON條件來(lái)調(diào)節(jié)光電二極管增益。
所述RSSI電路和光電二極管增益控制的這種結(jié)合實(shí)施的優(yōu)勢(shì)在于調(diào)節(jié)OLT接收器增益，以考慮所測(cè)量到的PON條件和接收器特性的變化。這使得能夠配置OLT以采取校正措施以及擴(kuò)展OLT的輸入工作范圍。此外，可以以相對(duì)精細(xì)的分辨率和相對(duì)較寬的范圍來(lái)進(jìn)行這些調(diào)節(jié)。
使用設(shè)置DC-DC電源的工作點(diǎn)的電路來(lái)控制OLT上所使用的APD的電壓偏置。增加電壓偏置具有增大APD的光-電增益的效果。通常，OLT使用提供最大的信噪比(SNR)的APD偏置并且僅僅調(diào)整該偏置以考慮溫度的變化，因?yàn)樽畲骃NR的偏置點(diǎn)會(huì)隨溫度變化。
現(xiàn)在參考圖2，描述了配置為用于提供根據(jù)本發(fā)明的閉環(huán)光電二極管增益控制的GPON OLT的實(shí)施例。GPON OLT在此被稱為OLT 200。OLT 200包括光電二極管DC電源205、RSSI電路210、光電二極管215、GPON接收器數(shù)據(jù)路徑電路220和GPON MAC電路225。RSSI電路210基本上與圖1所描述的相同，并且連接在DC電源205、光電二極管215和GPON MAC電路225之間。優(yōu)選地，光電二極管215是雪崩光電二極管，或者可選地，是提供合適偏置電平依賴增益的光電二極管。
光電二極管215連接在RSSI電路210和GPON接收器數(shù)據(jù)路徑電路220之間。閉環(huán)路徑230提供在DC電源205、RSSI電路210和GPONMAC 225之間。通過(guò)光電二極管DC電源205的控制，以上參考圖1討論的RSSI輸入功率測(cè)量的結(jié)果被用來(lái)設(shè)置光電二極管DC電源205的特定輸出(例如經(jīng)由光電二極管DC電源205的控制部分)。
圖3描述了圖2的OLT 200中所使用的控制環(huán)的實(shí)施例，該控制環(huán)被稱為控制環(huán)300。光電二極管光-電轉(zhuǎn)移函數(shù)305的輸出與RSSI電路轉(zhuǎn)移函數(shù)310的輸入串聯(lián)。在RSSI電路轉(zhuǎn)移函數(shù)310的輸出處，提供OLT 200的所有ONU的測(cè)量光輸入功率電平P(n)。將該測(cè)量光輸入功率電平P(n)提供給光電二極管偏置調(diào)節(jié)邏輯315的輸入。在光電二極管偏置調(diào)節(jié)邏輯315的輸出處提供光電二極管調(diào)節(jié)參數(shù)B(adj)。將光電二極管偏置調(diào)節(jié)參數(shù)B(adj)與參考電壓V(ref)進(jìn)行比較，將產(chǎn)生的電壓差施加到光電二極管光-電轉(zhuǎn)移函數(shù)305的輸入處。
在前述詳細(xì)說(shuō)明中，已經(jīng)參考了附圖，這些附圖形成該說(shuō)明書的一部分，并且在這些附圖中作為示例示出了可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體實(shí)施例。已經(jīng)充分詳細(xì)地說(shuō)明了這些實(shí)施例及其某些變型，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用其它合適的實(shí)施例，以及可以在不偏離本發(fā)明公開(kāi)的精神和范圍的情況下做出邏輯的、機(jī)械的、化學(xué)的和電學(xué)的變化。為了避免不必要的細(xì)節(jié)，本說(shuō)明書省略了本領(lǐng)技術(shù)人員公知的某些信息。因此，上述詳細(xì)說(shuō)明并非意圖局限于在此所闡述的具體形式，而是相反，其意圖涵蓋可以合理地包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的這些替代、修改和等效。
權(quán)利要求
1.一種光線路終端，包括DC電流負(fù)載；功率測(cè)量電路；上行數(shù)據(jù)路徑電路；和電流鏡電路，該電流鏡電路連接在所述DC電流負(fù)載、所述功率測(cè)量電路和所述上行數(shù)據(jù)路徑電路之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光線路終端，其中所述電流鏡將聚集電流的副本提供給所述功率測(cè)量電路；以及所述聚集電流是由所述DC電流負(fù)載所引出的電流和由所述上行數(shù)據(jù)路徑電路的光電二極管所引出的電流之和。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光線路終端，其中所述功率測(cè)量電路包括模擬放大電路和模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換電路；所述模擬放大電路連接在所述電流鏡電路和所述模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換電路之間；所述電流鏡電路將聚集電流的副本提供給所述模擬放大電路；以及所述聚集電流是由所述DC電流負(fù)載所引出的電流和所述上行數(shù)據(jù)路徑電路的光電二極管所引出的電流之和。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光線路終端，其中，所述功率測(cè)量電路包括第一模擬濾波器，其連接在所述電流鏡電路和所述模擬放大電路之間；以及第二模擬濾波器，其連接在所述模擬放大電路和所述模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換電路之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光線路終端，其中所述模擬放大電路根據(jù)所述聚集電流輸出模擬電壓；所述模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換電路根據(jù)所述模擬電壓輸出數(shù)字電壓；以及所述功率測(cè)量電路包括根據(jù)所述數(shù)字電壓輸出功率電平的功率測(cè)量模塊。
6.一種用于產(chǎn)生接收信號(hào)強(qiáng)度指示的方法，包括提供聚集電流的副本，其中所述聚集電流是由DC電流負(fù)載所引出的電流和由無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中的上行數(shù)據(jù)路徑電路的光電二極管所引出的電流之和；將所述聚集電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓；以及將所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換為功率電平。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中提供聚集電流的副本包括將由DC電流負(fù)載所引出的電流和由上行數(shù)據(jù)路徑電路的光電二極管所引出的電流提供給電流鏡電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中將所述聚集電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓包括將所述聚集電流提供給用于根據(jù)所述聚集電流產(chǎn)生模擬電壓的模擬放大電路，以及將所述模擬電壓提供給用于根據(jù)所述模擬電壓產(chǎn)生數(shù)字電壓的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換電路；以及將所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換為功率電平包括將所述數(shù)字電壓提供給用于根據(jù)所述數(shù)字電壓產(chǎn)生功率電平的功率測(cè)量模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓包括響應(yīng)于給所述光電二極管供電來(lái)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器；以及當(dāng)所述計(jì)數(shù)器到達(dá)指定計(jì)數(shù)數(shù)目時(shí)，起動(dòng)所述模擬電壓的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中響應(yīng)于所述將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓的完成來(lái)執(zhí)行所述將數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換為功率電平。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光線路終端，包括DC電流負(fù)載、功率測(cè)量電路、上行數(shù)據(jù)路徑電路和電流鏡電路。電流鏡電路連接在DC電流負(fù)載、功率測(cè)量電路和上行數(shù)據(jù)路徑電路之間。DC電流負(fù)載與上行數(shù)據(jù)路徑電路的光電二極管并聯(lián)。DC電流負(fù)載呈現(xiàn)為基本上固定的負(fù)載。電流鏡將聚集電流的副本提供給功率測(cè)量電路。聚集電流是由DC電流負(fù)載所引出的電流和光電二極管所引出的電流之和。功率測(cè)量電路被配置為用來(lái)根據(jù)聚集電流輸出功率電平。因而，該光線路終端提供了用于測(cè)量光輸入功率的非侵入式方案，并且由此使得能夠監(jiān)控測(cè)量的光功率。
文檔編號(hào)H04B10/08GK1905431SQ200610093150
公開(kāi)日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2006年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月26日
發(fā)明者尤金·H·魯格, 理查德·C·斯塔米, 賈森·T·蒂特 申請(qǐng)人:阿爾卡特公司