專利名稱:自適應(yīng)光接收裝置及其自適應(yīng)光接收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光傳輸系統(tǒng)，尤其涉及光傳輸系統(tǒng)中實時無損傷的自適應(yīng)光接收裝置 及其自適應(yīng)光接收方法。
背景技術(shù)：
光傳輸系統(tǒng)使用光接收機來接收傳輸后的業(yè)務(wù)，比如STM-16信號及STM-64信號， 它們的速率分別為 2488. 320Mb/s 及 9953. 280Mb/s。通常，在 SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字系列)及 WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分復(fù)用)光傳 輸系統(tǒng)中，接收機的工作點不會隨著時間的推移而變化。在剛剛開始工作的時候，接收機的 性能可以根據(jù)線路的工作狀態(tài)設(shè)置為最佳，但是隨著時間的推移，其它多種因素的改變會 導(dǎo)致接收機的接收性能不是最佳。
激光器的老化會使得激光器的工作點隨著時間的推移而變化，導(dǎo)致光源的傳輸性 能改變，從而帶來接收機處信號眼圖的劣化。
在長距離的SDH及WDM光傳輸系統(tǒng)中，由于線路的衰減變化、EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier，摻鉺光纖放大器)的老化以及WDM信道數(shù)的增減，使得注入光纖的光功 率不同。由于光纖非線性效應(yīng)的不同，光信號到達(dá)接收機的時候，接收到的信號也會發(fā)生改 變。信號的調(diào)制速率越高，這種光纖非線性效應(yīng)的影響越大。
在長距離的SDH及WDM光傳輸系統(tǒng)中，EDFA的老化以及線路的衰減變化，還會使 得接收機處信號的光信噪比不斷變化。
在lOGb/s及以上速率的光傳輸系統(tǒng)中，常常采用色散補償器件來補償線路光纖 的色散，但是線路光纖色散會隨著時間的推移有細(xì)微的變化，此時接收機處的殘余色散值 不斷變化，也會帶來接收機處信號的變化。
總之，以上這些因素表明，隨著時間的變化，經(jīng)過線路傳輸后到達(dá)接收機處的信號 的質(zhì)量會不斷變化。對于這種不斷變化的信號，如何解決自適應(yīng)接收是本技術(shù)領(lǐng)域：
的一個 關(guān)鍵問題之一。
在現(xiàn)有光傳輸系統(tǒng)中，接收機一般是由光電轉(zhuǎn)換器、AGC (AutomaticGain Control,自動增益控制)放大器、限幅放大器、時鐘/數(shù)據(jù)再定時電路等部分組成的，其結(jié) 構(gòu)如圖1所示。這種接收機的判決電平及判決時刻盡管可以根據(jù)初始狀態(tài)的信號進行優(yōu) 化，但是在工作過程中是一直保持不變的；或者根據(jù)簡單的控制策略進行優(yōu)化，但是若策略 選擇不當(dāng)，優(yōu)化過程中可能導(dǎo)致誤碼。
針對接收信號的變化，實現(xiàn)自適應(yīng)接收的方法很多。目前常用的實現(xiàn)自適應(yīng)接收 的方法是，利用FEC(Forward Error Correction，前向糾錯)功能實現(xiàn)對接收機的反饋控 制，從而實現(xiàn)實時的自適應(yīng)接收，原理框圖如圖2所示。利用FEC誤碼率檢測，可以實現(xiàn)對 接收機的自適應(yīng)控制。這種接收機利用FEC功能檢測誤碼的方法不斷優(yōu)化接收機的判決電 平及判決時刻，以實現(xiàn)自適應(yīng)的接收。此方法中的自適應(yīng)接收，優(yōu)化是針對正在使用的信 號，為了保證FEC解碼后的信號無誤碼，需要謹(jǐn)慎選取優(yōu)化策略，保證優(yōu)化過程中在FEC之
5前出現(xiàn)少量的誤碼；另外這種優(yōu)化方法只能夠在小誤碼下進行，優(yōu)化時間會比較長。另外一 方面，采用FEC技術(shù)實現(xiàn)自適應(yīng)接收，不能夠針對不同信號優(yōu)化接收機帶寬，使用起來有一 定的局限性。
單純優(yōu)化接收機的判決電平及判決時刻，可能在優(yōu)化過程中導(dǎo)致誤判，從而引入 不必要的誤碼。此外，在現(xiàn)有光傳輸系統(tǒng)中，還有許多未采用FEC的場合。因此，需要一種 在光傳輸系統(tǒng)中能夠?qū)崟r無損傷地適應(yīng)信號變化的接收方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光傳輸系統(tǒng)中的自適應(yīng)光接收裝置及其自適應(yīng)光接 收方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，實時無損傷地自適應(yīng)接收光傳輸系統(tǒng)中變化的信號。
為了實現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種自適應(yīng)光接收裝置，包 括光電轉(zhuǎn)換器，用于接收光信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號；互阻及自動增益控制放大器，用于 對上述光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號進行放大并調(diào)整放大后信號的幅度；偏置電路，用于對上述 光電轉(zhuǎn)換器的直流工作點提供偏置；該裝置還包括第一限幅放大器和第二限幅放大器， 用于分別對上述互阻及自動增益控制放大器輸出信號的較小幅度信號進行放大并整形輸 出；第一時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路和第二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路，用于分別從上述第一限幅放大器和 第二限幅放大器輸出的信號中提取出數(shù)據(jù)及時鐘；第一解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路和第 二解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路，用于分別對上述第一時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路和第二時鐘數(shù)據(jù) 恢復(fù)電路輸出的信號進行信號質(zhì)量的實時檢測；無損倒換單元，用于根據(jù)來自上述第一解 復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路和第二解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路的信號質(zhì)量選擇一路主 用通道輸出給后級電路，而將另一路作為備用通道，并實時根據(jù)控制信號進行主備用通道 的切換；控制單元，用于控制上述主用通道中的各部件以及上述偏置電路和無損倒換單元， 并控制上述備用通道中的各部件對該通道中的信號進行實時優(yōu)化。
優(yōu)選地，該裝置還包括第一動態(tài)濾波器和第二動態(tài)濾波器，用于對所述互阻及自 動增益控制放大器輸出的信號進行動態(tài)濾波并分別輸出給所述第一限幅放大器和第二限 幅放大器。
優(yōu)選地，所述控制單元利用信號質(zhì)量檢測信號控制上述第一解復(fù)用器及信號質(zhì)量 檢測電路和第二解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路分別對經(jīng)上述第一時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路和第 二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路輸出的信號進行實時信號質(zhì)量檢測。
優(yōu)選地，所述第一解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路和第二解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測 電路分別將對主用通道和備用通道的信號質(zhì)量的檢測結(jié)果回送給所述控制單元；所述控制 單元根據(jù)所述備用通道的信號質(zhì)量檢測結(jié)果控制對備用通道上各部件的優(yōu)化；所述控制單 元在上述備用通道中的信號優(yōu)化完成后，對所述第一解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路和第二 解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路分別反饋的信號質(zhì)量檢測結(jié)果進行比較，確認(rèn)所述主用通道 的信號質(zhì)量劣于所述備用通道的信號質(zhì)量、或所述主用通道的信號質(zhì)量下降到設(shè)定閾值而 所述備用通道中經(jīng)過優(yōu)化后的信號質(zhì)量優(yōu)于該設(shè)定閾值時，通知所述無損倒換單元進行主 備用通道的切換。
優(yōu)選地，所述控制單元利用倒換控制信號控制無損倒換單元進行主備用通道的切換。[0017]優(yōu)選地，所述第一解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路和第二解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測 電路對接收信號進行質(zhì)量檢測是對所接收信號的誤碼率進行檢測；所述控制單元將檢測出 的主用通道的誤碼率與設(shè)定的誤碼率閾值進行比較，若低于該誤碼率閾值，則控制所述無 損倒換單元進行主備用通道的倒換。
優(yōu)選地，所述第一解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路和第二解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測 電路對接收信號進行質(zhì)量檢測是對所接收信號的Q因子進行檢測；所述控制單元將檢測出 的主用通道的Q因子與設(shè)定的Q因子閾值進行比較，當(dāng)所述主用通道的Q因子劣于所述備 用通道中經(jīng)過優(yōu)化后的Q因子或所述主用通道中的Q因子下降到設(shè)定閾值而所述備用通 道中經(jīng)過優(yōu)化后的Q因子優(yōu)于該設(shè)定閾值時，控制所述無損倒換單元進行主備用通道的倒 換。
優(yōu)選地，所述無損倒換單元的實現(xiàn)是基于SDH幀結(jié)構(gòu)信號的；該無損倒換單元包 括第一幀同步模塊和第二幀同步模塊，用于分別對所述第一解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電 路和第二解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路輸出的信號進行SDH幀查找；數(shù)據(jù)對齊控制模塊， 用于在所述第一幀同步模塊和第二幀同步模塊輸出的信號具有不同時延時，接收并對齊這 兩個模塊輸出的信號；第一 FIFO模塊和第二 FIFO模塊，用于根據(jù)所設(shè)置的讀寫指針位置， 緩存來自所述第一幀同步模塊和第二幀同步模塊的信號或來自所述數(shù)據(jù)對齊控制模塊的 信號；通道選擇電路，用于在倒換控制信號的控制下對分別經(jīng)第一FIFO模塊和第二FIFO模 塊緩存的信號進行倒換并輸出，倒換時刻在信號的幀同步信息位置或其它冗余信息處，以 實現(xiàn)無損倒換。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種利用所述自適應(yīng)光接收裝置的自適應(yīng)光接收 方法，該方法利用兩組獨立的限幅放大器及時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路分別對所接收的信號進行處 理，由無損倒換單元選擇信號質(zhì)量好的一路作為主用通道，另一路作為備用通道；同時控制 單元控制對備用通道中的信號進行實時優(yōu)化，在主用通道信號質(zhì)量變差時進行主備用通道 之間的切換。
優(yōu)選地，該方法包括所述無損倒換單元選擇主用通道對所接收光信號進行處理； 實時監(jiān)測當(dāng)前主用通道和備用通道中的信號質(zhì)量；在控制單元控制下，對當(dāng)前備用通道上 的限幅放大器和時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路進行優(yōu)化，以優(yōu)化該備用通道內(nèi)的信號質(zhì)量；對所述主 用通道和備用通道內(nèi)的信號質(zhì)量進行比較；當(dāng)所述主用通道內(nèi)的信號質(zhì)量劣于所述備用通 道內(nèi)經(jīng)過優(yōu)化后的信號質(zhì)量或所述主用通道中的信號質(zhì)量下降到設(shè)定閾值而所述備用通 道中經(jīng)過優(yōu)化后的信號質(zhì)量優(yōu)于該設(shè)定閾值時，所述無損倒換單元進行主用通道與備用通 道的切換；從所述主用通道輸出經(jīng)過處理的信號。
優(yōu)選地，所述裝置還包括第一動態(tài)濾波器和第二動態(tài)濾波器，所述進行優(yōu)化的步 驟進一步包括在控制單元控制下，當(dāng)前備用通道上的動態(tài)濾波器、限幅放大器和時鐘數(shù)據(jù) 恢復(fù)電路進行優(yōu)化，以優(yōu)化該備用通道內(nèi)的信號質(zhì)量。
優(yōu)選地，在所述選擇步驟之前還包括對該自適應(yīng)光接收裝置中的各部件進行參 數(shù)預(yù)設(shè)；所述裝置還包括第一動態(tài)濾波器和第二動態(tài)濾波器，其特征在于，所述進行參數(shù)預(yù) 設(shè)的步驟還包括對所述第一動態(tài)濾波器和第二動態(tài)濾波器進行參數(shù)預(yù)設(shè)。
本發(fā)明所提供的自適應(yīng)光接收方案采用兩套獨立的放大器及定時提取電路對接 收的信號進行處理，選擇信號質(zhì)量好的一路作為主用通道，另一路作為備用通道，同時對備用通道的信號進行實時優(yōu)化，可以使同一接收機在不同時刻實現(xiàn)對不同質(zhì)量信號的無損傷 最佳接收，提高了接收機的接收質(zhì)量，提高了系統(tǒng)的利用率及長時間的誤碼性能，提高了光 接收機對質(zhì)量不斷變化的信號的實時接收性能。


相信通過以下結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施方式
的說明，能夠使人們更好地了解本 發(fā)明上述的特點、優(yōu)點和目的。
圖1是傳統(tǒng)光接收機的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中具有自適應(yīng)功能、采用FEC檢測技術(shù)的光接收機結(jié)構(gòu)框圖；
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的自適應(yīng)光接收裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的自適應(yīng)光接收裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的利用圖3所示自適應(yīng)光接收裝置的自適應(yīng)光接收 方法的流程圖；
圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的利用圖4所示自適應(yīng)光接收裝置的自適應(yīng)光接收 方法的流程圖；
圖7為本發(fā)明光接收裝置直接調(diào)制激光器傳輸后的光眼圖；
圖8為上述接收裝置帶寬為1. 5 * fb時直接調(diào)制激光器傳輸后在AGC電路輸出 的電眼圖；
圖9為上述接收裝置帶寬為0. 7 * fb時直接調(diào)制激光器傳輸后在AGC電路輸出 的電眼圖；
圖10為上述接收裝置優(yōu)于設(shè)定誤碼率閾值的判決時刻及判決電平圖；
圖11為上述接收裝置不同判決時刻及判決電平的誤碼率圖；
圖12為上述接收裝置不同判決時刻及判決電平的Q因子圖；
圖13為上述接收裝置不同判決時刻及判決電平的Q因子圖；
圖14為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的自適應(yīng)光接收裝置中的無損切換單元的實現(xiàn)框 圖。
具體實施方式
圖1是傳統(tǒng)的光接收機框圖，輸入的光信號由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號，之后由 互阻放大器(Trans-impedance Amplifier, TIA)放大，為了提高接收機的動態(tài)范圍，避 免輸入光信號功率較大時輸出電信號幅度過大，可以在輸入光信號功率較大時候，降低放 大器的增益，這就是AGC(Automatic Gain Control，自動增益控制)。放大后的信號，由 LIA(Limiting Amplifier，限幅放大器)放大，限幅放大器是一個增益較大的限幅輸出的 放大器，相當(dāng)于將一段較小幅度的信號放大后整形輸出成“1”或“0”碼，改變限幅放大器 的直流工作點，就可以改變信號的幅度判決電平。限幅輸出的信號再由CDR(Clock Data Recovery，時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù))電路提取出時鐘及數(shù)據(jù)輸出。偏置電路用于對光電轉(zhuǎn)換器直流 工作點提供偏置，輸入光功率檢測單元實現(xiàn)對輸入光功率的檢測?？刂茊卧獙IA及AGC 放大器、限幅放大器以及時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路進行控制，可以控制限幅放大器的直流工作點 以及時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的判決時刻等各種參數(shù)。[0041]圖2是一種采用FEC技術(shù)實現(xiàn)自適應(yīng)接收的接收機框圖，其在原有的接收機基礎(chǔ) 上增加了 FEC誤碼檢測單元。此單元利用FEC功能檢測信號的誤碼率，對TIA及AGC放大器 增益、限幅放大器的直流工作點以及時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的判決時刻等各種參數(shù)進行控制。
本發(fā)明的核心內(nèi)容是，為了達(dá)到實時優(yōu)化且避免優(yōu)化導(dǎo)致的誤碼，采用兩套獨立 的放大器及時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路，由無損倒換單元選擇質(zhì)量好的信號作為主用信號輸出；與 此同時質(zhì)量不好的那一路信號稱為備用信號，用于進行實時優(yōu)化，當(dāng)主用信號質(zhì)量變差時 候由無損倒換單元實現(xiàn)主備無損切換，由備用信號取代主用信號。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細(xì)的說明。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的自適應(yīng)光接收裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖3顯示了未采 用動態(tài)濾波器的情形。
如圖3所示，本實施例采用一個光電轉(zhuǎn)換器件，其將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信 號后送到TIA及AGC放大器進行放大，經(jīng)放大后的信號被送到兩套獨立的限幅放大器1和 限幅放大器2、⑶R (Clock Data Recovery，時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù))電路1和⑶R電路2，產(chǎn)生兩組相 同的數(shù)據(jù)信號，分別經(jīng)過DEMUX及信號質(zhì)量檢測電路1和DEMUX及信號質(zhì)量檢測電路2后， 由無損倒換單元選擇其中的一組信號作為主用信號輸出給后級電路。未被選擇的一路作為 備用通道。同時，DEMUX及信號質(zhì)量檢測電路1和DEMUX及信號質(zhì)量檢測電路2在控制單 元的信號質(zhì)量檢測信號的控制下分別將兩路信號的誤碼信號質(zhì)量檢測結(jié)果送到控制單元， 由控制單元對無損倒換單元、限幅放大器及CDR電路進行控制。同時，控制單元控制備用通 道上的限幅放大器及CDR電路對該通道中的信號進行優(yōu)化。當(dāng)備用通道中的信號質(zhì)量大大 優(yōu)于主用通道中信號質(zhì)量、或主用通道中的信號質(zhì)量下降到設(shè)定閾值而備用通道中經(jīng)過優(yōu) 化后的信號質(zhì)量優(yōu)于該設(shè)定閾值時，控制單元利用倒換控制信號控制無損倒換單元進行主 備通道的切換。
其中，圖3中的偏置電路與傳統(tǒng)接收機中的偏置電路功能類似，偏置電路用于對 光電轉(zhuǎn)換器直流工作點提供偏置。此外，TIA及AGC放大器、限幅放大器1和2、⑶R電路1 和2也分別與傳統(tǒng)接收機中的TIA及AGC放大器、限幅放大器和CDR電路功能相同。
圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的自適應(yīng)光接收裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖4顯示了采用 動態(tài)濾波器的情形。
本實施例在圖3所示接收裝置的基礎(chǔ)上增加了動態(tài)濾波器1和2，其分別對來自 TIA及AGC放大器的信號進行濾波，然后將濾波后的兩路信號分別傳送給限幅放大器1和 2。其中，動態(tài)濾波器1和2的功能與傳統(tǒng)接收機中的動態(tài)濾波器功能相同。
圖5及圖6分別為圖3和圖4所示光接收裝置進行自適應(yīng)光接收的優(yōu)化方法，圖5 為未采用動態(tài)濾波器的情形，圖6為采用了動態(tài)濾波器的情形。圖5和圖6中的方法步驟 基本相同，其區(qū)別只在于對濾波器一些設(shè)置和控制，因此下面將圖5及圖6結(jié)合起來描述本 發(fā)明的自適應(yīng)光接收方法。
在步驟505、605，在開始工作時，對動態(tài)濾波器(圖6)、限幅放大器、時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù) 電路進行參數(shù)預(yù)設(shè)。對無損倒換單元進行預(yù)設(shè)，選擇通道。無損倒換單元選擇的通道稱為 主用通道，未被選擇的通道稱為備用通道。作為例子，這里假定無損倒換單元選擇通道1輸 出，此時通道1作為主用通道，通道2作為備用通道，此時動態(tài)濾波器1 (圖6)、限幅放大器 1、時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路1的參數(shù)由控制單元預(yù)設(shè)初始值；動態(tài)濾波器2 (圖6)、限幅放大器2、
9時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路2的參數(shù)也由控制單元預(yù)設(shè)一個初始值。
在步驟510、610，參數(shù)預(yù)設(shè)后，由主用通道來接收光信號并執(zhí)行與傳統(tǒng)光接收機功 能相同的信號處理任務(wù)，并將處理后的信號輸出給后級電路。
在步驟515、615，在主用通道工作的同時，控制單元監(jiān)測主用通道及備用通道的信
號質(zhì)量。
在步驟520、620，控制單元根據(jù)監(jiān)測到的備用通道信號質(zhì)量優(yōu)化備用通道即通道 2的動態(tài)濾波器2 (圖6)、限幅放大器2以及CDR電路2，使得備用通道的信號質(zhì)量達(dá)到最佳。
在步驟525、625，由控制單元持續(xù)比較主用通道及備用通道的信號質(zhì)量。如果控制 單元確定主用通道的信號質(zhì)量仍優(yōu)于備用通道的信號質(zhì)量，則到達(dá)步驟520、620，繼續(xù)對備 用通道的信號進行優(yōu)化。若控制單元確定備用通道的信號質(zhì)量大大優(yōu)于主用通道的信號質(zhì) 量、或主用通道的信號質(zhì)量下降到設(shè)定閾值而備用通道中經(jīng)過優(yōu)化后的信號質(zhì)量優(yōu)于該設(shè) 定閾值時，則到達(dá)步驟530、630，進行無損倒換。
在步驟530、630，在備用通道的優(yōu)化完成后，控制單元在確認(rèn)主用通道的信號質(zhì)量 大大劣于備用通道優(yōu)化后的信號質(zhì)量、或主用通道的信號質(zhì)量下降到設(shè)定閾值而備用通道 中經(jīng)過優(yōu)化后的信號質(zhì)量優(yōu)于該設(shè)定閾值時，由無損倒換單元切換主備通道，選擇當(dāng)前的 備用通道即通道2輸出信號。此時原備用通道即通道2轉(zhuǎn)換為主用通道，而原主用通道即 通道1則轉(zhuǎn)換為備用通道。之后回到步驟515、615，重復(fù)執(zhí)行上述實時監(jiān)測的動作；同時在 步驟535、635，將倒換后的主用通道的信號輸出給后級電路。
本發(fā)明中動態(tài)濾波器可選，采用動態(tài)濾波器可以進一步增加接收機的適應(yīng)性。圖 7為上述實施例中直接調(diào)制激光器傳輸后的光眼圖；圖8為該接收裝置帶寬為1. 5 * fb時 直接調(diào)制激光器傳輸后在AGC電路輸出的電眼圖；圖9為該接收裝置帶寬為0. 7 * fb時直 接調(diào)制激光器傳輸后在AGC電路輸出的電眼圖。可以看出，不同接收機帶寬下，眼圖的判決 區(qū)域不同，圖9下的接收裝置判決區(qū)域要大于圖8的，這樣圖9所示的接收裝置最佳判決電 平及判決時刻下誤碼率要優(yōu)于圖10所示接收機的誤碼率。
下面結(jié)合上面描述的實施例介紹幾種具體的信號質(zhì)量檢測、控制單元以及無損倒 換單元的實現(xiàn)方法。
1.信號質(zhì)量檢測及控制單元的實現(xiàn)方法
信號質(zhì)量檢測及控制單元的實現(xiàn)方法很多。信號質(zhì)量檢測，可以對信號的誤碼率 進行檢測，也可以對信號的Q因子進行檢測，還可以對其它可以表征信號性能的指標(biāo)進行 檢測?？刂茊卧部梢圆捎貌煌目刂撇呗?。作為例子，這里列出兩種信號質(zhì)量檢測方法 及相應(yīng)的控制單元的控制策略。
(1)基于誤碼率的策略
對于有動態(tài)濾波器的場合，設(shè)置多組動態(tài)濾波器參數(shù)，在每組動態(tài)濾波器參數(shù)條 件下，改變限幅放大器判決電平以及CDR電路的判決時刻，對比不同判決電平以及判決時 刻的誤碼率。判決示意圖如圖10所示，其中眼圖的縱向及橫向線條分別代表不同的CDR電 路的判決時刻及不同的限幅放大器判決電平。
在每組動態(tài)濾波器參數(shù)下，記錄下眼圖中的不同判決時刻T及判決電平V的誤碼 率值BER (T，V) (Bit Error Rate)。也就是記錄出圖10中點陣的各個點處的誤碼率。檢測到的誤碼率與設(shè)定的誤碼率閾值BERth (Bit Error Rate Threshold)進行比較。圖10中 標(biāo)出的點陣即代表優(yōu)于設(shè)定誤碼率閾值BERth條件的判決電平及判決時刻。這里點陣的最 外圍處距離最遠(yuǎn)的限幅放大器電平間隔以dV表示，點陣的最外圍處距離最遠(yuǎn)的CDR的判決 時刻間隔以dT表示。對比不同的動態(tài)濾波器參數(shù)下，優(yōu)于設(shè)定誤碼率閾值BERth條件的點 陣面積，按照點陣區(qū)域面積最大原則選取最佳動態(tài)濾波器參數(shù)。然后找出面積最大的點陣 中，離橫向及縱向都為最大的點，即為最佳的判決電平及判決時刻。
當(dāng)主用通道的誤碼率比設(shè)定閾值BERth差時，先將備用通道的判決電平及判決時 刻設(shè)置在上述的最佳點，然后執(zhí)行倒換動作。
對于沒有動態(tài)濾波器的場合，本發(fā)明裝置的原理框圖如圖3所示，優(yōu)化方法如圖 5，只需要找出該點陣中，離橫向及縱向都為最大的點，即為最佳的判決電平及判決時刻。同 樣地，當(dāng)主用通道的誤碼率比設(shè)定閾值BERth差時，先將備用通道的判決電平及判決時刻 設(shè)置在該最佳點，然后執(zhí)行倒換動作。
(2)基于Q因子的策略
Q因子用于衡量接收機判決電路處電信噪比大小，這種電信噪比最終決定了系統(tǒng) 的誤碼率BER。Q因子定義為在判決電平及判決時刻處信號與噪聲的比值。假設(shè)信號1和 0的概率是相同的，即P(O) =P(I) =0.5，且假定噪聲與信號的統(tǒng)計特性無關(guān)，Q因子定義 為
Q因子的測試方法很多，本發(fā)明基于Q因子的策略，是利用測試到的誤碼率采用外 推法得出Q因子。
信號的誤碼率與Q因子之間的關(guān)系如下，
其中，Vth為判決電平，口工及Ptl分別為“1”碼及“0”碼的平均電壓，01及％分 別為“1”碼及“0”碼的噪聲均分根值。BER(Vth)及Q(Vth)分別為對應(yīng)判決電平的誤碼率及 Q因子。
這樣，根據(jù)上式可以由誤碼率計算得出各個判決電平及判決時刻的Q因子。對于 沒有測試誤碼率的判決電平及判決時刻的Q因子，可以通過已經(jīng)測試了誤碼率的判決電平 及判決時刻的Q因子外推得出。
圖11為不同判決電平及判決時刻對應(yīng)的誤碼率。根據(jù)誤碼率，可以計算出判決電 平及判決時刻對應(yīng)的Q值。
作為例子，這里說明一種通過線性外推方法得出某判決時刻的最佳判決電平的Q 因子值。假定判決電平A、B及C、D分別位于最佳判決電平的兩側(cè)，如圖12所示，判決電平 為VthA、VthB> Vthc及VthD，根據(jù)誤碼率計算出的Q因子分別為Qa、Qb> Qc及Qd。根據(jù)VtM及Vthfi 判決電平處的Q因子Qa及Qb，擬合一條Q-Vth直線，再根據(jù)Vthe及V·判決電平處的Q因子 Qc及％，擬合另外一條Q-Vth直線，兩個直線的交叉點，就可以得出最佳判決電平Vth及Qth。 基于同樣的原理，可以測試更多的判決電平處的誤碼率，更精確地擬合兩條Q-Vth直線，根 據(jù)兩條直線的交叉點可以得出最佳判決電平Vth及Qth，如圖13所示。
Q
Mi-Mo Ct1+σ0
BER(Vth) 二一 erfc
lF^-仏丨丨 F^-Wn h 1O(Vti)[0075]下面描述本發(fā)明基于Q因子策略的優(yōu)化方法。
對于有動態(tài)濾波器的場合，在每組動態(tài)濾波器參數(shù)條件下，改變限幅放大器判 決電平以及CDR的判決時刻，記錄下眼圖中的不同判決時刻T及判決電平V的誤碼率值 BER (T，V)。根據(jù)誤碼率可以計算出不同的CDR的判決時刻及不同的限幅放大器判決電平的 Q因子。由于誤碼率是在一定的測試時間間隔內(nèi)測試的，因此對于誤碼率優(yōu)于測試精度的 CDR判決時刻及限幅放大器判決電平，采用前述的外推方法計算Q因子。這樣，根據(jù)測試或 計算就可以得出各個CDR判決時刻及限幅放大器判決電平的Q因子，查找其中的最大Q因 子。比較不同動態(tài)濾波器參數(shù)條件下的最大Q因子，按照Q因子最大原則選取最佳動態(tài)濾 波器參數(shù)，相應(yīng)的最大Q因子為Qn。Qn值對應(yīng)的CDR判決時刻及限幅放大器判決電平，即 為最佳的判決電平及判決時刻。當(dāng)主用通道的誤碼率比設(shè)定閾值BERth差時，先將備用通 道的判決電平及判決時刻設(shè)置在上述的最佳點，然后執(zhí)行倒換動作。
對于沒有動態(tài)濾波器的場合，本發(fā)明裝置的原理框圖如圖3所示，優(yōu)化方法如圖 5，只需要找出最大Q因子對應(yīng)的CDR判決時刻及限幅放大器判決電平，即為最佳的判決電 平及判決時刻。同樣地，當(dāng)主用通道的誤碼率比設(shè)定閾值BERth差時，先將備用通道的判決 電平及判決時刻設(shè)置在該最佳點，然后執(zhí)行倒換動作。
2、無損倒換單元的實現(xiàn)方法
無損倒換單元的實現(xiàn)方法很多，作為例子，這里列出一種基于SDH幀結(jié)構(gòu)信號的 無損倒換單元實現(xiàn)方法。這種無損倒換單元已經(jīng)廣泛應(yīng)用于SDH系統(tǒng)的系統(tǒng)側(cè)，實現(xiàn)主用 及備用交叉板的無損倒換。
基于SDH幀結(jié)構(gòu)信號的無損倒換單元的實現(xiàn)方法如圖14所示。兩組解復(fù)用 (Demultiplexing，DEMUX)后的信號經(jīng)過SDH幀查找后，經(jīng)過FIF0(First In First Out)緩 存，以SDH幀結(jié)構(gòu)，按照相同的順序輸出信號。兩路信號的不同時延，通過設(shè)置FIFO讀寫指 針的位置來實現(xiàn)。倒換控制信號在SDH幀頭所在的Al或A2位置起作用，這樣倒換過程中 的損傷僅僅發(fā)生在SDH幀頭所在的Al或A2位置，對SDH凈負(fù)荷及開銷無影響，從而實現(xiàn)無 損倒換控制。
對于其它幀結(jié)構(gòu)的信號，可以基于同樣的原理，在幀定位字節(jié)處倒換，或者在其它 冗余信息處倒換，從而實現(xiàn)無損倒換。
以上雖然通過一些示例性的實施例對本發(fā)明的自適應(yīng)光接收裝置及其自適應(yīng)光 接收方法進行了詳細(xì)的描述，但是以上這些實施例并不是窮舉的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在 本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)實現(xiàn)各種變化和修改。因此，本發(fā)明并不限于這些實施例，本發(fā)明的 范圍僅由所附權(quán)利要求
為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種自適應(yīng)光接收裝置，包括光電轉(zhuǎn)換器，用于接收光信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號；互阻及自動增益控制放大器，用于對上述光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號進行放大并調(diào)整放大后信號的幅度；偏置電路，用于對上述光電轉(zhuǎn)換器的直流工作點提供偏置；其特征在于，該裝置還包括第一限幅放大器和第二限幅放大器，用于分別對上述互阻及自動增益控制放大器輸出信號進行放大并整形輸出；第一時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路和第二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路，用于分別從上述第一限幅放大器和第二限幅放大器輸出的信號中提取出數(shù)據(jù)及時鐘；第一解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路和第二解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路，用于分別對上述第一時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路和第二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路輸出的信號進行信號質(zhì)量的實時檢測，分別將對主用通道和備用通道的信號質(zhì)量的檢測結(jié)果回送給所述控制單元；無損倒換單元，用于根據(jù)來自上述第一解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路和第二解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路的信號質(zhì)量選擇一路主用通道輸出給后級電路，而將另一路作為備用通道，并實時根據(jù)倒換控制信號進行主備用通道的切換；控制單元，用于控制上述主用通道中的各部件以及上述偏置電路和無損倒換單元，并根據(jù)所述備用通道的信號質(zhì)量檢測結(jié)果控制上述備用通道中的各部件對該通道中的信號進行實時優(yōu)化，在備用通道中的信號優(yōu)化完成后，對所述第一解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路和第二解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路分別反饋的信號質(zhì)量檢測結(jié)果進行比較，從而進行主備用通道的切換。
2.如權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括第一動態(tài)濾波器和第二動態(tài)濾波器，用于對所述互阻及自動增益控制放大器輸出的信 號進行動態(tài)濾波并分別輸出給所述第一限幅放大器和第二限幅放大器。
3.如權(quán)利要求
1或2所述的裝置，其特征在于，所述控制單元利用信號質(zhì)量檢測信號控 制上述第一解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路和第二解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路分別對經(jīng) 上述第一時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路和第二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路輸出的信號進行實時信號質(zhì)量檢測。
4.如權(quán)利要求
1或2所述的裝置，其特征在于，對分別反饋的信號質(zhì)量檢測結(jié)果進行比 較，從而進行主備用通道的切換進一步包括確認(rèn)所述備用通道的信號質(zhì)量優(yōu)于所述主用 通道的信號質(zhì)量、或所述主用通道的信號質(zhì)量下降到設(shè)定閾值而所述備用通道中經(jīng)過優(yōu)化 后的信號質(zhì)量優(yōu)于該設(shè)定閾值時，通知所述無損倒換單元進行主備用通道的切換。
5.如權(quán)利要求
1或2所述的裝置，其特征在于，所述控制單元利用倒換控制信號控制無 損倒換單元進行主備用通道的切換。
6.如權(quán)利要求
1或2所述的裝置，其特征在于，所述第一解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路 和第二解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路對接收信號進行質(zhì)量檢測是對所接收信號的誤碼率 進行檢測。
7.如權(quán)利要求
6所述的裝置，其特征在于，所述控制單元將檢測出的主用通道的誤碼 率與設(shè)定的誤碼率閾值進行比較，若其低于該誤碼率閾值而所述備用通道中經(jīng)過優(yōu)化后的 信號質(zhì)量優(yōu)于該誤碼率閾值，則控制所述無損倒換單元進行主備用通道的倒換。2
8.如權(quán)利要求
1或2所述的裝置，其特征在于，所述第一解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路 和第二解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路對接收信號進行質(zhì)量檢測是對所接收信號的Q因子 進行檢測。
9.如權(quán)利要求
8所述的裝置，其特征在于，所述控制單元將檢測出的主用通道的Q因子 與設(shè)定的Q因子閾值進行比較，若其低于該Q因子閾值而所述備用通道中的Q因子優(yōu)于該 Q因子閾值，則控制所述無損倒換單元進行主備用通道的倒換。
10.如權(quán)利要求
1或2所述的裝置，其特征在于，所述無損倒換單元的實現(xiàn)是基于SDH 幀結(jié)構(gòu)信號的。
11.如權(quán)利要求
10所述的裝置，其特征在于，所述無損倒換單元包括 第一幀同步模塊和第二幀同步模塊，用于分別對所述第一解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電 路和第二解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路輸出的信號進行SDH幀查找；數(shù)據(jù)對齊控制模塊，用于在所述第一幀同步模塊和第二幀同步模塊輸出的信號具有不 同時延時，接收并對齊這兩個模塊輸出的信號；第一 FIFO模塊和第二 FIFO模塊，用于根據(jù)所設(shè)置的讀寫指針位置，緩存來自所述第一 幀同步模塊和第二幀同步模塊的信號或來自所述數(shù)據(jù)對齊控制模塊的信號； 通道選擇電路，用于在倒換控制信號的控制下對分別經(jīng)第一 FIFO模塊和第二 FIFO模 塊緩存的信號進行倒換并輸出，倒換時刻在信號的幀同步信息位置或冗余信息處，以實現(xiàn) 無損倒換。
12.一種利用權(quán)利要求
1所述的自適應(yīng)光接收裝置的自適應(yīng)光接收方法，其特征在于， 該方法利用兩組獨立的限幅放大器及時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路分別對所接收的信號進行處理，由 無損倒換單元選擇信號質(zhì)量好的一路作為主用通道，另一路作為備用通道；同時控制單元 控制對備用通道中的信號進行實時優(yōu)化，在主用通道信號質(zhì)量變差時進行主備用通道之間 的切換。
13.如權(quán)利要求
12所述的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 所述無損倒換單元選擇主用通道對所接收光信號進行處理； 實時監(jiān)測當(dāng)前主用通道和備用通道中的信號質(zhì)量；在控制單元控制下，對當(dāng)前備用通道上的限幅放大器和時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路進行優(yōu)化， 以優(yōu)化該備用通道內(nèi)的信號質(zhì)量；對所述主用通道和備用通道內(nèi)的信號質(zhì)量進行比較；當(dāng)所述主用通道的信號質(zhì)量劣于備用通道優(yōu)化后的信號質(zhì)量、或所述主用通道的信號 質(zhì)量下降到設(shè)定閾值而所述備用通道中經(jīng)過優(yōu)化后的信號質(zhì)量優(yōu)于該設(shè)定閾值時，所述無 損倒換單元進行主用通道與備用通道的切換； 從所述主用通道輸出經(jīng)過處理的信號。
14.如權(quán)利要求
13所述的方法，所述裝置還包括第一動態(tài)濾波器和第二動態(tài)濾波器， 其特征在于，所述進行優(yōu)化的步驟進一步包括在控制單元控制下，當(dāng)前備用通道上的動態(tài)濾波器、限幅放大器和時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路 進行優(yōu)化，以優(yōu)化該備用通道內(nèi)的信號質(zhì)量。
15.如權(quán)利要求
13所述的方法，其特征在于，在所述選擇步驟之前還包括步驟 對該自適應(yīng)光接收裝置中的各部件進行參數(shù)預(yù)設(shè)。
16.如權(quán)利要求
15所述的方法，所述裝置還包括第一動態(tài)濾波器和第二動態(tài)濾波器， 其特征在于，所述進行參數(shù)預(yù)設(shè)的步驟還包括對所述第一動態(tài)濾波器和第二動態(tài)濾波器進行參數(shù)預(yù)設(shè)。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種自適應(yīng)光接收裝置及其自適應(yīng)光接收方法，所述自適應(yīng)光接收裝置包括第一和第二限幅放大器，用于分別放大接收信號的較小幅度信號并整形輸出；第一和第二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路，用于分別從第一和第二限幅放大器輸出的信號中提取數(shù)據(jù)及時鐘；第一和第二解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路，用于分別對第一和第二時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路輸出的信號進行信號質(zhì)量實時檢測；無損倒換單元，用于根據(jù)來自第一和第二解復(fù)用器及信號質(zhì)量檢測電路的信號質(zhì)量選擇一路主用通道，另一路作為備用通道，并根據(jù)控制信號進行主備用通道切換；控制單元，用于控制主用通道中的各部件和無損倒換單元，并控制備用通道中的各部件對該通道中信號進行實時優(yōu)化。
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公開日2011年2月2日 申請日期2004年12月1日
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