專利名稱：用于雙速無源光網(wǎng)絡的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無源光網(wǎng)絡，并且更具體地涉及基于ITU-T G. 984標準的具有雙速能 力的10Gb/s(吉比特/秒)無源光網(wǎng)絡。
背景技術：
目前的Gb/s無源光網(wǎng)絡(GPON)的標準操作速度為2. 5Gb/s。然而，正在為操作速 度為lOGb/s的GPON研發(fā)標準，這將需要升級現(xiàn)有網(wǎng)絡。升級網(wǎng)絡的直接方式是將光線路 終端(OLT)從2. 5Gb/s升級到lOGb/s，并繼而升級每個訂戶的光網(wǎng)絡終端(ONT)(有時稱為 光網(wǎng)絡單元(ONU))。然而，這種方式可能過于昂貴。此外，在所有訂戶都升級完畢之前，網(wǎng) 絡可能經(jīng)歷停機時間，可能是幾天到幾個星期的時間段。一個備選的升級場景可以是，首先將OLT升級到lOGb/s，但是提供向后兼容性，使 得既有ONT可以與新的OLT互操作。由此，新的OLT也必須配置為在2. 5Gb/s (既有速度) 下運行。這種系統(tǒng)被認為是已準備好在lOGb/s下運行，卻還不是在lOGb/s下運行。ONT 的升級僅在訂戶請求升級時才會發(fā)生，而一些訂戶從未請求升級，并且由此將僅保有針對 2. 5Gb/s而配置的設備。由此，在升級期間的某個階段，PON系統(tǒng)將包括雙速OLT( S卩，能夠在lOGb/s或 2.5Gb/s下傳輸?shù)?LT)以及高級訂戶和既有訂戶(即，其ONT在lOGb/s下運行的訂戶和 其ONT在2.5Gb/s下運行的訂戶)的混合體。在這種網(wǎng)絡中，雙速OLT可以通過在速度之 間切換來向既有ONT或高級ONT進行傳輸。為了提供雙速傳輸，使用的幀格式具有連續(xù)的10G和2. 5G分塊。雙速傳輸?shù)膯栴} 在于，例如在10G分塊期間，既有ONT未接收數(shù)據(jù)，但是必須將其鎖相環(huán)(PLL)保持在鎖定 狀態(tài)，即，其必須將恢復的時鐘保持穩(wěn)定和不變，以便它們可以在2. 5G分塊開始時接收數(shù) 據(jù)。在2. 5G分塊期間，既有ONT正在接收數(shù)據(jù)，同時高級ONT將恢復的時鐘保持鎖定。如 果這兩種分塊使用最常用的不歸零開關鍵控(NRZ-00K)調制格式，則既有接收機在10G分 塊期間將時鐘保持鎖定將會因固有的相位模糊性(存在于比標稱信號快整數(shù)倍的每個信 號中)而變得不可能。需要一種能夠在無源光網(wǎng)絡中提供雙速傳輸?shù)南到y(tǒng)、方法和計算機可讀介質。
發(fā)明內容
在本公開的一個方面中，提供了一種無源光網(wǎng)絡，包括至少一個光線路終端；以 第一速度操作的至少一個第一光網(wǎng)絡終端；以低于所述第一速度的第二速度操作的至少一 個第二光網(wǎng)絡終端；其中，所述至少一個光線路終端傳輸包括至少一個第一速度分塊和至 少一個第二速度分塊的數(shù)據(jù)信號；其中，所述至少一個第一速度分塊包括可由所述至少一 個第二光網(wǎng)絡終端處理以提取第二速度時鐘信號的信號。在本公開的一個方面中，提供了一種在雙速無源光網(wǎng)絡上傳遞數(shù)據(jù)的方法，包括 生成包括至少一個第一分塊和至少一個第二分塊的傳輸信號；以及傳輸所述傳輸信號；其
3中所述至少一個第一分塊包括第一速度的第一數(shù)據(jù)信號和第二速度的時鐘信號；其中所述 至少一個第二分塊包括所述第二速度的第二數(shù)據(jù)信號。在本公開的一個方面中，提供了一種光線路終端，包括信號生成器，該信號生成器 生成包括第一速度的第一數(shù)據(jù)信號和第二速度的定時信號的信號。在本公開的一個方面中，提供了一種光網(wǎng)絡終端，包括信號接收機；提取電路， 其處理由所述信號接收機接收的已接收信號并將第一速度數(shù)據(jù)信號與第二速度定時信號 分離。在本公開的一個方面中，提供了一種操作光網(wǎng)絡終端的方法，包括接收包括具有 第一幅度和第一信號速率的數(shù)據(jù)信號和具有大于所述第一幅度的第二幅度和第二信號速 率的時鐘信號的信號；并將所述數(shù)據(jù)信號與所述時鐘信號分離。
現(xiàn)在，將僅通過示例方式參考特定實施方式和附圖來描述本發(fā)明，其中圖1示意性地示出了無源光網(wǎng)絡；圖2示意性地示出了雙速幀格式；圖3示意性地示出了既有ONT的頻率響應；圖4示出了 2. 5G尖峰信號；圖5示出了具有2. 5G尖峰信號和IOG數(shù)據(jù)信號的傳輸信號；圖6示出了對應于圖5中傳輸信號的所測量眼圖；圖7示意性地示出了用于生成圖5中傳輸信號的電路；圖8示意性地示出了本公開一個實施方式的線路編碼；圖9示意性地示出了本公開另一實施方式的線路編碼；圖10示意性地示出了與圖9的線路編碼對應的所測量眼圖；圖11示意性地示出了在應用閾值檢測之前和之后的傳輸信號；圖12示意性地示出了用于并入有尖峰信號的提升的(elevated)數(shù)據(jù)信號級別的 眼圖；圖13示出了圖12中眼圖的擴展視圖；以及圖14示意性地示出了用于使用調制閾值來檢測數(shù)據(jù)信號的電路。
具體實施例方式圖1中示意性地示出了 GPON 10，該GPON 10包括高級OLT 12，該高級OLT 12具 有能夠生成雙速傳輸(諸如，2. 5Gb/s的基本速度和諸如lOGb/s的較高速度)的信號生成 器19。傳輸在分光器13處被接收，繼而被傳送至各ONT 14、15、16和17。ONT 14、15、16和 17可以是配置為以基本速度接收數(shù)據(jù)的既有0ΝΤ，或者配置為以較高速度接收數(shù)據(jù)的高級 0ΝΤ。出于本示例的目的，ONT 14、15被視為既有0ΝΤ，而ONT 16、17被視為高級0ΝΤ。在上 文描述中，基本速度被描述為2. 5Gb/s (2. 5G)，而較高速度將被描述為lOGb/s (IOG)，當然， 本領域技術人員能夠理解，在雙速網(wǎng)絡中也可以提供其他速度。在圖2中，示出了幀格式20，其可以由OLT 12在雙速光網(wǎng)絡10上傳輸。首先，OLT 12以2. 5G傳輸物理層開銷21，其由所有的ONT 14、15、16和17讀取。此開銷使用與既有
4ONT使用的線路碼相同的線路碼進行編碼，并且包含針對IOG分塊和2. 5G分塊的指針。在開銷21之后，以lOGb/s的速度傳輸IOG分塊22。所有的高級ONT 16、17接收 此分塊并根據(jù)地址讀取數(shù)據(jù)。在此期間，既有ONT 14、15并不接收數(shù)據(jù)，但是必須將其PLL
保持鎖定。IOG分塊之后是2. 5G分塊23，其由既有ONT 14、15接收，同時，高級ONT必須將其 PLL保持鎖定。在2. 5G分塊22期間保持高級ONT 16、17的鎖定相對簡單，并且僅需要運轉 周期為4XN的PLL，其中N是2. 5G信號的運轉周期。然而，IOG分塊使用的線路碼更加復雜。IOG分塊使用的線路碼不能是傳統(tǒng)NRZ碼， 而是2. 5G友好的碼，雖然仍以lOGb/s傳輸數(shù)據(jù)。在本公開的一個實施方式中，線路碼設計 為使得對于既有0NT14、15，其看似2. 5Gb/s數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可能是無意義的數(shù)據(jù)，但仍是時鐘 可以可靠地從其恢復的數(shù)據(jù)，而對于高級ONT 16,17而言，其看似有意義的lOGb/s數(shù)據(jù)信號。網(wǎng)絡10，并且更具體地，OLT使用的線路碼可以被設計為利用既有ONT的已知特 性。具體地，既有ONT包括寬帶光接收機(具有1550nm(為RF視頻覆蓋預留的波長)的可能 波長塊)、互阻抗放大器(TIA)、后面跟有二進制檢測器的限幅放大器和設計為恢復2. 5GHz 的標稱時鐘的PLL。組合的兩個放大器的帶寬略低于2. 5GHz,并且通常，高于2. 5GHz的所 有分量被完全抑制。圖3示出了既有接收機的典型頻率響應30。已通過在若干點處測量響應并用直線 將測量的數(shù)據(jù)點連接而構建了曲線31，通過使用測量的點對類型II契比雪夫濾波器進行 內插(即，便于仿真的數(shù)學模型)而構建了曲線32。圖4示出了根據(jù)本公開一個實施方式的、在構建2. 5G友好的信號時使用的原理。 圖表41是lOGb/s信號42，其中每8個比特重復導頻尖峰43，其間沒有信號44。由此，信號 42可以視為置于1. 25GHz網(wǎng)格處的lOGb/s脈沖串。當這種信號通過參照圖3進行描述的 仿真濾波器時，所得到的信號是圖表45中示出的1. 25GHz正弦曲線46。在由二進制檢測 器檢測時，信號46看似1. 25GHz方波，其具有以2. 5Gb/s傳輸?shù)谋忍氐慕惶?-0-1-0模式。 這對于在既有接收機處維持穩(wěn)定的鎖定而言是理想的，但是這種信號不攜帶任何信息。信號42的變體在圖5的圖表51中示出為信號52。在信號52中，導頻尖峰53之 間的間隔54已用于傳輸與導頻尖峰具有相同持續(xù)時間但幅度卻小得多的lOGb/s數(shù)據(jù)比 特。圖5的圖表55示出了在信號52通過低通濾波器之后所得到的信號56。信號56失真， 但仍包含將2. 5Gb/s接收機維持鎖定所必需的可檢測的1. 25GHz分量。信號52包括導頻尖峰，其后跟隨有7比特數(shù)據(jù)。圖6中示出了這種信號的眼圖。 在圖7中示出了可以在OLT 12的信號生成器19中用于生成信號的電路70，該電路70包 括提供給組合器(求和器)77的10G數(shù)據(jù)信號支路75。在下方支路中，AND (與)門71具 有來自10G數(shù)據(jù)信號支路75和2. 5G時鐘信號支路76的輸入(即，包括2. 5G導頻尖峰)， AND門71的輸出被提供給組合器77。在不存在2. 5G尖峰時，AND門71的輸出被強制歸零，而在存在尖峰時，該輸出被強 制為10G信號級別。電路的上方支路75總是位于10G信號級別。該支路中的衰減器74允 許調節(jié)10G眼圖高度和導頻尖峰高度之間的比率。2. 5G支路和10G支路中的相位延遲72、 73分別用于調節(jié)延遲，使得導頻尖峰與到達組合器77的實際信號對準。組合器77的輸出提供了如上述圖2所示幀格式20的第一分塊22的IOG信號。如果如圖8所示使用8比特碼字80對IOG信號進行編碼，即，如果其1個比特81 被強置為1的碼字是與導頻尖峰一致的比特，則生成保證每8個比特一個尖峰的信號，如圖 6的眼圖中所示。在這種情況下，AND門71起到了通過(pass-through)元件的作用，并且 由此是可選的。然而，不需要每8個比特就存在導頻尖峰。取決于用在既有接收機處的PLL類型， 系統(tǒng)可能能夠承受偶爾的尖峰丟失。在一個實施方式中，對應于導頻尖峰位置的比特位置 不需要總是強置為1，并且由此可以用于數(shù)據(jù)。例如，如果使用圖9的線路碼90，其中允許 15個數(shù)據(jù)比特92，則保證每16個比特有一個導頻尖峰。然而，兩個受保證的尖峰之間的標 稱尖峰不會總是存在，即，如果在標稱尖峰位置傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是0的話。在圖10中，示出了使 用圖9的線路編碼的眼圖。將圖10的眼圖與圖6的眼圖相比較，會發(fā)現(xiàn)，圖6中的尖峰61 總是1，而圖10中間處的尖峰有時是標稱尖峰高度101，有時是0(102)。如果對IOG數(shù)據(jù)進 行擾頻的話(導致為0或為1的概率幾乎均等)，約50%的16比特時段在8比特網(wǎng)格處包 含尖峰，而另外的50%不包含中間尖峰。以此方式，可以減少編碼開銷。以上所公開原理的各種變體也是可能的。例如，圖6的信號可以翻轉，創(chuàng)建凹槽 (notch)而不是尖峰，這對于一些耦合至DC的接收機是有利的。此外，尖峰位置可以以如下 方式通過加/減少量IOG比特而變化，即，在低通濾波之后，允許恢復支配時鐘分量，從而允 許2.5G PLL保持鎖定。而且，尖峰可以針對多個比特時間而擴展。例如，可以如圖10所示 在標稱位置處具有尖峰，但是相鄰比特也具有與尖峰相同的高度。所有這些變體都可以使 用圖7的電路來生成，這對于本領域技術人員而言是顯然的。利用標準(2.5Gb/s)GP0N接收機進行的實驗已經(jīng)證明，各種功率/比特速率/錯 誤率/可靠性權衡是可能的。一個特定類別的實驗已經(jīng)證明，可以損失每隔一個的尖峰，而 只有相對較小的功率損失，這是圖9的線路碼的基本原理。通常，對既有GPON ONT的影響 在于，為了使既有接收機保持鎖定，尖峰必須增大某個比率。針對寬度為1比特時間、矩形 形狀的尖峰以及每8比特保證一個尖峰的實驗已經(jīng)證明，這一比率需要為大約5倍或7dB ； 即，尖峰高度與IOG眼圖高度之間的比率需要大于7dB。對于不同的尖峰寬度、形狀和頻率， 比率可以不同，但是對于每個調制變體，存在一個下限，低于該下限，接收機便不能可靠鎖 定。在一個實施方式中，尖峰的幅度通常大于IOG數(shù)據(jù)信號幅度的四倍。如果尖峰較低，則 IOG信號占主導，而2. 5G接收機將其視為接收機不能鎖定的噪聲。與非2. 5G友好的傳統(tǒng) 10Gb/s NRZ信號相比，這代表了 7dB的峰值功率損失和約4dB的平均功率損失，并且由此不 能與既有接收機向后兼容。為了在網(wǎng)絡10的高級ONT 16、17中檢測lOGb/s信號，必須建立檢測閾值。盡管 例如圖11中示出的信號111看似多級別信號，但實際信息僅包含在兩個級別中。利用示出 所檢測信號的較低信號113來表明可能的閾值112。顯然，所有比特都是可檢測和易恢復 的。使用平坦閾值的準確信號檢測通常需要創(chuàng)建干凈信號的昂貴且高質量的組件，而 實際上并不一定是這樣，因為這種組件需要較寬的帶寬、較寬的動態(tài)范圍(即，線性)和較 低的噪聲。圖12中示出了在使用較低質量組件時可見的效果，即，在導頻尖峰121附近的 IOG比特122的提升。該效果源于所使用的組件的有限帶寬。即，在導頻尖峰附近，組件與
6其對增量脈沖做出響應類似地進行響應，并且由此花費了有限時間來解決。感興趣的區(qū)域 在圖13的擴展視圖中示出。重要的是，觀察到零電平比特124跨過平坦閾值123，并且因此 被錯誤地檢測為1電平比特。在一個實施方式中，使用追蹤眼圖提升的閾值125，使得可以 更可靠地對有問題的比特進行解碼。圖14示出了可以用來檢測IOG信號的電路140。下 方支路141包括包絡檢測144，用于獲取信號146的運行部分平均并估計眼圖的提升。支 路141中的移相器142和放大器143調整閾值位置和級別，而差分放大器145用于將接收 的信號146與閾值進行比較。 盡管在附圖中示出且在上文描述中描繪了本發(fā)明的實施方式，但是應當理解，本 發(fā)明并不限于所公開的實施方式，而是能夠在不偏離所附權利要求中給出和限定的本發(fā)明 精神的情況下進行各種重新布置、修改和替換。例如，本發(fā)明的能力可以完全和/或部分由 一個或多個框、模塊、處理器或存儲器執(zhí)行。而且，這些能力可以以當前方式或者以分布式 方式、在能夠提供和/或接收信息的任何設備上或經(jīng)由該設備執(zhí)行。此外，盡管以特定方式 進行了描述，但是在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以重新定位各種模塊或框。此外，盡管 以特定方式進行了描述，但是在本發(fā)明中可以利用更多或更少數(shù)量的模塊和連接，以便完 成本發(fā)明、為本發(fā)明提供附加的已知特征，和/或使本發(fā)明更加有效。而且，在各種模塊間 發(fā)送的信息可以經(jīng)由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡、因特網(wǎng)、網(wǎng)際協(xié)議網(wǎng)絡、無線源和有線源中的至少一個并且 經(jīng)由多個協(xié)議來發(fā)送。
權利要求
一種無源光網(wǎng)絡，包括至少一個光線路終端；以第一速度操作的至少一個第一光網(wǎng)絡終端；以低于所述第一速度的第二速度操作的至少一個第二光網(wǎng)絡終端；其中，所述至少一個光線路終端傳輸包括至少一個第一速度分塊和至少一個第二速度分塊的數(shù)據(jù)信號，其中，所述至少一個第一速度分塊包括可由所述至少一個第二光網(wǎng)絡終端處理以提取第二速度時鐘信號的信號。
2.如權利要求1的無源光網(wǎng)絡，其中所述至少一個第一分塊包括第一速度數(shù)據(jù)信號和 第二速度時鐘信號。
3.如權利要求2的無源光網(wǎng)絡，其中所述第二速度時鐘信號的幅度大于所述第一速度 數(shù)據(jù)信號的幅度。
4.如權利要求3的無源光網(wǎng)絡，其中所述第二速度時鐘信號的所述幅度大于所述第一 速度數(shù)據(jù)信號的所述幅度的四倍。
5.如權利要求2的無源光網(wǎng)絡，其中所述至少一個第一光網(wǎng)絡終端包括檢測電路，所 述檢測電路確定閾值并將所述第一速度分塊與所述閾值進行比較以提取所述第一速度數(shù) 據(jù)信號。
6.如權利要求5的無源光網(wǎng)絡，其中所述檢測電路包括平均電路，所述平均電路使用 所述第一速度分塊的至少部分平均確定所述閾值。
7.如權利要求1的無源光網(wǎng)絡，其中所述至少一個光線路終端包括包含組合器的信號 生成器，所述組合器的第一輸入包括第一速度數(shù)據(jù)信號，所述組合器的第二輸入包括所述 第二速度時鐘信號。
8.如權利要求7的無源光網(wǎng)絡，其中所述信號生成器進一步包括衰減器，所述衰減器 控制所述第一速度數(shù)據(jù)信號與所述第二速度時鐘信號的比率。
9.如權利要求7的無源光網(wǎng)絡，其中所述信號生成器進一步包括AND門，所述AND門 的第一輸入包括所述第一速度數(shù)據(jù)信號，所述AND門的第二輸入包括所述第二速度時鐘信號。
10.如權利要求9的無源光網(wǎng)絡，其中所述組合器的所述第二輸入包括所述AND門的輸出ο
全文摘要
在雙速無源光網(wǎng)絡中，光線路終端(OLT)傳輸具有10Gb/s分塊和2.5Gb/s分塊的通信信號。10Gb/s分塊包括10G數(shù)據(jù)信號和2.5G時鐘信號，使得2.5G(既有)光網(wǎng)絡終端(ONT)的PLL可以在10GONT接收數(shù)據(jù)時保持鎖定。2.5G時鐘信號包括幅度大于10G數(shù)據(jù)信號的1比特尖峰信號。
文檔編號H04J3/00GK101960744SQ200980107516
公開日2011年1月26日 申請日期2009年2月24日 優(yōu)先權日2008年3月5日
發(fā)明者A·L·阿達梅基, D·T·范溫, I·哈德齊克, P·J·溫澤 申請人:阿爾卡特朗訊美國公司