專利名稱：一種實現(xiàn)對不同輸入光功率自適應的光接收裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于數(shù)字光纖傳輸技術領域，具體涉及一種用于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)或數(shù)字光纖網(wǎng)絡中，在不同輸入光功率下，提高接收性能的自適應光接收裝置，特別是實現(xiàn)對經(jīng)長距離傳輸?shù)牟煌斎牍夤β实墓庑盘柕淖罴呀邮铡?br> 背景技術：
光傳輸系統(tǒng)使用光接收機來接收傳輸后的業(yè)務，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WDM光傳輸系統(tǒng)中，由于線路的衰減變化以及WDM信道數(shù)的增減，這些光信號到達接收機的時候，輸出光功率會發(fā)生變化。對不同輸入的光功率，如何解決自適應接收是本技術領域的關鍵問題之一。
在現(xiàn)有的光傳輸系統(tǒng)中，接收機一般是由光電轉(zhuǎn)換、AGC控制放大、限幅放大、時鐘/數(shù)據(jù)再定時等部分組成，電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中為了滿足大動態(tài)范圍接收的要求，都采用了AGC放大電路，也就是自動增益調(diào)節(jié)的放大電路。在輸入大信號時，啟動AGC控制電路，接收機的增益、帶寬如圖2所示。對不同的輸入信號幅度，AGC放大電路的帶寬是不同的，這會影響接收機的性能，特別是對于經(jīng)過長距離傳輸?shù)墓庑盘?，由于信號畸變比較嚴重，接收機帶寬的改變會帶來接收性能的較大變化。這種由于接收機帶寬的改變，可能會產(chǎn)生誤碼或是限制系統(tǒng)的組網(wǎng)能力。
在現(xiàn)有的技術及專利中，具有解決大動態(tài)范圍接收的方法，如專利(US4565974)“超動態(tài)范圍光接收機前置放大器”中介紹的方法，此專利中采用的方法是針對不同輸入信號電平情況，改變AGC電路的帶寬，保證接收機的頻率響應，在不同的功率范圍下基本保持一致，達到自適應接收的目的。但這種方法實現(xiàn)起來比較困難，特別是對于STM-64及STM-16信號等的接收，由于信號速率較高，電路的分布參數(shù)比較難以控制，對AGC電路的帶寬改變實現(xiàn)起來比較困難。在查到的現(xiàn)有的專利中還沒有其它有效的解決此問題的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服應用現(xiàn)有技術的接收機對不同輸入光功率的光信號接收能力不足的缺點，提供一種可實現(xiàn)對不同輸入光功率自適應的光接收裝置。
信號經(jīng)過傳輸后會有損傷，特別是經(jīng)過長距離WDM或SDH系統(tǒng)的傳輸。由于到達接收機時的信號發(fā)生劣化，這種劣化的信號，在不同的輸入光功率進入接收機情況下，由于AGC電路的帶寬不同，使得最佳的判決點隨著輸入光功率的變化而變化。
本發(fā)明的構(gòu)思在于首先測量一組不同輸入光功率情況下接收機的最佳判決點的曲線，然后將接收機最佳判決點隨著輸入光功率的變化作為預設參數(shù)預先設定，接收機根據(jù)這些預設參數(shù)，再根據(jù)檢測到的輸入光功率，選擇不同的判決點，就可以達到最佳接收的目的。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的光電轉(zhuǎn)換器，由PIN(PIN Photodiode，PIN光電二極管)或APD(Avalanche Photodiode，雪崩光電二極管)器件實現(xiàn)，用于完成光信號到電信號的轉(zhuǎn)換；TIA(跨阻放大器)及AGC(Automatic gain control，自動增益控制)放大器，用于對輸入信號進行自動增益的調(diào)節(jié)；
輸入光功率檢測電路，用于完成輸入光信號的光功率檢測功能；限幅放大器，用于完成對電信號的放大及限幅輸出，在輸入電信號較小時完成信號的線性放大，在輸入電信號較大時進行限幅輸出，同時外加不同的電壓或電流信號情況下，以改變限幅放大器的判決點；時鐘數(shù)據(jù)恢復電路，用于從輸入的數(shù)據(jù)中提取出時鐘，同時還完成數(shù)據(jù)的恢復；其特征在于還包括檢測及控制電路通過比較預先設定的光信號參數(shù)以及檢測到的光信號參數(shù)，針對TIA及AGC放大器以及PIN或APD器件，對于經(jīng)過長距離傳輸?shù)墓庑盘栐诓煌斎牍夤β氏碌膸捵兓鸬男盘枔p傷進行補償；通過控制限幅放大器的判決點，使接收性能在不同的輸入光功率下，實現(xiàn)大動態(tài)范圍內(nèi)自適應的接收。
所述PIN管接收過載光功率大于0dbm，靈敏度小于-21dbm；所述APD管接收過載光功率大于-9dbm，靈敏度小于-31dbm。
檢測及控制電路中所述預先設定的光信號參數(shù)，是通過測量一組不同輸入光功率所得到的最佳判決點的曲線；所述輸入光功率最佳判決點曲線，可通過對光電轉(zhuǎn)換器輸入傳輸后的光信號，測量光電轉(zhuǎn)換器輸出的電眼圖交叉點隨入光功率變化情況得到。
檢測及控制電路中所述預先設定的光信號參數(shù)，包括不同的調(diào)制格式，不同帶寬下接收的最佳判決點。
所述檢測及控制電路，通過比較預先設定的光信號參數(shù)和檢測到的光信號參數(shù)，對限幅放大器的判決電平進行最優(yōu)化控制。
所述檢測及控制電路，通過接收光功率檢測電路所輸入的光功率檢測電平與預設的光信號參數(shù)相比較，根據(jù)比較的結(jié)果控制調(diào)整限幅放大器的判決電平；利用單電源運算放大器作比較放大器，根據(jù)測得的光電轉(zhuǎn)換器最佳判決點曲線選擇開啟改變限幅放大器判決電平的電路的閾值光功率，以閾值光功率對應的輸入光功率檢測電平為參考電平，作為運放的負輸入端信號；運放正輸入端信號連接輸入光功率檢測電平處，若輸入光功率超過閾值則輸入光功率檢測電平高于參考電平，改變限幅放大器判決電平的電路啟動，比較放大器對輸入光功率檢測電平與參考電平差進行放大，輸出信號接入限幅放大器正數(shù)據(jù)端，限幅放大器判決電平被拉低，限幅放大器的負數(shù)據(jù)端通過運放直接給低電平0V；若輸入光功率低于閾值則輸入光功率檢測電平低于參考電平，改變限幅放大器判決電平的電路未啟動，比較放大器輸出為低電平0V時，此時限幅放大器正負數(shù)據(jù)端都外加低電平0V，使得輸出至限幅放大器的電平因電路的對稱不影響接收機的靈敏度指標。
通過電阻分壓得到預設的光信號參數(shù)，在一路運放LM324的兩臂輸入光功率與預設的光信號參數(shù)相比較，當輸入光功率對應的檢測電平超過預設電平時，改變限幅放大器判決電平的電路啟動，隨著光功率的強度的增加，限幅放大器的判決電平相應降低；當所述運放輸出為低電平0V時，另一路運放的輸出也為低電平0V，使得輸出至限幅放大器的電平因電路的對稱不影響接收機的靈敏度指標。
在現(xiàn)有技術中，接收機的判決點基本保持不變，這樣當接收的光信號光功率改變時，接收機的性能也會隨之變化。采用本發(fā)明所述方法，與現(xiàn)有技術相比，提高了不同輸入光功率下接收機的性能。


圖1是傳統(tǒng)接收機的電路框圖；圖2是傳統(tǒng)接收機的帶寬、AGC電壓與輸入信號幅度的關系圖；
圖3是本發(fā)明所述具有自適應功能接收機的電路框圖；圖4是一種用于限幅放大器判決電平控制調(diào)整的具體實施電路圖；圖5是一種經(jīng)傳輸后進入接收機的光信號眼圖；圖6是一種經(jīng)傳輸后進入接收機由AGC電路輸出的電信號眼圖；圖7是另一種經(jīng)傳輸后進入接收機AGC電路輸出的電信號眼圖；圖8是經(jīng)傳輸后的信號最佳接收機判決點與輸入光功率的關系圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的關鍵是在傳統(tǒng)接收機中增加用于對限幅放大器的判決點進行檢測及控制的電路，通過比較預先設定的光信號的參數(shù)以及檢測到的光信號參數(shù)，針對AGC電路以及接收機的其它器件，在不同輸入光功率下的帶寬變化進行補償；通過控制限幅放大器的判決點，使整個接收機的接收性能在不同的輸入光功率下，實現(xiàn)大動態(tài)范圍內(nèi)自適應的接收。
本發(fā)明所述的具有自適應功能的接收機由光電轉(zhuǎn)換器(PIN或APD)、TIA及AGC放大器、輸入光功率檢測電路、限幅放大器、檢測及控制電路、時鐘數(shù)據(jù)恢復電路所組成。其中預先設定的光信號的參數(shù)，可以但不限于包括調(diào)制格式、經(jīng)過傳輸后的光信號性能、接收機各個部分的頻率響應、不同帶寬下的接收機最佳判決點等；光電轉(zhuǎn)換器由PIN或APD完成，完成光信號到電信號的轉(zhuǎn)換；輸入光功率檢測電路完成輸入光信號的光功率檢測功能；限幅放大電器完成電信號的放大及限幅輸出功能，在輸入電信號較小時完成信號的線形放大功能，在輸入電信號較大時進行限幅輸出，同時外加不同的電壓或電流信號情況下，可以改變限幅放大器的判決點；時鐘數(shù)據(jù)恢復電路從輸入的數(shù)據(jù)中提取出時鐘，同時還完成數(shù)據(jù)恢復功能；檢測及控制電路的功能包括以下幾項，檢測輸入信號的光功率，TIA及AGC放大器輸出電信號的幅度大小，APD或PIN器件上的反向偏壓，利用這些信息及預先設定的光信號參數(shù)，對TIA及AGC放大器、光電轉(zhuǎn)換器的偏置電壓、限幅放大器的判決電壓等進行最優(yōu)化控制。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明本發(fā)明特別用于長距離傳輸后，不同光功率輸入下，光信號的最佳接收。
圖1是傳統(tǒng)的接收機框圖。其中，AGC(Automatic Gain Control)為自動增益控制，由PIN或APD器件實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，CDR(Clock datarecovery)為時鐘數(shù)據(jù)恢復電路。
電路工作時，光接收器件(PIN或APD)將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，信號幅值正比于光強度，由于光信號經(jīng)過長距離傳輸衰減很大，轉(zhuǎn)換過來的電信號就十分微弱，要經(jīng)過放大再送入到CDR，在光接收器件內(nèi)部一般都集成了TIA&AGC對信號進行前置放大，放大的結(jié)果輸入到限幅放大器進行限幅后送入CDR恢復，從而完成對信號光的接收流程。
考慮到接收機已有的AGC功能，在不同的輸入信號幅度時，AGC放大器放大倍數(shù)GAGC是不同的，因此AGC放大器的帶寬fAGC是不同的，對于大信號輸入時，AGC自動調(diào)小電路的增益，這時放大器的帶寬會增大，AGC電路的帶寬如下所示fAGC×GAGC＝增益帶寬常數(shù)C圖2表示的就是這種帶寬變化，具體是接收機的帶寬、AGC電壓與輸入信號幅度的關系，其中BW為接收機的帶寬，VAGC為AGC控制電壓，Pin為輸入AGC放大器的信號幅度。
圖3是本發(fā)明所述具有自適應功能的接收機的框圖。
與傳統(tǒng)接收機相比引入了檢測及控制電路，利用原有的輸入光功率檢測電路(由于輸入光功率與光接收器件的光生電流成正比，將這個電流值轉(zhuǎn)換為電壓值，通過監(jiān)測這個電壓值的變化，就可檢測到輸入光功率的變化情況)，把輸入光功率檢測電平與預設參數(shù)相比較，根據(jù)比較的結(jié)果調(diào)整限幅放大器的判決電平。具體應用實例如圖4所示。
圖4為一種具體實施的用于對限幅放大器判決電平控制調(diào)整的電路。該電路參數(shù)適用于富士通的光接收器件，如frm5w231bs，通過電阻R16和R18分壓得到預設參數(shù)。在運放D1C的兩臂上，輸入光功率與預設參數(shù)相比較，當輸入光功率對應的檢測電平超過預設電平時，改變限幅放大器判決電平的電路啟動，隨著光功率的強度的增加，限幅放大器的判決電平會相應降低。
對于圖4在設計時需要注意的是1、接收光器件的過載點處接收性能的改善，既通過降低限幅放大器交叉點后使SDH儀表測量測出的誤碼率降低；2、同時還要保證接收機的接收靈敏度指標；3、接收機的輸入光功率在過載點與靈敏度點間變化時，要保證交叉點的平滑變化以防在突變時產(chǎn)生誤碼。
調(diào)節(jié)過載點因不同廠家，不同型號的光接收器件對于相同的輸入光功率，其最佳接收判決交叉點是不同的。對此，首先要通過誤碼測量找出在哪個功率點開始改變接收機判決點，例如富士通的APD器件frm5w231bs，經(jīng)實測在輸入光功率為-15dbm時要改變交叉點。
結(jié)合圖4詳述對限幅放大器判決電平控制調(diào)整的過程如下根據(jù)實測結(jié)果，要在輸入光功率為-15dbm時將交叉點下調(diào)，當接在限幅放大器DATA-上的參考電平為3V時誤碼最小，對于圖4電路當D1C(LM324)的輸出電平(8腳電平)為4V時即可實現(xiàn)這一點，對于LM324芯片其輸出達到飽和這個條件就實現(xiàn)了，為實現(xiàn)這個條件將D1C正輸入端，接在接收機內(nèi)部固有輸入光功率檢測電路(當輸入光功率為-20dbm時光功率檢測電平為0.4V，當輸入光功率為-15dbm時檢測電平為0.6V)上，當接收機檢測到輸入光功率大于-15dbm后，運放D1C的正輸入端電平為0.6V，減去由電阻R16和R18對2.5V基準電壓分壓得到的參考電平0.4V，(Vref＝R16/(R16+R18)*2.5V＝0.4V)，被100倍增益放大，運放D1C輸出飽和，輸出電平為4V，限幅放大器判決交叉點為最優(yōu)，對于高于-15dbm的信號由于接近接收機過載光功率實際應用暫不再進一步補償以簡化電路。對于frm5231bs器件，在-20dbm開始補償即可此時由電阻R16和R18分壓得到的參考電平為0.4V，當光功率高于-20dbm時，運放正輸入端電平高于0.4V，運放輸出電平開始按比例升高，接收機判決電平開始下調(diào)，由于從-20dbm到-15dbm交叉點調(diào)整是平滑的避免了突變可能帶來的誤碼。當輸入光功率小于-20dbm時，運放的正輸入端電平低于負輸入端電平，運放輸出低電平0V，此時運放D1D正輸入端電平也低于負輸入端電平輸出同樣為0V，加到限幅放大器DATA+和DATA-上的電平因電路對稱匹配從而不影響接收機靈敏度指標。
對于不同的接收光器件，可通過調(diào)整電阻R16和R18的分壓參數(shù)和電阻R10改變運放電路的增益來找到最佳工作狀態(tài)。
圖5是一種經(jīng)傳輸后進入接收機的光信號眼圖，這里接收機的光學帶寬約為3倍信號速率，可以看出由于傳輸?shù)挠绊懀盘柎嬖谶^沖，此時信號的上沖十分嚴重，眼圖的無誤碼區(qū)、交叉點非常低。
圖6是這種傳輸后的信號經(jīng)過接收機接收后，從AGC電路輸出的電信號眼圖，這里輸入光功率較小，AGC處于線形工作區(qū)，由于接收器件的帶寬此時較窄，無誤碼區(qū)，和交叉點接近限幅放大器的判決點1/2。
圖7是這種傳輸后的信號經(jīng)過接收機接收后，從AGC電路輸出的電信號眼圖，這里輸入光功率較大，AGC處于飽和區(qū)，由于接收器件的帶寬此時較寬，無誤碼區(qū)，和交叉點較低。
可以看出，不同的輸入光功率情況下，由于接收機的帶寬不同，接收機的最佳判決點是不同的，圖8表示的是這種經(jīng)傳輸后信號的接收機最佳判決點隨著輸入光功率的變化關系。
采用本發(fā)明所述方法，與現(xiàn)有技術相比，提高了不同輸入光功率情況下接收機的接收性能，可以實現(xiàn)接收機，對不同輸入光功率的最佳化接收。
權利要求
1.一種實現(xiàn)對不同輸入光功率自適應的光接收裝置，包括光電轉(zhuǎn)換器，由光電二極管或雪崩光電二極管器件實現(xiàn)，用于完成光信號到電信號的轉(zhuǎn)換；跨阻放大器及自動增益控制放大器，用于對輸入信號進行自動增益的調(diào)節(jié)；輸入光功率檢測電路，用于完成輸入光信號的光功率檢測功能；限幅放大器，用于完成對電信號的放大及限幅輸出，在輸入電信號較小時完成信號的線性放大，在輸入電信號較大時進行限幅輸出，同時外加不同的電壓或電流信號情況下，以改變限幅放大器的判決點；時鐘數(shù)據(jù)恢復電路，用于從輸入的數(shù)據(jù)中提取出時鐘，同時還完成數(shù)據(jù)的恢復；其特征在于還包括檢測及控制電路通過比較預先設定的光信號參數(shù)以及檢測到的光信號參數(shù)，針對跨阻放大器及自動增益控制放大器以及光電二極管或雪崩光電二極管器件，對于經(jīng)過長距離傳輸?shù)墓庑盘栐诓煌斎牍夤β氏碌膸捵兓鸬男盘枔p傷進行補償；通過控制限幅放大器的判決點，使接收性能在不同的輸入光功率下，實現(xiàn)大動態(tài)范圍內(nèi)自適應的接收；所述光電二極管接收過載光功率大于0dbm，靈敏度小于-21dbm；所述雪崩光電二極管接收過載光功率大于-9dbm，靈敏度小于-31dbm。
2.如權利要求1所述實現(xiàn)對不同輸入光功率自適應的光接收裝置，其特征在于檢測及控制電路中所述預先設定的光信號參數(shù)，是通過測量一組不同輸入光功率所得到的最佳判決點的曲線；所述輸入光功率最佳判決點曲線，可通過對光電轉(zhuǎn)換器輸入傳輸后的光信號，測量光電轉(zhuǎn)換器輸出的電眼圖交叉點隨入光功率變化情況得到。
3.如權利要求1所述實現(xiàn)對不同輸入光功率自適應的光接收裝置，其特征在于檢測及控制電路中所述預先設定的光信號參數(shù)，包括不同的調(diào)制格式，不同帶寬下接收的最佳判決點。
4.如權利要求1所述實現(xiàn)對不同輸入光功率自適應的光接收裝置，其特征在于所述檢測及控制電路，通過比較預先設定的光信號參數(shù)和檢測到的光信號參數(shù)，對限幅放大器的判決電平進行最優(yōu)化控制。
5.如權利要求4所述實現(xiàn)對不同輸入光功率自適應的光接收裝置，其特征在于所述檢測及控制電路，通過接收光功率檢測電路所輸入的光功率檢測電平與預設的光信號參數(shù)相比較，根據(jù)比較的結(jié)果控制調(diào)整限幅放大器的判決電平；利用單電源運算放大器作比較放大器，根據(jù)測得的光電轉(zhuǎn)換器最佳判決點曲線選擇開啟改變限幅放大器判決電平的電路的閾值光功率，以閾值光功率對應的輸入光功率檢測電平為參考電平，作為運放的負輸入端信號；運放正輸入端信號連接輸入光功率檢測電平處，若輸入光功率超過閾值則輸入光功率檢測電平高于參考電平，改變限幅放大器判決電平的電路啟動，比較放大器對輸入光功率檢測電平與參考電平差進行放大，輸出信號接入限幅放大器正數(shù)據(jù)端，限幅放大器判決電平被拉低，限幅放大器的負數(shù)據(jù)端通過運放直接給低電平0V；若輸入光功率低于閾值則輸入光功率檢測電平低于參考電平，改變限幅放大器判決電平的電路未啟動，比較放大器輸出為低電平0V時，此時限幅放大器正負數(shù)據(jù)端都外加低電平0V，使得輸出至限幅放大器的電平因電路的對稱不影響接收機的靈敏度指標。
全文摘要
本發(fā)明屬于數(shù)字光纖傳輸技術領域，具體涉及一種用于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)或數(shù)字光纖網(wǎng)絡中，在不同輸入光功率下，提高接收性能的自適應光接收裝置，特別是可實現(xiàn)對經(jīng)長距離傳輸?shù)摹⒉煌斎牍夤β实墓庑盘柕淖罴呀邮?。本發(fā)明首先測量一組不同輸入光功率情況下接收機最佳判決點的曲線，然后將接收機最佳判決點隨著輸入光功率的變化作為預設參數(shù)預先設定，接收機根據(jù)這些預設參數(shù)，再根據(jù)檢測到的輸入光功率，選擇不同的判決點，就可以達到最佳接收的目的。在現(xiàn)有技術中，接收機的判決點基本保持不變，當接收的光信號光功率改變時，接收機的性能也會隨之變化；采用本發(fā)明，提高了不同輸入光功率下接收機的性能。
文檔編號H04B10/12GK1581735SQ0313230
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月8日 優(yōu)先權日2003年8月8日
發(fā)明者舒華德, 任之良 申請人:中興通訊股份有限公司