网络收发器之间的带外数据通信的制作方法

专利名称：网络收发器之间的带外数据通信的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信网络中的数据传输领域。更具体地，本发明涉及 高速数据和带外数据的同时传输。
背景技术：
现代通信很大一部分通过发送和接收大量的数字数据来完成。可 使用数字数据信号来传输信息，例如数据库信息、金融信息、个人或商 业信息等等。此外，可使用数字数据信号来传输语音、视频、图像等等。
通常，数字通信通过使用称为开放系统互连(OSI)的模型完成。 OSI模型定义了在网络中通信的客户机上实现数字通信的具有七层的
框架。本领域技术人员所知的这七层从最高层到最低层依次包括应用 层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。在应用 层，数据被用于最终用户处理。在经由物理层被发送之前，数据由osi 模型中的其它各层进行封装。物理层定义了在网络上如何通过例如电信 号、在光纤上承载的光、无线电信号等等实际地发送数据。因此，在物 理层，实际电压、光能级和无线电振幅或频率被定义为具有某一逻辑值。 在物理层， 一种传送数字数据的方法涉及收发器的使用。收发器 包括信号功率源，信号功率源包括用于沿如铜线链路或光纤链路等的物 理链路传输数据信号的电子硬件。信号功率源可为激光器、电子放大器、 无线电发送器等等。收发器还可包括物理层信号接收元件以接收物理层 信号。物理层信号接收元件可为光电二极管、电子放大器、无线电接收 器等°
收发器可包括用于将在客户机之间发送的信号解码成诸如二进制 表示的数据信号的电子硬件，解码成的数据信号可被所述收发器连接的
数字设备或主机读取。收发器还可包括用于将在客户机之间发送的信号 从二进制表示编码成可在物理链路上传输的物理层信号的电子硬件。因 此，在一个实例中，二进制表示的信号被转换为调制电子信号、调制光 学信号、调制无线电信号或其它适合的信号中的一个。
相对于其它收发器而言，各个收发器通常都是无源的。这意味着 收发器仅发送和接收已被转换成物理层信号的数字数据，而不提取或处 理该数字数据所表示的信息。换句话说，收发器通常不会为了收发器的 需要而相互传送数据。而是为了收发器所连接的主机的需要，收发器相 互传送数据。
收发器可能会为了有利于自身而将数据传送到其连接的主机设 备。例如，收发器可被配置为通过监视收发器的状况产生数字诊断信息。 随后，收发器可将有关其状况的信息传送到其连接的主机。此通信通常
发生在用于集成电路间通信的l2C或MDIO总线上。在收发器随时间、 部件失效或其它原因发生退化时，主机可通过从收发器接收到的此类信 息察觉到这些退化。
可使用数字诊断逻辑(本文中还称之为"数字诊断")来处理各种 任务且产生监视和操作数据。这些任务和数据可包括以下所列举中的一
些
设置功能。通常涉及工厂中基于零件到零件做出的所需调整， 以允许对如激光二极管门限电流的部件特性的改变。
识别。涉及通用存储器，通常为EEPROM (电可擦可编程只 读存储器)或其它非易失性存储器。可使用串行通信标准对该存储 器进行访问，串行通信标准用于存储识别收发器类型、容量、序列 号以及与各种标准的兼容性等的各种信息。此类存储器还可存储附 加信息，如子部件修订版和生产调测数据等，尽管并非一般情况。
眼睛安全和一般故障检测。这些功能用于识别异常和潜在的 不安全操作参数并且视情况向主机报告这些参数和/或执行激光器
关断。
温度补偿功能。例如，补偿如斜度效率等关键激光器特征中 的已知温度变化。
监视功能。监视与收发器运行特征和环境相关的各种参数。 举例而言，可监视的参数包括激光器偏流、激光器输出功率、接收 器功率级、电源电压和温度等等。理想地，对这些参数进行监视并 且向主机设备且由此向收发器用户报告这些参数，或者使主机设备 且由此使收发器用户能够获得这些参数。
通电时间。收发器的控制电路系统可记录收发器已处于通电 状态的总小时数，并且向主机设备报告此时间值或者使主机设备可 获得此时间值。
裕度(Margining)。"裕度"是一种机制，该机制允许最终用 户通常通过按比例缩放用于驱动收发器有源部件的控制信号在与 理想操作条件有已知偏差的情况下对收发器的性能进行测试。
其它数字信号。主机设备可对收发器进行配置以使其与数字 输入和输出的极性和输出类型的各种要求相兼容。例如，数字输入 用于发送器禁用和速率选择功能，而输出用于指示发送器故障和信 号状态的丢失。配置值确定一个或多个二进制输入和输出信号的极 性。在一些收发器中，举例而言，通过指定结合数字输入或输出值 使用的縮放系数，这些配置值可指定一个或多个数字输入或输出值 的縮放比例。
通常，只有其上安装有收发器的所述主机才能获得上述数字诊断 所产生的数据。因此，在对单个收发器进行故障检修时，用户必须访问 安装有该收发器的主机以便査明与收发器有关的任何数字诊断数据。在 主机和收发器位于如海底或遥远的沙漠地区等偏僻地区时，此将导致各 种困难。此外， 一些应用使用中继器，其为仅对光学数据流进行接收、 放大和重发的收发器对。在中继器应用中，将数字诊断数据存储在中继
器上。因此，在对中继器进行故障检修时，必须对中继器进行物理检索 和询问以获得任何数字诊断数据。
存在一些这样的协议，其中可将数字诊断数据作为在光学链路上 发送的高速数据的一部分而进行发送。但是，这通常会涉及将该数据放 在一些专门定义的数据包或数据包的一部分中发送。因此，为检索该数 字诊断数据，必须通过诸如调帧器等对高速数据进行拆分，提取数字诊 断数据，然后重组高速数据。此外，如果一系列收发器中的一个收发器 要添加数字诊断数据，则必须对高速数据进行拆分，将数字诊断数据添 加到高速数据的适当部分，并且对包括该数字诊断数据的高速数据进行 重组。就数据处理而言，对高速数据信号进行拆分和重组意味着相当大 的且不必要的成本。此外，由于在链路间进行数据重发之前对数据进行 拆分和重组，因此将出现时延。
在其它现有系统中，可将数字诊断数据放在包括多个通道的高速 数据信号中进行发送，其中保留一个通道以供高速数据使用。此实施例 不能用于单通道系统。此外，将通道用于诊断数据将会降低可传输的其 它高速数据的量。而且，由于必须从高速数据信号中提取含有数字诊断 数据的通道以便获得数字诊断数据并且在将高速数据信号传递到网络 中的其它链路之后必须将该通道重新加入该高速数据信号，因此对高速 数据信号进行拆分和重组的成本依然存在。
现有收发器的另一个问题涉及协商沿通道的数据速率。物理层上 的通信，除了别的以外，还包括指定完成通信的数据速率的协议。 一些 协议具有可变通信数据速率。这在主机之间的链路质量发生变化时或许 是有利的。质量较低的链路通常要求较低的数据速率以避免误差。此外， 随着技术的进步，最新生产的设备可能具有更快的数据速率。 一种允许
不同数据速率的协议为光纤通道协议，其支持1、 2和4吉比特/秒的数
据速率。典型的，两个设备之间的链路要求设备以相同的数据速率进行 通信。在设备能够以不同的数据速率进行通信的情况下，该设备，例如
主机设备，要协商进行通信的数据速率。现有的协商协议较为复杂并且 为能适当地协商数据速率对网络和计算资源量的要求可能是过度的。

发明内容
. 本发明的实施例涉及一种具有如激光器驱动器和激光器等的信号 功率源的收发器，该收发器被配置以产生用于在如光缆等物理链路上传 输的物理链路信号，如光学信号。这些收发器还包括连接到所述信号功 率源的高速数据调制器。还有带外数据调制器连接到信号功率源。信号 功率源响应于高速数据调制和带外数据调制创建输出双调制信号。输出 双调制信号包括高速数据和带外数据。
本发明的其它实施例还涉及一种在物理链路上传输数据的方法。 所述方法包括以高速数据和带外数据对信号进行调制以便创建双调制 数据信号。双调制信号为用于在物理链路上传输的物理层信号。包括输 出双调制信号所具有的调制的物理层信号被发送到物理链路上。
以此方式，本发明的实施例可使带外数据在高速数据物理链路上 与高速数据同时传输。这样，可允许对收发器状况进行监视，对收发器 进行远程配置，以及对收发器进行验证等。
本发明的以上和其它优点及特征可以从下文对本发明及附加的权 利要求书的描述中更清晰地得到理解，或者可通过对下述本发明的实施 而得到。


通过参考在附图中示出的具体实施例可得到对上述简单描述的本 发明的更加具体的描述。应当理解，这些附图仅用于描述本发明的典型 实施例，而不应当被认为是限制其范围，以下将参考附图对本发明进行 详细的描述，其中
图1示出两个主机设备之间用于传送高速和带外数据的连接；
图2A为一眼图，其示出可用于将带外数据调制到高速数据信号
同时仍保持适当消光比的通道裕度；
图2B为一眼图，其示出使用发送器的平均功率设定调制的带外
数据；
图2C示出以带外数据调制的高速数据信号，其中将带外数据调 制到高速数据信号的平均功率；
图2D为一眼图，其示出使用消光比调制的带外数据；
图2E示出以带外数据调制的高速数据信号，其中将带外数据调 制到高速数据信号的消光比；
图2F为一眼图，其示出使用峰值功率调制的带外数据。
图2G示出以带外数据调制的高速数据信号，其中将带外数据调 制到高速数据信号的峰值功率；
图3A示出用于将带外数据调制到高速数据信号的平均功率的装 置，其中所述装置包括来自监视器光电二极管的反馈；
图3B示出用于将带外数据调制到高速数据信号的平均功率的装
置；
图3C示出用于将带外数据调制到高速数据信号的消光比的装置; 图3D示出用于将带外数据调制到高速数据信号的峰值功率的装
置；
图3E示出用于将带外数据调制到高速数据信号的峰值功率的装
置；
图4示出用于接收双调制信号并从所述双调制信号中提取高速数 据和带外数据的装置；
图5示出收发器，其包括用于发送和接收高速数据和带外数据的
硬件；
图6示出包括集成电路芯片的收发器的一个替代实施例，所述集 成电路芯片包括用于发送和接收高速和带外数据的各种部件；
图7是示出频率带宽的图，其中包括用于从数据链路中滤出信号 的频率、通常用于传输高速数据的频率以及带外数据通信可利用的频
率；以及
图8示出中继器网络，其被配置以传送高速和带外数据。
具体实施例方式
本发明的实施例包括用于将高速数据和带外数据调制成双调制信 号的系统和方法。所述双调制信号在连接主机网络中的部件之间的物理 链路上传输。由此，可使通常在物理链路上传输的高速数据与带外数据 一起在相同的物理链路上传输。这样就实现了如诊断信息、验证信息、 速率协商信息、配置信息等信息的传输。
本文所使用的术语"高速数据"并非指任何特别限定的带宽或频 率的数据，而是指通常在网络上传输的数据，例如，通常为了网络上各 个主机的需要而传输的数据。在本文中，高速数据还可被称为带内数据， 与主机系统通常用于传送数据的通信频带有关。高速和带内数据不同于 带外数据，其中带外数据通常用于在收发器之间传输数据以供收发器使 用。尽管主机可随后接收带外数据，但是主机通常通过如l2C或MDIO 总线等低速总线接收来自收发器的带外数据。这与高速数据成对比，主 机通常通过某些类型的高速数据接口接收来自收发器的高速数据。值得 注意的是，主机还可产生带外数据并且可在低速总线上将该带外数据传 输到收发器。
现参考图1，其展示了通过调制高速数据信号对带外数据进行编 码的本发明的实施例。图1展示用于光纤通信的主机设备102。所述主 机设备包括发送器光学组件(TOSA) 104，用于将信号发送到物理链路 106上。主机设备102还包括接收器光学组件(ROSA) 108，用于接收 来自物理链路110的光学信号。TOSA 104连接到高速数据控制112， 高速数据控制112可包括高速调制器，其调制TOSA 104中如激光器等
的信号功率源的功率输出，以便将高速数据转换成可在物理链路106上
传输的形式。如图1所示，高速数据控制112对TOSA104进行调制以 便产生高速物理层数据信号116。与TOSA104连接的还有带外数据控 制114。带外数据控制114使用带外数据调制器进一步调制TOSA 104 中的激光器，使得带外数据流118被调制到高速数据信号116上以产生 包括高速和带外数据的输出双调制信号122。
在所示的示范例中，对带外数据的调制表现为输出双调制信号 122的峰值功率120的变化。因此，输出双调制信号122包括高速数据 和带外数据两者。可使用许多不同的调制技术对带外数据进行调制，这 些调制技术包括但非局限于相移键控、二进制相移键控、四相相移键 控和曼彻斯特编码。实际上，带外数据具有的频率范围可能要比带内数 据的频率范围低若干数量级。但是，为了以简单的图解形式来说明双调 制的原理，图1中示出的带外数据流118的频率仅稍低于高速数据信号 116的频率。尽管如此，本发明的原理并不受带外数据流118与高速数 据信号116之间的相对频率的限制。
为了执行接收功能，ROSA 108包括用于接收输入双调制信号的 信号接收元件，例如光电二极管。ROSA 108将输入双调制信号的全部 或部分发送到带外数据控制114和高速数据控制112。带外数据控制 114可包括一带外检测器，其从输入双调制信号中提取带外数据。高速 数据控制112可包括高速数据放大器，其从输入双调制信号中提取高速 数据。
现参考图2A，通过参考眼图200可理解本发明实施例的原理。 眼图200是由多个数据比特的重叠形成的信号质量的图形表示。眼图 200包括为禁区202的阴影区域。若比特边界落在禁区202内，则该比 特将被解释为误差。因此，对在物理链路上传输的数据的传输需使得数 据不会落在禁区202。某些规范要求仅有限数量的位出现误差。这通常 被表示为所要求的比特误差率(BER)。可基于所述眼图对BER进行描
述和量化。通信标准中可表示出合适的BER，例如10吉比特以太网标 准，其规定BER应不大于10—12。
还可通过客户的期望或要求来规定比特误差率。通常，购买通信 设备的客户所要求的BER超出特定通信标准所规定的BER。 BER为消 光比和收发器所接收的平均功率(图2A中的P^)的函数。物理层规 范通常规定BER为最小和最大消光比。消光比为在发送高速比特"1" 时收发器所接收到的功率级(图2A中的PO与在发送高速比特"0" 时收发器所接收到的功率级(图2A中的Po)的比。因此，消光比可被 表示为P一Po。 一个特定的消光比将导致足够量的高速比特落在位于禁 区202之外的比特裕度204中，从而达到所要求的BER。
图2A还示出了通道裕度206，其定义了其中仍可存在高速数据 比特且不会被看作误差的功率级。通道裕度206可有助于将带外数据嵌 入高速数据信号。
在本发明的一个实施例中，通过调制所发送的高速比特的平均功 率可将带外数据嵌入高速数据。通过图2B中的眼图对此例进行说明。 在通道裕度206内对所述眼图进行调制。在图2B中，无论是传输带外 数据比特"0"还是传输带外数据比特"1"，眼图均具有相同的消光比。
换句话说，Pl-OOB0/Po-OOBO= Pl-OOBl/Po-OOB1，其中Pi—OOB0为以高速比特 "1"和带外比特"0"传输的功率，P(KX)B0为以高速比特"0"和带
外比特"0"传输的功率，P^ow为以高速比特"1"和带外比特"1" 传输的功率，且Po-OOB1为以高速比特"0"和带外比特"1"传输的功 率。因此，在将带外数据调制到高速数据的同时可维持适当的BER。
图2C说明性地示出了被调制到高速比特流的带外比特流。值得 注意的是，图2C中的位流并非按比例绘制。在所示的实施例中，带外 比特流通常可为19200波特的NRZ调制，而高速数据为2.5吉比特/ 秒。这使得此例中每一个带外比特约130,000个高速比特。因此，为简 洁起见，图2C并未按比例绘制。图2C展示了根据带外比特流调制的
光学信号的平均功率。
在图2D和2E中所示的本发明的替代实施例中，将带外数据调制 到消光比上。在此示范例中，平均功率保持恒定，而根据带外比特流对 处于最高和最低功率输出下的峰值功率进行调制。图2D示出传输带外 比特"1"时的消光比比传输带外比特"0"时的消光比大。或者，如图 2E中所示，在传输带外数据比特"1"时传输高速比特"1"的功率比 在传输带外数据比特"0"时传输高速比特"1"的功率高。此外，在 传输带外比特"1"时传输高速比特"0"的功率比传输带外比特"0" 时传输高速比特"0"的功率低。因此，带外数据的表现类似于对高速 数据的振幅进行调制。
如图2F和2G所示，本发明的另一实施例使用带外数据对高速 数据的峰值功率与高速数据的平均功率的组合进行调制。在所示的示范 例中，将带外比特流调制到高速比特"1"上。因此在这种情况下，传 输带外比特"1"时传输光学信号的消光比高于发送带外比特"0"时传 输光学信号的消光比。换个角度来看，传输带外比特"1"时传输高速 比特"1"的功率比传输带外比特"O'对传输高速比特"1"的功率高。 此实施例有助于简化高速数据接收器的设计。
现参考图3A和3B，其示出可用于以带外数据调制高速数据信号 的平均功率的发送器设计。发送器300包括连接到激光器304的激光 器驱动器302。激光器驱动器302接受消光比命令306作为一个输入。 消光比命令306控制发送器300所传输的信号的消光比。激光器驱动 器302还包括高速数据输入308，其为接受高速电信号的差分输入。使 用高速数据输入308，激光器驱动器调制激光器304的输出功率。
发送器300包括在用以控制激光器304的平均功率输出的偏置电 路中的各种部件。偏置电路包括晶体管310，其可控制通过激光器304 的电流。晶体管310由放大器312控制。放大器312将平均功率命令 314和带外数据信号316的总和作为一个输入。带外数据信号316使得
激光器304的平均功率输出根据带外数据信号316被调制。使用激光 器驱动器302和偏置电路进行调制创建既包括高速又包括带外数据的 双调制信号。在示例中，平均功率命令314代表放大器312输入的97%， 而带外数据信号316代表放大器312输入的3%。这些仅是例示性数字， 也可使用其它比率。放大器312将来自监视器光电二极管318的信号 作为反馈。监视器光电二极管318监视激光二极管304的输出功率， 并允许与激光器输出功率成比例的电流流过监视器光电二极管318。此 电流用于产生被作为反馈信号馈入放大器312的信号。这样，可使激光 器304的平均功率输出保持在由平均功率命令信号314和带外数据信 号316的组合所指示的恒定功率级。
图3B示出可用于以带外数据调制激光器304的平均功率输出的 另一发送器。图3B的发送器320类似于图3A的发送器300。但是， 图3B的发送器不包括图3A的监视器光电二极管318。替代地，放大 器312接收基本上与通过激光器304的电流成比例的反馈信号。
图3C示出例如图2D和2E中所示的调制的用于调制带外数据作 为消光比调制的发送器322。发送器322包括激光器驱动器302，其具 有作为一个输入的高速数据信号308以用于调制激光器304。激光器驱 动器的另一个输入是消光比命令信号306和带外数据信号316的组合。 这使得激光器304产生既包括高速数据又包括带外数据的双调制光学 信号。发送器322还包括用于控制激光器304的平均功率输出的电路 系统，例如晶体管310、放大器312和监视器光电二极管318。如同图 3B所示的实施例，可不包括监视器光电二极管318以支持其它类型的 平均功率反馈。
图3D和3E说明例如图2F和2G中所示的调制示出的以带外数
据调制高速数据的峰值功率与高速数据的平均功率的组合的发送器电 路。图3D所示的发送器324包括激光器驱动器302，其具有用于以高 速数据调制激光器304的差分高速数据输入308。激光器驱动器还具有
为消光比命令306和带外数据信号316的组合的输入。通过包括放大 器312和晶体管310的偏置电路系统进一步调制激光器304的输出功 率。放大器312的一个输入为平均功率命令314和带外数据信号316 的组合。对带外数据信号的调制使得放大器312和晶体管310调制激 光器304的平均功率。值得注意的是，为了获得图2F和2G中所示的 调审ij，当激光器驱动器处的调制具有97。/。的消光比命令对3%的带外数 据的比率时，平均功率命令与带外数据的比率为98.5%比1.5%。如前 述，熟悉本领域的技术人员将认识到可使用其它的比率，例如，在平均 功率命令与带外数据的比率为97.5%对2.5%时，使用95。/。的消光比命
令对5%的带外数据的比率。值得注意的是，本文仅示范了两个比率的 例子，当然，本发明的实施例实际上可获得多个其它示范例。理论上， 通道裕度206允许上述各个实施例具有无限个数的比率。实践中，比率 会受到系统中各种部件的灵敏度的限制。
图3E说明例如图2F和2G中所示的调制示出的以带外数据对高 速数据的峰值功率和高速数据的平均功率的组合进行调制的发送器的 又一实施例。图3E示出发送器326。发送器326包括用于对激光器304 进行偏置的电流源328。电流源328以高速数据"0"级命令330作为 输入，其定义了在传输高速数据"0"比特时向激光器304供应的电流 量。激光器驱动器302连接到激光器304。该激光器驱动器接收高速数 据信号308作为一个输入，其根据高速数据信号308对激光器功率进 行调制。值得注意的是，所示激光器驱动器302仅使用单个驱动信号进 行调制。虽然如此，激光器驱动器302还将接收差分信号，所述差分信 号将被激光器驱动器302转换成单个驱动信号，用于对激光器304进 行调制。激光器驱动器302还包括作为输入的高速数据"1"级命令332 和带外数据信号316的组合。高速数据"1"级命令332定义了在传输 高速数据"1"比特时激光器304输出的附加功率。通过将高速数据"1" 级命令332与带外数据信号316组合，将带外数据调制到高速数据比
特"1"，如图2F和2G中所示。
本发明的一些实施例还包括在将带外数据用于调制激光器304之 前对带外数据进行编码的编码器。编码器可使用如曼彻斯特编码、相移 键控等编码技术对带外数据进行编码。
现参考图4，其示出了用于接收输入双调制信号的例示性接收器。 在此例中，接收器400包括信号接收元件，在此情况下，其为用于从物 理链路接收物理层信号的光电二极管402，其中所述收物理层信号为光 学信号。光电二极管402将物理层信号转换成输入双调制电子信号，在 此例中，其为通过光电二极管402的电流。将光电二极管402连接到 光电二极管电流监视器404，其监视通过光电二极管402的电流。在该 示例中，电流监视器404被连接到峰值检测器408，峰值检测器408 可用于创建可被馈入数字诊断414和带外检测器416的信号。数字诊 断414监视光电二极管402所接收的信号的平均功率、峰值功率、消 光比等中的至少一个。此信息尤其可用于监视和判定网络中收发器的状 况。
带外数据检测器416将在光电二极管402处接收到的光学信号的 平均功率、峰值功率或消光比转换成带外数据流。将此带外数据流馈入 UART418并且进一步馈入微处理器420，以便对其进行任何适当的使 用。在已使用如曼彻斯特编码、相移键控等调制技术对带外数据进行调 制的实施例中，带外数据检测器416包括用于对带外数据进行解调的解 调器。
在本发明的一个实施例中，带外数据检测器可为商用红外(IR) 遥控解码器，例如通常用于电视遥控器或其它此类设备中的红外(IR) 遥控解码器。适合的解码器包括如T2525、 T2527和U2538B等的接 收器，其可获自加利福尼亚州圣何塞的Amtel公司。IR遥控解码器尤 其非常适用于接收带外数据信号。IR遥控解码器设计用于对从如白炽光 和其他光的环境照明得到的信号，以及对来自控制发送器的调制IR光
信号进行解码，并且从环境光的背景噪声中提取调制控制信号。此情形 在某些程度上类似于将相对较小的带外数据信号嵌入更大的高速数据
信号中。因此，IR遥控解码器可提供实现本发明实施例的方式。
当光学信号接触光电二极管时，在光电二极管402中产生小电流。 这些小电流穿过高速数据输入406并且被馈入高速数据放大器，在此示 范例中，所述高速数据放大器为跨导放大器422。跨导放大器422将来 自高速数据输入406的电流转换成差分高速数据电压信号。所述差分高 速数据电压信号穿过滤波电容器424到达后置放大器426。滤波电容器 424将滤除低于给定门限的频率，从而仅将高速数据传输到后置放大器 426。后置放大器426对高速数据信号进行适当的信号处理。随后，发 送该处理后的高速数据信号经过附加滤波电容器428，并且最终到达输 出端430，在输出端430处，其可被如主机设备等需要高速数据信号的 设备利用。
图5示出了本发明的一个实施例，其包括用于接收和发送高速数 据和带外数据的收发器。收发器500包括用于接收高速电子数据的传输 端口 (transmit port) 502。可从安装有收发器500的主机设备接收高 速电子数据。传输高速电子数据使其穿过滤波电容器504到达激光器驱 动器506。激光器驱动器对高速电子数据进行放大以产生驱动信号，随 后使所述驱动信号通过TOSA510， TOSA510将所述驱动信号转换成 光学数据。激光器驱动器506还被连接到控制器512。所述控制器在l2C 端口 514接收l2C数据。控制器512将从l2C端口 514接收到的数据穿 过带外传输UART 516传递到激光器驱动器506。
本发明的实施例还考虑到由收发器中的控制器芯片512或其它电 路系统在收发器500内产生的带外数据。举例而言，带外数据可为数字 诊断数据，例如但非局限于设置功能、识别信息、眼睛保护和一般故 障检测、温度补偿功能、监视功能、通电时间、裕度等。可将控制器芯 片产生的数字诊断数据作为带外数据进行发送。值得注意的是，还可由
主机设备整体或部分地产生数字诊断数据，并且使其通过l2C总线传输
到收发器。因此，可从包括主机设备的多个来源，或者直接从在收发器 内执行的功能得到带外数据。
激光器驱动器506将从l2C端口 514接收到的带外数据编码到用 于驱动TOSA510且最终驱动激光器528的驱动信号上，从而将带外数 据与高速数据信号一起调制，然后将其作为输出双调制光学信号从 TOSA510输出。通过收发器500在ROSA518处接收光学数据。光学 数据可为包括高速数据和带外数据两者的输入双调制光学信号。通过 ROSA518将光学信号转换成电子信号。后置放大器520提取高速电子 数据，其随后被馈入输出端口 522，在输出端口 522处，所述高速数据 可被安装有收发器500的主机设备利用。解码器526从由ROSA 518 中的光电二极管电流监视器530产生的电子信号中提取带外数据，且随 后该带外数据被馈入控制器512中的带外接收UART524。当已使用某 些调制技术对带外数据进行调制时，解码器526还可包括解调功能。在 此例中，在某低频率下对该带外数据进行调制。在本文中，低频率并非 指定任何限定的带宽，而是为低于高速数据的任何带宽。下文结合图7 对带外数据的带宽进行更为详细的讨论。
图6示出收发器的另一实施例。举例而言，图6中的收发器600 可为XFP收发器。收发器600类似于图5所示的收发器500，且沿类 似的路径进行数据通信。收发器600包括单芯片602，其包括时钟和数 据恢复电路604。时钟和数据恢复电路604还包括后置放大器606，用 于对从ROSA618接收到的信号进行数字信号处理。将时钟和数据恢复 电路604连接到微处理器608，该微处理器608接收由时钟和数据恢复 电路604提取的带外数据，时钟和数据恢复电路604还包括用于执行 带外数据检测器功能的电路系统。在收发器600的发送侧，将微处理器 608连接到用于发送带外数据的时钟和数据恢复电路。
时钟和数据恢复电路610包含于芯片602内。时钟和数据恢复电 路610与激光器驱动器612连接。在本发明的一个实施例中，如在图6 所示的例子中，激光器驱动器612还包含于芯片602上。将激光器驱 动器612连接到TOSA614。时钟和数据恢复电路可包括用于驱动激光 器驱动器612的高速数据调制器和带外数据调制器的部分。图6所示的 例子说明本发明的各种实施例如何在集成单芯片中并入用于完成带外 数据的发送和接收的元件。本领域技术人员将理解，在本发明实施例的 范围内可将用于传输和接收带外数据的各种部件的组合并入单芯片中。 现参考图7，其说明如何在物理链路上传输带外数字数据。在与 物理链路上的数据传输相关的部件上的数据频率响应的环境下来考虑 带外数据。通常，在某些频率参数内或在某数据频率带宽702内传输高 速数字数据。其通常为频率的函数，即，针对给定通信协议所规定的1 吉比特、2吉比特、4吉比特等。其还可为过滤器的函数。如图4和5 中所示，使用如滤波电容器424、 428、 504和508等的滤波电容器来 滤除低频率信号。在本发明的一个实施例中，这些滤波电容器被设计用 于滤除低于30 kHz的频率。通常传输高速数字数据以使得该信号被DC 平衡。 一般来讲，通过传输数量相等的1和0可实现此目的。在本文中， 被DC平衡的信号不具有DC值。这允许整个信号通过滤波电容器，如 图5所示的滤波电容器504和508。滤波电容器阻断信号的所有DC部 分以及其它低频率信号。可使用多种技术使信号达到DC平衡。例如， 可使用10比特字传输8比特的二进制数据。额外的比特用于平衡1和 0的个数。举例而言，可将此类编码用于1至4吉比特/秒的以太网和光 纤通道链路。此类编码通常造成信号以高于100Khz的频率传输。对于 如SONET或SDH和10G Datacom链路等的电信系统，可使用加扰技 术对比特流进行随机化，由此对1和0进行平衡。如前述，所述DC平 衡技术中的每一个，单独的或与滤波技术组合，可获得处于高速数据带 宽702内的高速数据。
因此，可以低于或在一些实施例中高于高速数据带宽702的频率传
输带外数据。图7中示出将用于调制带外数据的数据带宽作为带外数据
带宽704。因此，带外数据处于带外数据带宽704内。在本发明的一个 实施例中，为了实现带外调制，使用处于带外数据带宽704内的频率内 的带外数据的数据流对已通过高频数据调制的调制数据信号进行进一 步调制。
参考图8，其示出了本发明的允许在中继器之间进行带外数据传 输的数据传输范围扩大的实施例。 一些长距离的数据传输应用要求使用 中间中继器以便确保在长距离数据链路上传输适当质量的数据。例如， 沿光缆从美国的一端到另一端的传输可能要求使用中间中继器以便实 现适当信号质量的传输。图8示出包括TOSA 804和ROSA 806的第 一中继器802。中继器802在ROSA 806处接收信号。将该信号传递 到信号处理器808，信号处理器808可执行如去除噪声、增强信号功率 等各种数字信号处理任务，从而改善信号质量。接着，将处理后的信号 传递到TOSA 804，在TOSA 804处可通过中继器810和812对其进 一步重发。中继器802还包括如微处理器814等的带外逻辑，其尤其 可用于提取带外数据且将其插入由中继器802发送和接收的信号中。
在中继器802的一个示性例用途中，通过中继器网络，例如包括 中继器802、 810和812的网络，将中继器802的数字诊断信息作为带 外数据进行发送。可通过中继器链中的每个中继器来连接带外数据，从 而使其包括各个中继器的数字诊断信息。因此，可通过远离中继器的设 备监视通信网络中的中继器的状况。这对中继器位于如郊区、无人区或 海底等偏远地区的网络中的情况是有用的。在对网络问题进行故障检修 时，对中继器进行物理检索和测试的成本可能会高得惊人。但是，在带 外通信中包括各个中继器的诊断信息时，可对中继器的状况和状态进行 远程监视，从而无需对中继器进行物理检索和测试。
在本发明的一个实施例中，还可将包括来自各个中继器的数字诊断 信息的带外数据用于监视中继器之间的光缆链路的状况。例如，当数字
诊断信息包括发送信号的功率和接收信号的功率时，可通过从发送中继
器向接收中继器发送的功率中减去接收中继器接收到的功率进行计算。
大的功率损失可能指示需要对中继器之间的链路进行修理或更换。
在本发明的另一实施例中，可向远程主机、中继器或其它设备发 送配置信息。这有助于避免物理检索或亲自到达设备现场进行设备配置 的昂贵花费。举例而言，配置信息可包括用于切断设备的指令、指示通 信速率的信息、指示应减小或挂起激光器功率的信息，等等。
在本发明的其它实施例中，设备可请求或自动发送诊断信息。在 一个实施例中，通过请求如识别信息等信息，设备可检査以确保与网络 上其它设备的兼容性。在一个实施例中，识别信息包括与特定设备的制 造商相关的信息，从而请求诊断信息的设备能够确定该特定设备是否适 用于所述请求诊断信息的设备。
在本发明的另一个实施例中，可确定诊断信息，例如物理链路上 的信号丢失。举例而言，设备可指示信号的传输功率。接收信号的设备 可在带外数据中指示所接收到的功率值。因此，通过将发送信号的功率 与接收信号的功率进行比较，可确定两个设备之间的物理链路所导致的 功率损失。
在本发明的又一实施例中，通过使用带外数据发送识别和验证信 息，可保持网络中设备间的安全。在网络中的设备上存在通过硬件或软 件编码的密钥，这些密钥可用于产生向网络中的其它设备呈现的识别信 息或加密令牌。因此，若使用硬件嵌入式密钥和带外数据将设备适当地 彼此匹配以便传送验证和识别信息，则可在这些设备之间实现安全连 接。
在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以以其他特定形式来实 现本发明。所述实施例在各个方面都应当看作是示例性而非限制性的。 因此，本发明的范围由权利要求而非说明书来限定。所有落入权利要求 的等同含义和范围内的改变都认为是包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种收发器，包括信号功率源，其适于产生物理层信号，用于在物理链路上传输；耦合到所述信号功率源的高速数据调制器，其中所述信号功率源被配置以利用从所述高速数据调制器接收到的高速数据信号调制物理层信号；以及耦合到所述信号功率源的带外数据调制器，其中所述信号功率源被配置以响应于从所述带外数据调制器接收到的带外数据调制所述物理层信号，其中所述高速数据调制器和带外数据调制器的调制产生包括高速数据和带外数据的输出双调制信号。
2. 权利要求1的收发器，其中 所述收发器为光学收发器；所述信号功率源包含激光器驱动器和激光器；并且 所述收发器还包含平均功率偏置电路，其被配置以控制所述激光器输出的平均功率，其中所述带外数据调制器耦合到所述平均功率偏置电路。
3. 权利要求1的收发器，其中 所述收发器为光学收发器；所述信号功率源包含激光器驱动器和激光器；并且 所述激光器驱动器还包含消光比命令输入，其被配置以控制所述激光器输出的信号的消光比，其中所述带外数据调制器耦合到所述消光比命令输入。
4. 权利要求1的收发器，其中 所述收发器为光学收发器； 所述信号功率源包含激光器驱动器和激光器；所述收发器还包含平均功率偏置电路，其被配置以控制所述激光器 输出的平均功率，其中所述带外数据调制器耦合到所述平均功率偏置电 路；并且所述激光器驱动器还包含消光比命令输入，其被配置以控制所述激 光器输出的信号的消光比，其中所述带外数据调制器耦合到所述消光比 命令输入。
5. 权利要求1的收发器，其中 所述收发器为光学收发器；所述信号功率源包含激光器驱动器和激光器；并且 所述激光器驱动器还包含高速数据1级命令，其定义输出高速数据1时所述激光器输出的功率，其中所述带外数据调制器耦合到所述高速数据1级命令。
6. 权利要求1的收发器，其中所述带外调制器被配置以使用相移键 控、二进制相移键控、四相相移键控和曼彻斯特编码中的至少一个进行 调制。
7. 权利要求1的收发器，其中所述带外数据调制器被配置以调制识 别和验证信息。
8. 权利要求1的收发器，其中所述带外数据调制器被配置以调制包 括所述收发器健康状况的诊断信息。
9. 权利要求1的收发器，其中所述带外数据调制器被配置以调制配 置数据。
10. 权利要求1的收发器，还包括信号接收元件，其被配置以接收来自物理链路的物理层信号并且从 所述物理层信号产生输入双调制信号；带外检测器，其耦合到所述信号接收元件并被配置以从所述输入双 调制信号提取带外数据；高速数据放大器，其耦合到所述信号接收元件并被配置以从所述输 入双调制信号提取高速数据。
11. 权利要求10的收发器，其中所述带外检测器包括IR接收器。
12. —种在物理链路上传输数据的方法，其包含 以高速数据调制数据信号；以带外数据调制所述数据信号，其中以高速数据和带外数据调制所 述数据信号创建了输出双调制信号，所述输出双调制信号为用于在物理 链路上传输的物理层信号；将所述双调制信号传送到所述物理链路上。
13. 权利要求12的方法，其中调制所述调制数据信号包含改变所述 物理层信号的平均功率。
14. 权利要求12的方法，其中调制所述调制数据信号包含改变所述 物理层信号的峰值功率。
15. 权利要求12的方法，其中调制所述调制数据信号包含改变所述 物理层信号的消光比。
16. 权利要求12的方法，还包含接收包括高速和带外数据的输入双调制信号； 从所述输入双调制信号提取高速数据；以及 从所述输入双调制信号提取带外数据。
17. 权利要求16的方法，其中从所述输入双调制信号提取带外数据 包括测量所述输入双调制信号的平均功率。
18. 权利要求16的方法，其中从所述输入双调制信号提取带外数据 包括测量所述输入双调制信号的峰值功率。
19. 权利要求16的方法，其中从所述输入双调制信号提取带外数据 包括测量所述输入双调制信号的消光比。
20. 权利要求12的方法，其中调制所述调制数据信号包含根据相移 键控、二进制相移键控、四相相移键控和曼彻斯特编码中的至少一种调 制所述调制数据信号。
21. —种用于接收和重发数字数据的中继器，所述中继器包含 接收器，其适于接收数据信号；耦合到所述接收器的信号处理器，所述信号处理器适于对所述数据 信号执行处理任务；耦合到所述信号处理器的发送器，所述发送器适于接收来自所述处 理器的数据信号并发送所述数据信号；以及耦合到所述信号处理器的带外逻辑，所述带外逻辑被配置以提取带 外数据并且将其插入所述数据信号。
22. 权利要求21的中继器，其中所述带外逻辑被配置以 从所述数据信号提取带外数据；将对应于用于所述中继器的数字诊断数据的数据连接到所述带外 数据；以及将所述带外数据插入所述数据信号，其中所述带外数据包括对应于 用于所述中继器的数字诊断数据的数据。
23. 权利要求21的中继器，其中所述带外逻辑为微处理器。
全文摘要
在数据或通信网络中使用收发器进行诊断数据或其它数据的带外数据通信。以高速数据和带外数据调制光束或其它载波建立双调制数据信号。建立包括对双调制信号的调制的物理层信号。将该物理层信号发送到物理链路上。可在带外信号中传输所述诊断数据或其它数据，而不会显著减小或干扰高速数据的传输速率。
文档编号H04B10/12GK101103560SQ200580011133
公开日2008年1月9日 申请日期2005年4月13日 优先权日2004年4月14日
发明者刘·阿伦森, 贝克·马森, 露西·霍斯金, 马辛·马图什凯维奇 申请人:菲尼萨公司