CN105553561A - 一种2×100g光收发模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种2×100G以太网光收发模块，包括：光发射功能单元、光接收功能单元和控制功能单元；其中，所述光发射功能单元，接收多路25Gb/s和/或50Gb/s速率的电信号并转换为1路200Gb/s速率的光信号发射到光纤线路上；所述光接收功能单元，接收光纤线路上1路200Gb/s的光信号并转换为多路25Gb/s和/或50Gb/s速率的电信号进行输出；所述控制功能单元，同时与所述光发射功能单元和所述光接收功能单元连接，控制和检测所述光发射功能单元和所述光接收功能单元的工作状态。在满足IEEE802.3ba现有以太网标准的前提下，在标准机框内实现更大的交换能力，提高数据吞吐量，实现更高速的传输，降低整体功耗的光收发模块，具有现实的应用价值。

Description

一种2×100G光收发模块

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种符合IEEE802.3ba高速以太网标准的光模块，特别是一种2×100G以太网光收发模块。

背景技术

近年来随着互联网的发展，互联网用户数，应用种类、网络带宽等都呈现出爆发式的增长，对社会和人们的生活产生了巨大的影响。点到点技术、在线视频、社交网络、移动互联的发展正不断吞噬网络带宽。同时云计算、大数据等技术的飞速发展，以超级数据中心为核心的云网络，对带宽需求更为迫切。目前，100G光收发模块正在被规模化的应用和部署，为更高速率的传输提供高效的解决方案。

现阶段满足IEEE802.3ba高速以太网标准的100G光收发模块多采用CFP系列和QSFP28的封装结构，实现方式多采用4波25G速率的光收发组件，通过分合波的方式在两根光纤内进行传输。受限于光收发模块封装结构和1U机框体积大小的限制，在标准的1U机框内采用QSFP28封装形式的交换机最大交换能力不大于5Tb/s，采用CFP系列封装形式的交换机的交换能力约为4Tb/s。使得在数据中心和核心局点内为了实现更大规模的交换能力需要部署较多数量的交换机，这些交换机将占据较大的体积，消耗大量的能量，从而造成建设和维护费用较高的问题。

因此，在满足IEEE802.3ba现有以太网标准的前提下，研究一种在标准的机框内，可以实现更大的交换能力，提高数据吞吐量，实现更高速的传输，降低整体功耗的光收发模块，具有现实的应用价值。

发明内容

本发明提出了一种2×100G的光收发模块的实现方案，以解决上述问题。本发明所述的2×100G的光收发模块，通过在现有标准CFP系列或QSFP28封装尺寸下，光信号收发部分采用8波25Gb/s、4波50Gb/s或2波100Gb/s通过分合波的方式实现200Gb/s的速率在光纤内进行传输，电接口收发部分采用每通道25Gb/s或50Gb/s的方式进行传输，可兼容OIFCEI-28G-VSR，CAUI-4，OTL4.4和OIFCEI-56G-VSR电接口标准进行数据的传输。本发明在兼容IEEE802.3ba标准的前提下，光收发单元部分通过波道扩展，单波速率提高的方式实现双纤200Gb/s的收发，从而有效提高单位体积下的数据传输能力。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

本发明提供了一种2×100G以太网光收发模块，包括：光发射功能单元、光接收功能单元和控制功能单元，其中：

所述光发射功能单元，接收多路25Gb/s和/或50Gb/s速率的电信号并转换为1路200Gb/s速率的光信号发射到光纤线路上；

所述光接收功能单元，接收光纤线路上1路200Gb/s的光信号并转换为多路25Gb/s和/或50Gb/s速率的电信号进行输出；

所述控制功能单元，同时与所述光发射功能单元和所述光接收功能单元连接，控制和检测所述光发射功能单元和所述光接收功能单元的工作状态。

在上述技术方案中，所述控制功能单元包括输入输出逻辑控制电路、上电时序控制电路、温度控制电路、数模和模数转换电路、存储电路，其中存储电路用于存储固件信息、模块信息、用户信息。

在上述技术方案中，所述光发射功能单元接收4个通道50Gb/s速率的电信号并转换为1路200Gb/s速率的光信号进行发射，其包括4个通道的输入端数据时钟恢复单元，4个通道的激光器驱动单元，4个通道的光发射组件单元，4:1光合波器；其中，4个通道的输入端数据时钟恢复单元负责相应通道的50Gb/s电信号的数据时钟调理，并将调理后的电信号传至相应通道的激光器驱动单元，激光器驱动单元根据电信号的调制码型格式将电信号转换成相应通道的光发射组件的驱动电流，转换的驱动电流信号大小与对应的电信号的调制码型格式相关，相应通道的光发射组件接收到驱动电流信号后将其转成光信号后发射到光纤线路进行传输；所述光接收功能单元接收光纤线路上1路200Gb/s的光信号并转换为4个通道50Gb/s速率的电信号进行输出，其包括1:4光分波器，4个通道的光接收组件单元，4个通道的线性或限幅放大器单元，4个通道的输出端数据时钟恢复单元；其中，1:4光分波器对1路200Gb/s的光信号进行分波，分波后每通道波长携带50Gb/s的光信号进入对应通道的光接收组件，光接收组件根据光信号的大小将光信号转换为对应的光电流，光电流通过线性或限幅放大器单元将光电流信号进行放大并转换为电压信号，转换后的电压信号进入输出端数据时钟恢复单元进行数据时钟的调理，调理后的电信号通过高速电信号接口进行传输。

在上述技术方案中，所述50Gb/s速率的电信号采用NRZ或PAM4调制码型格式。

在上述技术方案中，所述200Gb/s速率的光信号包括4个独立的不相同的波长，上述4个不相同的波长遵循IEEE802.3ba规定的波分复用波长间隔，或者上述4个不相同的波长的中心波长分别为1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm和1309.14nm，或者上述4个不相同的波长采用其它WDM规定的中心波长。

在上述技术方案中，所述光发射功能单元接收8个通道25Gb/s速率的电信号并转换为1路200Gb/s速率的光信号进行发射，其包括8个通道的输入端数据时钟恢复单元，8个通道的激光器驱动单元，8个通道的光发射组件单元，8:1光合波器；其中，8个通道的输入端数据时钟恢复单元负责相应通道的50Gb/s电信号的数据时钟调理，并将调理后的电信号传至相应通道的激光器驱动单元，激光器驱动单元根据电信号的调制码型格式将电信号转换成相应通道的光发射组件的驱动电流，转换的驱动电流信号大小与对应的电信号的调制码型格式相关，相应通道的光发射组件接收到驱动电流信号后将其转成光信号后发射到光纤线路进行传输；所述光接收功能单元接收光纤线路上1路200Gb/s的光信号并转换为8个通道25Gb/s速率的电信号进行输出，其包括1:8光分波器，8个通道的光接收组件单元，8个通道的限幅放大器单元，8个通道的输出端数据时钟恢复单元；其中，1:8光分波器对1路200Gb/s的光信号进行分波，分波后每通道波长携带25Gb/s的光信号进入对应通道的光接收组件，光接收组件根据光信号的大小将光信号转换为对应的光电流，光电流通过限幅放大器单元将光电流信号进行放大并转换为电压信号，转换后的电压信号进入输出端数据时钟恢复单元进行数据时钟的调理，调理后的电信号通过高速电信号接口进行传输。

在上述技术方案中，所述光发射功能单元接收8个通道25Gb/s速率的电信号并转换为1路200Gb/s速率的光信号进行发射，其包括2个通道的PAM4编码单元，2个通道的激光器驱动单元，2个通道的光发射组件单元，2:1光合波器，每个通道的所述PAM4编码单元包括4:1复用器、PAM4编码器；其中，所述4:1复用器用于将4路25Gb/s速率NRZ调制码型格式的电信号复用为1路100Gb/s速率NRZ调制码型格式的电信号，复用后的电信号传至PAM4编码器，PAM4编码器将100Gb/s速率NRZ调制码型格式转换编码为50Gbaud速率PAM4调制码型格式的电信号，并将其传至相应通道的激光器驱动单元，激光器驱动单元根据电信号的调制码型格式将电信号转换成相应通道的光发射组件的驱动电流，转换的驱动电流信号大小与对应的电信号的调制码型格式相关，相应通道的光发射组件接收到驱动电流信号后将其转成光信号后发射到光纤线路进行传输；所述光接收功能单元接收光纤线路上1路200Gb/s的光信号并转换为8个通道25Gb/s速率的电信号进行输出，其包括1:2光分波器，2个通道的光接收组件单元，2个通道的线性放大器，2个通道的PAM4解码单元，每个所述PAM4解码单元包括模数转换器、数字信号处理单元、1:4解复用器；其中，1:2光分波器对1路200Gb/s的光信号进行分波，分波后每通道波长携带50Gbaud速率的光信号进入对应通道的光接收组件，光接收组件根据光信号的大小将光信号转换为对应的光电流，光电流通过线性放大器将光电流信号进行放大并转换为电压信号，转换后的电压信号进入PAM4解码单元内的模数转换器将模拟信号转换为数字信号，数字信号处理单元对数字信号进行处理，将PAM4的调制格式转换解码为NRZ的调制格式，转换解码后的100Gb/s的电信号通过1:4解复用器解复用为4路25Gb/s速率的电信号通过高速电信号接口进行传输。

在上述技术方案中，所述光发射功能单元接收8个通道25Gb/s速率的电信号并转换为1路200Gb/s速率的光信号进行发射，其包括2个通道的PAM4编码单元，4个通道的激光器驱动单元，4个通道的光发射组件单元，4:1光合波器，每个通道的所述PAM4编码单元包括4:2复用器、PAM4编码器；其中，所述4:2复用器用于将4路25Gb/s速率NRZ调制码型格式的电信号复用为2路50Gb/s速率NRZ调制码型格式的电信号，复用后的电信号传至PAM4编码器，PAM4编码器将50Gb/s速率NRZ调制码型格式转换编码为25Gbaud速率PAM4调制码型格式的电信号，并将其传至相应通道的激光器驱动单元，激光器驱动单元根据电信号的调制码型格式将电信号转换成相应通道的光发射组件的驱动电流，转换的驱动电流信号大小与对应的电信号的调制码型格式相关，相应通道的光发射组件接收到驱动电流信号后将其转成光信号后发射到光纤线路进行传输；所述光接收功能单元接收光纤线路上1路200Gb/s的光信号并转换为8个通道25Gb/s速率的电信号进行输出，其包括1:4光分波器，4个通道的光接收组件单元，4个通道的线性放大器，2个通道的PAM4解码单元，每个所述PAM4解码单元包括2路模数转换器、2路数字信号处理单元、2:4解复用器；其中，1:4光分波器对1路200Gb/s的光信号进行分波，分波后每通道波长携带25Gbaud速率的光信号进入对应通道的光接收组件，光接收组件根据光信号的大小将光信号转换为对应的光电流，光电流通过线性放大器将光电流信号进行放大并转换为电压信号，转换后的电压信号进入PAM4解码单元内的模数转换器将模拟信号转换为数字信号，数字信号处理单元对数字信号进行处理，将PAM4的调制格式转换解码为NRZ的调制格式，转换解码后的100Gb/s的电信号通过1:4解复用器解复用为4路25Gb/s速率的电信号通过高速电信号接口进行传输。

在上述技术方案中，所述25Gb/s速率的电信号采用NRZ调制码型格式。

本发明还提供了一种n×100G以太网光收发模块，包括：光发射功能单元、光接收功能单元和控制功能单元，其中：

所述光发射功能单元，接收多路25Gb/s和/或50Gb/s速率的电信号并转换为1路n×100Gb/s速率的光信号发射到光纤线路上；

所述光接收功能单元，接收光纤线路上1路n×100Gb/s的光信号并转换为多路25Gb/s和/或50Gb/s速率的电信号进行输出；

所述控制功能单元，同时与所述光发射功能单元和所述光接收功能单元连接，控制和检测所述光发射功能单元和所述光接收功能单元的工作状态；

其中，n为3～10。

本发明取得了以下技术效果：

光收发单元部分通过波道扩展，单波速率提高的方式，实现双纤200Gb/s的收发，提高数据传输速率，降低了模块功耗，从而极大了降低了光收发模块的成本，极具经济性，另外该技术方案满足多种电接口标准，向下兼容性优，极具灵活性。通过兼容CFP系列或QSFP28封装尺寸，可实现规模化的生产和替代，从而节约了生产和替代成本。此发明集新颖性、经济性、实用型和创造性于一体，适用于大规模生产，满足更高数据传输速率的需求。

附图说明

图1为本发明实施方式1的内部结构功能框图

图2为本发明实施方式2的内部结构功能框图

图3为本发明实施方式3的内部结构功能框图

图4为本发明实施方式4的内部结构功能框图

图5为本发明实施方式采用NRZ调制码型格式示意图

图6为本发明实施方式采用PAM4调制码型格式示意图

图7为本发明中一种应用示意图

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。在各图中，同一符号表示同一或相当的组件。

实施方式1

图1为本发明实施方式1的内部结构功能框图。在图1中示出了一种2×100G光收发模块，包括光发射功能单元10、光接收功能单元20和控制功能单元30。其中光发射功能单元10包括4个通道的数据时钟恢复单元(CDR)101，4个通道的激光器驱动单元(LaserDriver)102，4个通道的光发射组件单元(TOSA)103，4:1光合波器(4:1OpticalMUX)104。光接收功能单元20包括1:4光分波器(1:4OpticalDeMUX)201，4个通道的光接收组件单元(ROSA)202，4个通道的线性或限幅放大器单元(LA/TIA)203，4个通道的数据时钟恢复单元(CDR)204。控制功能单元30与2×100G光收发模块的输入输出信号接口连接，用于接收2×100G光收发模块的外部控制单元(图中未示出)输入的控制信息，并将2×100G光收发模块的诊断信息输出至该外部控制单元，控制功能单元30同时与光发射功能单元10和光接收功能单元20连接，控制和检测光发射功能单元10和光接收功能单元20的工作状态。控制功能单元30包括输入输出逻辑控制电路、上电时序控制电路、温度控制电路、数模和模数转换电路、存储电路，其中存储电路用于存储固件信息、模块信息、用户信息。

下面参照图1，对光收发模块的实施方式1做进一步说明。

光发射功能单元10的功能为：接收4个通道50Gb/s速率的电信号并转换为1路200Gb/s速率的光信号进行发射，各个电信号的接口可同时/分别采用OIFCEI-56G-VSR的标准或其它类似电接口标准，50Gb/s的电信号可采用如图5所示的NRZ或如图6所示的PAM4(PulseAmplitudeModulation)的调制码型格式，4个通道的数据时钟恢复单元(CDR)101负责相应通道的50Gb/s电信号的数据时钟调理，并将调理后的电信号传至相应通道的激光器驱动单元(LaserDriver)102，激光器驱动单元(LaserDriver)102根据电信号的调制码型格式将电信号转换成相应通道的光发射组件(TOSA)103的驱动电流，转换的驱动电流信号大小与对应的电信号的调制码型格式相关，相应通道的光发射组件(TOSA)103接收到驱动电流信号后将其转成光信号进行传输。上述的数据时钟恢复单元(CDR)101，激光器驱动单元(LaserDriver)102，光发射组件(TOSA)103均为4个通道(或两组2个通道)并行设置，其中数据时钟恢复单元(CDR)101和激光器驱动单元(LaserDriver)102可以采用1片集成4通道、2片集成2通道，或4片单通道的方式进行处理。4个通道的光发射组件(TOSA)103组件采用4个独立的不相同的波长，分别标示为L0、L1、L2、L3。其中L0、L1、L2、L3波长可遵循IEEE802.3ba规定的波分复用波长间隔，其中心波长分别为1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm和1309.14nm或采用其它WDM规定的中心波长。4:1光合波器(4:1OpticalMUX)104将4个通道的光发射组件(TOSA)103发射的50Gb/s光信号合为1路200Gb/s的光信号在光纤线路上进行传输。

光接收功能单元20的功能为：接收光纤线路上1路200Gb/s的光信号并转换为4个通道50Gb/s速率的电信号进行输出，光接收功能单元20通过1:4光分波器(1:4OpticalDeMUX)201对1路200Gb/s的光信号进行分波，分波后的4个通道的光信号波长分别为L0、L1、L2、L3，其中心波长与光发射功能单元10的4个通道的光发射组件(TOSA)103的中心波长相对应。分波后每通道波长携带50Gb/s的光信号进入对应通道的光接收组件(ROSA)202，光接收组件(ROSA)202根据光信号的大小将光信号转换为对应的光电流，光电流通过线性或限幅放大器单元(LA/TIA)203放大并转换为电压信号，转换后的电压信号进入数据时钟恢复单元(CDR)204进行数据时钟的调理，调理后的电信号通过高速电信号接口进行传输。上述的光信号调制码型格式可采用PAM4或NRZ，采用PAM4调制码型格式后端需采用线性放大器进行光电流信号的放大。NRZ调制码型采用限幅放大器进行光电流信号的放大。上述光接收组件单元(ROSA)202、线性或限幅放大器单元(LA/TIA)203、数据时钟恢复单元(CDR)204均为4个通道(或两组2个通道)并行设置。其中线性或限幅放大器单元(LA/TIA)203、数据时钟恢复单元(CDR)204可以采用1片集成4通道、2片集成2通道，或4片单通道的方式进行处理。

在图1所示TX0、TX1、TX2、TX3和RX0、RX1、RX2、RX3为本发明所述光收发模块的高速电信号接口，其电信号速率为50Gb/s，遵循OIFCEI-56G-VSR标准或其它类似电接口标准。其中TX0、TX1和RX0、RX1为一组，用于传输和接收100Gb/s的电信号。TX2、TX3和RX2、RX3为一组，用于传输和接收另一组100Gb/s的电信号。上述两组100Gb/s的电信号可兼容现有IEEE802.3ba标准。

通过上述实施方式1在兼容现有IEEE802.3ba标准的前提下可有效的提高光传输速率，同时可有效的管理和控制光收发模块的工作状态。

实施方式2

如图2所示，本实施方式与的实施方式1区别在于，高速电接口采用25Gb/s的NRZ调制码型格式进行传输和接收，遵循OIFCEI-28G-VSR，CAUI-4，OTL4.4电接口标准。所示的光发射功能单元10a包含8个通道的数据时钟恢复单元(CDR)101a，8个通道的激光器驱动单元(LaserDriver)102a，8个通道的光发射组件单元(TOSA)103a，8:1光合波器(8:1OpticalMUX)104a。其中8个通道的光发射组件单元(TOSA)103a的中心波长可采用1273.55nm、1277.89nm、1282.26nm、1286.66nm、1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm和1309.14nm或采用其它WDM规定的中心波长，分别标示为L0、L1、L2...L7。所示光接收功能单元20a包含1:8光分波器(1:8OpticalDeMUX)201a，8个通道的光接收组件(ROSA)202a，8个通道的限幅放大器单元(TIA)203a，8个通道的数据时钟恢复单元(CDR)204a。

相应地，光发射功能单元10a的功能为：接收8个通道的25Gb/s速率电信号并转换为1路200Gb/s速率的光信号进行发射，各个电信号的接口可同时/分别采用CEI-28G-VSR、CAUI-4、OTL4.4电接口标准，25Gb/s的电信号采用NRZ的调制码型格式，8个通道的数据时钟恢复单元(CDR)101a负责相应通道的25Gb/s电信号的数据时钟调理，并将调理后的电信号传至相应通道的激光器驱动单元(LaserDriver)102a，激光器驱动单元(LaserDriver)102a根据电信号的调制码型格式将电信号转换成相应通道的光发射组件(TOSA)103a的驱动电流，相应通道的光发射组件(TOSA)103a接收到驱动电流信号后将其转成光信号进行传输。上述的数据时钟恢复单元(CDR)101a，激光器驱动单元(LaserDriver)102a，光发射组件(TOSA)103a均为两组4个通道(或8个通道)并行设置。8个通道的光发射组件(TOSA)103a组件采用8个独立的不相同的波长，分别标示为L0、L1、…、L7。其中L0、L1、…、L7波长可遵循IEEE802.3ba规定的波分复用波长间隔，或采用其它WDM规定的中心波长。8:1光合波器(8:1OpticalMUX)104a将8个通道的光发射组件(TOSA)103a发射的25Gb/s光信号合为1路200Gb/s的光信号在光纤线路上进行传输。其中数据时钟恢复单元(CDR)101a和激光器驱动单元(LaserDriver)102a可以采用1片集成8通道、2片集成4通道、4片集成2通道、或8片单通道的方式进行处理。

光接收功能单元20a的功能为：接收光纤线路上1路200Gb/s的光信号并转换为8个通道25Gb/s速率的电信号进行输出，光接收功能单元20a通过1:8光分波器(1:8OpticalDeMUX)201a对1路200Gb/s的光信号进行分波，分波后的8个通道的光信号波长分别为L0、L1、…、L7，其中心波长与光发射功能单元10a的8个通道的光发射组件(TOSA)103a的中心波长相对应。分波后每通道波长携带25Gb/s的光信号进入对应通道的光接收组件(ROSA)202a，光接收组件(ROSA)202a根据光信号的大小将光信号转换为对应的光电流，光电流通过限幅放大器单元(TIA)203a放大并转换为电压信号，转换后的电压信号进入数据时钟恢复单元(CDR)204a进行数据时钟的调理，调理后的电信号通过高速电信号接口进行传输，上述的光信号调制码型格式可采用NRZ。上述光接收组件单元(ROSA)202a、限幅放大器单元(TIA)203a、数据时钟恢复单元(CDR)204a均为两组4个通道(或8个通道)并行设置。其中限幅放大器单元(TIA)203a、数据时钟恢复单元(CDR)204a可以采用1片集成8通道、2片集成4通道、4片集成2通道、或8片单通道的方式进行处理。

与实施方式1类似，其中TX0、TX1、TX2、TX3和RX0、RX1、RX2、R3为一组，用于传输和接收100Gb/s的电信号。TX4、TX5、TX6、TX7和RX4、RX5、RX6、RX7为一组，用于传输和接收另一组100Gb/s的电信号。上述两组100Gb/s的电信号可兼容现有IEEE802.3ba标准。

实施方式3

如图3所示，本实施方式与上述两种实施方式的区别在于，所示光发射功能单元10b包含2个通道的PAM4编码单元101b，2个通道的激光器驱动单元(LaserDriver)102b，2个通道的光发射组件单元(TOSA)103b，2:1光合波器(2:1OpticalMUX)104b。其中PAM4编码单元101b包含4:1复用器(4:1MUX)1011b，用于将4路25Gb/s速率NRZ调制码型格式的电信号复用为1路100Gb/s速率NRZ调制码型格式的电信号，复用后的电信号传至PAM4编码器1012b，PAM4编码器1012b将100Gb/s速率NRZ调制码型格式转换编码为50Gbaud速率PAM4调制码型格式的电信号。编码后50Gbaud速率的PAM4调制码型格式的电信号传至激光器驱动单元(LaserDriver)102b，激光器驱动单元(LaserDriver)102b将上述电信号转换为对应的光发射组件单元(TOSA)103b的驱动电流，光发射组件单元(TOSA)103b将驱动电流转换为相应的100Gb/s(50Gbaud)光信号，两个通道的光发射组件单元(TOSA)103b发射出的100Gb/s(50Gbaud)光信号通过2:1的光合波器(2:1OpticalMUX)104b合波后在光纤上进行传输。两个通道的光发射组件单元(TOSA)103b发射出的光信号波长标示为L0和L1，L0和L1的中心波长不相同，其中心波长可采用WDM规定的中心波长，或选用中心波长为1273.55nm、1277.89nm、1282.26nm、1286.66nm、1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm和1309.14nm中任意两个不同的波长。

相应地，光发射功能单元10b的功能为：接收8个通道的25Gb/s速率电信号并转换为1路100Gbaud(200Gb/s)速率的的光信号进行发射，各个电信号的接口所采用的标准与实施方式2相同。

所示的光接收功能单元20b包含1:2光分波器(1:2OpticalDeMUX)201b，两个通道的光接收组件单元(ROSA)202b，两个通道的线性放大器(LA)203b，两个通道的PAM4解码单元204b。其中每个PAM4解码单元204b包括模数转换器(A/D)2041b、数字信号处理单元(DSP)2042b、1:4解复用器(1:4DeMUX)2043b。100Gbaud(200Gb/s)速率的光信号通过1:2光分波器(1:2OpticalDeMUX)201b将1路100Gbaud(200Gb/s)速率的光信号分波为两个通道的50Gbaud(100Gb/s)速率的光信号。分波后的50Gbaud(100Gb/s)速率光信号经过两个不同通道的光接收组件单元(ROSA)202b转换为光电流信号，光电流信号经线性放大器(LA)203b放大调理为电压信号，放大后电信号传送至PAM4解码单元204b内模数转换器(A/D)2041b将模拟信号转换为数字信号，数字信号处理单元(DSP)2042b对数字信号进行处理，将PAM4的调制格式转换解码为NRZ的调制格式，转换解码后的100Gb/s的电信号通过1:4解复用器(1:4DeMUX)2043b解复用为4路25Gb/s速率的电信号进行传输。

实施方式4

如图4所示，本实施方式与上述三种实施方式区别在于，所示光发射功能单元10c包含2个通道的PAM4编码单元101c，4个通道的激光器驱动单元(LaserDriver)102c，4个通道的光发射组件单元(TOSA)103c，4:1光合波器(4:1OpticalMUX)104。其中PAM4编码单元101c包含4:2复用器(4:2MUX)1011c，用于将4路25Gb/s速率NRZ调制码型格式的电信号复用为2路50Gb/s速率的电信号，复用后的电信号传至PAM4编码器1012c，PAM4编码器1012c将50Gb/s速率NRZ调制码型格式的电信号转换编码为两路25Gbaud速率的的PAM4调制码型格式的电信号。编码后25Gbaud速率的PAM4调制码型格式的电信号传至激光器驱动单元(LaserDriver)102c，激光器驱动单元(LaserDriver)102c负责将电信号转换为对应的光发射组件单元(TOSA)103c组件的驱动电流，光发射组件单元(TOSA)103c组件将驱动电流转换为相应的光信号，4个通道的光发射组件单元(TOSA)103c发射出的光信号通过4:1的光合波器(4:1OpticalMUX)104在光纤上进行传输。4个通道光发射组件单元(TOSA)103c发射的光信号波长标示为L0、L1、L2、L3，其中L0、L1、L2、L3的中心波长不相同，其中心波长可采用WDM规定的中心波长，或选用中心波长为1273.55nm、1277.89nm、1282.26nm、1286.66nm、1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm和1309.14nm中任意四个不同的波长。

所示的光接收功能单元20c包含1:4光分波器(1:4OpticalDeMUX)201，4个通道的光接收组件(ROSA)202c，4个通道的线性放大器(LA)203c，2个通道的PAM4解码单元204c。其中每个PAM4解码单元204c包括2路模数转换器(A/D)2041c、2路数字信号处理单元(DSP)2042c、2:4解复用器(2:4DeMUX)2043c。光信号通过1:4光分波器(1:4OpticalDeMUX)201将1路100Gbaud(200Gb/s)速率的光信号分波为4通道25Gbaud(50Gb/s)速率的光信号。分波后的光信号经过光接收组件(ROSA)202c转换为光电流信号，光电流信号经线性放大器(LA)203c放大调理为电压信号，放大后电信号传送至PAM4解码单元内模数转换器(A/D)2041c将模拟信号转换为数字信号，数字信号处理单元(DSP)2042c对数字信号进行处理，将PAM4的调制格式转换解码为NRZ的调制格式，转换解码后的两路50Gb/s的电信号通过2:4解复用器(2:4DeMUX)2043c解复用为4路25Gb/s速率的电信号进行传输。

图7示出了一种基于此发明的应用示意图，包括具有多组100G电接口的第一主机HOST-1401，2×100G光收发模块1402，光传输网络403，2×100G光收发模块2404，具有多组100G电接口的第二主机HOST-2。其中第一主机HOST-1和第二主机HOST-2可采用ASIC或FPGA的方式实现其多组100G电接口(图中仅示出两组)，单个100G电接口可采用2路50Gb/s的NRZ或PAM4的调制格式或4路25Gb/sNRZ的调制格式实现。2×100G的电接口采用2组100G的电接口实现，每个100G电口可支持2路50Gb/s速率NRZ或PAM4调制格式的电信号或4路25Gb/s速率NRZ调制格式电信号(上述实施方式1对应处理2路50Gb/s速率NRZ或PAM4调制格式电信号，上述实施方式2-4对应处理4路25Gb/s速率NRZ调制格式电信号)。第一主机HOST-1401的两组100G电信号传输至2×100G光收发模块1402转换成200Gb/s的光信号在光传输网络403上进行传输，2×100G光收发模块2404负责将接收到的200G光信号转换为对应的2组100G电信号传输至第二主机HOST-2405，实现200Gb/s的信号在光纤上进行传输。同时第二主机HOST-2发出的信号通过此方式可传输至第一主机HOST-1，从而实现信号的双向传输。

上述实施方式1-4所使用的光口信号格式分别为：实施方式1为4波50Gb/s速率的NRZ或PAM4，实施方式2为8波25Gb/s速率的NRZ，实施方式3为2波100Gb/s速率的PAM4，实施方式4为4波50G/s速率的PAM4，因此，由图7所示的应用示意中2×100G光收发模块1和2×100G光收发模块2应配对使用，即2×100G光收发模块1和2×100G光收发模块2同时采用实施方式1实现，或同时采用实施方式2实现，同时采用实施方式3实现，同时采用实施方式4实现。

由此，本领域技术人员应当可以更一般地理解，对于本发明提供的这种2×100G光收发模块，为了实现200Gb/s的传输速率，其电接口和光接口部分的每通道速率和通道路数，均需要满足关系M*N＝200Gb/s，式中：M为电接口或光接口对应实现的通道路数；N为电接口或光接口每路通道对应的速率。

通过本发明提供的这种在光电转换部分将遵循IEEE802.3ba标准的100G光模块进行多路并联，在光路部分由合波器进行合波复用的结构，可以用来实现n×100G光收发模块，受限于模块尺寸和功耗等因素，n可选定为2～10。在本发明中所述的实施方案可采用CFP系列或QSFP28的标准封装形式以兼容现有100G标准产品，亦可采用非标准封装形式，并不脱离此专利的保护范围。

在本发明中实施方案中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上的单元集成在一个单元中。上述集成的单元即可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

以上实施方案仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照实施方案对本发明进行了详细说明，但对于本领域技术人员应对理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，可在形式上和细节上对本发明做出各种变化，其并未脱离本专利的技术与精神。

Claims (10)

1.一种2×100G以太网光收发模块，包括：光发射功能单元(10、10a、10b、10c)、光接收功能单元(20、20a、20b、20c)和控制功能单元(30、30a、30b、30c)，其特征在于：

所述光发射功能单元(10、10a、10b、10c)，接收多路25Gb/s和/或50Gb/s速率的电信号并转换为1路200Gb/s速率的光信号发射到光纤线路上；

所述光接收功能单元(20、20a、20b、20c)，接收光纤线路上1路200Gb/s的光信号并转换为多路25Gb/s和/或50Gb/s速率的电信号进行输出；

所述控制功能单元(30、30a、30b、30c)，同时与所述光发射功能单元(10、10a、10b、10c)和所述光接收功能单元(20、20a、20b、20c)连接，控制和检测所述光发射功能单元(10、10a、10b、10c)和所述光接收功能单元(20、20a、20b、20c)的工作状态。

2.根据权利要求1所述的2×100G以太网光收发模块，其特征在于：所述控制功能单元(30、30a、30b、30c)包括输入输出逻辑控制电路、上电时序控制电路、温度控制电路、数模和模数转换电路、存储电路，其中存储电路用于存储固件信息、模块信息、用户信息。

3.根据权利要求1所述的2×100G以太网光收发模块，其特征在于：

所述光发射功能单元(10)接收4个通道50Gb/s速率的电信号并转换为1路200Gb/s速率的光信号进行发射，其包括4个通道的输入端数据时钟恢复单元(101)，4个通道的激光器驱动单元(102)，4个通道的光发射组件单元(103)，4:1光合波器(104)；其中，4个通道的输入端数据时钟恢复单元(101)负责相应通道的50Gb/s电信号的数据时钟调理，并将调理后的电信号传至相应通道的激光器驱动单元(102)，激光器驱动单元(102)根据电信号的调制码型格式将电信号转换成相应通道的光发射组件(103)的驱动电流，转换的驱动电流信号大小与对应的电信号的调制码型格式相关，相应通道的光发射组件(103)接收到驱动电流信号后将其转成光信号后发射到光纤线路进行传输；

所述光接收功能单元(20)接收光纤线路上1路200Gb/s的光信号并转换为4个通道50Gb/s速率的电信号进行输出，其包括1:4光分波器(201)，4个通道的光接收组件单元(202)，4个通道的线性或限幅放大器单元(203)，4个通道的输出端数据时钟恢复单元(204)；其中，1:4光分波器(201)对1路200Gb/s的光信号进行分波，分波后每通道波长携带50Gb/s的光信号进入对应通道的光接收组件(202)，光接收组件(202)根据光信号的大小将光信号转换为对应的光电流，光电流通过线性或限幅放大器单元(203)将光电流信号进行放大并转换为电压信号，转换后的电压信号进入输出端数据时钟恢复单元(204)进行数据时钟的调理，调理后的电信号通过高速电信号接口进行传输。

4.根据权利要求3所述的2×100G以太网光收发模块，其特征在于：所述50Gb/s速率的电信号采用NRZ或PAM4调制码型格式。

5.根据权利要求3所述的2×100G以太网光收发模块，其特征在于：所述200Gb/s速率的光信号包括4个独立的不相同的波长，上述4个不相同的波长遵循IEEE802.3ba规定的波分复用波长间隔，或者上述4个不相同的波长的中心波长分别为1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm和1309.14nm，或者上述4个不相同的波长采用其它WDM规定的中心波长。

6.根据权利要求1所述的2×100G以太网光收发模块，其特征在于：

所述光发射功能单元(10a)接收8个通道25Gb/s速率的电信号并转换为1路200Gb/s速率的光信号进行发射，其包括8个通道的输入端数据时钟恢复单元(101a)，8个通道的激光器驱动单元(102a)，8个通道的光发射组件单元(103a)，8:1光合波器(104a)；其中，8个通道的输入端数据时钟恢复单元(101a)负责相应通道的50Gb/s电信号的数据时钟调理，并将调理后的电信号传至相应通道的激光器驱动单元(102a)，激光器驱动单元(102a)根据电信号的调制码型格式将电信号转换成相应通道的光发射组件(103a)的驱动电流，转换的驱动电流信号大小与对应的电信号的调制码型格式相关，相应通道的光发射组件(103a)接收到驱动电流信号后将其转成光信号后发射到光纤线路进行传输；

所述光接收功能单元(20a)接收光纤线路上1路200Gb/s的光信号并转换为8个通道25Gb/s速率的电信号进行输出，其包括1:8光分波器(201a)，8个通道的光接收组件单元(202a)，8个通道的限幅放大器单元(203a)，8个通道的输出端数据时钟恢复单元(204a)；其中，1:8光分波器(201a)对1路200Gb/s的光信号进行分波，分波后每通道波长携带25Gb/s的光信号进入对应通道的光接收组件(202a)，光接收组件(202a)根据光信号的大小将光信号转换为对应的光电流，光电流通过限幅放大器单元(203a)将光电流信号进行放大并转换为电压信号，转换后的电压信号进入输出端数据时钟恢复单元(204a)进行数据时钟的调理，调理后的电信号通过高速电信号接口进行传输。

7.根据权利要求1所述的2×100G以太网光收发模块，其特征在于：

所述光发射功能单元(10b)接收8个通道25Gb/s速率的电信号并转换为1路200Gb/s速率的光信号进行发射，其包括2个通道的PAM4编码单元(101b)，2个通道的激光器驱动单元(102b)，2个通道的光发射组件单元(103b)，2:1光合波器(104b)，每个通道的所述PAM4编码单元(101b)包括4:1复用器(1011b)、PAM4编码器(1012b)；其中，所述4:1复用器(1011b)用于将4路25Gb/s速率NRZ调制码型格式的电信号复用为1路100Gb/s速率NRZ调制码型格式的电信号，复用后的电信号传至PAM4编码器(1012b)，PAM4编码器(1012b)将100Gb/s速率NRZ调制码型格式转换编码为50Gbaud速率PAM4调制码型格式的电信号，并将其传至相应通道的激光器驱动单元(102b)，激光器驱动单元(102b)根据电信号的调制码型格式将电信号转换成相应通道的光发射组件(103b)的驱动电流，转换的驱动电流信号大小与对应的电信号的调制码型格式相关，相应通道的光发射组件(103b)接收到驱动电流信号后将其转成光信号后发射到光纤线路进行传输；

所述光接收功能单元(20b)接收光纤线路上1路200Gb/s的光信号并转换为8个通道25Gb/s速率的电信号进行输出，其包括1:2光分波器(201b)，2个通道的光接收组件单元(202b)，2个通道的线性放大器(203b)，2个通道的PAM4解码单元(204b)，每个所述PAM4解码单元(204b)包括模数转换器(2041b)、数字信号处理单元(2042b)、1:4解复用器(2043b)；其中，1:2光分波器(201a)对1路200Gb/s的光信号进行分波，分波后每通道波长携带50Gbaud速率的光信号进入对应通道的光接收组件(202b)，光接收组件(202b)根据光信号的大小将光信号转换为对应的光电流，光电流通过线性放大器(203b)将光电流信号进行放大并转换为电压信号，转换后的电压信号进入PAM4解码单元(204b)内的模数转换器(2041b)将模拟信号转换为数字信号，数字信号处理单元(2042b)对数字信号进行处理，将PAM4的调制格式转换解码为NRZ的调制格式，转换解码后的100Gb/s的电信号通过1:4解复用器(2043b)解复用为4路25Gb/s速率的电信号通过高速电信号接口进行传输。

8.根据权利要求1所述的2×100G以太网光收发模块，其特征在于：

所述光发射功能单元(10c)接收8个通道25Gb/s速率的电信号并转换为1路200Gb/s速率的光信号进行发射，其包括2个通道的PAM4编码单元(101c)，4个通道的激光器驱动单元(102c)，4个通道的光发射组件单元(103c)，4:1光合波器(104c)，每个通道的所述PAM4编码单元(101c)包括4:2复用器(1011c)、PAM4编码器(1012c)；其中，所述4:2复用器(1011c)用于将4路25Gb/s速率NRZ调制码型格式的电信号复用为2路50Gb/s速率NRZ调制码型格式的电信号，复用后的电信号传至PAM4编码器(1012c)，PAM4编码器(1012c)将50Gb/s速率NRZ调制码型格式转换编码为25Gbaud速率PAM4调制码型格式的电信号，并将其传至相应通道的激光器驱动单元(102c)，激光器驱动单元(102c)根据电信号的调制码型格式将电信号转换成相应通道的光发射组件(103c)的驱动电流，转换的驱动电流信号大小与对应的电信号的调制码型格式相关，相应通道的光发射组件(103c)接收到驱动电流信号后将其转成光信号后发射到光纤线路进行传输；

所述光接收功能单元(20c)接收光纤线路上1路200Gb/s的光信号并转换为8个通道25Gb/s速率的电信号进行输出，其包括1:4光分波器(201c)，4个通道的光接收组件单元(202c)，4个通道的线性放大器(203c)，2个通道的PAM4解码单元(204c)，每个所述PAM4解码单元(204c)包括2路模数转换器(2041c)、2路数字信号处理单元(2042c)、2:4解复用器(2043c)；其中，1:4光分波器(201c)对1路200Gb/s的光信号进行分波，分波后每通道波长携带25Gbaud速率的光信号进入对应通道的光接收组件(202c)，光接收组件(202c)根据光信号的大小将光信号转换为对应的光电流，光电流通过线性放大器(203c)将光电流信号进行放大并转换为电压信号，转换后的电压信号进入PAM4解码单元(204c)内的模数转换器(2041c)将模拟信号转换为数字信号，数字信号处理单元(2042c)对数字信号进行处理，将PAM4的调制格式转换解码为NRZ的调制格式，转换解码后的100Gb/s的电信号通过1:4解复用器(2043c)解复用为4路25Gb/s速率的电信号通过高速电信号接口进行传输。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的2×100G以太网光收发模块，其特征在于：所述25Gb/s速率的电信号采用NRZ调制码型格式。

10.一种n×100G以太网光收发模块，包括：光发射功能单元、光接收功能单元和控制功能单元，其特征在于：

所述光发射功能单元，接收多路25Gb/s和/或50Gb/s速率的电信号并转换为1路n×100Gb/s速率的光信号发射到光纤线路上；

所述光接收功能单元，接收光纤线路上1路n×100Gb/s的光信号并转换为多路25Gb/s和/或50Gb/s速率的电信号进行输出；

所述控制功能单元，同时与所述光发射功能单元和所述光接收功能单元连接，控制和检测所述光发射功能单元和所述光接收功能单元的工作状态；

其中，n为3～10。