CN106209253B - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光模块，包括第一光电探测器、延迟电路、第二光电探测器、逻辑门电路，其中：第一光电探测器，将接收的第一波长的光信号转化为第一电信号，将第一电信号输送至延迟电路；延迟电路，将第一电信号延迟后输入逻辑门电路；第二光电探测器，将接收的第二波长的光信号转化为第二电信号，将第二电信号输入逻辑门电路；逻辑门电路，将第二电信号与延迟后的第一电信号合并后输出。采用本发明能够降低对接收机的要求，实现速率的翻倍，解决接入网的接收速率问题。

Description

一种光模块

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种光模块。

背景技术

光网络是整个信息通信网络的基础设施，光电子科学和技术研究的迅速发展和应用，极大地带动了信息通信产业的发展。国内外光通信发展的实践证明，光通信技术已成为涉及国家安全和增强综合国力的重要因素，也是在激烈的全球经济竞争中获得优势的关键要素。随着用户对高清IPTV(Internet Protocol Television，即交互式网络电视)、视频监控等高带宽业务需求的不断增长，产业界逐渐认识到，现有的EPON(Ethernet PassiveOptical Network，以太网无源光网络)和GPON(Gigabit Passive Optical Network，吉比特无源光纤接入网络)技术均难以满足业务长期发展的需求，特别是在FTTB(Fiber To TheBuilding，光纤到楼)和FTTN(Fiber To The Node，光纤到节点)场景。光接入网在带宽、业务支撑能力以及接入节点设备功能和性能等方面都面临新的升级需求。据分析，每个家庭成员的人均带宽需求将从30Mbps增加的125Mbps。目前采用32路拓扑结构的GEPON(GigabitEthernet Passive Optical Network，吉比特以太网无源光网络)和GPON技术的传输速率分别能达到1.25Gbps和2.5Gbps，满足目前的需求是足够了。但当有更多的高清电视频道和视频服务加入进来，就捉襟见肘了。下一代64路PON(Passive Optical Network，无源光网络)系统需要提供8.1Gbps的带宽才能满足需要。即便是下一代网络沿用现在的每个PON 32路的拓扑结构，仍需要为住宅网络提供4Gbps以上的传输速率，这也已超过现有PON的容量。未来二十年带宽需求将迅速增加，预计每户高达10Gbps。随着10Gb/s以太网在数据中心和城域网中应用的日渐增多，10G PON方案的相对经济优势将得以保持。可兼容升级特性以及光纤接入网络与日俱增的带宽要求，将使10G PON技术快速得到大范围推广应用。

目前市场对10G PON技术的需求正在增长。在国际标准化组织的讨论中，采用的波长堆叠技术TWDM PON(Time-and Wavelength-Division Multiplexed Passive OpticalNetwork，时分波分复用无源光网络)接入网系统虽然可以解决系统带宽容量的总体提升，但是单路单款的提高也迫在眉睫，目前接入网亟需将单路带宽由10Gbps提升到25Gbps或者更高。

现有技术的不足在于，以目前对25Gbps速率的需求为例，现有的100GEthernet技术可以借鉴用于下行25Gbps的发射，但是在上行接收端上，特别是在突发接收时，由于突发接收端严苛的接收建立时间限制，使得目前没有能够提供25Gbps突发接收的技术方案，显然，现有技术也不能够提供更高速率的突发接收的技术方案。

发明内容

本发明提供了一种光模块，用以利用现有元器件提高光模块的接收速率。

本发明提供了一种光模块，包括第一光电探测器、延迟电路、第二光电探测器、逻辑门电路，其中：

所述第一光电探测器，将接收的第一波长的光信号转化为第一电信号，将所述第一电信号输送至所述延迟电路；

所述延迟电路，将第一电信号延迟后输入所述逻辑门电路；

所述第二光电探测器，将接收的第二波长的光信号转化为第二电信号，将所述第二电信号输入所述逻辑门电路；

所述逻辑门电路，将第二电信号与延迟后的第一电信号合并后输出。

本发明有益效果如下：

在本发明实施例提供的技术方案中，由于在接收信号时，将其分为两路接收，其中一路在将信号延迟后，再与另一路信号进行合并处理，使得本方案能够实现速率的翻倍，从而解决提高接入网的接收速率问题。

由于采用了引入两个接收机处理两路信号来实现速率增高，因此能够利用现有的较低速率的电子元器件来获得高速的信号传输，降低了对接收机的要求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中接入网光线路终端光模块结构示意图；

图2为本发明实施例中逻辑门电路异或运算关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

图1为接入网光线路终端光模块结构示意图，如图所示，光模块中可以包括：第一PD(Photo-electric Detector，光电探测器)101、Delay(延迟电路)103、第二PD104、逻辑门电路106，其中：

第一光电探测器，将接收的第一波长的光信号转化为第一电信号，将所述第一电信号输送至所述延迟电路；

延迟电路，将第一电信号延迟后输入逻辑门电路；

第二光电探测器，将接收的第二波长的光信号转化为第二电信号，将所述第二电信号输入所述逻辑门电路；

逻辑门电路，将第二电信号与延迟后的第一电信号合并后输出。

具体的，光模块接收的光信号，以及转化后的电信号，实际上需要的是这些信号上传输的信息，因此，从逻辑门电路输出的信号就可以提供给能够对这些信号、信息进行处理的元器件，例如提供给SerDes(SERializer/DESerializer,串行器/解串器)或FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)，由SerDes或FPGA对其进行处理。

实施中，逻辑门电路还可以进一步用于在合并时采用异或或者同或的方式，将第二电信号与延迟后的第一电信号合并后输出。

实施中，光模块中还可以进一步包括：第一LIA(Limiting Amplifier，限幅放大器)102，和/或，第二LIA105，其中：

第一限幅放大器，接收第一光电探测器输送的第一电信号，并将第一电信号限幅放大后输送至延迟电路；

第二限幅放大器，接收第二光电探测器输送的第二电信号，并将第二电信号限幅放大后输入逻辑门电路。

实施中，延迟电路还可以进一步用于接收时钟信号，并根据所述时钟信号延迟所述第一电信号。

具体的，时钟信号是用于使接收的信号对齐后进行处理的，也即，利用时钟信号来作为信号处理时序的基准，实施中，延迟电路引进时钟信号的目的在于使其中一路电信号(第一电信号)有延时的依据，从而能够控制两路电信号之间的合并处理顺序，因此，时钟信号在具体实施中可以采用光模块系统内的时钟信号，也可以采用光模块以外的、来自外部系统的时钟信号。也即：

进一步的，延迟电路用于接收时钟信号，所述时钟信号是来自光模块发射端的时钟数据恢复电路产生的时钟信号，或是来自外部系统的时钟信号。

则实施中，光模块中还可以进一步包括：

CDR(Clock and Data Recovery，时钟数据恢复电路)107，用于向所述延迟电路提供时钟信号；

所述延迟电路根据所述时钟信号延迟第一电信号。

实施中，时钟数据恢复电路可以是光模块的时钟数据恢复电路，例如发射端CDR。

具体实施中，CDR与延迟电路相连，向延迟电路提供时钟信号，CDR根据该时钟信号将第一电信号延迟后输入逻辑门电路。

具体的，在光模块中包括PD、LIA、CDR时，光模块具体实施时可以如下：

一路信号为：第一PD接收上行第一波长的光信号，并在转化为第一电信号后输送至第一LIA；第一LIA将第一PD输送至的第一电信号限幅放大后输送至延迟电路；延迟电路接收从发射端CDR发送的时钟信号，并根据时钟信号将第一LIA输送至的第一电信号延迟后输入逻辑门电路；

另一路信号为：第二PD接收上行第二波长的光信号，并在转化为第二电信号后输送至第二LIA；第二LIA将第二PD输送至的第二电信号限幅放大后输入逻辑门电路；

逻辑门电路采用异或或者同或的方式将第二电信号与延迟后的第一电信号合并后输出。

实施中，还可以进一步包括：

光路波分复用器108，从光线路上接收的光信号中分离出第一波长光信号与第二波长光信号。具体的，通过光线路发送激光器(Laser)109发射的第三波长光信号，并将从光线路上接收的第一波长光信号输至第一光电探测器，以及将从光线路上接收的第二波长光信号输至第二光电探测器。图中，光路波分复用器以WDM(Wavelength-DivisionMultiplexed，波分复用)示意。

实施中，还可以进一步包括：

LD Driver(Laser Device Driver，激光器驱动器)110，输入端与CDR相连，输出端与激光器相连，接收CDR提供的发射电信号后，驱动激光器发射第三波长光信号。

下面将以25Gbps速率的实施进行说明，在实施中以25Gbps速率为例是由于当前在PON系统中亟需解决的是上行25Gbps突发接收的问题，因此以其为例；但是，根据本实施例，在面对其他速率要求时，本领域技术人员根据本实施例的原理进行相应的改变，例如元器件的选择等，即可用于其他速率，特别是高于25Gbps的上行突发接收要求，解决25Gbps的实施例仅用于教导本领域技术人员具体如何实施本发明，但不意味仅能使用于25Gbps一种速率，实施过程中结合实际需要来确定相应的元器件配置即可。

则在解决25Gbps的上行突发接收的实施例中，可以如下：

发射端CDR可以是提取25Gbps的时钟信号的CDR。

第一PD和/或第二PD可以是接收速率为12.5Gbps上行光信号的PD。

相应的，图1中示意的TX_Date(Transmit_Date，传送/发射数据)、RX_Date(receive_Date，接收数据)为25Gbps，为便于阅读，其他的元器件的速率也相应的进行了标注。则，图1中所示的光模块现由如下几部分组成：发射端25Gbps时钟恢复电路，发射端25Gbps激光器驱动器，发射端25Gbps激光器，接收端第一12.5Gbps光电探测器和第一接收端限幅放大器，接收端第二12.5Gbps光电探测器和接收端第二限幅放大器，接收端延迟电路，接收端逻辑门电路，光路波分复用器。其中，光电探测器为APD(Avalanche PhotoDiode，雪崩光电二极管)，逻辑门电路以XOR(exclusive OR，异或)、光路波分复用器以WDM示意，下面对各元器件的实施进行说明。

1、发射端25Gbps时钟恢复电路(CDR)，本实施例中的发射端CDR是提取25Gbps的时钟信号的CDR。在实施中主要有两个作用：第一，作为下行信号的信号整形电路，整形光模块收到的下行发射电信号，并输送给激光驱动器。第二，提取25Gbps的时钟信号，输送给接收端逻辑门电路，作为上行接收信号的时钟参考，具体实施过程是，CDR向延迟电路发送时钟信号，延迟电路根据时钟信号将第一LIA输送至的第一电信号延迟后输入逻辑门电路。

2、发射端25Gbps激光驱动器，输入端与CDR相连，输出端与所述激光器相连，接收CDR提供的发射电信号，并驱动激光器发光，将数据信号调制到激光器上。这里的激光器使用的可以是外调制激光器，驱动器向其提供外调制激光器所需的调制幅度与偏置电流。

3、发射端25Gbps激光器，完成下行发射信号的电光转化，发射下行波长为λ0的光信号，也即前述的第三波长的光信号。并将调制之后的光信号传送到光纤中传输，以广播模式发送给用户侧。

4、接收端12.5Gbps第一光电探测器(APD)和第一接收端限幅放大器(LIA)：其中接收端光电探测器，接收上行波长为λ1的光信号，也即前述第一波长的光信号，其光信号的速率为12.5Gbps，接收端光电探测器可以选用目前商用的12.5Gbps的探测器。

进一步的，具体实施中，可以搭配12.5Gbps突发TIA(trans-impedanceamplifier，跨阻放大器)，将PD输出的电信号进行低噪放大后输送至LIA(具体的是将PD输出的电流信号转化为电压信号，输送给LIA)。具体的，TIA将12.5Gbps光信号转化为电信号之后，输送给限幅放大器进行第一通道电信号的限幅放大。

具体实施中，接收端光电探测器，可以选用雪崩二极管型光电探测器(APD)，也可以是选用PIN型光电探测器。具体选用时可以考虑：APD可以获得较高的灵敏度，PIN适用于小链路预算的传输，具有成本低，控制电路简单等优点。无论是APD探测器还是PIN探测器，实施中，不管选用那一种，均工作在突发模式。

5、接收端12.5Gbps第二光电探测器(APD)和接收端第二限幅放大器(LIA)：该探测器接收上行波长为λ2的光信号，也即前述第二波长的光信号，光信号的速率为12.5Gbps，并将光信号转化为电信号之后，经限幅放大器进行限幅放大。接收端第二光电探测器的选型及实施可以参考上述接收端第一光电探测器。

6、接收端延迟电路(Delay)，接收第一限幅放大器输出的数字电信号，并根据从发射端25Gbps时钟恢复电路提取的时钟，将第一限幅放大器输出的电信号，做0.5比特(对应25Gbps的速率，是1比特的延迟，如果对应12.5Gbps的速率，对应的就是0.5比特的延迟)的时间延迟，并将延迟之后的数据输送给接收端逻辑门电路。

实施中，在确定延迟比特时，对于12.5Gbps的数据，一个比特的传输时间就是1/12.5Gbps＝0.08ns，实施中需要延迟的是12.5Gbps的半个比特，就是0.04ns。对应25Gbps的速率，一个比特的传输时间就是1/25Gbps＝0.04ns，即延迟1个比特；对应50Gbps的速率，一个比特的传输时间是1/50Gbps＝0.02ns，那么对应的就是2个比特，以此类推即可。

如何通过延迟其中一路信号，在与另一路信号合并后得到所需信号的实施原理，将在下述实施例中结合图2进行说明，事实上，通过该说明本领域人员也容易知晓各种可以实现速率翻倍的实施方案。

具体实施中，延迟电路在获取到时钟信号后，根据上述需要的延迟时间对进行信号延迟即可，现有技术中能够实现这一功能的延迟电路均可采用，实施时，本领域技术人员根据需要选取或设计需要的延迟电路即可。

7、接收端逻辑门电路(XOR)，将第二电信号与延迟后的第一电信号做异或运算后输出，具体实施中，可以具有两个输入端，一个输出端；分别接收从接收端延迟电路输出的第一通道数字电信号和从接收端第二限幅放大器输出的第二通道数字电信号，并将两路信号做合并，输出获得25Gbps的接收数字电信号，输送给光线路终端设备的数据处理单元。

实施中，在将两路信号做合并时，可以采用“异或”或者“同或”运算，采用这两种运算方式是因为异或”和“同或”可以维持数据中“1”比特和“0”比特的均衡。其他的运算，比如逻辑“与”，逻辑“或”都会造成数据中的“1”和“0”数据失调，会带来其他的问题。当然，在实施中可以采用其他的方式，采用“异或”或者“同或”运算是由于这两种方式最为简便、最容易实现，所以实施例中举例的是“异或”或者“同或”运算；但是，从理论上来说，用其它的方式也是可以的，只要能够使两路信号合并后不损失信号中携带的信息即可，“异或”或者“同或”运算仅用于教导本领域技术人员具体如何实施本发明，但不意味仅能使用该种方式，实施过程中可以结合实践需要来确定相应的方式。下面再以“异或”运算的方式来说明具体如何实施，也对“异或”运算方式的原理进行说明，以便于本领域技术人员根据该原理设计出适宜自己的合并方式。

图2为逻辑门电路异或运算关系示意图，RX1为延迟电路输出的第一通道数字电信号，RX2为第二限幅放大器输出的第二通道数字电信号，RD_OUT为输出的接收数字电信号，如图所示的情形为：假设，在RX2接收到的逻辑信号为：10100100011001，在RX1接收到的信号为：10100100011001，但是，该路信号是经过12.5Gbps的0.5比特的时延的，然后RX1与RX2经过异或运算，输出的信号为：10101010001010000010001000101。具体的实施说明如下：

假设需传输信号为：10101010001010000010001000101，也即需要从RD_OUT获得的数字电信号。

采用的方式是，在RX2上，输出10100100011001的数字电信号；在经过传输0.5比特时间的时延后，在RX1上，输出10100100011001的数字电信号。

图中虚线分割的每一格以t代表的时间为传输0.5比特数据的时间。

此时，在RX2上传输最前面的1比特信息“1”需2t，传输2比特信息“1”、“0”需4t；在延迟t后，在RX1上传输最前面的1比特信息“1”需2t，传输2比特信息“1”、“0”需4t。

这时，在图中所示的T1的3t中，在RX1上传输出1比特信息经过的时间是2t；在图中所示的T2的5t中，在RX1上传输出2比特信息经过的时间是4t。其中，多余的一个t是因延迟产生的，当然，该t中也传输了数字电信号的，只是该数字电信号是例中RX2传输的“10……”之前的数字电信号，如果以图2为例，也即图中RX2虚线左边的数字电信号：0。

以异或的处理方式为例，在数字电信号相异，也即一为高电平一为低电平时为1，在数字电信号相同，也即同为高电平或同为低电平时为0。则分别在T1的3t、T2的5t时间内，在RD_OUT获得的数字电信号为：

T1：101；

T2：10101。

可以看出，在单路的RX1或RX2上，2t时间内分别都只传输了信号：“1”，4t时间内分别都只传输了信号：“10”。而同样的时间段内，在RD_OUT上，2t时间内传输了信号：“10”，4t时间内传输了信号：“1010”，显然，在相同时间内在RD_OUT上得到的数字电信号翻倍，携带的信息也翻倍。此处，需要说明的是由于延迟而多出的一个t，本领域技术人员容易知道，数字电信号传输时，是连续不断的，也即，在上例中的T1中多了一个t，T2中也依然只多了一个t，在传输更长的时间中，也依然是仅仅只多了一个t，所以，从实质上来看，是实现了速率翻倍的。

也即，2个RX，分别是RX1和RX2，其中RX1的数据经过了延迟器件的延迟，延迟了25Gbps速率的1个比特，即0.04ns，对应12.5Gbps速率，0.04ns就是半个比特的传输时间。

假设在时间T的间隔里，RX1携带了12.5Gbps速率的N个比特，那么由于RX2也是12.5Gbps的数据，所以也携带了N个比特。将RX1做延迟0.5比特计算，那么即使延迟了0.5比特，RX1在时间t里传输的比特也是N个，只是有半个比特变慢而已。

时间t里有2路N个比特的12.5Gbps速率传输，由于异或门电路的作用，会将两路整合在一起，这样速率就变成了25Gbps的2N个比特，事实上实现了速率的翻倍。

也因此，在实施中，RX1接收到的信号和RX2接收到的信号，可以是相同的信号，也可以是不同的信号，经过比特延迟和异或之后，都可以实现速率的翻倍，并且所携带的信息不丢失。

同理也容易知道，在确定需要的电信号后，即可选用相应的逻辑门电路，通过两路信号传输，即可合并得到所需的信号。

8、光路波分复用器(WDM)，主要负责将携带下行调制信息的发射波长λ0，和两路上行突发接收波长λ1和λ2，耦合进同一根光纤进行传输，也即，光路波分复用器通过光线路发送激光器发射的第三波长光信号，并将从光线路上接收的第一波长光信号输至第一光电探测器，以及将从光线路上接收的第二波长光信号输至第二光电探测器。三个波长可以使用外置WDM进行波分复用与解复用，也可以将1个发射光器件和两个接收光器件，封装成一颗BOSA(Bi-directional Optical Sub-Assembly，双向光收发模块接口组件)，进行波分复用与解复用。

由上述实施例可见，在本发明实施例提供的技术方案中，由于在上行信号处理上，分为两路，其中一路在根据下行信号的时钟信号进行延迟后，与另一路信号进行异或处理，使得本方案能够在保证信息不丢失的情况下，实现速率的翻倍，从而解决接入网的上行突发接收问题。

由于引入两个接收机来处理两路信号和通过编码方式的处理实现速率增高且信息不丢失，因此能够利用较低速率的电子元器件来获得高速的信号传输，降低了对接收机的要求。例如，以目前商用的10Gbps光器件(备注：目前商用的10Gbps器件，其带宽是可以支持12.5Gbps的传输的)，即可实现25Gbps的突发接收。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种光模块，其特征在于，包括第一光电探测器、延迟电路、第二光电探测器、逻辑门电路，其中：

所述第一光电探测器，将接收的第一波长的光信号转化为第一电信号，将所述第一电信号输送至所述延迟电路；

所述延迟电路，将所述第一电信号延迟后输入所述逻辑门电路；

所述第二光电探测器，将接收的第二波长的光信号转化为第二电信号，将所述第二电信号输入所述逻辑门电路；

所述逻辑门电路，将所述第二电信号与延迟后的所述第一电信号合并后输出。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述延迟电路进一步用于接收时钟信号，并根据所述时钟信号延迟所述第一电信号。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述延迟电路进一步用于接收时钟信号，所述时钟信号是来自光模块发射端的时钟数据恢复电路产生的时钟信号，或是来自外部系统的时钟信号。

4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，进一步包括：第一限幅放大器，和/或，第二限幅放大器，其中：

第一限幅放大器，接收第一光电探测器输送的第一电信号，并将第一电信号限幅放大后输送至延迟电路；

第二限幅放大器，接收第二光电探测器输送的第二电信号，并将第二电信号限幅放大后输入逻辑门电路。

5.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，进一步包括：

突发跨阻放大器，将光电探测器输出的电信号进行低噪放大后输送至限幅放大器。

6.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，逻辑门电路进一步用于在合并时采用异或或者同或的方式，将第二电信号与延迟后的第一电信号合并后输出。

7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，第一光电探测器是雪崩二极管型光电探测器或PIN型光电探测器；

和/或，第二光电探测器是雪崩二极管型光电探测器或PIN型光电探测器。

8.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，第一光电探测器与第二光电探测器是在突发模式下工作的光电探测器。

9.根据权利要求1至8任一所述的光模块，其特征在于，进一步包括：

光路波分复用器，从光线路上接收的光信号中分离出第一波长光信号与第二波长光信号。

10.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，光路波分复用器是外置的光路波分复用器或内置的光路波分复用器。