CN108880683A - 光纤扩展器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多模光纤信道，其包括：第一发射交换机，其用于通过光纤信道发射光信号；第一接插线缆，其将所述第一发射交换机连接到光纤基础设施；以及第二接插线缆，其将所述光纤基础设施连接到接收交换机，其中，所述光纤基础设施具有连接两个光学盒的中继线缆，并且所述光学盒中的至少一个光学盒是提供光信号放大的有源光纤盒。

Description

光纤扩展器
技术领域
本发明涉及光纤盒。更具体地说，本发明涉及减轻传输损失的有源光纤盒。
背景技术
在光纤设备领域，设计用于在多模光纤中传输数据的光学系统的数据传输速率的增加导致可容许的“链路损耗预算”的显着下降。因为信号通过线缆并通过信道中的各个连接点(例如连接器接口)时产生光损耗，因此链路损耗预算被定义为光纤通信信道内允许的最大光损耗(其以db(分贝)为单位)。
同时，与以前系统中使用的LC(朗讯连接器)连接相比，使用诸如MPO(多光纤推接式)连接器等多光纤连接器会增加通信信道中的连接器损耗量，这是因为MPO型连接器增加了物理复杂性。例如，与将两个MPO连接器配合在一起相关的典型损耗为0.5dB，而两个LC连接器的配合通常仅导致0.2dB的损耗。
总而言之，这两个损耗因素(即，使用增加的数据传输速率和使用MPO连接)减小多模光纤系统的最大信道长度和/或减少可以在信道中使用的配对(连接器)的数量。这使得多模系统在一些市场上的吸引力下降。
目前，多模光纤系统依赖于信号路径两端的收发器产生的信号强度，以便通信信道符合链路损耗预算的行业标准。在标准光纤电信网络中，光收发器用于将服务器和交换机连接在一起。
图1示出具有第一发射机(例如，希望在第一方向上将光数据传输到第二接收机的电子服务器或组件)的基本光纤配置。可以在相反的方向上进行通常来自同一个设备/服务器的双向通信，其中每个组件同时充当接收机和发射机(收发器)。这种通信经常通过光学基础设施(光纤基础设施)，特别是在大型光纤配置(例如服务器群)的情况下。为了便于光缆的组织和连接/重新连接，光纤盒通常配备在图1所示位置的基础设施中。
现有技术的收发器利用普通的光发射机和接收机设备。例如，在现有技术图2所示的一种可能的典型收发器中，光收发器在发送方向上将来自主机(服务器或交换机)的电信号经由物理媒介适配层(PMA)转换为光信号，在接收方向上同样如此。在这方面，收发器使来自主机的电信号在激光驱动器中放大之前经过诸如时钟数据恢复(CDR)等信号调节，CDR调制光信号。光信号的调制可以通过直接调制激光电流来实现，或者通过使用外部电光调制器来实现。具有调制数据的光信号经由耦合到介质相关接口(MDI)的TOSA(光发射子组件)而耦合到光纤中。根据收发器的速度和协议，MDI可以是MPO之类的多光纤连接器，也可以是简单的双工连接。
在接收方向上，不同的目标收发器在其MDI连接处接收光信号。光纤传播后的光信号在位于信道末端的收发器处被接收，并且在该处通过光电二极管ROSA(光接收子组件)被转换回电信号。使用接收机放大器将光检测信号放大到适当的功率电平。为了进一步补偿过多的传输和色散损失，可以使用时钟数据恢复电路。重新调节的电信号经由PMA被发送到主机/服务器。
为了实现收发器的准确功能，可以实施数字诊断，这能够实时监测组件的功能。例如与阈值水平对应的数字诊断监测测量值被存储在EEPROM(电可擦可编程只读存储器)中，其输出由主机/服务器读取。
此外，应注意的是，收发器及其各自的组件与介质有关并且取决于是使用多模光纤还是单模光纤而不同。例如，多模收发器的一种实施方式可以使用VCSEL(垂直腔表面发射激光器)作为光源，而在单模实施方式中，可以在收发器中使用DFB(分布式反馈激光器)或法布里-珀罗激光器。在这两种情况下，转换后的初始光源都是激光。
采用上述示例性收发器、现有技术解决方案，以防止在更长的多模光纤系统中超过链路损耗预算，该更长的多模光纤系统侧重于通过更严格地指定系统连接器的物理容差来降低线缆中的连接损耗和系统的连接性。换句话说，现有技术侧重于通过连接组件的更精确构造降低连接点处的损耗。然而，这种现有技术解决方案最终导致收益递减的情况并且不能完全解决每个信道的最大信道长度和有限数量的配对(连接器)的问题，因为在这些组件被给予小尺寸的情况下可以构建这些组件的物理精度存在限制。
需要进一步指出的是，许多数据中心布线设计都依赖于基于盒的连接，以便在光纤基础设施安装中通过中继线缆进行连接。基于盒的连接仅仅指使用盒或小匣在光学基础设施交换点或中继连接处组织物理光信道连接。图3是具有MPO连接器的现有技术无源盒的图像。
许多信道通常在一个信道中具有两个这样的盒，中继线缆连接的两侧各一个。这些盒允许在基础设施安装中更灵活和方便的连接配置(或其变化)，并且提供更多的光信道连接选项，但是使用这种组件的折衷在于它们经受更高水平的损耗，这是因为盒只是箱中较小的光纤线束(例如，每个在其中具有两个连接)。到目前为止，业界已经采用了这种盒，因为连接选项和易用性是有价值的，但是这些光纤盒连接情况所导致的附加信号强度损失是由于它们的两个配对未被充分考虑并且仍然限制经过这些盒的光信道的长度。
发明内容
本发明在多模光纤系统中配备新部件，用“有源盒(active cassette)”代替现有技术的无源设备(“光纤盒”)，有源盒能够减轻由线缆和连接器引起且在经过多个串联布线段之后累积的传输损失。这通过用有源盒代替多模光纤信道的诸如典型的现有技术盒等无源组件(即连接器和短光纤)实现，有源盒中具有以下组件：该组件接收来自第一发射收发器的光信号，将该光信号转换为电信号，在盒内适当地传送该电信号，并从盒另一侧将光信号重新发送到基础设施线束中。这导致在中间信道位置处的局部光信号增强。
例如，本发明的一个实施例可以最容易地被认为是采用一个或多个有源盒，每个有源盒中基本上采用两组收发器组件，两组收发器组件的电气侧面向彼此并且它们的光学侧向外朝向它们所在的信道的其余部分。
因此，在每个“有源盒”内，一组收发器组件用于将输入光信号转换为电信号，另一组收发器组件用于将信号从电信号转换为光信号输出，所有这些组件都在光纤盒内。这在主收发器之间的光信道中间的点处增强了光信号，以补偿或弥补由信道内物理连接引起的信号损失。以前，这种盒仅仅是使用了它们组织优点的无源连接点，但该无源连接点会导致链路损耗预算，而不会主动对抗由连接点造成的信号损失。
在一种配置中，有源盒内的这种收发器组件可以是盒中背靠背连接的SFP+(小型可插拔)或QSFP+(四-小型可插拔)。诸如SFP+、QSFP+等可插拔收发器通常出现在以较高级别的开放式系统互连(OSI)模型操作的交换机、服务器和路由器中，但有源盒将以较低级别(例如层1)操作。在光纤信道中间使用的这些附加有源盒中，其中的收发器组件可以包括通常出现在主收发器中的较少组件，以便降低成本和复杂性。例如，通常包括在主收发器中的EEPROM(电可擦可编程只读存储器)和数字诊断模块可以不包括在附加收发器/有源盒中，但是其他管理能力仍然可以包括在内。然而，根据一些实施例，在某些情况下，在有源盒中使用的这些部件在本发明的考虑范围内，可能具有用于将一些或全部诊断数据连接到外部监测设备的wi-fi或无线天线。
在另一个实施例中，本发明的有源盒可以在两侧具有相同类型的连接器，或者其可以具有例如多光纤连接器，例如一端上的MPO连接器以及另一端上的相应数量的双工LC连接器。作为实例，如果有源盒的一端有12芯MPO，另一端可以有6个双工LC，或者如果一端有24芯MPO，另一端可以有12个双工LC。这种混合配置可以用来将高速端口分成多个低速端口。
在另一个实施例中，本发明的有源盒可以包括电气电路和光学电路，以分接用于网络监测的电信号或光信号。“抽头”是现有技术中的已知装置，其中光信号被分接或分出，使得少量信号被转移到信道监测器，通常用于监测信道安全性。分接的信号监测设备通常具有光输入，并且信号的分接部分引起一些通常需要在链路损耗预算中考虑的信号强度损失。例如，可以通过刮掉一些光学包层并将光学检测器应用于光纤来将抽头施加到光纤的一部分。这允许抽头将监测的光信号引导到设备进行分析，但是分接过程以及与光纤的相关连接导致一些光信号损失。
在一种可能的配置中，本发明的有源盒还可以额外具有位于光信号之前的监测抽头，该光信号最初在有源盒内被转换成电信号，在有源盒处一些光信号被转移到抽头监测设备(例如位于光学基础设施附近)。在另一种可能的配置中，在有源盒的两侧之间通过的电信号可以被发送到单独的电-光转换器，使得它可以作为光信号被发送到监测设备。在任何一种情况下，在现有技术中，仅使用无源盒，这种抽头必须转移光信号(在现有技术的无源盒中没有电信号)，并且会引起信道的额外损失。使用本发明，由于对光信号的增强作用或者因为只有电信号被分接用于监测，所以可以将位于本有源盒处的监测抽头添加到光信道中，其中信道中光信号强度没有相关的损失。
在另一个实施例中，本发明的有源盒可以经由以下电力被供电：该电力在串联光缆/线缆中传输，并且随后经由存在于一个或多个连接的多光纤推接式(MPO)连接器中的对准针传递到有源盒的组件。这消除了对用于有源盒的光学基础设施机架的独立电源的需求，其中这种光学基础设施机架传统上不需要如此的外部电力，因为它们仅包含用于光纤连接的现有技术无源盒。
附图说明
通过以下描述和附图可以更好地理解本发明，其中：
图1示出了具有收发器、无源盒和光学基础设施的现有技术光学系统；
图2示出了在多模光纤系统中使用的现有技术收发器及其组件；
图3是现有技术MPO盒的图像；
图4示出了根据一个实施例的配备了有源盒的多模光纤系统；
图5A和图5B是根据两个实施例的有源盒中的组件的框图；
图6A和图6B示出了根据一个实施例的具有供电导针的MPO连接器；
图7示出了根据一个实施例的具有无线天线和诊断模块的有源盒的框图；以及
图8A和图8B示出了根据一个实施例的具有监测抽头的有源盒。
具体实施方式
图4示出了本发明的多模光纤系统，其采用有源盒100代替现有技术的无源盒，这将在下面更详细说明。在图4中，有源盒100被部署在两个交换机/收发器之间的光纤通信信道中，两个交换机/收发器中的一个充当发射机，而另一个充当接收机(端对端)。
在一个实施例中，有源盒100的尺寸与现有技术无源盒的尺寸相似，并且在其他情况下是放置在将保持一个或多个有源盒的光纤框架/机壳中的模块化设备。普通光纤机壳适合放置在19”机架中，其高度以机架安装单位(1U、2U等)测量。有源盒100的物理尺寸可以是机壳高度和宽度的1/2、1/4、1/3。在一个实例中，有源盒的长度将是4英寸至12英寸。
典型的多模光纤系统/信道采用两台服务器/交换机和双工接插线缆，双工接插线缆将交换机连接到光纤布线基础设施。布线基础设施通常包括两个连接盒和位于两个连接盒之间的光纤中继线缆，所有这些都在图4中示出。下面将更详细地说明有源盒，包括它们的内部组件。
当光网络在物理上重构时，通常是在通信信道末端的接插线和交换机或其他网络设备重新定位，而基础设施保持在原位(例如图4中光学路径末端处所示的那些设备)。在这种情况下，现有技术的无源盒通常用于在网络的逻辑重构中提供灵活性，这是指改变或创建未必物理移动的设备之间的新通信路径。因此，接插线的工作是提供物理和逻辑重构的灵活性，而现有技术的无源盒和中继线缆通常被设计为提供逻辑重构的灵活性。
在现有技术解决方案中，链路损耗预算将包括通过图1所示的两个交换机之间的所有组件累积的光损耗。考虑到每个无源盒带有两个连接器的事实(参见例如现有技术的图3)，与通信信道的其他段相比，它们对整个链路损耗预算贡献相对较大的光损耗。
在如图4所示的本发明中，将两个有源盒100定位在布线基础设施内，以代替现有技术的无源盒。在多模光纤系统中使用有源盒100解决了由现有技术无源盒内的物理连接引起的光信号损失的问题，有源盒100不仅提供了所需的(相同的)信道连接灵活性，而且还再生或增强了光信号，这允许整个系统的链路损耗预算可在交换机和有源盒之间以及有源盒之间的每个段中获得。换句话说，在图4中，先前图1中整个路径/信道的链路损耗预算不仅可以通过服务器/发射机与第一有源盒100之间的连接获得，而且也可以通过有源盒100之间的路径的段以及从第二有源盒到接收机的段获得。
这允许交换机/主机之间的距离更长，并且甚至为了灵活性或增加的物理信道长度或者这两者，允许更多的连接段。而且，通过在本地向一个或多个有源盒100供电，并且通过已连接的MPO连接器的对准针(将在下面更详细地讨论)将电力传递到其他有源盒100，基本上消除了沿着光缆基础设施的相关配电设备的需要。
根据图5A和图5B所示的一个实施例，转到有源盒100的内部结构，有源盒100通常包括收发器的典型特征，包括TOSA/ROSA210/211、激光驱动器212、CDR 214、接收机放大器216和MDI 218，它们中的每一个具有这些组件在普通光收发器中的功能。可根据需要添加传统收发器中使用的其他组件，如诊断模块(EEPROM)(未示出)。
可以想到的是，用于有源盒100的这些组件构造为充分地增强从中通过的任何光信道的光信号。如在发明内容中所指出的，并且从图5A和图5B可以明显看出，有源盒100的内部组件操作为镜像两个光收发器，这两个光收发器的电气侧彼此面对(CDR--→激光驱动器)，并且它们的光学侧向外(激光驱动器-→TOSA--→MDI)朝向信道的其余部分(图4的任一方向)。有源盒100是图4的结构内作为接收机和发射机的双向设备。
图5A和图5B中的连接线示出了从盒的一侧到用于各种光信道路径连接器的另一侧再到盒的任一侧横跨有源盒100的示例性电连接。激光驱动器及其控制器可用于调整或增强在有源盒100的发射侧输出的光信号，以便补偿由于物理连接或较长信道长度而引起的信号强度损失，使得光信号将保持在所需的链路损耗预算内。实质上，在每个有源盒100处，略微减小的光信号(由于直到该位置的链路损耗)被接收并且再次以全光强度从另一侧重新输出。
例如，对于经过无源盒的给定光信道，目前的无源盒通常贡献大约0.5dB的光信号强度损失。使用有源盒100的本发明可以容易地被调整为具有0dB的信号强度损失(或甚至信号强度增益)。
参考图4、图5A和图5B，可以看出，有源盒100代替现有技术无源盒并且操作为通过提供中间信道放大来增强经过光信道的光信号，有源盒100在传统光学基础设施位置中占据相同位置。在这方面，图4中从左到右通过根据本发明的光信道的光信号在有源盒100处被接收，接着被转换成电信号并且通过有源盒100及其内部组件(图5A和图5B)，然后作为增强的光信号重新发送，经过中继线缆基础设施，进入右侧有源盒100，当其通过第二有源盒100的组件时再次转换为电信号并且转换回为光信号，并且最终到达右侧交换机收发器。在一些配置中，只有一个盒(图4的)可以是有源盒100。在任一种情况下，由于有源盒100对光信号进行中间信道增强，所以在各种连接点处经历的损失量(即“链路损耗”)被减轻，从而允许更长的潜在光信道，以及更多的连接选项，特别是多模光纤。
在如图5A所示的一个实施例中，有源盒100的电力经由与有源盒100内的AC/DC电源单元302连接的本地电源300提供。在该配置中，有源盒100的需要电力的任何内部部件将从供电单元300接收电力，供电单元300在诸如标准电插座(例如，电源300)等光缆基础设施处被本地供电。电力在电源302处被转换成较低电压的AC或DC功率信号，并通过光收发器中使用的典型电连接路径。
在本发明的另一个实施例中，通过由与有源盒100附接的MPO连接器的导针1022(参见下面的图6A和图6B)供应的电力为图5B所示的有源盒100的内部结构供电。在这种配置中，有源盒100从以下电源接收其电力：该电源的电力经由支持以太网的线缆从与有源盒100内的DC电源单元302'连接的远程电源300'传送而来。
在具有MPO终端的多模光纤中，位于典型连接器中的导针可以被供电，以允许持续的电力流过横跨各连接的这些配置，这将在下面更详细描述。例如，如2016年11月22日发布的美国专利No.9,500,815中所描述的，光缆还可以配备有电源，该美国专利的全部内容通过引用的方式并入。
根据本发明的一个实施例，图6A和图6B示出了变型的MPO(多光纤推入/拉出)型连接器1000。连接器1000具有壳体1002、应变消除器1004、快速断开器1006和用于对齐来自多光纤光缆1021的光纤的插芯1020。两个定位针1022构造成插入到相对的凹入式MPO型连接器上的定位导槽中，以正确地对准连接器1000内的光纤。
如上结合图6A、图6B和图5B所述的这种配置可以用于将电力传递到DC电源单元302，而不是从本地电源300(例如图5A中的插座)传递。应注意的是，在美国专利No.9,500,815中示出了供电连接器针的其它实施例，这些其它实施例在本申请中未全面详述。然而，这些实施例中的每个实施例也适用于光信道工程师所期望的对有源盒100的供电。
在图7所示的一个实施例中，有源盒100还可以包含无线天线400和用于经由无线网络传输控制或诊断信息的相关电路。例如，诊断材料可以经由包括的EEPROM(电可擦可编程只读存储器)402被收集在有源盒100内。类似于对现有收发器的监测，该诊断数据可用于监测组件并确定有源盒100是否需要替换。可以使用来自图6A或图6B的本地电力或导针提供的电力来实现这种配置。
此外，在图8示出的一个实施例中，当通过图6B所示的串联线缆MPO导针提供的电力为有源盒100供电时，盒100经由铜导体供电，所述铜导体将沿着附接在其上的各种接插线缆的长度延伸。因此，利用该电源配置，还存在以下可能性：利用添加到正常诊断设备402的阻抗元件403，使用从诊断设备402传出的低频电信号来测量所连接的铜导体的阻抗。该阻抗变量数据可以从诊断设备402通过线路连接(未示出)或可能的无线天线400传递到监测站，并且可以用于根据长度推断串联线缆的温度。这可以用于定位环境温度比其余环境温度更高(这例如导致设备使用寿命缩短)的可能“热点”或位置。这样的信息可以向数据中心管理者提供关于数据中心中的热点的可能位置的洞察或者关于沿着连接到有源盒100的串联线缆的热点的可能位置的洞察。
在如图8A和图8B所示的一个实施例中，监测抽头500可被添加到有源盒100。如上所述，抽头500被用于监测信道安全性。
在图8A中，监测抽头500布置在MDI 218之后(沿接收方向)，并且输出到位于有源盒100外部的光学抽头诊断模块502。在图8B中，监测抽头500位于如下位置：在通过接收机放大器216电转换为电信号之后，但在通过激光驱动器212在有源盒100的另一侧将信号重新转换为光信号之前。在该构造中，在通过抽头500分接信号之后，信号在被输出到诊断模块502或被诊断模块502输出之前由光信号模块504转换为光信号。在这两种情况下，根据要求，可以按照这种方式分接尽可能多的路径和少至一个的路径。
如上所述，在仅使用无源盒的现有技术中，这种监测抽头必须转移光信号(在现有技术的无源盒中没有电信号)，并且因此增加了被分接的信道中的光信号强度损失。使用本发明，由于对光信号的增强作用或者因为只有电信号被分接用于监测，所以监测抽头500可以被放置在有源盒100中，并且输出到抽头监测诊断设备502，其中信道中光信号强度没有相关的损失，因为光信号强度直接在收集它的有源盒100内得到补偿。通常，现有技术无源盒中或附近的这种抽头的范围可以从10％到高达50％。
尽管本文仅说示出和描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员将想到许多修改、替换、变化或等同内容。因此，应该理解的是，本申请旨在涵盖落入本发明真实精神内的所有这些修改和变化。

Claims (12)

1.一种多模光纤信道，包括：
第一发射交换机，其用于通过光纤信道发射光信号；
第一接插线缆，其将所述第一发射交换机连接到光纤基础设施；以及
第二接插线缆，其将所述光纤基础设施连接到接收交换机，
其中，所述光纤基础设施具有连接两个光学盒的中继线缆，并且所述光学盒中的至少一个光学盒是提供光信号放大的有源光纤盒。
2.根据权利要求1所述的多模光纤信道，其中，所述光纤基础设施中的所述光学盒都是有源盒。
3.根据权利要求1或2所述的多模光纤信道，其中，所述光纤基础设施中的所述有源盒在本地被供电。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多模光纤信道，其中，所述光纤基础设施中的所述有源盒经由以下电力被供电：该电力通过所述第一接插线缆和/或所述第二接插线缆，经过所述第一接插线缆和所述第二接插线缆的连接器的供电导针。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的多模光纤信道，其中，有源盒包括光收发器的组件，包括但不限于TOSA/ROSA、CDR、MDI、激光驱动器和接收机放大器。
6.根据权利要求5所述的多模光纤信道，其中，在所述光纤基础设施内的有源盒接收光信号，在将所述光信号传递到所述中继线缆之前，将光信号转换为电信号以在内部通过，然后转换回光信号。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的多模光纤信道，其中，在所述信道内的所述有源盒处施加抽头，以监测所述信道中的至少一个光学路径。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的多模光纤信道，其中，所述抽头在所述有源盒内分接光信号。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的多模光纤信道，其中，所述抽头在所述有源盒内分接电信号。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的多模光纤信道，其中，所述第一接插线缆是提供光信号和电信号的串联接插线缆，与所述第一串联接插线缆联接的至少一个所述光学盒由所述第一串联接插线缆中的所述电信号供电，电信号经由所述第一串联接插线缆的连接器上的导针传递到所述第一有源盒。
11.根据权利要求10所述的多模光纤信道，其中，所述有源盒还包括用于传输诊断数据的无线天线。
12.根据权利要求11所述的多模光纤信道，其中，所述有源盒还包括用于收集所述诊断数据的阻抗元件，所述诊断数据以所述第一串联接插线缆中的阻抗变量的形式存在。
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