CN109617610A - 单波长100g光模块及5g前传网络 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单波长100G光模块，包括光发射单元和光接收单元，光发射单元接收一路100G/s速率的NRZ电信号，将一路100G/s速率的NRZ电信号编码转换为一路50G/s速率的四电平电信号，并将一路50G/s速率的四电平电信号转换为一路50G/s速率的PAM4光信号发射出去；光接收单元接收一路50G/s速率的PAM4光信号，将一路50G/s速率的PAM4光信号转换为一路50G/s速率的四电平电信号，并将一路50G/s速率的四电平电信号解码转换为一路100G/s速率的NRZ电信号输出。本发明单波长100G光模块，能够支撑单路100Gb/s速率的传输业务，并可以减少光器件的使用量，降低光模块的成本，同时与现有100G交换机接口完全兼容。
Description
技术领域
本发明属于光通信技术领域，涉及一种基于PAM4(Pulse Amplitude Modulation)调制的光收发模块，具体涉及一种采用PAM4调制格式实现QSFP28的单波长光收发模块。还涉及一种应用该单波长100G光模块的5G前传网络。
背景技术
近年来大数据、云计算、5G、物联网以及人工智能等应用市场的快速发展，使得全球数据呈爆发式增长，这对互联网带宽的要求越来越高，如何最大化的利用现有的网络基础资源优化成本，并实现数据传输速率翻倍成为最大挑战。目前，在背板、系统、以及短距离的光纤传输中，普遍使用基于10Gb/s、25Gb/s、28Gb/s NRZ格式的传输方式，当传输速率超过28G并向更高速率演化时，背板等电信号传输会对高频信号产生更恶劣的损耗，而采用更高阶的调制，如PAM4制式，在相同的带宽下可以传输更多的数据。
目前，常用的100G QSFP28系列光模块采用收发一体模块，内部分别集成一路4*25Gb/s速率光发送单元和一路并行4*25Gb/s速率光接收单元，这种方式不仅成本高，同时由于不能全部开通使得传输速率成为瓶颈。随着光通信产品的发展，尤其是5G前传的需求，要求光模块单通道速率越来越高，成本越来越低，距离越来越长，灵敏度越来越高，在这种发展需求下，传统的100G光模块(四路25Gb/s的100G QSFP28光模块)已经不能满足高速传输数据的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种单波长100G光模块，能够支撑单路100Gb/s速率的传输业务，并可以减少光器件的使用量，降低光模块的成本，同时与现有100G交换机接口完全兼容。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种单波长100G光模块，包括光发射单元和光接收单元，
所述光发射单元接收一路100G/s速率的NRZ电信号，将一路100G/s速率的NRZ电信号编码转换为一路50G/s速率的四电平电信号，并将一路50G/s速率的四电平电信号转换为一路50G/s速率的PAM4光信号发射出去；
所述光接收单元接收一路50G/s速率的PAM4光信号，将一路50G/s速率的PAM4光信号转换为一路50G/s速率的四电平电信号，并将一路50G/s速率的四电平电信号解码转换为一路100G/s速率的NRZ电信号输出。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述光发射单元包括第一DSP处理器、激光驱动器和激光发射器；
所述第一DSP处理器对100G/s速率的NRZ电信号进行PAM4制式转换与编码，输出50G/s速率的四电平电信号；
所述激光驱动器将50G/s速率的四电平电信号转换为驱动信号，以驱动所述激光发射器；
所述激光发射器将所述驱动信号转换为50G/s速率的PAM4光信号发射出去；
所述光接收单元包括光接收机和第二DSP处理器；
所述光接收机接收50G/s速率的PAM4光信号，并将50G/s速率的PAM4光信号转换为50G/s速率的四电平电信号；
所述第二DSP处理器对50G/s速率的四电平电信号进行PAM4制式转换与解码，输出100G/s速率的NRZ电信号。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括其还包括电信号连接器，所述电信号连接器具有第一电信号接口和第二电信号接口，所述第一电信号接口输出一路100G/s速率的NRZ电信号至所述第一DSP处理器；所述第二DSP处理器输出的一路100G/s速率的NRZ电信号经所述第二电信号接口输出。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述电信号连接器为QSFP28电信号连接器。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述光信号为单波长光信号。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述光信号的波长包括1295nm、1300nm、1305nm、1310nm、1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述光发射单元和光接收单元均还包括单通道时钟恢复单元，所述时钟恢复单元用于对NRZ电信号进行误码纠正。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种5G前传网络，使用以上结构的单波长100G光模块进行接收或/和发送数据。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括包括一种波长的所述单波长100G光模块；所述5G前传网络的5G塔和DU池上均设有所述单波长100G光模块，所述5G塔和DU池两者的所述单波长100G光模块通过单模光纤连接。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括包括至少两种波长的所述单波长100G光模块；所述5G前传网络的5G塔和DU池上均分别设有至少两种波长的所述单波长100G光模块；
所述5G前传网络还包括波分复用器和波分解复用器；
5G塔向DU池发送数据、DU池接收数据时：5G塔上多种波长的所述单波长100G光模块发射的光信号均进入波分复用器，所述波分复用器对多路光信号进行合波，并将合波后的光信号发送至所述波分解复用器；所述波分解复用器接收合波后的光信号，并对合波后的光信号进行分波输出多路光信号，DU池中的多种波长的所述单波长100G光模块分别接收分波后的所述光信号；
DU池向5G塔发送数据、5G塔接收数据时：DU池中的多种波长的所述单波长100G光模块发射的光信号均进入波分复用器，所述波分复用器对多路光信号进行合波，并将合波后的光信号发送至所述波分解复用器；所述波分解复用器接收合波后的光信号，并对合波后的光信号进行分波输出多路光信号，5G塔上的多种波长的所述单波长100G光模块分别接收分波后的所述光信号。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述波分复用器为单纤双向传输的波分复用器。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述波分解复用器为单纤双向传输的波分解复用器。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述单波长100G光模块的光信号的波长为1295nm、1300nm、1305nm、1310nm、1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括包括四种波长的所述单波长100G光模块，光波长分别为1295nm、1300nm、1305nm、1310nm。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括包括六种波长的所述单波长100G光模块，光波长分别为1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm。
本发明的有益效果：
其一、相较于现有的100G QSFP28光模块，本发明的单波长100G QSFP28光模块能够支撑单路100Gb/s速率的传输业务，并可以减少光器件的使用量，降低光模块的成本。
现有技术中，100G QSFP28光模块内部集成四路25Gb/s速率光发送单元，四路并行25Gb/s速率光接收单元，需要使用四路光器件；同时，由于四路光单元不能全部开通，使得实际传输速率只有25Gb/s，远远达不到100Gb/s。
本发明的单波长100G QSFP28光模块，接收一路100Gb/s速率的RNZ电信号，基于PAM4制式编码成一路50Gb/s速率的四电平电信号，再转化成一路50Gb/s速率的光信号发射出去。四电平电信号转化的PAM4光信号能够传输2bit的逻辑信息，在同样波特率条件下，PAM4信号的比特率是RNZ信号的2倍，传输效率提高一倍，能够支撑单路100Gb/s速率的传输业务。
本发明的单波长100G QSFP28光模块，单路能够支撑100Gb/s速率的传输业务，仅仅只需要一路光器件，相较于现有技术的100G QSFP28光模块，可以减少光器件的使用量，降低光器件组装成本、减少功耗以及减小器件占用空间，以此来降低光模块的成本。
其二、相较于现有的5G前传网络，本发明的5G前传网络能够减少5G塔到DU池之间布线的光缆使用量，简化布线方式，降低布线成本。
现有技术中，5G前传网络使用CWDW4或DWDM4光模块方案，每个光模块只有一个工作波长，根据客户的不同需要添加不同波长的光模块，5G塔顶不同光模块发出的不同波长信号，经过预制布线于5G铁塔的多芯束光缆连接所有这些模块后到达塔底，在塔底直接使用这些多芯束光缆布线连接到机房的DU池，从5G塔底到机房DU池之间需要使用的多芯束光缆的数量为多根，多根光缆无疑会增加布线成本，同时布线麻烦、繁琐，尤其是在5G铁塔较多，机房与塔底的距离不固定的情况下，布线特别麻烦、繁琐，甚至布线的可行性和可操作性非常低。
本发明的5G前传网络，使用优化设计的单波长100G QSFP28光模块，由于光模块能够支撑单路100Gb/s速率的传输业务，使得5G塔底到机房DU池之间只需要一根光缆，光缆的使用量从四根直接缩减为一根，大大降低布线成本。同时布线便捷，不受机房与5G塔的距离限制可随意布线。
当根据客户的需要，5G塔上添加多个光模块时，使用单纤双向传输的波分复用器对多路光信号进行合波后也只需要一根光纤连接到DU池，再使用波分解复用器对合波后的光信号进行分波，分波后的光信号分别连接到对应的光模块即可，从DU池到5G塔也可以进行同样的传输。由此，本发明的5G前传网络，能够大大减少5G塔到DU池之间的光缆使用量，大大降低成本，简化布线方式，降低布线成本。
附图说明
图1是本发明第一实施例中单波长100G光模块的功能结构示意图；
图2是本发明第二实施例中单波长模块的功能结构示意图；
图3是本发明第三实施例中单波长模块的功能结构示意图；
图4是本发明第四实施例中单波长模块的功能结构示意图
图5是本发明优选实施例中5G前传网络的功能结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一
本实施例公开了一种单波长100G光模块，包括光发射单元和光接收单元，上述光发射单元接收一路100G/s速率的NRZ电信号，将一路100G/s速率的NRZ电信号编码转换为一路50G/s速率的四电平电信号，并将一路50G/s速率的四电平电信号转换为一路50G/s速率的PAM4光信号发射出去；
上述光接收单元接收一路50G/s速率的PAM4光信号，将一路50G/s速率的PAM4光信号转换为一路50G/s速率的四电平电信号，并将一路50G/s速率的四电平电信号解码转换为一路100G/s速率的NRZ电信号输出。
具体的，如图1所示，上述光发射单元包括第一DSP处理器、激光驱动器和激光发射器；上述光接收单元包括光接收机和第二DSP处理器。
上述第一DSP处理器对100G/s速率的NRZ电信号进行PAM4制式转换与编码，输出50G/s速率的四电平电信号；
上述激光驱动器将50G/s速率的四电平电信号转换为驱动信号，以驱动上述激光发射器；
上述激光发射器将上述驱动信号转换为50G/s速率的PAM4光信号发射出去；
上述光接收机接收50G/s速率的PAM4光信号，并将50G/s速率的PAM4光信号转换为50G/s速率的四电平电信号；
上述第二DSP处理器对50G/s速率的四电平电信号进行PAM4制式转换与解码，输出100G/s速率的NRZ电信号。
本实施例技术方案中，上述光接收机优选为一路50G的PIN/TIA，其集成有二极管和50G跨阻放大器。
本实施例技术方案中，上述光模块为单波长100G光模块，光模块接收的光信号和发射的光信号均为单波长光信号，上述光信号的波长包括1295nm、1300nm、1305nm、1310nm、1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm。
实施例二
在相同的最大信号幅度下，PAM4信号会使用四个电平进行信号传输，每相邻两个电平间的幅度差异只有NRZ信号情况下的三分之一，信号很容易受到噪声的干扰而产生误码，为了解决这一技术问题，本实施例还提供一种单波长模块，如图2所示，其包括实施例一中的光发射单元和光接收单元，还包括两个单通道时钟恢复单元，两个单通道时钟恢复单元分别用在光发射单元和光接收单元上。光发射单元上的单通道时钟恢复单元用于对输入的一路100G/s速率的NRZ电信号进行误码纠正，通过误码纠正后的NRZ电信号进行PAM4制式编码。光接收单元上的单通道时钟恢复单元用于对PAM4制式解码后的一路100G/s速率的NRZ电信号进行误码纠正，通过误码纠正后的NRZ电信号输出。
单通道时钟恢复单元对电信号进行误码纠正，能够减小传输的高频损耗，保证高频电信号的传输连续性。
实施例三
本实施例公开了一种单波长100G光模块，如图3所示，其包括实施例一种的光发射单元和光接收单元，还包括QSFP28电信号连接器，上述QSFP28电信号连接器具有第一电信号接口和第二电信号接口，上述第一电信号接口输出一路100G/s速率的NRZ电信号至上述第一DSP处理器；上述第二DSP处理器输出的一路100G/s速率的NRZ电信号经上述第二电信号接口输出。
使用的QSFP28电信号连接器能够与现有的100G交换机接口完全兼容。
实施例四
本实施例公开了一种单波长模块，如图4所示，包括实施例一种的光发射单元和光接收单元，还包括QSFP28电信号连接器和两路单通道时钟恢复单元。QSFP28电信号连接器和两路单通道时钟恢复单元与实施例一中的光发射单元和光接收单元的连接方式及作用同实施例二和实施例三，此处不再赘述。
实施例五
本实施例公开了一种5G前传网络，使用实施例一～实施例四种任一实施例的单波长模块进行接收或/和发送数据。
具体的，上述5G前传网络包括一种波长的上述单波长100G光模块；上述5G前传网络的5G塔和DU池上均设有上述一种波长的单波长100G光模块，上述5G塔和DU池两者的上述单波长100G光模块通过单模光纤连接。此处，一种波长的单波长100G光模块的波长包括1295nm、1300nm、1305nm、1310nm、1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm。
实施例六
本实施例公开了一种5G前传网络，使用实施例一～实施例四种任一实施例的单波长模块进行接收或/和发送数据。
具体的，上述5G前传网络包括四种波长的上述单波长100G光模块，四种波长的单波长模块的光波长分别为1295nm、1300nm、1305nm、1310nm。上述5G前传网络的5G塔和机房DU池均分别配置有以上四种波长的单波长100G光模块，上述5G前传网络还包括波分复用器和波分解复用器。
5G塔向DU池发送数据、DU池接收数据时：5G塔上的四种波长的上述单波长100G光模块发射的光信号均进入波分复用器，上述波分复用器对四路光信号进行合波，并将合波后的光信号发送至上述波分解复用器；上述波分解复用器接收合波后的光信号，并对合波后的光信号进行分波输出四路光信号，DU池中的四四种波长的上述单波长100G光模块分别接收分波后的四路光信号；
DU池向5G塔发送数据、5G塔接收数据时：DU池中的四种波长的上述单波长100G光模块发射的光信号均进入波分复用器，上述波分复用器对四路光信号进行合波，并将合波后的光信号发送至上述波分解复用器；上述波分解复用器接收合波后的光信号，并对合波后的光信号进行分波输出四路光信号，5G塔上的四种波长的上述单波长100G光模块分别接收分波后的四路光信号。
本实施例技术方案中，为了进一步降低布线成本，上述波分复用器为单纤双向传输的波分复用器，上述波分解复用器为单纤双向传输的波分解复用器。对应一个5G塔，上述5G前传网络只需要配置一个单纤双向传输的波分复用器和一个单纤双向传输的波分解复用器。
实施例七
本实施例公开了一种5G前传网络，使用实施例一～实施例四种任一实施例的单波长模块进行接收或/和发送数据。
具体的，上述5G前传网络包括六种波长的上述单波长100G光模块，六种波长的单波长模块的光波长分别为1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm。上述5G前传网络的5G塔和机房DU池均分别配置有以上六种波长的单波长100G光模块，上述5G前传网络还包括波分复用器和波分解复用器。
5G塔向DU池发送数据、DU池接收数据时：5G塔上的六种波长的上述单波长100G光模块发射的光信号均进入波分复用器，上述波分复用器对六路光信号进行合波，并将合波后的光信号发送至上述波分解复用器；上述波分解复用器接收合波后的光信号，并对合波后的光信号进行分波输出六路光信号，DU池中的六种波长的上述单波长100G光模块分别接收分波后的六路光信号；
DU池向5G塔发送数据、5G塔接收数据时：DU池中的六种波长的上述单波长100G光模块发射的光信号均进入波分复用器，上述波分复用器对六路光信号进行合波，并将合波后的光信号发送至上述波分解复用器；上述波分解复用器接收合波后的光信号，并对合波后的光信号进行分波输出六路光信号，5G塔上的六种波长的上述单波长100G光模块分别接收分波后的六路光信号。
本实施例技术方案中，为了进一步降低布线成本，上述波分复用器为单纤双向传输的波分复用器，上述波分解复用器为单纤双向传输的波分解复用器。对应一个5G塔，上述5G前传网络只需要配置一个单纤双向传输的波分复用器和一个单纤双向传输的波分解复用器。
以上实施例仅示出有限种波长的单波长100G光模块，根据实际需要，可以添加更多种波长的单波长100G光模块，此处示出的有限种波长并不能限制本实施例技术方案中5G前传网络的保护范围。
本发明的5G前传网络，经一段时间的应用，承载业务运行稳定。另，通过现网应用，表明本发明的单波长100G光模块不仅在光器件研发业务、5G前传运行业务，同时随着生产业务扩大以及其他电子消费领域,大数据机房等方面具有广阔的应用前景,可有效提升业务开通效率，降低器件组装成本、减少功耗以及减小器件占用空间，解决了运行商对高速率光收发信号的转换效率、运行稳定后续升级等问题。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (15)
1.一种单波长100G光模块，包括光发射单元和光接收单元，其特征在于：
所述光发射单元接收一路100G/s速率的NRZ电信号，将一路100G/s速率的NRZ电信号编码转换为一路50G/s速率的四电平电信号，并将一路50G/s速率的四电平电信号转换为一路50G/s速率的PAM4光信号发射出去；
所述光接收单元接收一路50G/s速率的PAM4光信号，将一路50G/s速率的PAM4光信号转换为一路50G/s速率的四电平电信号，并将一路50G/s速率的四电平电信号解码转换为一路100G/s速率的NRZ电信号输出。
2.如权利要求1所述的单波长100G光模块，其特征在于：所述光发射单元包括第一DSP处理器、激光驱动器和激光发射器；
所述第一DSP处理器对100G/s速率的NRZ电信号进行PAM4制式转换与编码，输出50G/s速率的四电平电信号；
所述激光驱动器将50G/s速率的四电平电信号转换为驱动信号，以驱动所述激光发射器；
所述激光发射器将所述驱动信号转换为50G/s速率的PAM4光信号发射出去；
所述光接收单元包括光接收机和第二DSP处理器；
所述光接收机接收50G/s速率的PAM4光信号，并将50G/s速率的PAM4光信号转换为50G/s速率的四电平电信号；
所述第二DSP处理器对50G/s速率的四电平电信号进行PAM4制式转换与解码，输出100G/s速率的NRZ电信号。
3.如权利要求2所述的单波长100G光模块，其特征在于：其还包括电信号连接器，所述电信号连接器具有第一电信号接口和第二电信号接口，所述第一电信号接口输出一路100G/s速率的NRZ电信号至所述第一DSP处理器；所述第二DSP处理器输出的一路100G/s速率的NRZ电信号经所述第二电信号接口输出。
4.如权利要求3所述的单波长100G光模块，其特征在于：所述电信号连接器为QSFP28电信号连接器。
5.如权利要求1所述的单波长100G光模块，其特征在于：所述光信号为单波长光信号。
6.如权利要求5所述的单波长100G光模块，其特征在于：所述光信号的波长包括1295nm、1300nm、1305nm、1310nm、1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm。
7.如权利要求2所述的单波长100G光模块，其特征在于：所述光发射单元和光接收单元均还包括单通道时钟恢复单元，所述时钟恢复单元用于对NRZ电信号进行误码纠正。
8.一种5G前传网络，其特征在于：使用如权利要求1-7任一项所述的单波长100G光模块进行接收或/和发送数据。
9.如权利要求8所述的5G前传网络，其特征在于：包括一种波长的所述单波长100G光模块；所述5G前传网络的5G塔和DU池上均设有所述单波长100G光模块，所述5G塔和DU池两者的所述单波长100G光模块通过单模光纤连接。
10.如权利要求8所述的5G前传网络，其特征在于：包括至少两种波长的所述单波长100G光模块；所述5G前传网络的5G塔和DU池上均分别设有至少两种波长的所述单波长100G光模块；
所述5G前传网络还包括波分复用器和波分解复用器；
5G塔向DU池发送数据、DU池接收数据时：5G塔上多种波长的所述单波长100G光模块发射的光信号均进入波分复用器，所述波分复用器对多路光信号进行合波，并将合波后的光信号发送至所述波分解复用器；所述波分解复用器接收合波后的光信号，并对合波后的光信号进行分波输出多路光信号，DU池中的多种波长的所述单波长100G光模块分别接收分波后的所述光信号；
DU池向5G塔发送数据、5G塔接收数据时：DU池中的多种波长的所述单波长100G光模块发射的光信号均进入波分复用器，所述波分复用器对多路光信号进行合波，并将合波后的光信号发送至所述波分解复用器；所述波分解复用器接收合波后的光信号，并对合波后的光信号进行分波输出多路光信号，5G塔上的多种波长的所述单波长100G光模块分别接收分波后的所述光信号。
11.如权利要求10所述的5G前传网络，其特征在于：所述波分复用器为单纤双向传输的波分复用器。
12.如权利要求10所述的5G前传网络，其特征在于：所述波分解复用器为单纤双向传输的波分解复用器。
13.如权利要求9所述的5G前传网络，其特征在于：所述单波长100G光模块的光信号的波长为1295nm、1300nm、1305nm、1310nm、1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm。
14.如权利要求10所述的5G前传网络，其特征在于：包括四种波长的所述单波长100G光模块，光波长分别为1295nm、1300nm、1305nm、1310nm。
15.如权利要求10所述的5G前传网络，其特征在于：包括六种波长的所述单波长100G光模块，光波长分别为1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm。
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