CN112217573B - 光信号调制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光信号调制方法及装置，属于光纤通信技术领域。光信号调制装置包括：编码单元，用于接收N路电信号，所述N路电信号的频率相等，将所述N路电信号转换为一路电调制信号，所述电调制信号的频率与所述电信号的频率相等，所述电调制信号包括所述N路电信号的信息；光源，用于提供光信号；倍频调制单元，用于接收所述光信号和所述电调制信号，根据所述电调制信号对所述光信号进行调制，得到调制后的光信号，所述调制后的光信号的频率为N*f，其中，f为所述电信号的频率。通过本发明的技术方案，能够以较低的成本实现光信号速率的提升。

Description

光信号调制方法及装置

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，特别是指一种光信号调制方法及装置。

背景技术

伴随光网络的发展，以太网端口速率不断提升，从吉比特以太网(GigabitEthernet，GE)、10GE、25GE到100GE。目前100GE采用4*25GE不归零码(Non-Return to Zero,NRZ)方案，虽然单端口速率达到了100GE，但是实际上每个通道的速率为25GE。采用NRZ编码方式，调制解调过程简单，对电芯片要求低，传输性能也较好。同时，由于NRZ码型为二进制编码，输出的光信号速率与加载的电信号速率相同。目前，25G电芯片成熟、成本较低，因此，单通道25GE、单端口100GE(4*25GE)已广泛应用于电信网络和数据中心。

随着移动互联网、云计算等新业务的快速发展，推动数据中心互联、高速传输网络的单端口速率进一步提升，单通道速率从25GE向50GE演进。目前，主要有2种实现方案：一是采用NRZ编码，电芯片和光芯片速率提升至50G，由此输出的光信号速率提升至50GE，但这样提高了对电芯片的要求，导致成本显著提高；二是采用四进制编码，电芯片和光芯片速率仍为25G，通过高阶编码实现速率翻倍，输出50GE光信号，但这样会带来传输性能的下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光信号调制方法及装置，能够以较低的成本实现光信号速率的提升。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：

本发明的实施例提供了一种光信号调制装置，包括：

编码单元，用于接收N路电信号，所述N路电信号的频率相等，将所述N路电信号转换为一路电调制信号，所述电调制信号的频率与所述电信号的频率相等，所述电调制信号包括所述N路电信号的信息，N为大于1的整数；

光源，用于提供光信号；

倍频调制单元，用于接收所述光信号和所述电调制信号，根据所述电调制信号对所述光信号进行调制，得到调制后的光信号，所述调制后的光信号的频率为N*f，其中，f为所述电信号的频率。

可选地，还包括：

放大驱动电路，用于对所述电调制信号进行放大，并将放大后的所述电调制信号输入所述倍频调制单元；

所述倍频调制单元，具体用于根据放大后的所述电调制信号对所述光信号进行调制，得到所述调制后的光信号。

可选地，所述倍频调制单元采用MZ调制器，所述MZ调制器的偏置电压设置在倍频点。

可选地，N＝2，f等于25GHz。

可选地，所述电信号为不归零码NRZ电信号。

可选地，所述光源提供的光信号为连续的直流光。

本发明的实施例还提供了一种光信号调制方法，包括：

利用编码单元接收N路电信号，所述N路电信号的频率相等，将所述N路电信号转换为一路电调制信号，所述电调制信号的频率与所述电信号的频率相等，所述电调制信号包括所述N路电信号的信息，N为大于1的整数；

利用光源提供光信号；

利用倍频调制单元根据所述电调制信号对所述光信号进行调制，得到调制后的光信号，所述调制后的光信号的频率为N*f，其中，f为所述电信号的频率。

可选地，所述利用倍频调制单元根据所述电调制信号对所述光信号进行调制之前，所述方法还包括：

利用放大驱动电路对所述电调制信号进行放大；

所述利用倍频调制单元根据所述电调制信号对所述光信号进行调制包括：

利用倍频调制单元根据放大后的所述电调制信号对所述光信号进行调制，得到所述调制后的光信号。

可选地，N＝2，f等于25GHz。

可选地，所述电信号为不归零码NRZ电信号。

本发明的实施例具有以下有益效果：

上述方案中，利用倍频调制单元的倍频调制特性，利用频率为f的电信号生成频率为N*f的光信号，本发明的技术方案中，无需提高光信号调制装置的电器件和光器件的频率，就可以生成更高频率的光信号，进而提升光信号的速率，电器件处理可以基于NRZ信号，无需线性放大，能够降低对光信号调制装置的电器件和光器件的要求，降低光信号调制装置的成本；另外在电信号为NRZ信号时，生成的光信号仍为NRZ信号，易于接收机判决，对链路损伤容忍度较高，能够提高传输性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例光信号调制装置的结构框图；

图2为本发明实施例电信号和光信号的编码关系示意图；

图3为本发明实施例光信号调制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一。

伴随光网络的发展，以太网端口速率不断提升，从GE、10GE、25GE到100GE。目前100GE采用4*25GE NRZ方案，虽然单端口速率达到了100GE，但是实际上每个通道的速率为25GE。采用NRZ编码方式，调制解调过程简单，对电芯片要求低，传输性能也较好。同时，由于NRZ码型为二进制编码，输出的光信号速率与加载的电信号速率相同。目前，25G电芯片成熟、成本较低，因此，单通道25GE、单端口100GE(4*25GE)已广泛应用于电信网络和数据中心。

移动互联网、云计算等新业务的快速发展，推动数据中心互联、高速传输网络的单端口速率进一步提升，单通道速率从25GE向50GE演进。目前，主要有2种实现方案：一是采用NRZ编码，电芯片和光芯片速率提升至50G，由此输出的光信号速率提升至50GE；二是采用四进制编码，电芯片和光芯片速率仍为25G，通过高阶编码实现速率翻倍，输出50GE光信号。

电气和电子工程师协会(Institute of Electrical and ElectronicsEngineers，IEEE)制定的400GE/200GE/50GE接口标准中使用四电平脉冲幅度调制(4PulseAmplitude Modulation，PAM4)调制技术。该技术将两路25G NRZ电信号通过数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)进行四进制调制编码，采用幅度上的四电平调制，实现以25G的波特率传输一路50G光信号。

对于采用NRZ编码方案，将电芯片速率提升至50G，从而输出的光信号速率提升至50GE。调制、解调方案简单，发送过程中电芯片采用限幅放大器对激光器驱动信号进行电域功率放大，接收过程中跨阻放大器将电流信号转化为电压信号；由于幅度上只存在0、1两个电平，易于接收机判决，对链路损伤容忍度较高。但是，光模块中所有电层处理、光层处理均基于50G速率，限幅放大器、跨阻放大器、时钟数据恢复(clock data recovery，CDR)等相应电芯片和激光器、探测器等相应光芯片的处理速率均需要提升至50G。目前，相比于25G产业链，50G电芯片和光芯片成本显著提高，应用规模较小。

对于采用PAM4编码方案，将两路25G NRZ电信号通过DSP进行四进制调制编码，采用幅度上的四电平调制，具有四种强度的电平，实现以25G的波特率传输一路50G光信号。该方案采用四进制编码，电芯片和光芯片速率仍为25G，可以共用成熟的25G产业链。但是，相比于NRZ编码，PAM4具有四种幅度电平，在发送和接收端对于四种电平均需要线性放大，即LD/TIA需具有高线性输出特性，提升电芯片成本；不同电平间的接收机判决门限要求大幅提升，PAM4编码对线路损伤的容忍度也远小于NRZ编码，导致传输性能下降。

对于采用偏移四进制相位调制(SOQPSK)编码方案，基于马赫曾德尔(MZ)调制器的双臂结构，输入信号采用渐变的方式产生包络恒定、相位连续的四进制相位编码。该方案采用四进制编码，电芯片和光芯片速率仍为25G，可以共用成熟的25G产业链。但是，为实现相位编码，需在发送端并联2个MZ调制器并精确调整相对相位，大幅提高光模块成本。

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种光信号调制方法及装置，能够以较低的成本实现光信号速率的提升。

本发明的实施例提供了一种光信号调制装置，如图1所示，包括：

编码单元11，用于接收N路电信号，所述N路电信号的频率相等，将所述N路电信号转换为一路电调制信号，所述电调制信号的频率与所述电信号的频率相等，所述电调制信号包括所述N路电信号的信息，N为大于1的整数；

光源13，用于提供光信号；

倍频调制单元14，用于接收所述光信号和所述电调制信号，根据所述电调制信号对所述光信号进行调制，得到调制后的光信号，所述调制后的光信号的频率为N*f，其中，f为所述电信号的频率。

本实施例中，利用倍频调制单元的倍频调制特性，利用频率为f的电信号生成频率为N*f的光信号，本发明的技术方案中，无需提高光信号调制装置的电器件和光器件的频率，就可以生成更高频率的光信号，进而提升光信号的速率，电器件处理可以基于NRZ信号，无需线性放大，能够降低对光信号调制装置的电器件和光器件的要求，降低光信号调制装置的成本；另外在电信号为NRZ信号时，生成的光信号仍为NRZ信号，易于接收机判决，对链路损伤容忍度较高，能够提高传输性能。

进一步地，如图1所示，光信号调制装置还包括：

放大驱动电路12，用于对所述电调制信号进行放大，并将放大后的所述电调制信号输入所述倍频调制单元；

所述倍频调制单元14，具体用于根据放大后的所述电调制信号对所述光信号进行调制，得到所述调制后的光信号。

本实施例中，利用放大驱动电路12对电调制信号进行放大，这样倍频调制单元14可以根据放大后的电调制信号对光信号进行调制。

本实施例中，倍频调制单元14需要具有倍频调制特性。一具体实施例中，所述倍频调制单元可以采用MZ调制器，所述MZ调制器的偏置电压设置在倍频点，这样可以使得倍频调制单元14工作在倍频点，具有倍频调制特性，能够提高调制后的光信号的频率，比如倍频调制单元14可以根据输入的频率为f的电信号输出重复频率为2f的光信号，通过对电信号进行编码处理，即可对重复频率为2f的光信号进行幅度编码，示例如图2所示，但本发明的倍频幅度编码方法不局限于如图2所示的示例，还可以采用其他方式。

一具体实施例中，N＝2，f等于25GHz，所述电信号可以为不归零码NRZ电信号，所述光源提供的光信号可以为连续的直流光。

一具体实施例中，如图1所示，本实施例的光信号调制装置包括编码单元11、放大驱动电路12、倍频调制单元14和光源13，编码单元11用于对两路重复频率为f的电信号进行编码生成一路重复频率为f的幅度调制电信号；放大驱动电路12对编码单元11输出的已调幅电信号进行放大；光源13输出连续的直流光；倍频调制单元14为工作在倍频点的调制器，经放大后的重复频率为f的已调幅电信号驱动倍频调制单元14，将输入的连续直流光调制为重复频率为2f的光信号。其中，编码单元11、放大驱动电路12、倍频调制单元14通过电学部件连接；光源、倍频调制单元14通过光学部件连接。此时，该重复频率为2f的光信号，在周期为1/f内，可具有4种状态，即实现4进制幅度调制编码。

以利用两路25G电信号产生50G光信号为例，将两路25G NRZ电信号输入编码单元11，编码单元11将两路25G NRZ电信号转换为一路25G电信号，如可将一个25G电信号的一个完整周期的正弦波的前半周期有值、无值分别表示第一路25G NRZ电信号的1电平、0电平，后半周期有值、无值分别表示第二路25G NRZ电信号的1电平、0电平，通过这种编码方式产生一路25G电信号，产生的电信号波形如图2中的电信号所示，但不局限于此种实现方式及编码对应关系。

放大驱动电路12将编码后的波特率为25G的电信号进行放大，以作为倍频调制单元14的驱动输入信号。

激光器作为光源13，产生连续直流光，作为倍频调制单元14的光输入。

倍频调制单元14可以采用MZ调制器，将MZ调制器的偏置电压设置在倍频点，并将放大驱动电路12的输出电信号作为倍频调制单元14的驱动输入信号，光源13作为光输入，得到50G倍频编码信号，如图2中的光信号所示。

本实施例中，电器件和光器件的速率仍为25G，可以共用成本较低的25G电器件和光器件产业链；电层处理基于NRZ信号，无需线性放大，降低对电器件的要求；输出光信号为50G NRZ信号，相比于PAM4，幅度上只存在0、1两个电平，易于接收机判决，对链路损伤容忍度较高；另外，本实施例仅需一个倍频调制单元14，实现成本较低。

本发明的实施例还提供了一种光信号调制方法，如图3所示，包括：

步骤101：利用编码单元接收N路电信号，所述N路电信号的频率相等，将所述N路电信号转换为一路电调制信号，所述电调制信号的频率与所述电信号的频率相等，所述电调制信号包括所述N路电信号的信息；

步骤102：利用光源提供光信号；

步骤103：利用倍频调制单元根据所述电调制信号对所述光信号进行调制，得到调制后的光信号，所述调制后的光信号的频率为N*f，其中，f为所述电信号的频率。

本实施例中，利用倍频调制单元的倍频调制特性，利用频率为f的电信号生成频率为N*f的光信号，本发明的技术方案中，无需提高光信号调制装置的电器件和光器件的频率，就可以生成更高频率的光信号，进而提升光信号的速率，电器件处理可以基于NRZ信号，无需线性放大，能够降低对光信号调制装置的电器件和光器件的要求，降低光信号调制装置的成本；另外在电信号为NRZ信号时，生成的光信号仍为NRZ信号，易于接收机判决，对链路损伤容忍度较高，能够提高传输性能。

进一步地，所述利用倍频调制单元根据所述电调制信号对所述光信号进行调制之前，所述方法还包括：

利用放大驱动电路对所述电调制信号进行放大；

所述利用倍频调制单元根据所述电调制信号对所述光信号进行调制包括：

利用倍频调制单元根据放大后的所述电调制信号对所述光信号进行调制，得到所述调制后的光信号。

本实施例的光信号调制方法可以基于上述的光信号调制装置实现。如图1所示，光信号调制装置包括编码单元11、放大驱动电路12、倍频调制单元14和光源13，编码单元11用于对两路重复频率为f的电信号进行编码生成一路重复频率为f的幅度调制电信号；放大驱动电路12对编码单元11输出的已调幅电信号进行放大；光源13输出连续的直流光；倍频调制单元14为工作在倍频点的调制器，经放大后的重复频率为f的已调幅电信号驱动倍频调制单元14，将输入的连续直流光调制为重复频率为2f的光信号。其中，编码单元11、放大驱动电路12、倍频调制单元14通过电学部件连接；光源、倍频调制单元14通过光学部件连接。此时，该重复频率为2f的光信号，在周期为1/f内，可具有4种状态，即实现4进制幅度调制编码。

以利用两路25G电信号产生50G光信号为例，将两路25G NRZ电信号输入编码单元11，编码单元11将两路25G NRZ电信号转换为一路25G电信号，如可将一个25G电信号的一个完整周期的正弦波的前半周期有值、无值分别表示第一路25G NRZ电信号的1电平、0电平，后半周期有值、无值分别表示第二路25G NRZ电信号的1电平、0电平，通过这种编码方式产生一路25G电信号，产生的电信号波形如图2中的电信号所示，但不局限于此种实现方式及编码对应关系。

放大驱动电路12将编码后的波特率为25G的电信号进行放大，以作为倍频调制单元14的驱动输入信号。

激光器作为光源13，产生连续直流光，作为倍频调制单元14的光输入。

倍频调制单元14可以采用MZ调制器，将MZ调制器的偏置电压设置在倍频点，并将放大驱动电路12的输出电信号作为倍频调制单元14的驱动输入信号，光源13作为光输入，得到50G倍频编码信号，如图2中的光信号所示。

本实施例中，电器件和光器件的速率仍为25G，可以共用成本较低的25G电器件和光器件产业链；电层处理基于NRZ信号，无需线性放大，降低对电器件的要求；输出光信号为50G NRZ信号，相比于PAM4，幅度上只存在0、1两个电平，易于接收机判决，对链路损伤容忍度较高；另外，本实施例仅需一个倍频调制单元14，实现成本较低。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、用户终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理用户终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理用户终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理用户终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理用户终端设备上，使得在计算机或其他可编程用户终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程用户终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者用户终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者用户终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者用户终端设备中还存在另外的相同要素。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种光信号调制装置，其特征在于，包括：

编码单元，用于接收N路电信号，所述N路电信号的频率相等，将所述N路电信号转换为一路电调制信号，所述电调制信号的频率与所述电信号的频率相等，所述电调制信号包括所述N路电信号的信息，N为大于1的整数；当N＝2，f等于25GHz时，将一个25GHz电信号的一个完整周期的正弦波的前半周期有值、无值分别表示第一路25GHz NRZ电信号的1电平、0电平，后半周期有值、无值分别表示第二路25GHz NRZ电信号的1电平、0电平，通过这种编码方式产生一路25GHz电信号；

光源，用于提供光信号；

倍频调制单元，用于接收所述光信号和所述电调制信号，根据所述电调制信号对所述光信号进行调制，得到调制后的光信号，所述调制后的光信号的频率为N*f，其中，f为所述电信号的频率。

2.根据权利要求1所述的光信号调制装置，其特征在于，还包括：

放大驱动电路，用于对所述电调制信号进行放大，并将放大后的所述电调制信号输入所述倍频调制单元；

所述倍频调制单元，具体用于根据放大后的所述电调制信号对所述光信号进行调制，得到所述调制后的光信号。

3.根据权利要求1所述的光信号调制装置，其特征在于，所述倍频调制单元采用MZ调制器，所述MZ调制器的偏置电压设置在倍频点。

4.根据权利要求1所述的光信号调制装置，其特征在于，所述电信号为不归零码NRZ电信号。

5.根据权利要求1所述的光信号调制装置，其特征在于，所述光源提供的光信号为连续的直流光。

6.一种光信号调制方法，其特征在于，包括：

利用编码单元接收N路电信号，所述N路电信号的频率相等，将所述N路电信号转换为一路电调制信号，所述电调制信号的频率与所述电信号的频率相等，所述电调制信号包括所述N路电信号的信息，N为大于1的整数；当N＝2，f等于25GHz时，将一个25GHz电信号的一个完整周期的正弦波的前半周期有值、无值分别表示第一路25GHz NRZ电信号的1电平、0电平，后半周期有值、无值分别表示第二路25GHz NRZ电信号的1电平、0电平，通过这种编码方式产生一路25GHz电信号；

利用光源提供光信号；

利用倍频调制单元根据所述电调制信号对所述光信号进行调制，得到调制后的光信号，所述调制后的光信号的频率为N*f，其中，f为所述电信号的频率。

7.根据权利要求6所述的光信号调制方法，其特征在于，所述利用倍频调制单元根据所述电调制信号对所述光信号进行调制之前，所述方法还包括：

利用放大驱动电路对所述电调制信号进行放大；

所述利用倍频调制单元根据所述电调制信号对所述光信号进行调制包括：

利用倍频调制单元根据放大后的所述电调制信号对所述光信号进行调制，得到所述调制后的光信号。

8.根据权利要求6所述的光信号调制方法，其特征在于，所述电信号为不归零码NRZ电信号。

Images