CN114024646B - 可冗余互连的星载波分复用系统 - Google Patents

Abstract

可冗余互连的星载波分复用系统，包括一台或两台相同的设备，每台设备包括电光转换链路、光电转换链路，两者均设置主通道、作为冗余备份的备通道，电光转换链路的主通道、备通道中均包括电光转换单元、n复用1波分复用单元，2复用1波分复用单元上设置复用口，光电转换链路的主通道、备通道均包括1分n解波分复用单元、光电转换单元，1分2波分复用单元上设置光口，该光口连接至该设备的面板上。每台设备冗余设计，两设备互连后，可互为备份，大大提高可靠性；波分复用架构使得两设备互连后，对外光纤数量减半，大大降低系统设计难度；设备的模块化设计使得每个设备靠近高速接口连接器，减小高速信号传输距离，提高传输速率。

Description

可冗余互连的星载波分复用系统

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及可冗余互连的星载波分复用系统。

背景技术

伴随着数字化的进程，数据的处理、存储和传输得到了飞速的发展，高速率的数字传输成为系统发展的瓶颈。基于铜缆的电互连高速率数据传输，受损耗和串扰等因素的影响，传输距离受到了限制，且过多的电缆也会增加系统的重量和布线的复杂度。与电互连相比，基于光纤的光互连具有高带宽、低损耗、无串扰、电磁兼容好、体积小、重量轻等优点，在高速率数据传输方面获得了广泛应用，部分宇航载荷架构也由传统电传输向光传输发展，以提高设备的抗干扰能力、通信带宽、信号传输速率等。

波分复用光传输技术在星载设备上应用，可极大的优化系统传输架构，减少光纤使用数量，但在大规模分布式光传输系统中，传输容量进一步增加，舱内外互连光纤数量增加，穿舱器件研制难度增加，传输线缆重量增加，常用的波分复用架构无法满足系统要求。

发明内容

针对现有波分复用架构不能满足大规模分布式光传输系统的要求的技术问题，本发明的目的在于提供可冗余互连的星载波分复用系统。

本发明的目的是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的可冗余互连的星载波分复用系统，包括一台或两台相同的设备，每台设备包括两条链路，分别为电光转换链路、光电转换链路，电光转换链路、光电转换链路两者均设置两个通道，分别为主通道、作为冗余备份的备通道，同一链路中主通道、备通道的n路光信号波长均不同，两个主通道n路光信号波长对应相同，两个备通道n路光信号波长对应相同；电光转换链路的主通道、备通道中均包括将从高速电接口输入的n路高速差分电信号转换为n路光信号的电光转换单元、将n路光信号复用为1路复用光信号的n复用1波分复用单元，复用光信号传输至光接口，备通道中的复用光信号经过2复用1波分复用单元传输至光接口，2复用1波分复用单元上设置复用口，该复用口连接至该设备的面板上，用于与另一设备互连时将另一设备中对应主通道的复用光信号通过该2复用1波分复用单元的复用口传输至光接口；光电转换链路的主通道、备通道均包括将从光接口输入的已复用n路光信号的复用光信号解复用为n路光信号的1分n解波分复用单元、将n路光信号转换为n路高速差分电信号的光电转换单元，n路高速差分电信号传输至高速电接口，备通道中，从光接口输入的1路复用光信号经1分2解波分复用单元后传输至1分n解波分复用单元，1分2波分复用单元上设置光口，该光口连接至该设备的面板上，用于与另一设备互连时将该设备1分2解波分复用单元中输出的对应的复用光信号传输至另一设备对应主通道的1分n解波分复用单元。

进一步的，所述设备上设置用于向该设备供电的电接口。

进一步的，所述设备上设置供电控制与状态采集单元，用于监控设备内部的工作温度、工作电压、每一条链路状态、内部配置数据状态，各状态数据通过单片机处理，并通过串口实时上报；供电控制与状态采集单元内部配置数据状态的监控，可用于单粒子事件监控，并设置报警阈值，当发生单粒子事件时，可及时上报主控进行通道切换；供电控制与状态采集单元还可用于控制每一路电光转换单元的上电启动时间，以便于多路分时上电，有效降低上电过冲，每一路电光转换单元可通过控制单元关断。

进一步的，所述电光转换链路、光电转换链路中的各个波分复用单元、解波分复用单元均集成化设置为波分复用模块。

进一步的，所述设备中传输的光信号波长分别为λ1、λ2……λ2n且光信号为采用DWDM波分复用技术输出的光信号，主通道中光信号波长为连续通道波长的λ1、λ2……λn，备通道中光信号波长为连续通道波长的λn+1、λn+2……λ2n。

进一步的，所述电光转换单元包括激光器、激光器偏置电路、调制电路、自动温度控制电路；激光器偏置电路输出偏置电流，驱动激光器发光；外部输入的高速差分电信号经过高速电接口连接器输入电光转换单元，通过调制电路将信号分别调制在激光器的输出光信号上，实现电信号转光信号；自动温度控制电路控制激光器的温度。

进一步的，所述光电转换单元包括探测器、限幅放大器、控制电路；探测器将接收到的光信号转换为电流信号，输入到探测器组件中集成的跨阻放大器，由跨阻放大器将电流信号转化为电压信号，再通过限幅放大器进行放大输出，实现电信号转光信号；控制电路对限幅放大器进行配置，并进行状态采集。

进一步的，所述设备模块化设计并设置在靠近对应的高速电接口的连接器位置处。

与现有技术相比，该发明的有益之处在于：

1、每台设备冗余设计，设置主通道、备通道，两设备互连后，可互为备份，形成冗余备份，大大提高可靠性；

2、独特的波分复用架构使得两设备互连后，对外光纤数量减半，大大降低系统设计难度；

3、设备的模块化设计使得每台设备靠近高速电接口连接器，减小高速信号传输距离，提高传输速率，满足多路高速信号传输。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明可冗余互连的星载波分复用系统实施例的原理框图；

图2为图1中波分复用模块的原理框图；

图3为图1中所述系统互连时的原理框图；

图4为图1中电光转换单元的原理框图；

图5为图1中光电转换单元的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明可冗余互连的星载波分复用系统的一个实施例，如图1至图5所示。该系统包括电光转换单元、波分复用单元、光电转换单元、解波分复用单元、供电控制与状态采集单元、高速电接口、电接口、光接口。如图1所示，该系统可以实现如下功能：电光转换链路，实现n路电信号转换为n路光信号，并将n路光信号复用为一路复用光信号输出，并且该链路具有冗余备份，因此，该链路包括主通道、备通道；光电转换链路，将一路复用光信号解复用为n路光信号，并实现光信号转换为电信号，并且该链路具有冗余备份，因此，该链路包括主通道、备通道；采集设备工作状态，通过串口输出，分别输出电光转换链路、光电转换链路两者的主、备通道的状态；电接口为整个设备供电。

电光转换链路的主通道、备通道均设置电光转换单元、波分复用单元，在电光转换链路中的主通道中，从高速电接口输入的n路高速差分电信号经过电光转换单元完成电光转换和高速信号调制，经过波分复用单元输出，作为冗余备份的备通道可实现相同的功能，区别之处在于：主、备通道传输不同光波长的光信号，并且波分复用单元不同；主通道中，经电光转换单元转换后的光波长为λ1、λ2……λn，这n路光信号经过可将n路光信号复用为1路复用光信号的n复用1波分复用单元，然后直接复用为1路复用光信号并输出至光接口；备通道中，经电光转换单元转换后的光波长为λn+1、λn+2……λ2n，备通道中的波分复用单元包括将n路光信号复用为1路复用光信号的n复用1波分复用单元(备)、将2路复用光信号复用为1路的2复用1波分复用单元，n复用1波分复用单元将光波长为λn+1、λn+2……λ2n的光信号复用为1路复用光信号，这1路复用光信号可输入2复用1波分复用器，另外2复用1波分复用器预留复用口并接至面板，用于接收光波长为λ1、λ2……λn的光信号复用后的1路复用光信号，因此备通道中的2复用1波分复用单元能够复用λ1、λ2……λ2n所有波长的光信号，2复用1波分复用器上的复用口可以用于两设备互连时使用，以减少穿舱光口，λn+1、λn+2……λ2n的光信号复用为1路复用光信号后经过2复用1波分复用单元进入光接口。

光电转换链路的主通道、备通道均包括光电转换单元、解波分复用单元，在光电转换链路的主通道中，从光接口输入的1路复用光信号经过解波分复用单元后输出n路光信号，n路光信号通过光电转换单元转换为n路高速差分电信号，n路高速差分电信号通过高速电接口输出，冗余备份的备通道可实现相同的功能，区别之处在于：在主通道中，从光接口输入的1路复用光信号包含的光信号的波长为λ1、λ2……λn，可以将这1路复用光解复用为n路光信号的1分n解波分复用单元将这1路复用光信号解复用为n路光信号，这n路光信号通过光电转换单元直接进行光电转换，转换后的n路高速差分电信号通过高速电接口输出；在备通道中，解波分复用单元包括可以将1路复用光信号解复用为2路复用光的1分2解波分复用单元、将1路复用光信号解复用为n路光信号的1分n解波分复用单元，1分2解波分复用单元输入的复用光信号所包含的光信号的波长可以是λ1、λ2……λ2n，一路包含有波长为λn+1、λn+2……λ2n的复用光信号从光接口输入1分2解波分复用单元、1分n解波分复用单元后，解复用为n路光信号，这n路光信号波长为λn+1、λn+2……λ2n，这n路光信号通过光电转换单元转换为n路高速差分电信号，1分2解波分复用单元设置光口，此光口接至面板，用于两设备互连时使用，以减少穿舱光口，因此，备用通道中的解波分复用单元可以最终将1路复用光解复用输出n+1路光。

上述电光转换链路、光电转换链路中的各个波分复用单元、解波分复用单元可采用集成化设计，形成波分复用模块，可提高设备集成化程度，减少设备内部光互连，提高产品可靠性，减小产品尺寸。集成的波分复用模块功能原理如图2所示。

上述光信号的波长λ1、λ2……λ2n为采用DWDM波分复用(密集波分复用)技术输出的光信号的波长，λ1、λ2……λn为连续通道波长，λn+1、λn+2……λ2n为连续通道波长，例如，λ1、λ2……λn可为C18、C20、C22、C24、C26、C28、C30、C32，λn+1、λn+2……λ2n可为C34、C36、C38、C40、C42、C44、C46、C48。

该设备内部设置主备冗余备份，主通道和备通道均可实现n路光电-电光转换，当仅需要n路信号转换时，使用一台设备可实现其功能，当传输信号数量超过n路并小于2n路时，可设置两台设备互连使用，设备独特的光波长复用方式，可使得两设备互联后，对外输出光口数量减少三分之二，大大较少光纤数量，不仅减少光纤芯数，减轻星载设备铺设光缆重量，也减少了穿舱连接器的芯数，提升可靠性同时，减小其他器件设计难度。两台设备互联使用的链接图见图3所示，以图中所示的方位为例进行说明，在该实施例中，光接口为最终穿舱光口，上方设备的电光转换链路中，主通道的n复用1波分复用单元复用后的复用光信号进入下方设备的电光转换链路备通道的2复用1波分复用单元，因为2复用1波分复用器预留有λ1、λ2……λn复用口并接至设备的面板，在两台设备互连时，复用光信号通过2复用1波分复用器传输至最终穿舱光口；同理，下方设备中的复用光信号通过上方设备的2复用1波分复用器传输至最终穿舱光口。上方设备中的光电转换链路中，从最终穿舱光口输入的复用光信号经过备通道的1分2解波分复用单元，然后波长为λ1、λ2……λn的复用光传输至下方设备中的光电转换链路主通道的1分n解波分复用单元，并解复用为波长为λ1、λ2……λn的n路光信号，n路光信号经过主通道的光电转换单元转换为高速差分电信号，并传输至高速电接口；同理，下方设备中的从最终穿舱光口输入的复用光信号从下方设备中备通道的1分2解波分复用单元传递至上方设备主通道的1分n解波分复用单元，解复用为n路波长分别为λ1、λ2……λn的光信号，并通过光电转换单元转换为高速差分电信号。

当在一台设备中实现2n路光电-电光转换时，设备尺寸会增大，同时电接口固定在设备上，不方便高速线缆的互连，会增加互连长度，从而影响信号质量，降低信号传输速率。采用本发明的模块化设计，采用两台设备实现2n路光电-电光转换，每台设备可以根据需要布局，将设备放置在高速电接口连接器最方便的位置，最短化高速线缆长度，保证信号质量。

如图4所示，上述设备中的电光转换单元包括激光器、激光器偏置电路及调制电路、自动温度控制电路。激光器偏置电路输出偏置电流，驱动激光器发光。外部输入的高速电信号经过高速电连接器输入，通过调制电路将信号分别调制在激光器的输出光信号上，实现电信号转光信号。自动温度控制电路通过控制激光器的温度，保证激光器宽温度区间内输出波长稳定，能够通过波分复用单元传输，且插损小，保证波分复用模块的正常工作。

如图5所示，上述设备中的光电转换单元包括探测器、限幅放大器、控制电路。探测器将接收到的光信号转换为电流信号，输入到组件中集成的跨阻放大器，由跨阻放大器将电流信号转化为电压信号，再通过限幅放大器进行放大输出，实现电信号转光信号，控制电路对限幅放大器进行配置，并进行状态采集。

上述设备中的控制与状态采集单元实现的功能如下：监控设备内部的工作温度、工作电压、每一路接收链路状态、内部配置数据状态，各状态数据通过单片机处理，并通过串口实时上报，其中内部配置数据状态的监控可用于单粒子事件监控，设置报警阈值，当发生单粒子事件时，可及时上报主控进行通道切换。控制每一路电光转换单元的上电启动时间，多路分时上电，有效降低上电过冲，每一路电光转换单元可通过控制单元关断，使得产品通道数量可配置，降低产品功耗。

尽管已经展示和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.可冗余互连的星载波分复用系统，其特征在于：包括一台或两台相同的设备，每台设备包括两条链路，分别为电光转换链路、光电转换链路，电光转换链路、光电转换链路两者均设置两个通道，分别为主通道、作为冗余备份的备通道，同一链路中主通道、备通道的n路光信号波长均不同，两个主通道n路光信号波长对应相同，两个备通道n路光信号波长对应相同；电光转换链路的主通道、备通道中均包括将从高速电接口输入的n路高速差分电信号转换为n路光信号的电光转换单元、将n路光信号复用为1路复用光信号的n复用1波分复用单元，复用光信号传输至光接口，备通道中的复用光信号经过2复用1波分复用单元传输至光接口，2复用1波分复用单元上设置复用口，该复用口连接至该设备的面板上，用于与另一设备互连时将另一设备中电光转换链路主通道的复用光信号通过该2复用1波分复用单元的复用口传输至光接口；光电转换链路的主通道、备通道均包括将从光接口输入的已复用n路光信号的复用光信号解复用为n路光信号的1分n解波分复用单元、将n路光信号转换为n路高速差分电信号的光电转换单元，n路高速差分电信号传输至高速电接口，备通道中，从光接口输入的1路复用光信号经1分2解波分复用单元后传输至1分n解波分复用单元，1分2波分复用单元上设置光口，该光口连接至该设备的面板上，用于与另一设备互连时将该设备1分2解波分复用单元中输出的对应的复用光信号传输至另一设备中光电转换链路主通道的1分n解波分复用单元。

2.根据权利要求1所述的可冗余互连的星载波分复用系统，其特征在于：所述设备上设置用于向该设备供电的电接口。

3.根据权利要求1所述的可冗余互连的星载波分复用系统，其特征在于：所述设备上设置供电控制与状态采集单元，用于监控设备内部的工作温度、工作电压、每一条链路状态、内部配置数据状态，各状态数据通过单片机处理，并通过串口实时上报；供电控制与状态采集单元内部配置数据状态的监控，可用于单粒子事件监控，并设置报警阈值，当发生单粒子事件时，可及时上报主控进行通道切换；供电控制与状态采集单元还可用于控制每一路电光转换单元的上电启动时间，以便于多路分时上电，有效降低上电过冲，每一路电光转换单元可通过控制单元关断。

4.根据权利要求1所述的可冗余互连的星载波分复用系统，其特征在于：所述电光转换链路、光电转换链路中的各个波分复用单元、解波分复用单元均集成化设置为波分复用模块。

5.根据权利要求1所述的可冗余互连的星载波分复用系统，其特征在于：所述设备中传输的光信号波长分别为λ1、λ2……λ2n且光信号为采用DWDM波分复用技术输出的光信号，主通道中光信号波长为连续通道波长的λ1、λ2……λn，备通道中光信号波长为连续通道波长的λn+1、λn+2……λ2n。

6.根据权利要求1所述的可冗余互连的星载波分复用系统，其特征在于：所述电光转换单元包括激光器、激光器偏置电路、调制电路、自动温度控制电路；激光器偏置电路输出偏置电流，驱动激光器发光；外部输入的高速差分电信号经过高速电接口连接器输入电光转换单元，通过调制电路将信号分别调制在激光器的输出光信号上，实现电信号转光信号；自动温度控制电路控制激光器的温度。

7.根据权利要求1所述的可冗余互连的星载波分复用系统，其特征在于：所述光电转换单元包括探测器、限幅放大器、控制电路；探测器将接收到的光信号转换为电流信号，输入到探测器组件中集成的跨阻放大器，由跨阻放大器将电流信号转化为电压信号，再通过限幅放大器进行放大输出，实现电信号转光信号；控制电路对限幅放大器进行配置，并进行状态采集。

8.根据权利要求1所述的可冗余互连的星载波分复用系统，其特征在于：所述设备模块化设计并设置在靠近对应的高速电接口的连接器位置处。