CN117061627A - 一种基于光电转换的数据传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于光电转换的数据传输系统。在一具体实施方式中，该系统包括：两个收发模块，所述收发模块包括：微波放大板，数字板以及光电转换模块；该实施方式通过光电转换模块将数字信号和模拟信号转换为一束光信号并输出给另一收发模块；通过滤波滤除模拟信号中的噪声，增强了信号的抗干扰能力；通过数字板选择外部输入的第二数字信号，并输出多路第三信号；制作成本低，数据传输链路更短，稳定性强，收发模块的集成度高，占用面积小，并且本发明能够同时输出多路第一信号以及第三信号使本申请能够同时连接多台数字量接收设备以及多台模拟量接收设备，因此本发明更加灵活。

Description

一种基于光电转换的数据传输系统

技术领域

本发明涉及数据传输领域。更具体地，涉及一种基于光电转换的数据传输系统。

背景技术

目前，在远距离通信系统中，射频线，双绞线等传统电信号传输方式具备高成本，高损耗，保密性差等一系列缺点。

在进行模拟量数据传输时，现有技术常选择将模拟量数据转化为数字量后再通过光纤进行传输，然而该方式需要模数转换设备、协议转换设备、光电转换设备以及数据交换设备等多设备组合使用，设备种类多，数据传输链路长且复杂，在数据传输时任何一处出现问题都将导致数据传输故障，系统的稳定性较差。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：在远距离通信时，射频线传输，双绞线传输等传统电信号传输方式具有高成本，高损耗，保密性差等一系列缺点。而采用光纤传输时，需要多种设备配合使用，整个光纤传输系统所需的设备种类多且稳定性和可靠性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光电转换的数据传输系统，包括两个收发模块，所述两个收发模块之间通信连接；

所述收发模块包括微波放大板、数字板和光电转换模块；

光电转换模块，用于接收来自另一收发模块的光信号并对其依次进行光路转换、波分解复用以及光电转换后分别获取并输出第一模拟信号和第一数字信号；

微波放大板，用于接收来自光电转换模块的第一模拟信号和来自外部的第二模拟信号，对第一模拟信号进行衰减、放大、滤波以及功率分配并输出至少两路第一信号，对第二模拟信号进行衰减、放大、滤波以及功率分配，并向光电转换模块输出第二信号以及向外部输出至少一路第二信号；还用于对进行衰减、放大、滤波后的第一模拟信号进行检波；

数字板，用于接收来自光电转换模块的第一数字信号，依次进行信号延迟以及功率分配并输出至少两路第三信号；还用于接收至少两路外部输入的第二数字信号，并选择其中一路输出至光电转换模块；

光电转换模块，还用于接收来自微波放大板的第二信号以及来自数字板的第二数字信号，分别依次进行电光转换、波分复用以及光路转换后得到光信号并输出至另一收发模块。

可选地，所述微波放大板包括微波发送链路以及微波接收链路，所述微波发送链路用于接收来自光电转换模块的第一模拟信号，对第一模拟信号进行衰减、放大、滤波以及功率分配并输出至少两路第一信号；还用于对进行衰减、放大、滤波后的第一模拟信号进行检波；所述微波接收链路用于接收来自外部的第二模拟信号，并对第二模拟信号进行衰减、放大、滤波以及功率分配并向光电转换模块输出第二信号以及向外部输出至少一路第二信号。

可选地，所述微波发送链路包括依次连接的第一衰减器、第一放大器、第二衰减器、第一滤波器、第二放大器、检波器、第二滤波器以及第一功分器，所述第一功分器还连接有第三衰减器以及第四衰减器。

可选地，所述微波接收链路包括依次连接的第三滤波器、第三放大器、第四滤波器以及第二功分器，所述第二功分器还分别与第五衰减器以及第六衰减器连接。

可选地，所述数字板包括数字接收链路以及数字发送链路，所述数字接收链路用于接收来自光电转换模块的第一数字信号，依次进行信号延迟以及功率分配并输出至少两路第三信号；所述数字发送链路用于接收至少两路外部输入的第二数字信号，并选择其中一路输出至光电转换模块。

可选地，所述数字发送链路包括依次连接的延迟芯片以及第三功分器。

可选地，所述数字发送链路还包括，第一电平转换模块，用于对数字发送链路输出的第三信号进行电平转换。

可选地，所述数字接收链路包括选择开关。

可选地，所述数字接收链路还包括，第二电平转换模块，用于对外部输入的第二数字信号进行电平转换。

可选地，所述光电转换模块包括光开关、波分复用模块，所述光开关与所述波分复用模块连接，所述波分复用模块还连接有数字激光器、模拟激光器、数字探测器以及模拟探测器。

本发明的有益效果如下：

本发明通过光电转换模块将数字信号和模拟信号转换为一束光信号并输出给另一收发模块。通过微波放大板接收来自光电转换模块的第一模拟信号和来自外部的第二模拟信号，对第一模拟信号进行衰减、放大、滤波以及功率分配并输出至少两路第一信号，对第二模拟信号进行衰减、放大、滤波以及功率分配，并向光电转换模块输出第二信号以及向外部输出至少一路第二信号；本发明通过放大和衰减以调整第一模拟信号和第二模拟信号的增益，通过滤波滤除第一模拟信号和第二模拟信号的中的噪声，增强了信号的抗干扰能力。

通过数字板选择外部输入的第二数字信号，并将光电转换模块输出的第一数字信号进行延时并通过功率分配输出多路第三信号。

本发明不再需要多种设备的组合实现数字量和模拟量同时在光纤上传输的功能，本发明的制作成本低，数据传输链路更短，稳定性强，微波放大板、数字板以及光电转换模块组成的收发模块的集成度高，占用面积小，并且本发明能够同时输出多路第一信号以及第三信号使本申请能够同时连接多台数字量接收设备以及多台模拟量接收设备。因此本发明更加灵活。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明的一个实施例提供的一种基于光电转换的数据传输系统中两收发模块连接结构示意图。

图2示出本发明的一个实施例提供的收发模块结构示意图。

图3示出本发明的一个实施例提供的微波发送链路结构示意图。

图4示出本发明的一个实施例提供的当信号较为纯净噪声较少时微波接收链路结构示意图。

图5示出本发明的一个实施例提供的当第二模拟信号的幅值及其噪声幅度远小于5db时微波接收链路结构示意图。

图6示出本发明的一个实施例提供的数字发送链路结构示意图。

图7示出本发明的一个实施例提供的将信号类型为LVPECL的第一数字信号转化为RS422信号类型时的第一电平转换模块结构示意图。

图8示出本发明的一个实施例提供的数字接收链路结构示意图。

图9示出本发明的一个实施例提供的将信号类型为RS422的第一数字信号转化为LVPECL信号类型时的第二电平转换模块结构示意图。

图10示出本发明的一个实施例提供的光电转换模块结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

在远距离通信系统中，射频线，双绞线等传统电信号传输方式具备高成本，高损耗，保密性差等一系列缺点。而随着通信技术的发展，光纤通信因具有传输带宽宽，损耗低，线径细，重量轻，抗电磁干扰性能强等诸多优点成为了研究热点并广泛应用于特殊环境和领域。

在进行模拟量数据传输时，现有技术常选择通过A/D转换模块将数据转化为数字量后再通过光纤进行传输，在传输过程中需要A/D转换模块、协议转换设备、光电转换设备以及网络交换机(非光交换机)等多种设备配合使用。其中，A/D转换模块极容易受到周围环境的干扰，且数据传输链路长，数据处理过程复杂，在数据传输时任何一处出现问题都将导致数据传输故障，因此系统的稳定性较差。

有鉴于此，如图1所示，本发明实施例提供了一种基于光电转换的数据传输系统，包括两个收发模块，所述两个收发模块之间通信连接；

如图2所示，所述收发模块包括：

所述收发模块包括微波放大板、数字板和光电转换模块；

光电转换模块，用于接收来自另一收发模块的光信号并对其依次进行光路转换、波分解复用以及光电转换后分别获取并输出第一模拟信号和第一数字信号；

微波放大板，用于接收来自光电转换模块的第一模拟信号和来自外部的第二模拟信号，对第一模拟信号进行衰减、放大、滤波以及功率分配并输出至少两路第一信号，对第二模拟信号进行衰减、放大、滤波以及功率分配，并向光电转换模块输出第二信号以及向外部输出至少一路第二信号；还用于对进行衰减、放大、滤波后的第一模拟信号进行检波；

数字板，用于接收来自光电转换模块的第一数字信号，依次进行信号延迟以及功率分配并输出至少两路第三信号；还用于接收至少两路外部输入的第二数字信号，并选择其中一路输出至光电转换模块；

光电转换模块，还用于接收来自微波放大板的第二信号以及来自数字板的第二数字信号，分别依次进行电光转换、波分复用以及光路转换后得到光信号并输出至另一收发模块。

更为具体的，收发模块输出的第一信号将根据本地的实际需求被本地如基准信号接收装置等用于接收模拟量的设备所接收。

更为具体的，收发模块输出的第三信号同样根据本地的实际需求被本地如同步信号接收装置等用于接收数字量的设备所接收。

本发明通过光电转换模块将数字信号和模拟信号转换为一束光信号并输出给另一收发模块。通过微波放大板接收来自光电转换模块的第一模拟信号和来自外部的第二模拟信号，对第一模拟信号进行衰减、放大、滤波以及功率分配并输出至少两路第一信号，对第二模拟信号进行衰减、放大、滤波以及功率分配，并向光电转换模块输出第二信号以及向外部输出至少一路第二信号；本发明通过放大和衰减以调整第一模拟信号和第二模拟信号的增益，通过滤波滤除第一模拟信号和第二模拟信号的中的噪声，增强了信号的抗干扰能力；

通过数字板选择外部输入的第二数字信号，并将光电转换模块输出的第一数字信号进行延时并通过功率分配输出多路第三信号；

本发明不再需要多种设备的组合实现数字量和模拟量同时在光纤上传输的功能，本发明的制作成本低，数据传输链路更短，稳定性强，微波放大板、数字板以及光电转换模块组成的收发模块的集成度高，占用面积小，并且本发明能够同时输出多路第一信号以及第三信号使本申请能够同时连接多台数字量接收设备以及多台模拟量接收设备。因此本发明更加灵活。

同时，收发模块具有多路模拟量输出功能以及多路数字量输出功能使本申请能够同时连接多台数字量接收设备以及多台模拟量接收设备。使本发明更加灵活。

在一种可能的实现的方式中，所述微波放大板包括微波发送链路以及微波接收链路，所述微波发送链路用于接收来自光电转换模块的第一模拟信号，对第一模拟信号进行衰减、放大、滤波以及功率分配并输出至少两路第一信号；还用于对进行衰减、放大、滤波后的第一模拟信号进行检波；所述微波接收链路用于接收来自外部的第二模拟信号，并对第二模拟信号进行衰减、放大、滤波以及功率分配并向光电转换模块输出第二信号以及向外部输出至少一路第二信号。

在一种可能的实现的方式中，当需要改进本地A/D转换模块的数据质量时，则将需要转换的第二模拟信号输入微波放大板在进行衰减、放大、滤波以及功率分配后将向外部输出的第二信号输出至A/D转换模块，以改进本地A/D转换模块的数据精度。

在一种可能的实现的方式中，如图3所示，本实施例以及下文所述实施例所用的衰减器均为PI型衰减器，其具有成本低、阻抗调整方便等优点，可选的，本发明还能选取T型衰减器用以替换本实施例以及下文的实施例中的PI型衰减器。所述微波发送链路包括依次连接的第一PI型衰减器、第一放大器、第二PI型衰减器、第一滤波器、第二放大器、检波器、第二滤波器以及第一功分器，所述第一功分器还连接有第三PI型衰减器以及第四PI型衰减器。

所述第一PI型衰减器、第二PI型衰减器、第一放大器以及第二放大器用于调整输入微波发送链路的第一模拟信号的增益，由于第一模拟信号来自光电转换模块，因此从光电转换模块输出的第一模拟信号的噪声并不多，第一滤波器用于滤除第一放大器中的噪声，第二滤波器用于滤除第二放大器产生的噪声，所述第一功分器用于将第一模拟信号进行功率分配并输出至少两路第一信号。所述检波器为功率监测电路，用于检测第二放大器输出的第一模拟信号的功率。

在一种可能的实现的方式中，如图4所示，本实施例中所述微波接收链路包括依次连接的第三滤波器、第三放大器、第四滤波器以及第二功分器，所述第二功分器还分别与第五PI型衰减器以及第六PI型衰减器连接。

在一种可能的实现的方式中，本实施例中微波接收链路接收到的第二模拟信号的幅值一般在5～9db，当信号较为纯净噪声较少时。则直接通过第三滤波器进行滤波，滤除第二模拟信号中的噪声，在通过第三放大器放大后由第四滤波器滤除第三放大器产生的谐波噪声，通过第二功分器对第二模拟信号进行功率分配，并分别输出至第五PI型衰减器以及第六PI型衰减器，经过第五PI型衰减器的衰减作用将功率分配后的一路第二信号输出至光电转换模块，并经过第六PI型衰减器的衰减作用将功率分配后的另外至少一路第二信号输出至本地其他设备。其中本发明通过第三放大器、第五PI型衰减器以及第六PI型衰减器调节微波接收链路的增益。

在一种可能的实现的方式中，如图5所示，当微波接收链路接收到的第二模拟信号的幅值及其噪声幅度远小于5db时。为了尽可能多的保存信号中的信息需要先进行放大，再滤波。此时放大不会导致放大器饱和输出，最大程度上保存了原始信号。此时若先滤波再放大，则可能在滤波过程引入其他微弱干扰同时可能使信号产生一定的畸变，这就相当于加入了噪声。因此在本实施例中，微波接收链路在接收到第一模拟信号后需要通过第四放大器进行放大，通过第三滤波器进行滤波，滤除第二模拟信号中的噪声，在通过第三放大器放大后由第四滤波器滤除第三放大器产生的谐波噪声，通过第二功分器对第二模拟信号进行功率分配，并分别输出至第五PI型衰减器以及第六PI型衰减器，经过第五PI型衰减器的衰减作用将功率分配后的一路第二信号输出至光电转换模块，并经过第六PI型衰减器的衰减作用将功率分配后的另外至少一路第二信号输出至本地其他设备。其中本发明通过第三放大器、第四放大器、第五PI型衰减器以及第六PI型衰减器调节微波接收链路的增益。同时两级的第三放大器、第四放大器增保证了本申请的增益足够大，能够满足本地设备以及光电转换设备的要求。

通过微波接收链路和微波发送链路使本发明能够处理模拟量数据，本发明通过对输入微波放大板的第一模拟信号以及第二模拟信号进行滤波以及调整信号增益，使本发明具有更强的抗干扰性。

在一种可能的实现的方式中，所述数字板包括数字接收链路以及数字发送链路，所述数字接收链路用于接收来自光电转换模块的第一数字信号，依次进行信号延迟以及功率分配并输出至少两路第三信号；所述数字发送链路用于接收至少两路外部输入的第二数字信号，并选择其中一路输出至光电转换模块。

在一种可能的实现的方式中，如图6所示，所述数字发送链路包括依次连接的延迟芯片以及第三功分器。所述延迟芯片用于引入可控的信号延迟。用于降低数据传输时进行相关验证的成本和时间。第三功分器则用于对数字信号进行功率分配并输出至少两路第三信号。

在一种可能的实现的方式中，如图8所示，所述数字接收链路包括选择开关。所述选择开关用于接收至少两路输入的第二数字信号，选择其中一路并输出。

本发明中设置有多个数字量输入以及数字量输出的接口，使本发明能够同时连接更多的设备。

在一种可能的实现的方式中，如图6所示，所述数字发送链路还包括，第一电平转换模块，用于对数字发送链路输出的第三信号进行电平转换。

具体的，在本实施例中第三功分器输出的第三信号的数据类型为LVPECL，这是光电转换时常用的数据类型，而如工控机等设备的数据类型常为RS422，因此如图7所示，在本实施例中第一电平转换模块还包括LVPECL转LVTTL单端模块以及LVTTL单端模块转RS422模块，LVPECL类型的第三信号通过LVPECL转LVTTL单端模块将LVPECL类型数据的第三信号转换为LVTTL类型数据，并通过LVTTL单端模块转RS422模块将LVTTL类型数据的第三信号转换为符合RS422的类型数据。

因此本实施例中数字发送链路具有两种信号输出方式，一种为直接输出光电转换模块生成的LVPECL类型的第三信号，另一种为经过电平转换后的RS422类型的第三信号。使本发明具有更好的通用性。

如图8所示，所述数字接收链路还包括，第二电平转换模块，用于对外部输入的第二数字信号进行电平转换。具体的，如图9所示，由于提供第二数字信号的设备常采用RS422类型，因此本实施例中协议转换模块采用RS422转LVTTL单端模块以及RS422转LVTTL单端模块，第二数字信号通过RS422转LVTTL单端模块将RS422类型的第二数字信号转换为LVTTL类型信号，并通过LVTTL单端转LVPECL模块将LVTTL类型的第二数字信号转换为光电转换模块需要的LVPECL类型的数据。因此本实施例中数字接收链路具有两种信号输入方式，一种为从外部直接输入光电转换模块需要的LVPECL类型的第二数字信号数据，另一种为从外部输入并经过电平转换后的RS422类型的第二数字信号数据。使本发明具有更好的通用性。

在一种可能的实现的方式中，如图10所示，所述光电转换模块包括光开关、波分复用模块，所述光开关与所述波分复用模块连接，所述波分复用模块还连接有数字激光器、模拟激光器、数字探测器以及模拟探测器。

更为具体的，当第一收发模块中的光电转换模块向第二收发模块发送数据时，第一收发模块中的光电转换模块的模拟激光器将微波放大板输出的电信号的第二模拟信号转化为光信号，数字激光器用于将数字板输出的电信号的第二数字信号转化为光信号；其中信号类型为光信号的第二模拟信号与信号类型为光信号的第二数字信号的波段不同，通过波分复用模块将两光信号合并为一束，并通过光开光进行光路转换后输出。第一收发模块发送的光信号被第二收发模块所接收，在经过第二收发模块的光电转换模块的光路转换后，通过波分复用模块解复用生成不同波段的第一数字信号以及第一模拟信号。其中第一模拟信号被模拟探测器捕获，将其转化为电信号的第一模拟信号并输出至微波放大板中的微波发送链路；对应的第一数字信号则被数字探测器捕获，将其转化为电信号的第一数字信号并输出至数字板中的数字发送链路；同时，第二收发模块向第一收发模块发送数据的过程与第一收发模块向第二收发模块发送数据的过程相同，在此不再赘述。

在一种可能的实现的方式中，所述波分复用模块为粗波分复用模块、密集波分复用模块、滤波片式波分复用模块、中等波分复用技术以及细波分复用模块中一种。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要说明的是，在本发明的描述中，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、系统、物品或者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、系统、物品或者设备所固有的要素。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、系统、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种基于光电转换的数据传输系统，其特征在于，包括两个收发模块，所述两个收发模块之间通信连接；

所述收发模块包括微波放大板、数字板和光电转换模块；

光电转换模块，用于接收来自另一收发模块的光信号并对其依次进行光路转换、波分解复用以及光电转换后分别获取并输出第一模拟信号和第一数字信号；

微波放大板，用于接收来自光电转换模块的第一模拟信号和来自外部的第二模拟信号，对第一模拟信号进行衰减、放大、滤波以及功率分配并输出至少两路第一信号；对第二模拟信号进行衰减、放大、滤波以及功率分配，并向光电转换模块输出第二信号以及向外部输出至少一路第二信号；还用于对进行衰减、放大、滤波后的第一模拟信号进行检波；

数字板，用于接收来自光电转换模块的第一数字信号，依次进行信号延迟以及功率分配并输出至少两路第三信号；还用于接收至少两路外部输入的第二数字信号，并选择其中一路输出至光电转换模块；

光电转换模块，还用于接收来自微波放大板的第二信号以及来自数字板的第二数字信号，分别依次进行电光转换、波分复用以及光路转换后得到光信号并输出至另一收发模块。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微波放大板包括微波发送链路以及微波接收链路，所述微波发送链路用于接收来自光电转换模块的第一模拟信号，对第一模拟信号进行衰减、放大、滤波以及功率分配并输出至少两路第一信号；还用于对进行衰减、放大、滤波后的第一模拟信号进行检波；所述微波接收链路用于接收来自外部的第二模拟信号，并对第二模拟信号进行衰减、放大、滤波以及功率分配并向光电转换模块输出第二信号以及向外部输出至少一路第二信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述微波发送链路包括依次连接的第一衰减器、第一放大器、第二衰减器、第一滤波器、第二放大器、检波器、第二滤波器以及第一功分器，所述第一功分器还连接有第三衰减器以及第四衰减器。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述微波接收链路包括依次连接的第三滤波器、第三放大器、第四滤波器以及第二功分器，所述第二功分器还分别与第五衰减器以及第六衰减器连接。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字板包括数字接收链路以及数字发送链路，所述数字接收链路用于接收来自光电转换模块的第一数字信号，依次进行信号延迟以及功率分配并输出至少两路第三信号；所述数字发送链路用于接收至少两路外部输入的第二数字信号，并选择其中一路输出至光电转换模块。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述数字发送链路包括依次连接的延迟芯片以及第三功分器。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述数字发送链路还包括，第一电平转换模块，用于对数字发送链路输出的第三信号进行电平转换。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述数字接收链路包括选择开关。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述数字接收链路还包括，第二电平转换模块，用于对外部输入的第二数字信号进行电平转换。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光电转换模块包括光开关、波分复用模块，所述光开关与所述波分复用模块连接，所述波分复用模块还连接有数字激光器、模拟激光器、数字探测器以及模拟探测器。