CN201904784U - 一种光收发器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光收发器，该光收发器包括接口（126）、交叉输出管理单元（106）、驱动器（101）、管理信号驱动单元（110）、光发射机（102）、光接收器（104）、放大器（103）、管理信号恢复单元（111）、管理单元（105）和电源单元（107）。本实用新型光收发器依托驱动器的调制方式，简单有效的实现了管理信号与数据信号的合并，并在光收发器的接收端通过低通滤波和动态比较的方式将管理信号恢复，与之前已有的方案比起来实现方式更加简单高效，成本控制更加有效。

Description

一种光收发器

技术领域

本实用新型涉及光通信领域，特别是涉及一种光收发器，该光收发器在不影响数据信号在光纤中传输的前提下，实现了数据信号和管理信号在光纤中的并行传输，同时该实用新型具有光纤链路故障诊断功能。

背景技术

随着信息技术的迅速发展，数据吞吐量越来越大，相应的网络运营商需要提供数据吞吐量更大的网络设备和更加有效的数据传输方法。光纤通信作为当前最高效的数据传输方法被广泛应用于网络数据传输中，但随着信息技术的持续发展，网络结构趋于更加庞大和复杂，因此，面对庞大而复杂的光纤数据传输网络如何有效的管理和快速的故障排查成为一个重要的问题。

光通信网络中的主机设备是通过光收发器用光纤互相连接起来的，其中光收发器的功能是将主机设备传来的电信号转换为光信号并通过光纤传输后再由光信号恢复成电信号传到主机设备，因此光网络中的主机设备是经过光收发器用光纤连接起来的，光纤是光网络传输中主机设备互联的唯一介质，而光收发器作为光纤传输的唯一接口单元就成为了能否实现光纤网络管理的关键。

因此，如果光收发器能够在不影响数据信号传输的同时并行的提供管理信号的传输，将有效的提升了光纤网络的管理能力和故障诊断能力。

面对这一问题，目前现有的解决方案通常是通过专用的网管光收发器来实现主机系统的互联管理功能，这种方案在极大的占用了系统资源的同时大大提高了成本。

实用新型内容

本实用新型涉及光通信网络的管理，尤其是一种光收发器，该光收发器在不影响数据信号在光纤中传输的前提下，实现了数据信号和管理信号在光纤中的并行传输，同时该实用新型具有光纤链路故障诊断功能。

本实用新型要解决的第一个技术问题是实现光网络中局端与远端光转换器及远端系统的相互管理，为此提供一种光收发器，该光收发器包括接口126、交叉输出管理单元106、驱动器101、管理信号驱动单元110、光发射机102、光接收器104、放大器103、管理信号恢复单元111、管理单元105和电源单元107；所述交叉输出管理单元106通过接口126与主机13相连接，并且所述交叉输出管理单元106连接到驱动器101，所述放大器101连接到光发射机120；管理单元105连接到管理信号驱动单元110，管理信号驱动单元110连接到驱动器101；光接收机104连接到放大器103，放大器103连接到交叉输出管理单元106，光接收机104连接到管理信号恢复单元111，管理信号恢复单元111连接到管理单元105；管理单元105通过接口126与主机连接；管理单元105连接到交叉输出管理单元106。

根据本实用新型的实施例，所述驱动器101包括用于调制数据信号的电流源201。所述管理信号驱动单元110包括用于调制管理信号的电流源401。所述数据信号和管理信号幅度比值在10:1至10:2之间。

根据本实用新型的一个实施例，所述管理信号恢复单元111包括低通滤波单元503，判决电平设定单元502和比较器501，所述低通滤波器503分别连接到判决电平设定单元502和到比较器502，所述判决电平设定单元502连接到比较器502。

根据本实用新型的实施例，所述管理单元105包括微控制器701、传输数据存储单元703和传输命令存储单元704。

本实用新型还提供一种光通信网络，所述网络包括上述的光收发器的局端光收发器80和远端光收发器86，所述局端光收发器80和远端光收发器86之间通过光纤连接。

本实用新型光收发器具有电口回环功能、局端光口回环功能和远端光口回环功能和电源监控功能，实现了光纤链路的管理和故障诊断功能。

所述电口回环功能是指局端主机管理单元通过局端光收发器和连接局端光收发器和远端光收发器的光纤，发送控制信号控制远端光收发器执行电口回环功能将远端主机发送的电数据信号通过远端光收发器的交叉输出管理单元直接发送至远端主机，用以实现光纤链路的管理和故障诊断。

所述局端光口回环功能是指局端主机管理单元通过与局端光收发器的管理接口控制局端光收发器执行局端光口回环功能将远端光收发器通过光纤发送的数据信号不传输至局端主机而是直接通过交叉输出管理单元传输至局端驱动器，通过局端光发射机将接收到的远端数据新号直接传回远端光收发器，用以实现光纤链路的管理和局端与远端光纤链路的故障诊断。

所述远端光口回环功能是指局端主机管理单元通过局端光收发器和连接局端光收发器和远端光收发器的光纤，发送控制信号控制远端光收发器执行光口回环功能将远端光收发器通过光纤接收的数据信号不传输至远端主机而是直接通过交叉输出管理单元传输至远端光收发器的驱动器，通过远端光发射机将接收到的数据新号直接传回局端光收发器，用以实现光纤链路的管理和光纤链路的故障诊断。

通过该光收发器，在不影响数据信号在光纤中传输的前提下，实现了数据信号和管理信号在光纤中的并行传输，从而实现了在同一根光纤中使用同一波长对数据信号与管理信号的并行传输。所述管理信号包括：局端和远端光收发器本身运行状态的实时状态参数，局端主机对远端光收发器的管理信号，局端主机对远端主机的管理信号。

本实用新型要解决的第二个技术问题是：实现光网络中光纤链路的故障诊断。为解决此问题，本实用新型的光收发器进一步包括包括与管理单元105相连接的电量储能单元108和系统电压感应单元109。通过系统电压感应单元和管理单元，可以实现电源监控功能。所述电源监控功能是指本实用新型光收发器能够监控主机和光收发器本身电源工作状态，当光收发器工作电压低于正常工作电压或者突然断电时，光收发器内部电量储能单元会支持光收发器持续工作一小段时间同时会将这一异常状态传送至远端主机，用以实现光纤链路的故障诊断功能。

本实用新型在不影响数据信号传输的同时，在同一根光纤和不改变的波长的前提下，实现了数据信号与管理信号的并行传输，成功的实现了带内网管功能，这一功能的实现省去了专门用于光网络管理的管理单元，在降低网络成本，节约网络资源的同时极大的提高了光网络的管理功能。同时为了进一步提高光纤链路的管理功能，本实用新型增加了光纤链路故障诊断功能，极大的缩短了光纤链路的故障诊断时间。

本实用新型光收发器依托驱动器的调制方式，简单有效的实现了管理信号与数据信号的合并，并在光收发器的接收端通过低通滤波和动态比较的方式将管理信号恢复，与之前已有的方案比起来实现方式更加简单高效，成本控制更加有效。

本实用新型的出现在物理传输层为下一代光网络向智能化发展奠定了坚实的基础。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型光收发系统基本原理示意图；

图2是数据信号与管理信号的合并方式；

图3是数据信号，管理信号和经过驱动器调制的管理信号和数据信号的叠加信号的实例；

图4是管理信号驱动方式；

图5是管理信号恢复方式；

图6是基于交叉输出管理单元的输入输出管理方式；

图7是基于光收发器管理单元的管理数据发送和接收的实现方式；

图8是基于本实用新型光收发器的光收发网络。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

图1为本实用新型光收发系统基本原理示意图，其包括主机13和光收发器10；主机13包括电源131和管理单元132；光收发器10包括接口126、交叉输出管理单元106、驱动器101、管理信号驱动单元110、光发射机102、光接收器104、放大器103、管理信号恢复单元111、管理单元105、电源单元107、电量储能单元108和系统电压感应单元109；其中交叉输出管理单元106通过接口126与主机13相连接，并连接到驱动器101，放大器101连接到光发射机120；管理单元105连接到管理信号驱动单元110，管理信号驱动单元110连接到驱动器101；光接收机104连接到放大器103，放大器103连接到交叉输出管理单元106，光接收机104连接到管理信号恢复单元111，管理信号恢复单元111连接到管理单元105；管理单元105通过接口126与主机连接；管理单元105还连接到电源单元107、系统电压感应单元109和交叉输出管理单元106。

图1所示光收发器驱动器101响应于交叉输出管理单元106发送的主机数据信号112和管理信号驱动单元110发送的管理信号118，通过调制信号113驱动光发送机102发送信号。其中数据信号为高频信号，信号频率由155Mbps至10.3125Gbps，管理信号为低频信号，信号频率最高为100kbps，并且数据信号幅度与管理信号幅度比值在10:1至10:2之间。

其具体实施方式如图2所示， 112为主机13经由交叉输出管理单元106发送到光收发器10驱动器101的数据信号，其信号类型为数字信号。118为光收发器10管理信号驱动单元110响应于光收发器管理单元105发出的管理信号，其信号类型为模拟信号。113为数据信号112和管理信号118经过驱动器101调制后的调制信号，其信号类型为模拟信号。201为驱动器101用于调制的电流源。驱动器101当接收到数据信号112时，会通过调制电流源将其调制为模拟信号，这时如果管理信号驱动单元110响应于管理单元105传来管理数据118，管理数据118会被自动耦合至调制电流源中，完成数据信号112和管理信号118的叠加。图3示出数据信号112，管理信号118和经过驱动器调制后的数据信号112和管理信号118的叠加信号113的实例。图3实例示出，叠加后的信号113是数据信号112的信号幅度与管理信号118的信号幅度叠加后形成的，其中数据信号幅度与管理信号幅度比值在10:1至10:2之间，所以数据信号112与叠加后的信号113相比，只有信号幅度的微小差别，因此在信号接收端根据信号幅度对数据信号进行重新判别时，不会出现信号误判。

图1所示管理信号驱动单元110接收光收发器管理单元105发送的管理信号119，依托驱动器101的信号调制幅度设置方式将管理信号119转为模拟信号118后与数据信号112在驱动器合并。

其具体实施方式如图4所示，119为管理单元105发送的管理信号，其信号类型为数字信号。118为管理信号驱动单元110响应于管理信号119发出的管理信号，其信号类型为模拟信号。401为管理信号118的信号电流源。201为驱动器101用于调制的电流源。管理信号驱动单元110接收到管理单元105发送的管理信号119后，将所述数字管理信号119通过信号电流源401调制为管理信号118，管理信号118自动耦合至驱动器110调制电流源中。

其中光发射机102响应于驱动器的调制信号113发送光信号。所述光信号包括：数据光信号和管理光信号，图3中113为光发射机所发送的光信号的实例，所述叠加信号113是数据信号112的信号幅度与管理信号118的信号幅度叠加后形成的，其中数据信号幅度与管理信号幅度比值在10:1至10:2之间。

图1所示光接收机104响应于光纤14B传输来的光信号，并将光信号转化为电信号114。所述光信号为数据信号和管理信号的叠加，所述电信号114为数据信号和管理信号的叠加，具有图3所示信号113的形式。

图1所示放大器103响应于光接收机104传来的电信号114，并将接收的电信号114通过整形，放大后通过信号115输出至交叉输出管理单元106。所述电信号114为数据信号和管理信号的叠加，具有图3所示信号113的形式。

图1所示管理信号恢复单元111响应于电信号114的镜像信号120，通过低通滤波和动态比较的方式实现了管理信号的恢复，并将恢复的管理信号121发送至管理单元105。

其具体实施方式如图5所示，120为光接收机104发送的电信号114的镜像信号，121为管理信号恢复单元111恢复的管理信号。111为管理信号恢复单元，所述管理信号恢复单元内部包括：低通滤波单元503，判决电平设定单元502和比较器501，所述低通滤波器（503）分别连接到判决电平设定单元（502）和到比较器（502），所述判决电平设定单元（502）连接到比较器（502）。管理信号恢复单元111接收电信号120，所述电信号120中包括高频数据信号和低频管理信号。电信号114首先通过管理信号恢复单元121的低通滤波单元503，所述低通滤波单元503的通频带会被设置为低于数据信号频率而高于管理信号频率，所以当电信号114通过低通滤波单元503后，高频数据信号会被滤除，输出信号504，505的信号成分中只包含低频管理信号，其中信号505为信号504的镜像信号。所述信号504直接输入比较器501的负端，所述信号505输入判决电平设定单元502。判决电平设定单元502动态响应于输入信号505输出实时判决电平信号506，判决电平信号506直接输入至比较器501的正端。比较器501响应于输入信号504和动态判决电平506输出信号121，所述信号121为恢复的管理信号。其中恢复的管理信号121具有与图3所示118相同的形式。

图1所示交叉输出管理单元106响应于光收发器管理单元105的控制信号122，用于切换输入输出信号从而实现光纤链路的故障诊断和光网络的管理。

其具体实施方式如图6所示，106为交叉输出管理单元，126为光收发器10连接接口，13为主机。图1所示数据信号135分为主机13输入到光收发器10的输入数据信号135A和主机13接收到光收发器10的输出数据信号135B，图1所示信号125分为输入到交叉输出管理单元106的数据信号125A和交叉输出管理单元106输出的数据信号125B。112为交叉输出管理单元106输出到驱动器101的数据信号，115为放大器103输入到交叉输出管理单元106的数据信号，122为交叉输出管理单元106接收到的光收发器管理单元105发出的控制信号。如图6所示虚线部分，交叉输出管理单元106响应于管理单元105发出的控制信号122，实现了输入数据信号的交叉输出，包括以下四种输出方式：1，125A→106→112，115→106→125B。2，125A→106→125B，同时交叉输出管理单元106关闭输出信号112和输入信号115 。3，115→106→112，同时交叉输出管理单元106关闭输出信号125B和输入信号125A。4，交叉输出管理单元106关闭所有输入输出信号。以上四种方式可以有效的实现光纤链路的故障诊断和光网络的管理。

图1所示管理单元105通过串口与管理信号驱动单元110和管理信号恢复单元111通信，实现管理数据的发送和接收，同时主机管理单元131可以通过串口与光收发器管理单元105通信，实现管理数据读取和光网络管理命令发送和接收。

具体实施方式如图7所示，13为主机，133与116为主机管理单元131与光收发器管理单元105之间的通信信号，其中116包括与传输数据存储单元703通信的信号116A和与传输命令存储单元704通信的信号116B。126为光收发器与主机连接的接口，105为光收发器管理单元，所述光收发器管理单元105内部包括：微控制器701，一般存储单元702，传输数据存储单元703和传输命令存储单元704。119为管理单元105发送的管理信号，包括传输数据存储单元703发送的管理信号119A和传输命令存储单元704发送的管理信号119B。121为管理单元105接收到的管理信号，包括传输数据存储单元703接收的管理信号121A和管理命令存储单元704接收的管理信号121B。所有需要发送至远端的管理数据和管理命令均会预先存储至光收发器管理单元105中的传输数据存储单元703和传输命令存储单元704，光收发器管理单元105中的微控制器701会自动将传输数据存储单元703和传输命令存储单元704中的数据以编码的形式通过信号119A和信号119B发送到管理信号驱动单元，同时光收发器管理单元105会接收管理信号恢复单元发送的管理信号119，微控制器701会通过信号119A和信号119B将接收到的管理数据119分别存储到传输数据存储单元703和传输命令存储单元704。主机13的管理单元131通过信号116A和信号116B实现与光收发器管理单元105的通信，具体实施方式为：1，主机13的管理单元131可以通过信号116A从光收发器管理单元105中的传输数据存储单元703读取远端发送的管理数据同时可以写入需要发送的局端管理数据。2，主机13的管理单元131可以通过信号116B从光收发器管理单元105中的传输命令存储单元704读取远端发送的管理命令同时可以写入需要发送的远端管理命令。

图1所示系统电压感应单元109和电量储能单元108用来实现对光收发器10和主机13电源供电的监控。当光收发器10的系统电压感应单元109感应到工作电压低于最低正常工作电压时，光收发器管理单元105会马上切断光收发器供电线路117并切换至电量储能单元108供电，维持光收发器继续正常工作一段时间，与此同时光收发器管理单元105向管理信号驱动单元110发送故障诊断数据，该故障诊断数据通过驱动器101与光发射机102发送至远端光收发器，实现故障上报。

图1所示光收发器接口126用于光收发器10与主机13连接，实现互相通信。所述光收发器接口所对应的光收发器的封装形式包括：GBIC，SFF，SFP，SFP Plus，XFP，Transponder。

为了更加清晰的介绍本实用新型的功能和在光网络中的应用，图8示出了本实用新型应用的光网络示意图。其中83为局端主机，80为局端实用新型光收发器，89为远端主机，86为远端实用新型光收发器，8A为连接局端光收发器80的光发射机802与远端光收发器86的光接收机862的光纤，8B为连接远端光收发器86的光发射机863与局端光收发器80的光接收机803的光纤。

本实用新型在不改变传输光波长的前提下，在同一根光纤中实现了数据信号与管理信号之间无干扰的并行传输，实现了光网络中局端主机与远端主机之间的光接口管理或者称为光层管理，如图8所示。

局端光收发器80的管理单元805自动将内部传输数据存储单元703和管理命令存储单元704中的数据以管理信号817的形式通过局端光收发器80的管理信号驱动单元807，驱动器801，光发射机802，光纤8A发送到远端光收发器86，被远端光收发器的光接收机862接收，并被重新恢复成管理信号877，所述管理信号877与管理信号816完全相同，恢复后的管理信号877会被自动存储到远端光收发器86管理单元865中的传输数据存储单元和管理命令存储单元，同时远端主机89的管理单元891通过信号894和信号880读取存储在远端光收发器86中管理单元865中的管理数据。上述管理信号包括：主机和光收发器的实时状态信息，局端主机发送到远端光收发器的控制信号和局端主机发送到远端主机的控制信号。

远端光收发器86的管理单元865自动将内部传输数据存储单元703和管理命令存储单元704中的数据以管理信号879的形式通过远端光收发器86的管理信号驱动单元868，驱动器864，光发射机863，光纤8B发送到局端光收发器80，被局端光收发器的光接收机803接收，并被重新恢复成管理信号819，所述管理信号819与管理信号879完全相同，恢复后的管理信号819会被自动存储到局端光收发器80管理单元805中的传输数据存储单元和管理命令存储单元，同时局端主机83的管理单元831通过信号834和信号820读取存储在局端光收发器80中管理单元805中的管理数据。上述管理信号包括：主机和光收发器的实时状态信息，局端主机发送到远端光收发器的控制信号和局端主机发送到远端主机的控制信号。

图8同样示出了本实用新型所特有的光网络故障诊断和网络管理功能。

1．用于光网络管理和光链路故障诊断的电口回环功能，局端光口回环功能和远端光口回环功能。

所述电口回环功能实施方式如下：局端主机管理单元831通过管理信号834，820发送管理信号到局端光收发器管理单元805，局端光收发器管理单元805通过局端管理信号驱动单元807，局端驱动器801，局端光发射机802，光纤8A将管理命令发送至远端光收发器86，远端光收发器86通过远端光接收机862，远端管理信号恢复单元867将接收到的管理信号恢复出来并发送至远端管理单元865，远端管理单元865响应于接收的管理命令，通过控制信号882控制远端光收发器交叉输出866将接收到的远端主机89发送的数据信号直接发回到远端主机89，如图6所示信号路径为主机13→数据信号135A→数据信号125A→交叉输出管理单元106→数据信号125B→数据信号135B→主机13。

所述局端光口回环功能实施方式如下：局端主机管理单元831通过管理信号834，820发送管理信号到局端光收发器管理单元805，局端光收发器管理单元805响应于局端主机管理单元831发送的管理信号，通过控制信号822控制局端光收发器交叉输出管理单元806将接收到的数据815不发送至局端主机83而是通过驱动器801，光发射机802发送到远端。光收发器在执行局端光口回环功能时，信号路径如下：893→883→866→875→864→874→863→8B→803→814→804→815→806→812→801→813→802→8A→862→873→861→872→866→883→893。

所述远端光口回环功能实施方式如下：局端主机管理单元831通过管理信号834，820发送管理信号到局端光收发器管理单元805，局端光收发器管理单元805自动将接收到的管理信号通过信号817，管理信号驱动单元807，驱动器801，光发射机802，光纤8A发送至远端光收发器86，远端光收发器86通过光接收机862，管理信号恢复单元867将局端发送的管理信号恢复出来并发送至远端光收发器管理单元865，远端光收发器管理单元865响应于局端主机管理单元831发送的管理信号，通过控制信号882控制局端光收发器交叉输出管理单元866将接收到的数据872不发送至远端主机89而是通过驱动器864，光发射机863发送到局端。收发器在执行远端光口回环功能时，信号路径如下：833→823→806→812→801→813→802→8A→862→873→861→872→866→875→864→874→863→8B→803→814→804→815→806→823→833。

2．用于光网络故障诊断的电源监控功能。

所述电源监控功能实施如下：当局端主机或局端光收发器电压低于最低正常工作电压时，系统电压感应单元809会触发局端管理单元805通过信号823关断光收发器电源单元810并自动切换至电量储能单元811维持局端光收发器80持续工作一段时间，同时局端管理单元805通过管理信号驱动单元807，驱动器801，光发射机802自动将故障信号发送至远端光收发器，所述故障信号以管理信号的方式发送。同样当远端主机或远端光收发器电压低于最低正常工作电压时，系统电压感应单元869会触发局端管理单元865通过信号883关断远端光收发器电源单元870并自动切换至电量储能单元871维持远端光收发器86持续工作一小段时间，同时远端管理单元865通过管理信号驱动单元868，驱动器864，光发射机863自动将故障信号发送至局端光收发器，所述故障信号以管理信号的方式发送。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种光收发器，其特征在于，该光收发器包括接口（126）、交叉输出管理单元（106）、驱动器（101）、管理信号驱动单元（110）、光发射机（102）、光接收器（104）、放大器（103）、管理信号恢复单元（111）、管理单元（105）和电源单元（107）；所述交叉输出管理单元（106）通过接口（126）与主机（13）相连接，并且所述交叉输出管理单元（106）连接到驱动器（101），所述放大器（101）连接到光发射机(120)；管理单元(105)连接到管理信号驱动单元(110)，管理信号驱动单元(110)连接到驱动器(101)；光接收机(104)连接到放大器(103)，放大器(103)连接到交叉输出管理单元(106)，光接收机(104)连接到管理信号恢复单元(111)，管理信号恢复单元(111)连接到管理单元(105)；管理单元(105)通过接口(126)与主机连接；管理单元(105)连接到交叉输出管理单元(106)。

2.如权利要求1所述的光收发器，其特征在于，所述光收发器包括与管理单元（105）相连接的电量储能单元（108）和系统电压感应单元（109）。

3.如权利要求1或2所述的光收发器，其特征在于，所述驱动器（101）包括用于调制数据信号的电流源（201）。

4.如权利要求3所述的光收发器，其特征在于，所述管理信号驱动单元（110）包括用于调制管理信号的电流源（401）。

5.如权利要求4所述的光收发器，其特征在于，所述数据信号和管理信号幅度比值在10:1至10:2之间。

6.如权利要求1或2所述的光收发器，其特征在于，所述管理信号恢复单元（111）包括低通滤波单元（503），判决电平设定单元（502）和比较器（501），所述低通滤波器（503）分别连接到判决电平设定单元（502）和到比较器（502），所述判决电平设定单元（502）连接到比较器（502）。

7.如权利要求1或2所述的光收发器，其特征在于，所述管理单元（105）包括微控制器（701）、传输数据存储单元（703）和传输命令存储单元（704）。

8.一种光通信网络，其特征在于，所述网络包括如权利要求1至7所述的局端光收发器（80）和远端光收发器（86），所述局端光收发器（80）和远端光收发器（86）之间通过光纤连接。

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