CN204761443U - 一种基于频率调制的带内透传监控信号的光模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于频率调制的带内透传监控信号的光模块，属于通信技术领域。所述光模块，包括低速频率调制电路、激光器驱动电路、激光器、电吸收信号调制电路、电吸收调制器、雪崩光电二极管、跨导放大器、限幅放大器、镜像电流电路、低速频率解调电路。相较于传统的光模块，本方案所述的光模块将监控信号通过频率调制加载到所承载业务信号的包络上，与承载业务信号共享光缆与通道资源，节约了通道资源，而且透传的监控信号与所承载业务信号协议无关，具有高度的使用灵活性；由于光模块内部集成低速基带信号调制、解调单元，无需外部额外增加光功能单元，就能实现监控信号的透传，对需要传输监控信号的应用场景是最具经济效益的解决方案。

Description

一种基于频率调制的带内透传监控信号的光模块

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，特别是光传输网、移动前传、移动回传、固定宽带接入、大客户专线接入等通信领域，尤其涉及一种基于频率调制的带内透传监控信号的光模块。

背景技术

通信网干线传输容量的不断扩大及速率的不断提高使得光纤通信成为现代信息网络的主要传输手段。在现在的光通信网络中，作为核心光电子器件之一的光收发模块的种类越来越多，要求也越来越高，复杂程度也以惊人的速度发展。

同时，越来越多的光纤通信应用场景要求光收发模块不仅能传输其所承载的业务信号，同时还要能传输各种管理与监控信号。由于承载的业务千差万别，为了使管理与监控信息不依赖于业务信号，传统的方法是开辟一个专门的波长信道来传输监控信号。

传统光收发模块不具备同时传输业务信号与监控信号功能，使得运营商在各种需要传输监控信号的应用场景不得不增加额外的光缆与通道资源，不得不增加额外的光收发模块以及分合波设备，这些都给运营商带来诸如投入成本上升，频谱利用率不高，多标准和多协议的不统一，设备费用昂贵等问题。

实用新型内容

本实用新型提出了一种基于频率调制的带内透传监控信号的光模块，能够很好的解决背景技术中的上述问题。本方案通过将监控信号采用频率调制加载到所承载业务信号的包络上，与承载业务信号共享光缆与通道资源，能够最大限度的节约通道资源，而且透传监控信号与承载业务信号协议无关，具有高度的使用灵活性，对需要传输监控信号的应用场景，是最具经济效益的解决方案。

本实用新型采用的技术方案是：

一种基于频率调制的带内透传监控信号的光模块，所述光模块，包括发送单元和接收单元；所述发送单元，包括用于将基带监控信号调制成低速频率调制信号的低速频率调制电路、用于将低速频率调制信号变换成低速电流调制信号的激光器驱动电路、用于加载低速电流调制信号的激光器、用于将业务信号生成高速电脉冲信号的电吸收信号调制电路、用于由高速电脉冲信号控制是否吸收由激光器发出的光波的电吸收调制器；所述接收单元，包括用于接收来自外部光网络的光信号并将光信号转换成电流信号的雪崩光电二极管、用于将主路电流脉冲信号转换成电压脉冲信号的跨导放大器、用于对电压脉冲信号整形恢复出接收业务信号的限幅放大器、用于将支路电流信号变换成与主路电流信号成比例的电流脉冲信号的镜像电流电路、用于将电流脉冲信号解调出接收基带低速监控信号的低速频率解调电路；

其中，所述低速频率调制电路通过激光器驱动电路与激光器连接，所述电吸收信号调制电路与电吸收调制器连接，所述激光器与电吸收调制器连接；所述雪崩光电二极管的其中一输出端口通过跨导放大器与限幅放大器连接，所述雪崩光电二极管的另一输出端口通过镜像电流电路与低速频率解调电路连接。

其中，所述低速频率调制电路，包括用于产生调频载波的第一载波发生器和第二载波发生器、以及用于生成低速频率调制信号的模拟开关；

其中，所述第一载波发生器的输出和第二载波发生器的输出分别连接所述模拟开关的输入。

其中，所述低速频率解调电路，包括用于滤除电流脉冲信号中的高速业务信号以保留低速监控信号的低通滤波电路、用于将低速电流信号转换成低速电压信号的跨导放大电路、用于只允许特定频率载波通过的第一带通滤波器和第二带通滤波器、用于将两个互不相关的模拟信号实现相乘功能的第一乘法器和第二乘法器、用于产生本振载波的第一本地载波和第二本地载波、用于滤除高于截止频率成分以保留低频基带信号成分的第一低通滤波器和第二低通滤波器、以及用于恢复接收基带监控信号的比较判决器；

其中，所述低通滤波电路的输出与跨导放大电路的输入连接，所述跨导放大电路的输出同时连接第一带通滤波器的输入和第二带通滤波器的输入，所述第一带通滤波器的输出和第一本地载波的输出分别连接第一乘法器的输入，所述第一乘法器的输出连接第一低通滤波器的输入，所述第二带通滤波器的输出和第二本地载波的输出分别连接第二乘法器的输入，所述第二乘法器的输出连接第二低通滤波器的输入，所述第一低通滤波器的输出和第二低通滤波器的输出分别连接比较判决器。

其中，所述镜像电流电路采用镜像电流源以产生一路与主路电流大小相等的支路电流，或者采用电流采样电路以将主路电流通过电流/电压变换电路转换成与主路电流成比例的电压信号。

一种光通信系统，包括，第一光收发模块及第二光收发模块，所述第一光收发模块通过光通信网络与第二光收发模块连接；

其中，所述第一光收发模块及第二光收发模块均为上述所述的光模块。

有益效果：

本实用新型所述的一种基于频率调制的带内透传监控信号的光模块，包括发送单元和接收单元；所述发送单元，包括用于将基带监控信号调制成低速频率调制信号的低速频率调制电路、用于将低速频率调制信号变换成低速电流调制信号的激光器驱动电路、用于加载低速电流调制信号的激光器、用于将业务信号生成高速电脉冲信号的电吸收信号调制电路、用于由高速电脉冲信号控制是否吸收由激光器发出的光波的电吸收调制器；所述接收单元，包括用于接收来自外部光网络的光信号并将光信号转换成电流信号的雪崩光电二极管、用于将主路电流脉冲信号转换成电压脉冲信号的跨导放大器、用于对电压脉冲信号整形恢复出接收业务信号的限幅放大器、用于将支路电流信号变换成与主路电流信号成比例的电流脉冲信号的镜像电流电路、用于将电流脉冲信号解调出接收基带低速监控信号的低速频率解调电路。可见，本实用新型所述的光模块由于监控信号是加载在光业务信号包络上，因此，无需额外增加光通路，能最大限度共享现有光缆与管道资源；由于监控信号是加载在光业务信号包络上，因此，该方案与通信协议无关，极具灵活性；由于无需外部额外增加光功能单元，该方案成本最优，最具经济价值。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式提供的一种基于频率调制的带内透传监控信号的光模块的内部结构功能框图。

图2是本实用新型具体实施方式提供的低速频率调制电路的功能框图。

图3是本实用新型具体实施方式提供的低速频率解调电路的功能框图。

图4是本实用新型具体实施方式提供的一种点对点通信应用场景。

图5a是本实用新型具体实施方式提供的基于FSK调制的波形图。

图5b是本实用新型具体实施方式提供的另外一种基于OOK调制的波形图。

图中：

10：第一光收发模块；20：第二光收发模块；

11：激光器；21：雪崩光电二极管；

12：电吸收调制器；22：镜像电流电路；

13：激光器驱动电路；23：跨导放大器；

14：低速频率调制电路；24：限幅放大器；

15：电吸收信号调制电路；25：低速频率解调电路；

30：光通信网络；

141：第一载波发生器；142：第二载波发生器；

143：模拟开关；

251：低通滤波电路；

252：跨导放大电路；

253：第一带通滤波器；258：第二带通滤波器；

254：第一乘法器；259：第二乘法器；

255：第一低通滤波器；260：第二低通滤波器；

256：第一本地载波；257：第二本地载波；

261：比较判决器。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型做出详细说明。

图1是本实用新型具体实施方式提供的一种基于频率调制的带内透传监控信号的光模块的内部结构功能框图。如图1所示，本实用新型提出了一种基于频率调制的带内透传监控信号的光模块，包括发送单元和接收单元；所述发送单元，包括用于将基带监控信号调制成低速频率调制信号的低速频率调制电路14、用于将低速频率调制信号变换成低速电流调制信号的激光器驱动电路13、用于加载低速电流调制信号的激光器11、用于将业务信号生成高速电脉冲信号的电吸收信号调制电路15、用于由高速电脉冲信号控制是否吸收由激光器11发出的光波的电吸收调制器12；所述接收单元，包括用于接收来自外部光网络的光信号并将光信号转换成电流信号的雪崩光电二极管21、用于将主路电流脉冲信号转换成电压脉冲信号的跨导放大器23、用于对电压脉冲信号整形恢复出接收业务信号的限幅放大器24、用于将支路电流信号变换成与主路电流信号成比例的电流脉冲信号的镜像电流电路22、用于将电流脉冲信号解调出接收基带低速监控信号的低速频率解调电路25。

以下结合附图1，对本实用新型所述光模块的内部结构及各功能单元互连做进一步说明。

所述低速频率调制电路14通过激光器驱动电路13与激光器11连接，所述电吸收信号调制电路15与电吸收调制器12连接，所述激光器11与电吸收调制器12连接；所述雪崩光电二极管21的其中一输出端口通过跨导放大器23与限幅放大器24连接，所述雪崩光电二极管21的另一输出端口通过镜像电流电路22与低速频率解调电路25连接。

如图1所示，所述光模块承载业务信号的信号流向为：

Tx1是发送业务信号，Tx1通过电吸收信号调制电路15生成高速电脉冲信号Vx1，Vx1控制电吸收调制器12去吸收或不吸收由激光器11发出的光波，达到使输出光脉冲码流受电脉冲码流控制的目的。光脉冲码流通过外部光网络30进行传送，雪崩光电二极管21接收来自外部光网络30的光脉冲码流，主路电流脉冲Ix2通过跨导放大器23转换成电压脉冲Vx2，Vx2通过限幅放大器24进行整形，恢复出接收业务信号Rx2。

需要说明的是，电吸收调制器12是利用半导体中激子吸收效应制作而成的光信号调制器件，响应速度快，工作功耗低。雪崩光电二极管21是一种P-N结型的光检测二极管，利用载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号，能将光脉冲转换成电流脉冲。

如图1所示，所述光模块传输的低速监控信号的信号流向为：

s(t)1是发送基带监控信号（如图5a、图5b所示），s(t)1通过低速频率调制电路14调制成低速频率调制信号V(t)1（如图5a、图5b所示），低速频率调制电路14的内部结构后面会进一步说明。V(t)1通过激光器驱动电路13变换成低速电流调制信号I(t)1，I(t)1用来驱动激光器11。由于激光器11的光输出量与加载在其上的驱动电流I(t)1成一定的比例关系，因而激光器11输出的光功率幅度受基带低频监控信号s(t)1间接控制。激光器11作为电吸收调制器12的光源，能够将基带低速监控信号s(t)1加载到发送业务信号Tx1的包络上去，调制成的携带监控信号信息的承载业务信号Power（如图5a、图5b所示）被传送到外部光网络30。雪崩光电二极管21接收来自外部光网络30的光信号，将其转换成电流信号，主路电流信号Ix2通过跨导放大器23、限幅放大器24恢复出接收业务信号Rx2。支路电流信号通过镜像电流电路22变换成与主路电流信号相等或成比例的电流脉冲信号I(t)2，I(t)2通过低速频率解调电路25解调出接收基带低速监控信号d(t)2。低速频率解调电路25的内部结构后面会进一步说明。

需要说明的是，温度对激光器11的特性有较大的影响，为了使激光器11输出功率稳定,一般需要对其进行温度控制，所述激光器11通常带有TEC恒温控制模块。

以下结合附图2，对低速频率调制电路14的内部结构及各功能单元互连做进一步说明。

图2描述了一种低速频率调制电路14的具体实施方式，包括用于产生调频载波的第一载波发生器141和第二载波发生器142、以及用于生成低速频率调制信号的模拟开关143。其中，第一载波发生器141的输出f1和第二载波发生器142的输出f2分别连接模拟开关143的输入。f1和f2分别加载不同的载波频率，通过模拟开关143进行选通，模拟开关143的选通受控于s(t)1，s(t)1为“1”时，输出载频f2，s(t)1为“0”时，输出载频f1，此时模拟开关143的输出v(t)1为FSK调制信号（如图5a所示）。f1和f2二者中一路加载载频信号，另一路不加载载频信号，通过模拟开关143进行选通，模拟开关143的选通受控于s(t)1，s(t)1为“1”时，输出载频信号，s(t)1为“0”时，不输出载频信号，此时模拟开关143的输出v(t)1为OOK调制信号（如图5b所示）。

以下结合附图3，对低速频率解调电路25的内部结构及各功能单元互连做进一步说明。

图3描述了一种低速频率解调电路25的具体实施方式，包括用于滤除电流脉冲信号中的高速业务信号以保留低速监控信号的低通滤波电路251、用于将低速电流信号转换成低速电压信号的跨导放大电路252、用于只允许特定频率载波通过的第一带通滤波器253和第二带通滤波器258、用于将两个互不相关的模拟信号实现相乘功能的第一乘法器254和第二乘法器259、用于产生本振载波的第一本地载波256和第二本地载波257、用于滤除高于截止频率成分以保留低频基带信号成分的第一低通滤波器255和第二低通滤波器260、以及用于恢复接收基带监控信号的比较判决器261，其中，所述低通滤波电路251的输出与跨导放大电路252的输入连接，所述跨导放大电路252的输出同时连接第一带通滤波器253的输入和第二带通滤波器258的输入，所述第一带通滤波器253的输出和第一本地载波256的输出分别连接第一乘法器254的输入，所述第一乘法器254的输出连接第一低通滤波器255的输入，所述第二带通滤波器258的输出和第二本地载波257的输出分别连接第二乘法器259的输入，所述第二乘法器259的输出连接第二低通滤波器260的输入，所述第一低通滤波器255的输出和第二低通滤波器260的输出分别连接比较判决器261的输入。

电流脉冲信号I(t)2同时包含有高频业务信号和低频监控信号，I(t)2通过低通滤波电路251滤除高频业务信号成分，仅保留低速监控调制信号I(t)2’，低速监控调制信号I(t)2’通过跨导放大电路252，将低速电流信号转换成低速电压信号V（t）2，低速电压信号V（t）2分成两路，一路经过第一带通滤波器253、第一乘法器254（第一乘法器的另一输入为第一本振信号）、第一低通滤波器255后流入比较判决器261的一个输入端，另一路经过第二带通滤波器258、第二乘法器259（第二乘法器的另一输入为第二本振信号）、第二低通滤波器260后流入比较判决器261的另一个输入端，比较判决器261最终恢复出接收基带监控信号d(t)2。

需要说明的是，图3描述的低速频率解调电路25，采用的是相关解调方式，需要提取载波信息，电路结构相对复杂，优点是解调信号质量好。对于信号质量要求不高的场所，也可以采用非相干解调方式，无需提取载波信息，电路结构相对简单，但信号质量比相干解调方式要差。另外，图3描述的低速频率解调电路25框图是一个解调FSK信号的完整的电路结构框图，如果用于解调OOK信号，电路结构可以简化，可以去掉第二带通滤波器258、第二本地载波257、第二乘法器259以及第二低通滤波器260。

在本方案中，所述镜像电流电路22可以采用镜像电流源以产生一路与主路电流大小相等的支路电流，也可以采用电流采样电路以将主路电流通过电流/电压变换电路转换成与主路电流成比例的电压信号。

以下结合实施例和图4，对本实用新型的应用场景做进一步说明。

图4描述了使用本实用新型所述光模块进行点对点通信的一种应用场景。如图4所示，一种光通信系统，包括有第一光收发模块10、第二光收发模20、光通信网络30，所述第一光收发模块10通过光通信网络30与第二光收发模块20连接。所述的光通信系统中的第一光收发模块10和第二光收发模块20均采用的是上述所述的基于频率调制的带内透传监控信号的光模块。

如图4所示，Tx1是第一光收发模块10的发送业务信号，s(t)1是第一光收发模块10的发送基带监控信号，Rx1是第一光收发模块10的接收业务信号，d(t)1是第一光收发模块10的接收基带监控信号；Tx2是第二光收发模块20的发送业务信号，s(t)2是第二光收发模块20的发送基带监控信号，Rx2是第二光收发模块20的接收业务信号，d(t)2是第二光收发模块20的接收基带监控信号。

第一光收发模块10将携带基带监控信息的s(t)1通过频率调制加载到业务信号Tx1的包络上，调制成的携带监控信号信息的承载业务信号（如图5a、5b所示），s(t)1与Tx1共享光缆和通道资源，共同通过外部光通信网络30传送到第二光收发模块20的光接收端口，第二光收发模块20对接收到的调制信号进行解调，分别恢复出接收业务信号Rx2和接收基带监控信号d(t)2。同理，第二光收发模块20将携带基带监控信息的s(t)2通过频率调制加载到业务信号Tx2的包络上，s(t)2与Tx2共享光缆和通道资源，共同通过外部光通信网络30传送到第一光收发模块10的光接收端口，第一光收发模块10对接收到的调制信号进行解调，分别恢复出接收业务信号Rx1和接收基带监控信号d(t)1。

综上所述，根据本实用新型所公开的内容，能达到预期目的，提供的基于频率调制的带内透传监控信号的光模块，可以经济有效的解决带内监控信号的透传难题，具有极高的产业利用价值。

所述基于频率调制的带内透传监控信号的光模块，既可应用于设计光收发模块，也可应用于基于该方案的其它产品。

上述说明及附图仅是用于说明本实用新型的实施例，凡本领域技术人员，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型范围内，仍可在形式上和细节上对本实用新型做出各种变化，其并未脱离本实用新型的技术与精神。

Claims (4)

1.一种基于频率调制的带内透传监控信号的光模块，其特征在于:所述光模块，包括发送单元和接收单元；所述发送单元，包括用于将基带监控信号调制成低速频率调制信号的低速频率调制电路(14)、用于将低速频率调制信号变换成低速电流调制信号的激光器驱动电路(13)、用于加载低速电流调制信号的激光器(11)、用于将业务信号生成高速电脉冲信号的电吸收信号调制电路(15)、用于由高速电脉冲信号控制是否吸收由激光器(11)发出的光波的电吸收调制器(12)；所述接收单元，包括用于接收来自外部光网络的光信号并将光信号转换成电流信号的雪崩光电二极管(21)、用于将主路电流脉冲信号转换成电压脉冲信号的跨导放大器(23)、用于对电压脉冲信号整形恢复出接收业务信号的限幅放大器(24)、用于将支路电流信号变换成与主路电流信号成比例的电流脉冲信号的镜像电流电路(22)、用于将电流脉冲信号解调出接收基带低速监控信号的低速频率解调电路(25)；

其中，所述低速频率调制电路(14)通过激光器驱动电路(13)与激光器(11)连接，所述电吸收信号调制电路(15)与电吸收调制器(12)连接，所述激光器(11)与电吸收调制器(12)连接；所述雪崩光电二极管(21)的其中一输出端口通过跨导放大器(23)与限幅放大器(24)连接，所述雪崩光电二极管(21)的另一输出端口通过镜像电流电路(22)与低速频率解调电路(25)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于频率调制的带内透传监控信号的光模块，其特征在于:所述低速频率调制电路(14)，包括用于产生调频载波的第一载波发生器(141)和第二载波发生器(142)、以及用于输出低速频率调制信号的模拟开关(143)；

其中，所述第一载波发生器(141)的输出和第二载波发生器(142)的输出分别连接所述模拟开关(143)的输入。

3.根据权利要求1所述的一种基于频率调制的带内透传监控信号的光模块，其特征在于:所述低速频率解调电路(25)，包括用于滤除电流脉冲信号中的高速业务信号以保留低速监控信号的低通滤波电路(251)、用于将低速电流信号转换成低速电压信号的跨导放大电路(252)、用于只允许特定频率载波通过的第一带通滤波器(253)和第二带通滤波器(258)、用于将两个互不相关的模拟信号实现相乘功能的第一乘法器(254)和第二乘法器(259)、用于产生本振载波的第一本地载波(256)和第二本地载波(257)、用于滤除高于截止频率成分以保留低频基带信号成分的第一低通滤波器(255)和第二低通滤波器(260)、以及用于恢复接收基带监控信号的比较判决器(261)；

其中，所述低通滤波电路(251)的输出与跨导放大电路(252)的输入连接，所述跨导放大电路(252)的输出同时连接第一带通滤波器(253)的输入和第二带通滤波器(258)的输入，所述第一带通滤波器(253)的输出和第一本地载波(256)的输出分别连接第一乘法器(254)的输入，所述第一乘法器(254)的输出连接第一低通滤波器(255)的输入，所述第二带通滤波器(258)的输出和第二本地载波(257)的输出分别连接第二乘法器(259)的输入，所述第二乘法器(259)的输出连接第二低通滤波器(260)的输入，所述第一低通滤波器(255)的输出和第二低通滤波器(260)的输出分别连接比较判决器(261)。

4.根据权利要求1所述的一种基于频率调制的带内透传监控信号的光模块，其特征在于:所述镜像电流电路(22)采用镜像电流源以产生一路与主路电流大小相等的支路电流，或者采用电流采样电路以将主路电流通过电流/电压变换电路转换成与主路电流成比例的电压信号。