CN220139559U - 一种用于dwdm系统的小型化同波长单纤双向光模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块。其主要包括处理单元、驱动单元、光发射单元、小型化环形器单元、光接收单元，其中，处理单元与电接口单元连接，以实现电信号编码之间的转换并集成数据时钟恢复功能；驱动单元与处理单元连接，以实现将高速差分电信号转换为高速单端信号；光发射单元与驱动单元连接，以将输入的电信号转换成光信号输出；光接收单元与处理单元连接，以将输入的光信号转换成电信号输出；小型化环形器单元分别与光发射单元、光接收单元连接，以通过空间环形器实现发射接收同波长。本实用新型可以提高单根光纤的数据传输容量，且极大的减小DWDM系统的成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及光通信技术领域，特别是涉及一种用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块。
背景技术
近年来，互联网的普及使用、用户数量的不断增加，使得用户对高速数据流量的需求也越来越大，而这些不断增加的数据流量需求也给城域网络建设提出了新的挑战。例如现今流行的互联网应用：抖音，其日均数据流量达100TB以上。在这种前提下各大系统供应商和运营商都将DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集波分复用)作为优化网络传输的首选方案，它可以在保持较低成本的前提下，提高单根光纤的数据传输容量，是解决当下及未来越来越庞大的数据流量需求的可靠路径。但随着光信道间隔不断变小，对激光器的性能要求越来越高。在实际应用中，偏置电流、TEC(Thermal ElectronicCooler，半导体制冷器)控温保持不变的情况下，激光器的频率也会发生偏移，以往的方案是采用波长锁定电路实现激光器频率稳定，但这种方法成本较高，且实现难度较大，因此需要更易实现、成本更低的方案来实现激光器频率的稳定。另外，目前的100G DWDM双载波方案是双波长传输100G，这样的DWDM系统成本也较高，不利于大量生产。
鉴于以上情况，如何克服现有技术所存在的缺陷，解决上述技术问题，是本技术领域待解决的难题。
实用新型内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型为了提高单根光纤的数据传输容量，并降低DWDM系统成本，提供一种用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块，本实用新型提出的方案为单波100G且单光口单纤传输，可以极大的减小DWDM系统的成本。
本实用新型采用如下技术方案：
本实用新型提供了一种用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块，包括处理单元、驱动单元、光发射单元、小型化环形器单元、光接收单元，其中，所述处理单元与电接口单元连接，以实现电信号编码之间的转换并集成数据时钟恢复功能；所述驱动单元与所述处理单元连接，以实现将高速差分电信号转换为高速单端信号；所述光发射单元与所述驱动单元连接，以将输入的电信号转换成光信号输出；所述光接收单元与所述处理单元连接，以将输入的光信号转换成电信号输出；所述小型化环形器单元分别与所述光发射单元、所述光接收单元连接，以通过空间环形器实现发射接收同波长。
进一步的，所述电接口单元实现光模块与系统背板的连接，所述电接口单元包括4x25G NRZ电接口单元，所述4x25G NRZ电接口单元包括38PIN引脚接口。
进一步的，所述处理单元包括PAM4 Gearbox处理单元，所述PAM4Gearbox处理单元实现电信号在NRZ编码与PAM4编码之间的转换，并集成数据时钟恢复功能。
进一步的，所述PAM4 Gearbox处理单元集成DSP单元和CDR单元，所述DSP单元实现4×25G NRZ信号与50G PAM4信号之间编码码型的切换，所述CDR单元对所述光接收单元输出的电信号实现数据时钟恢复。
进一步的，所述驱动单元实现将50G PAM4差分电信号转换成50G PAM4单端电信号，并对电信号进行波形整形和幅度放大，分别输出到所述光发射单元。
进一步的，所述光发射单元包括集成TEC的EML激光器，实现将高速PAM4电信号转换成光信号输出，所述EML激光器的光波长在C波段，波长可调，波长间距为50GHz或100GHz。
进一步的，所述光接收单元包括两个光接收机，且集成有PD和TIA，实现将输入的光信号转换成高速PAM4电信号输出。
进一步的，所述小型化环形器单元通过空间环形器实现发射接收同波长。
进一步的，还包括光接口单元，所述光接口单元实现光信号的接收与发送，所述光接口单元在接受时将光接收信号通过所述小型化环形器单元输入到所述光接收单元。
进一步的，还包括MCU单元，所述MCU单元通过IIC总线与所述光发射单元连接，以进行激光器温度补偿控制。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：提供一种用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块，该光模块为单波100G且单光口单纤传输，可以提高单根光纤的数据传输容量，且极大的减小DWDM系统的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块的模块原理框图；
图2是本实用新型实施例提供的光模块传输系统原理框图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型的描述中，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实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。
此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本实用新型。
本实用新型实施例提供一种用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块，包括处理单元、驱动单元、光发射单元、小型化环形器单元、光接收单元，其中，所述处理单元与电接口单元连接，以实现电信号编码之间的转换并集成数据时钟恢复功能；所述驱动单元与所述处理单元连接，以实现将高速差分电信号转换为高速单端信号；所述光发射单元与所述驱动单元连接，以将输入的电信号转换成光信号输出；所述光接收单元与所述处理单元连接，以将输入的光信号转换成电信号输出；所述小型化环形器单元分别与所述光发射单元、所述光接收单元连接，以通过空间环形器实现发射接收同波长。
具体的，在本优选实施例中，所述电接口单元实现光模块与系统背板的连接，所述电接口单元包括4x25G NRZ(Non-Return-to-Zero，不归零编码)电接口单元，所述4x25GNRZ电接口单元包括38PIN引脚接口。
在本优选实施例中，所述处理单元包括PAM4(4-Level Pulse AmplitudeModulation，四电平脉冲幅度调制)Gearbox(变速器)处理单元，所述PAM4 Gearbox处理单元实现电信号在NRZ编码与PAM4编码之间的转换，并集成数据时钟恢复功能。
在本优选实施例中，所述PAM4 Gearbox处理单元集成DSP(Digital SignalProcessor，数字信号处理器)单元和CDR(Clock and Data Recovery，时钟恢复电路)单元，所述DSP单元实现4×25G NRZ信号与50G PAM4信号之间编码码型的切换，所述CDR单元对所述光接收单元输出的电信号实现数据时钟恢复。
在本优选实施例中，所述驱动单元实现将50G PAM4差分电信号转换成50G PAM4单端电信号，并对电信号进行波形整形和幅度放大，分别输出到所述光发射单元。
在本优选实施例中，所述光发射单元包括集成TEC(Thermal Electronic Cooler，半导体制冷器)的50G EML激光器(电吸收调制激光器)，实现将高速PAM4电信号转换成光信号输出，所述EML激光器的光波长在C波段，波长可调，波长间距为50GHz或100GHz。
在本优选实施例中，所述光接收单元包括两个光接收机，且集成有PD(PhotoDiode，光电二极管)和TIA(Transimpedance Amplifier，电流电压转换器)，实现将输入的光信号转换成高速PAM4电信号输出。
在本优选实施例中，所述小型化环形器单元通过空间环形器实现了发射接收同波长，实现了DWDM系统采用BIDI模块(bidirectional，单纤双向光模块)的可行性。
在本优选实施例中，还包括光接口单元，光接口单元包括LC光接口，所述光接口单元实现光信号的接收与发送，所述光接口单元在接受时将光接收信号通过所述小型化环形器单元输入到所述光接收单元。
进一步的，还包括MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)单元，所述MCU单元通过IIC总线(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)与所述光发射单元连接，以进行激光器温度补偿控制。
如图1所示，以单纤双向100G光模块举例来对本实施例的方案原理进行进一步说明。参考图1，本实施例的光模块包含38PIN的4×25G NRZ电接口1008(也即电接口单元)，PAM4 Gearbox1001(也即处理单元)，Driver1002(也即驱动单元)，50G TOSA 1003(也即光发射单元)，小型化环形器1004(也即小型化环形器单元)，25G ROSA 1006(也即光接收单元)，LC光接口1005(也即光接口单元)和MCU 1007(也即MCU单元)。
本实施例的实例中，38PIN 4×25G NRZ电接口单元实现光模块与系统板卡的连接，系统板卡发出100Gbps的高速信号到38PIN 4×25G NRZ电接口单元，其中高速信号为4通道25G差分信号，编码形式为NRZ码型；4×25G NRZ差分信号输入到PAM4 Gearbox处理单元，PAM4 Gearbox处理单元内部DSP处理单元对电信号进行码型编译，将NRZ码型编译成PAM码型，输出为50G PAM4差分电信号到Driver驱动单元，该单元将50G PAM4差分电信号转换成50G PAM4单端电信号，并对电信号进行波形整形和幅度放大，分别输出到光发射单元50GTOSA。光发射单元50G TOSA为集成TEC的EML激光器，分别将50G PAM4电信号转换成光信号，并通过LC光接口单元输出，输出的信号速率为100Gbps。
特别地，在本实施例的实例中，光发射单元50G TOSA为集成TEC的50GEML激光器，发射光波长在C波段，波长为λ1，可通过TEC实现波长可调；特别地，光发射单元50G TOSA的波长λ1会受光模块温度变化产生偏移，且波长偏移量与模块温度存在线性关系，具体为-0.038nm/10℃。MCU单元采集到模块温度信息T1(℃)，得到激光器波长偏移△λ(nm)：
△λ＝-0.038×(T1-T0)
其中，T0为激光器TEC温控温度(℃)；
计算得到TEC温度补偿量为△T(℃)：
△T＝-k×△λ
其中，k为激光器波长温度系数(℃/nm)，MCU单元根据得到的TEC温度补偿量△T，通过IIC控制激光器TEC温度改变实现对光发射单元50GTOSA的波长补偿，确保激光器波长λ1稳定在中心波长。
本实施例的实例中，单纤双向100Gbps的光发射信号通过光接口单元输出。单纤双向100Gbps的光接收信号(包含波长λ1和波长λ2)通过光接口单元输入到光接收单元50GROSA，其中波长λ1的50Gbps光信号进入光接收单元50G ROSA，经过其中的PD单元由光信号转换成电流信号，再经过TIA单元由电流信号转换成电压信号输出到PAM4 Gearbox处理单元，其中电压信号为50Gbaud高速信号，码型为PAM4码型。PAM4 Gearbox处理单元中的CDR单元对输入的50G PAM4电信号进行数据时钟恢复，提取其中的数据部分，并对信号码型进行编译，将PAM4码型编译成NRZ码型(信号波特率由50Gbaud变成4×25Gbaud)，通过38PIN 4×25G NRZ电接口单元输出到系统板卡。
参考图2，为通过本实施例中小型化单纤双向100G光模块组成的传输系统。其中包含若干个光模块100A到光模块100Z，输出的光信号通过DWDM密集波分复用技术，将若干个波长λA，……λZ，合波到一根单模光纤，经过80-120km光纤传输到收端，然后采用解复用技术，将合波中的波长λA，λB……λZ，解复用之后分别输入到光模块100A到光模块100Z的接收端。其中，光信号在80-120km光纤传输链路中，包含DCM色散补偿单元，以及OA光放大单元。
特别地，在本实施例的实例中，波长λA，λB……λZ为C波段波长，最小波长间距为50GHz(波长范围为1529.16nm到1567.01nm)，最多包含96个不同波长信号波分复用到一根单模光纤进行信号传输，可实现100Gbps×96，即9.6Tbps的数据吞吐量。
综上所述，本实用新型提供一种用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块，该光模块为单波100G且单光口单纤传输，可以提高单根光纤的数据传输容量，且极大的减小DWDM系统的成本。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块，其特征在于，包括处理单元、驱动单元、光发射单元、小型化环形器单元、光接收单元，其中，所述处理单元与电接口单元连接，以实现电信号编码之间的转换并集成数据时钟恢复功能；所述驱动单元与所述处理单元连接，以实现将高速差分电信号转换为高速单端信号；所述光发射单元与所述驱动单元连接，以将输入的电信号转换成光信号输出；所述光接收单元与所述处理单元连接，以将输入的光信号转换成电信号输出；所述小型化环形器单元分别与所述光发射单元、所述光接收单元连接，以通过空间环形器实现发射接收同波长。
2.根据权利要求1所述的用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块，其特征在于，所述电接口单元实现光模块与系统背板的连接，所述电接口单元包括4x25G NRZ电接口单元，所述4x25G NRZ电接口单元包括38PIN引脚接口。
3.根据权利要求1所述的用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块，其特征在于，所述处理单元包括PAM4 Gearbox处理单元，所述PAM4 Gearbox处理单元实现电信号在NRZ编码与PAM4编码之间的转换，并集成数据时钟恢复功能。
4.根据权利要求3所述的用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块，其特征在于，所述PAM4 Gearbox处理单元集成DSP单元和CDR单元，所述DSP单元实现4×25G NRZ信号与50G PAM4信号之间编码码型的切换，所述CDR单元对所述光接收单元输出的电信号实现数据时钟恢复。
5.根据权利要求1所述的用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块，其特征在于，所述驱动单元实现将50G PAM4差分电信号转换成50G PAM4单端电信号，并对电信号进行波形整形和幅度放大，分别输出到所述光发射单元。
6.根据权利要求1所述的用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块，其特征在于，所述光发射单元包括集成TEC的EML激光器，实现将高速PAM4电信号转换成光信号输出，所述EML激光器的光波长在C波段，波长可调，波长间距为50GHz或100GHz。
7.根据权利要求1所述的用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块，其特征在于，所述光接收单元包括两个光接收机，且集成有PD和TIA，实现将输入的光信号转换成高速PAM4电信号输出。
8.根据权利要求1所述的用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块，其特征在于，所述小型化环形器单元通过空间环形器实现发射接收同波长。
9.根据权利要求1-8任一所述的用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块，其特征在于，还包括光接口单元，所述光接口单元实现光信号的接收与发送，所述光接口单元在接受时将光接收信号通过所述小型化环形器单元输入到所述光接收单元。
10.根据权利要求1-8任一所述的用于DWDM系统的小型化同波长单纤双向光模块，其特征在于，还包括MCU单元，所述MCU单元通过IIC总线与所述光发射单元连接，以进行激光器温度补偿控制。
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