CN221103348U - 多速率光学收发器及使用其的网络通信系统 - Google Patents

多速率光学收发器及使用其的网络通信系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开一种多速率光学收发器及使用其的网络通信系统，其中多速率光学收发器适合安装在交换中心的主机设备，其包括速率选择器、具有第一传输速率的第一信号收发单元、具有第二传输速率的第二信号收发单元，及波长分波多工复用器。第一信号收发单元包括第一电光转换器及第一光电转换器。第二信号收发单元包括第二电光转换器及第二光电转换器。波长分波多工复用器用以将来自所述第一、第二信号收发单元中的至少其中一个的光信号的波长调制成不同频带，并使这些不同频带叠加在一起形成分组光信号而向外传输。通过使用本实用新型多速率光学收发器，交换中心可方便管理网络速率之间的切换升级作业。

Description

多速率光学收发器及使用其的网络通信系统
技术领域
本实用新型是有关于一种光学收发器，尤其是指一种多速率光学收发器。
背景技术
在光通讯领域中，光学收发器一直是光电转换界面的关键组件，其信号传输速率已从早期155Mb/s到512Mb/s，提升至1Gb/s至10Gb/s，甚至更高，其封装形式也随着运用环境的不同而有许多种。例如包括小尺寸架构多重来源协议、小尺寸插入式多重来源协议、XENPAK多重来源协议、X2多重来源协议以及SFP+多重来源协议等，多重来源协议(Multi-Source Agreement；MSA)用于规定电子模块的封装尺寸。其中SFF封装属于固定式的封装方式，这类的模块在组装于系统后，就不容易取出，至于GBIC封装与SFP封装则属于可插拔式的封装，装设于系统后，仍可进行插拔抽换。SFP收发器支持SONET、Gigabit Ethernet、光纤通道(Fiber Channel)以及一些其他通信标准。光学收发器采可插拔式模块的好处是低成本、标准化及互操作性，因此被广泛应用于市场上。
图1为现有光纤通信系统使用光纤作为通信通道而将信息自一交换中心(centraloffice,CO)传输至一目的地的一示意图，举例来说，位于交换中心900的主机设备901中的其中一个接口界面91是被配置成与传输速率为2.5Gb/s的光学收发器902呈电性连接，该光学收发器902会将电信号转换成光信号，并通过光纤电缆70作为通信通道而以1550nm光波长进行数据传输，且以1310nm光波长进行数据接收，因此，位于客户端800的用户终端设备(customer premise equipment,CPE)801需配置有传输速率为2.5Gb/s的光学收发器802，该光学收发器802是以1550nm光波长接收来自于交换中心900的数据，并以1310nm光波长向交换中心900传输数据，如此，便可以提供一种点对点(point-to-point,p2p)双向数据传输的电信网络。
由于现有光学收发器902只有一种传输速率，当客户端800向交换中心900提出数据传输速率升级需求时，需要通过人工手动将原本较低传输速率的光学收发器902自主机设备901拆卸下来，再装上更高传输速率的光学收发器902，以此完成传输速率升级作业。补充说明，若客户端800的光学收发器802无法匹配升级后的传输速率，则需另外配套购买相对应传输速率所需的光学收发器。
由上可知，只要客户端800在传输速率需求上有所改变时，交换中心900这端便需要频繁地派遣工程师到机房甚至是客户端800进行人工手动置换光学收发器的安装设定工程，又，因应现代大数据传输需求大增，使得每一主机设备901要容置的光学收发器的数量及密度愈来愈多及越来越密集，这会导致光学收发器在插拔操作上，变得更为困难及不便。
实用新型内容
因此，本实用新型的主要目的是在于提供一种可改善现有技术至少一缺点的多速率光学收发器。
本实用新型的另一目的在于提供一种使用上述多速率光学收发器的网络通信系统。
为达上述目的，本实用新型提供一种多速率光学收发器，其包括一速率选择器、多个信号收发单元，及一波长分波多工复用器。
该速率选择器用以在不同传输速率之间进行切换。该多个信号收发单元耦合连接于该速率选择器，该多个信号收发单元包括具有第一传输速率的一第一信号收发单元和具有第二传输速率的一第二信号收发单元，其中第一传输速率不同于第二传输速率。该第一信号收发单元包括用以将电信号转换成光信号的一第一电光转换器及用以将光信号转换成电信号的一第一光电转换器。该第二信号收发单元包括用以将电信号转换成光信号的一第二电光转换器及用以将光信号转换成电信号的一第二光电转换器。该波长分波多工复用器耦合连接于该多个信号收发单元，并用以将来自该多个信号收发单元中的至少其中一个的光信号的波长调制成不同频带，并使这些不同频带叠加在一起形成分组光信号而向外传输。
其中，该第一电光转换器包括一激光驱动器及一光学发射次模块，该第一电光转换器的该光学发射次模块使用一第一波长，该第一光电转换器包括一限幅放大器和一光学接收次模块，该第一光电转换器的该光学接收次模块使用不同于该第一波长的一第二波长。
其中，该第二电光转换器包括一激光驱动器及一光学发射次模块，该第二电光转换器的该光学发射次模块使用一第三波长，该第二光电转换器包括一限幅放大器和一光学接收次模块，该第二光电转换器的该光学接收次模块使用一第四波长，该第一波长、该第二波长、该第三波长及该第四波长彼此不相同。
其中，该速率选择器是选自于射频开关、微波开关、允许信号通过特定路径的可受控元件或电路的其中一个。
其中，该多个信号收发单元还包括具有第三传输速率的一第三信号收发单元，所述第一传输速率、所述第二传输速率与所述第三传输速率彼此不相同，该第三信号收发单元包括用以将电信号转换成光信号的一第三电光转换器及用以将光信号转换成电信号的一第三光电转换器。
其中，还包含用于测量光的波长分布的一光检测器，该光检测器与该速率选择器呈电性连接。
本实用新型还提供一种使用该多速率光学收发器的网络通信系统，其包含一主机设备、至少一多速率光学收发器，及一用户终端设备。
该主机设备包括多个接口。该至少一多速率光学收发器安装于该主机设备的其中一个接口，该至少一多速率光学收发器包括用以在不同传输速率之间进行切换的一速率选择器、耦合连接于该速率选择器的多个信号收发单元，及耦合连接于该多个信号收发单元的一波长分波多工复用器。该多个信号收发单元包括具有第一传输速率的一第一信号收发单元和具有第二传输速率的一第二信号收发单元，其中第一传输速率不同于第二传输速率，该第一信号收发单元包括用以将电信号转换成光信号的一第一电光转换器及用以将光信号转换成电信号的一第一光电转换器，该第二信号收发单元包括用以将电信号转换成光信号的一第二电光转换器及用以将光信号转换成电信号的一第二光电转换器。该波长分波多工复用器用以将来自该多个信号收发单元中的至少其中一个的光信号的波长调制成不同频带，并使这些不同频带叠加在一起形成分组光信号而向外传输。
该用户终端设备经由光纤电缆与安装在该主机设备的该至少一多速率光学收发器耦合连接，该用户终端设备包括彼此耦合连接的一解多工器与一客户端光学收发器。
其中，该客户端光学收发器是多速率光学收发器。
其中，该主机设备还包括一操作面板，该操作面板用以供选择输出与所述第一传输速率相对应的一第一电信号，或与所述第二传输速率相对应的一第二电信号。
其中，该多速率光学收发器是可插拔地安装在该主机设备的该接口。
现将经由对说明性实施例、随附图式及权利要求书的以下详细描述的评述，使本实用新型的此等以及其他组件、步骤、特征、效益及优势变得明朗。
附图说明
本实用新型的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：
图1是一种传统通信系统的一示意图，说明使用光纤电缆作为交换中心和目的地之间的通信通道，并使用单速率的光学收发器；
图2是本实用新型多速率光学收发器的一实施例的一示意图，说明该实施例用于交换中心；
图3是该实施例的一方块图，说明该实施例与一主机设备的一接口电性连接；及
图4是该实施例其具有三种传输速率的变化态样的一方块图，说明该实施例的变化态样与一主机设备的一接口电性连接。
附图标记说明：100-多速率光学收发器；10-速率选择器；21-第一信号收发单元；211-第一电光转换器；212-第一光电转换器；22-第二信号收发单元；221-第二电光转换器；222-第二光电转换器；23-第三信号收发单元；231-第三电光转换器；232-第三光电转换器；30-波长分波多工复用器；70-光纤电缆；800-客户端；801-用户终端设备；802-光学收发器；900-交换中心；901-主机设备；902-光学收发器；91-接口；92-微控制器。
具体实施方式
在本实用新型被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示，此外图式中元件的形状、尺寸、厚度、以及角度等相关参数并未依照比例绘制，其简化用意仅为方便清楚说明。
参阅图2、图3，本实用新型的多速率光学收发器的一实施例，其适合安装在主机设备901的接口91上。在一些实施例中，多速率光学收发器100适用安装在客户端800的用户终端设备801上取代如图2中所示的传统单速率光学收发器802。
本实用新型的多速率光学收发器100包括相互电连接或耦合的一速率选择器(rate selector)10、多个具有不同传输速率的信号收发单元，及一波长分波多工复用器(wavelength division multiplexing multiplexer)30。
速率选择器10，举例来说可以是射频开关(radio frequency switch)、微波开关(microwave switch)或允许信号通过特定路径的可受控元件或电路。在本实施例中所用的RF开关是支持1Gb/s到10Gb/s甚至更高的传输速率，速率种类举例来说可包括1Gb/s、2.5Gb/s、4.25Gb/s、10Gb/s、25Gb/s和50Gb/s，其是可在不同高速率信号种类之间进行切换。
在本实施例中，信号收发单元可以定义为具有第一传输速率的一第一信号收发单元21和具有第二传输速率的一第二信号收发单元22，其中第一传输速率不同于第二传输速率。
第一信号收发单元21包括一第一电光转换器(electrical-to-opticalconverter,EO)211和一第一光电转换器(optical-to-electrical converter,OE)212。第一电光转换器211包括一激光驱动器(laser driver)及一光学发射次模块(transmitteroptical sub-assembly,TOSA)，其使用第一波长λ1作为第一传输速率的操作。第一光电转换器212包括一限幅放大器(limited amplifier)和一光学接收次模块(receiver opticalsub-assembly,ROSA)，其使用第二波长λ2作为第一传输速率的操作。第二信号收发单元22包括一第二电光转换器221和一第二光电转换器222。第二电光转换器221包括一激光驱动器及一光学发射次模块，其使用第三波长λ3作为第二传输速率的操作。第二光电转换器222包括一限幅放大器和一光学接收次模块，其使用第四波长λ4作为第二传输速率的操作。
波长分波多工复用器30耦合连接多个信号收发单元，特别是光耦合连接于采用第一波长λ1的TOSA、采用第二波长λ2的ROSA、采用第三波长λ3的TOSA以及采用第四波长λ4的ROSA，在本实施例中，第一波长λ1、第二波长λ2、第三波长λ3和第四波长λ4彼此不相同。波长分波多工复用器30是用以将不同的波长调制成不同的频带，然后将它们叠加在一起形成分组光信号而在指定的光学通道上传输。
以下，将先以本实用新型多速率光学收发器具有两种传输速率的较佳态样进行说明:
参阅图2、图3，交换中心900的主机设备901中的其中一个界面91与具有2.5Gb/s和10Gb/s两种传输速率的多速率光学收发器100电连接。在运行过程中，多速率光学收发器100中的速率选择器10会根据来自主机设备901的第一电信号而单独打开连接到具有第一传输速率的第一信号收发单元21的第一路径(或通道)，抑或是根据来自主机设备901的第二电信号而只单独打开连接到具有第二传输速率的第二信号收发单元22的第二路径。在一些实施例中，主机设备901可以被配置为将高电平电压用于第一电信号并且将低电平电压用于第二电信号，如此便可在主机设备901的操作面板上提供选择切换不同传输速率的功能。
当选择2.5Gb/s作为传输速率时，在第一电光转换器211中的激光驱动器会将来自交换中心900的数据，自其电信号形态转换成光信号形态，而第一波长1550nm是从TOSA传输到波长分波多工复用器30，然后再通过光纤电缆70到达客户端800。而在客户端800处会进行反向解析作业流程，其是由位于客户端800的解多工器(demultiplexer)执行。解多工器是接收来自波长分波多工复用器的光信号并将其分离转换成单独多个原始(或低频速)光信号，以此使安装在用户终端设备801上的客户端光学收发器可正确接收到波长为1550nm的数据。
当客户端800通过客户端光学收发器上传(upload)数据时，数据是以1310nm的波长形式通过光纤电缆70而传输到交换中心900的多速率光学收发器100。之后，在多速率光学收发器100的第一光电转换器212中，ROSA是将波长为1310nm的光信号转换为电信号，接着通过限幅放大器、速率选择器10而到达主机设备901。较佳地，主机设备901中的微控制器92会提供缓存器(register)来收集和存储参数，相关参数举例来说如TOSA/ROSA中的工作温度、光电流、光强度、激光功率等。
在一些实施例中，多速率光学收发器还包含与速率选择器10电性连接且用于测量光的波长分布的一光检测器，经由光检测器的结果，使得多速率光学收发器可以基于从外部接收到的波长来动态地切换速率选择器10中与信号收发单元相连通的路径(或通道)。举例来说，若多速率光学收发器默认设置为从外部接收的光波长为1310nm，但经由光检测器的结果而得到实际接收的光波长为1270nm，则速率选择器10会自动地从与第一信号收发单元21相连通的模式切换成实际接收光波长所在的第二信号收发单元22模式并与其相连通，其中，光信号经光电转换器转变成电信号后进入主机设备901。
在一些实施例中，多速率光学收发器是具有多于两个的传输速率，例如，具三种不同传输速率的多速率光学收发器(如图4所示)，也就是本实用新型多速率光学收发器还包括具有第三传输速率的一第三信号收发单元23，第三信号收发单元23包括一第三电光转换器231和一第三光电转换器232。第三电光转换器231包括一激光驱动器及一光学发射次模块，其使用第五波长λ5作为第三传输速率的操作。第三光电转换器232包括一限幅放大器和一光学接收次模块，其使用第六波长λ6作为第三传输速率的操作。波长分波多工复用器30还进一步耦合连接于第三信号收发单元23，特别是光耦合连接于采用第五波长λ5的TOSA以及采用第六波长λ6的ROSA，其中，第一波长λ1、第二波长λ2、第三波长λ3、第四波长λ4、第五波长λ5和第六波长λ6彼此不相同。
在一些实施例中，本实用新型多速率光学收发器不仅符合多重来源协议(MSA)，还兼具可插拔功用而能广泛地兼容于市场上现有设备。此外，本实用新型多速率光学收发器还可在机械、电气或光学等特性方面客制化定制以满足用户需求。
在一些实施例中，本实用新型多速率光学收发器可用于服务器的高速I/O、大容量存储系统的I/O、总线扩展应用、FTTx应用和1x光纤通道等应用。
在一些实施例中，本实用新型多速率光学收发器能同时支持IEEE802.32.5GBase-BX20-D和IEEE802.3 10GBase-BX20-D；采用1550nm和1330nm的分布式反馈发射器(distributed feedback transmitters,DFB transmitters)；采用1310nm和1270nm的PIN-TIA接收器；具有2.5Gbps和10Gbps TX/RX数据速率；符合SFF-8472数字诊断功能；采SFP+封装并具有SC/UPC插座；工作温度介于-40℃至85℃间；符合第一级激光安全；以及符合SFF-8432、SFF-8472标准。
虽然，本实用新型的多速率光学收发器仅揭露2.5Gb/s和10Gb/s两种传输速率并配合光波长1550nm和1330nm实施例，但不受限于此，所属本领域具有通常知识者应可由本实用新型所提供的实施例，根据不同的实际传输速率(例如1Gb/s、4.25Gb/s、25Gb/s和50Gb/s等等传输速率)，采用与配合相对应的光波长(不受限于本实用新型所提供的光波长1550nm和1330nm，任何可达到本实用新型技术手段的可适用的光波长皆应可纳入考虑)，来达到本实用新型的功效与目的。
经由以上的说明，可再将本实用新型多速率光学收发器的优点归纳如下:
一、本实用新型的多速率光学收发器于交换中心使用时，只需在主机设备上更改速率选项或通过动态调整自动切换机制即可完成速率转变，速率升级或调整过程毋须手动拆卸光学收发器，以此改善现有技术需通过人工手动置换光学收发器才能升级传输速率的缺点，以增加使用上便利性。
二、本实用新型的多速率光学收发器能方便让交换中心网络通信系统简单地从较低传输速率1Gb/s扩展到10Gb/s或更高传输速率如25Gb/s或50Gb/s以上。
本实用新型所提供的技术内容并不限于上述实施例，凡是与本实用新型所提供的创作概念及原则相同者，皆落入本实用新型的涵盖范围。需注意的是，元件的定义，例如“第一”和“第二”并不是限定的文字，而是区别性的用语。而本案所用的“包括”或“包含”涵盖“包括”和“具有”的概念，并表示元件、操作步骤及/或组或上述的组合，并不代表排除或增加的意思。又，除非有特别说明，否则操作的步骤顺序并不代表绝对顺序。更，除非有特别说明，否则以单数形式提及元件时(例如使用冠词“一”或“一个”)并不代表“一个且只有一个”而是“一个或多个”。本实用新型所使用的“及/或”是指“及”或“或”，以及“及”和“或”。本实用新型所使用的范围相关用语包含全部及/或范围限定，例如“至少”、“大于”、“小于”、“不超过”等，是指范围的上限或下限。
以上所述仅为实用本新型的实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，凡是依本实用新型权利要求及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用新型涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种多速率光学收发器，其特征在于，包含：
一速率选择器，用以在不同传输速率之间进行切换；
多个信号收发单元，耦合连接于该速率选择器，该多个信号收发单元包括具有第一传输速率的一第一信号收发单元和具有第二传输速率的一第二信号收发单元，其中第一传输速率不同于第二传输速率，该第一信号收发单元包括用以将电信号转换成光信号的一第一电光转换器及用以将光信号转换成电信号的一第一光电转换器，该第二信号收发单元包括用以将电信号转换成光信号的一第二电光转换器及用以将光信号转换成电信号的一第二光电转换器；及
一波长分波多工复用器，耦合连接于该多个信号收发单元，并用以将来自该多个信号收发单元中的至少其中一个的光信号的波长调制成不同频带，并使这些不同频带叠加在一起形成分组光信号而向外传输。
2.如权利要求1所述的多速率光学收发器，其特征在于，该第一电光转换器包括一激光驱动器及一光学发射次模块，该第一电光转换器的该光学发射次模块使用一第一波长，该第一光电转换器包括一限幅放大器和一光学接收次模块，该第一光电转换器的该光学接收次模块使用不同于该第一波长的一第二波长。
3.如权利要求2所述的多速率光学收发器，其特征在于，该第二电光转换器包括一激光驱动器及一光学发射次模块，该第二电光转换器的该光学发射次模块使用一第三波长，该第二光电转换器包括一限幅放大器和一光学接收次模块，该第二光电转换器的该光学接收次模块使用一第四波长，该第一波长、该第二波长、该第三波长及该第四波长彼此不相同。
4.如权利要求1所述的多速率光学收发器，其特征在于，该速率选择器是选自于射频开关、微波开关、允许信号通过特定路径的可受控元件或电路的其中一个。
5.如权利要求1所述的多速率光学收发器，其特征在于，该多个信号收发单元还包括具有第三传输速率的一第三信号收发单元，所述第一传输速率、所述第二传输速率与所述第三传输速率彼此不相同，该第三信号收发单元包括用以将电信号转换成光信号的一第三电光转换器及用以将光信号转换成电信号的一第三光电转换器。
6.如权利要求1所述的多速率光学收发器，其特征在于，还包含用于测量光的波长分布的一光检测器，该光检测器与该速率选择器呈电性连接。
7.一种使用多速率光学收发器的网络通信系统，其特征在于，包含：
一主机设备，包括多个接口；
至少一多速率光学收发器，安装于该主机设备的其中一个接口，该至少一多速率光学收发器包括：
一速率选择器，用以在不同传输速率之间进行切换；
多个信号收发单元，耦合连接于该速率选择器，该多个信号收发单元包括具有第一传输速率的一第一信号收发单元和具有第二传输速率的一第二信号收发单元，其中第一传输速率不同于第二传输速率，该第一信号收发单元包括用以将电信号转换成光信号的一第一电光转换器及用以将光信号转换成电信号的一第一光电转换器，该第二信号收发单元包括用以将电信号转换成光信号的一第二电光转换器及用以将光信号转换成电信号的一第二光电转换器；及
一波长分波多工复用器，耦合连接于该多个信号收发单元，并用以将来自该多个信号收发单元中的至少其中一个的光信号的波长调制成不同频带，并使这些不同频带叠加在一起形成分组光信号而向外传输；及
一用户终端设备，经由光纤电缆与安装在该主机设备的该至少一多速率光学收发器耦合连接，该用户终端设备包括彼此耦合连接的一解多工器与一客户端光学收发器。
8.如权利要求7所述的使用多速率光学收发器的网络通信系统，其特征在于，该客户端光学收发器是多速率光学收发器。
9.如权利要求7所述的使用多速率光学收发器的网络通信系统，其特征在于，该主机设备还包括一操作面板，该操作面板用以供选择输出与所述第一传输速率相对应的一第一电信号，或与所述第二传输速率相对应的一第二电信号。
10.如权利要求7所述的使用多速率光学收发器的网络通信系统，其特征在于，该多速率光学收发器是可插拔地安装在该主机设备的该接口。
CN202322285878.1U 2022-08-24 2023-08-24 多速率光学收发器及使用其的网络通信系统 Active CN221103348U (zh)

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