CN105187128A - 一种带前向纠错功能基于直接调制激光器的100g光收发模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带FEC功能的基于DML的100G光收发模块，包括光发射功能单元、光接收功能单元，控制功能单元；其中光发射功能单元在接收到CAUI或CAUI-4的电信号后加入FEC编码信息，驱动DML将其转换至光信号；光接收功能单元将接收的光信号经分波后转换为电信号并进行FEC解码，将恢复解码后的电信号经复用器复用后送至CAUI或CAUI-4接口单元进行输出。本发明采用FEC编解码的方式补偿DML由于抑制色散造成的消光比变小，引起信道信噪比降低所导致的中长距离传输误码较高的问题，解决DML在100G传输距离受限的问题，延长传输距离。相较于现有的电吸收调制激光器方案具有较高的成本优势。

Description

一种带前向纠错功能基于直接调制激光器的100G光收发模块

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种符合IEEE802.3ba高速以太网标准的光模块，特别是一种带FEC功能的基于直接调制激光器(DML)的100G光收发模块。

背景技术

随着IT行业的高速发展，云计算、虚拟化、高清视频、电子商务、社交网络以及高速无线网络等各种新兴业务的不断涌现，对数据带宽提出了更高的要求，从而对高速低成本的以太网***产生了迫切需求。目前，100G光收发模块正在被广泛的应用和部署，为更高速率的传输提供高效解决方案。

按照IEEE802.3ba高速以太网标准，100GBASE-LR4和100GBASE-ER4的传输距离要求达到10KM和40KM，基于上述两种标准的100G光收发模块主要应用在城域网之间的传输，而城域网对100G光收发模块的用量较大，因此对成本较为敏感。目前，大部分光模块生产商多采用4组25GEML来作为基于此标准的100G光收发模块的光发射组件部分的半导体激光器，这种类型激光器具有高速性能好，色散代价低的优点，但同时也伴随了功耗高、成本高、封装尺寸大的缺点，从而造成目前基于上述两种标准的100G光收发模块存在功耗较大，成本较高的问题。这些都给运营商的网络建设带来较大的成本上升。

虽然现有的直接调制激光器(DML)具有低功耗、低成本、封装尺寸小的优点，但是如果采用25GDML来作为光发射组件半导体激光器，则在对驱动电流进行大幅度调制时会导致有源区载流子的大幅涨落，从而对折射率产生较强调制，引起较大的啁啾，产生较大的色散引起较大的码间串扰，对中远距离传输影响较大。如果对驱动电流进行小幅度调制会有效的抑制啁啾现象，降低色散以减小码间串扰，但消光比将会降低，影响传输信道信噪比从而引起***误码，同样会影响传输距离。以上这些缺点限制了25GDML在100G中长距离传输光收发模块中的应用。

因此，研究一种较低成本能满足在中长距离光纤传输应用要求的100G光收发模块，具有现实的应用价值。

发明内容

本发明提出了一种FEC功能基于DML的100G光收发模块的实现方案，以解决上述问题。本发明所述的带FEC功能基于DML的100G光收发模块，通过使用FEC编解码的方式补偿DML由于抑制色散造成的消光比变小，引起信道信噪比降低所导致的中长距离传输误码较高的问题，从而实现DML在100G中长距离传输中的应用。同时此发明可有效的解决基于EML光收发模块成本过高的问题。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

本发明提供一种带FEC功能的基于DML的100G光收发模块，包括光发射功能单元、光接收功能单元，控制功能单元；所述光发射功能单元包括依次顺序连接的FEC编码单元、多组数据时钟恢复单元、多组激光器驱动单元、多组基于25GDML的发射组件、光合波器；所述光接收功能单元包括顺序连接的FEC解码单元、多组数据时钟恢复单元、多组放大电路、多组光接收组件，光分波器；所述控制功能单元与所述光发射功能单元和所述光接收功能单元连接，控制和检测所述光发射功能单元和所述光接收功能单元的工作状态。

在上述技术方案中，所述激光器驱动单元输出的驱动电流使得基于25GDML的发射组件中的DML发射组件工作于线性工作区域，以抑制啁啾降低色散从而减小码间串扰。

在上述技术方案中，所述控制功能单元进一步包括温度探测电路、温度控制电路、存储电路和微控制器；所述温度探测电路用于探测所述基于25GDML的发射组件中的DML发射组件的工作温度，所述温度控制电路用于使所述DML发射组件保持在最佳温度点，所述微控制器根据所述温度探测电路探测到的温度反馈，动态调整所述温度控制电路的工作状态，所述存储电路用于存储各DML发射组件的阈值电流信息，所述微控制器根据所述阈值电流信息调整所述激光器驱动单元输出的驱动电流，使所述DML发射组件工作在线性工作区域。

在上述技术方案中，所述FEC编码单元包括解复用器、二十组FEC编码器、复用器组成；所述解复用器有两种类型10:20解复用器和4:20解复用器；所述复用器为20:4复用器。

在上述技术方案中，所述FEC解码单元包括复用器、二十组FEC编码器、解复用器组成；所述复用器有两种类型20:10复用器和20:4复用器；所述解复用器为4:20解复用器。

在上述技术方案中，所述光发射功能单元包括的多组数据时钟恢复单元为四组、多组激光器驱动单元为四组、多组基于25GDML的发射组件为四组；所述光接收功能单元包括的多组数据时钟恢复单元为四组、多组放大电路为四组、多组光接收组件为四组。

在上述技术方案中，所述基于25GDML的发射组件满足IEEE802.3ba规定的波分复用波长间隔，其中心波长分别为1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm和1309.14nm。

在上述技术方案中，所述光接收组件采用PIN型二极管阵列或雪崩光电二极管阵列。

在上述技术方案中，所述控制功能单元进一步包括输入输出逻辑控制电路、上电时序控制电路、FEC编解码状态指示电路、数模和模数转换电路。

本发明取得了以下技术效果：

通过集成FEC编解码的功能，实现25GDML在100G中长距离传输中的应用，极大的降低了光收发模块的成本，极具经济性。另外该技术方案满足多种100G通信接口，极具灵活性，通过加入FEC功能使光收发模块整体性能得到优化。集新颖性、经济性、实用性与创造性于一体，适用于大规模生产，满足中长距离传输的需要。

附图说明

图1为本发明装置内部结构功能框图；

图2为本发明FEC编码单元部分结构示意图；

图3为本发明FEC解码单元部分结构示意图；

图4为本发明发射功能单元结构示意图；

图5为现有技术驱动DML发射组件的方式；

图6为本发明抑制DML啁啾的驱动装置结构示意图；

图7为本发明中一种点对点传输的应用示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

本发明提供了一种带FEC功能的基于DML的100G光收发模块，包括光发射功能单元10、光接收功能单元20和控制功能单元30。其中光发射单元10包括多组FEC编码单元101、多组数据时钟恢复单元102、多组激光器驱动单元103、多组基于25GDML的光发射组件104、光合波器105。光接收功能单元20包括多组FEC解码单元201、多组数据时钟恢复单元202、多组放大电路203、多组光接收组件204，光分波器205。控制功能单元30与光收发模块接口的输入输出信号连接，接收光收发模块外部控制单元(图中未示出)输入的控制信息，并将光收发模块的诊断信息输出至外部控制单元，同时与光发射功能单元10和光接收功能单元20连接，控制和检测光发射功能单元10和光接收功能单元20的工作状态。

下面将参照附图，对本发明所述的光收发模块的实施方案做进一步说明。

图1显示了一种带FEC功能基于DML的100G光收发模块的具体实施方案，包括光发射功能单元10、光接收功能单元20和控制单元30

其中光发射功能单元10包括FEC编码单元101、四组数据时钟恢复单元102、四组激光器驱动单元103、四组基于25GDML的光发射组件104、光合波器105。

图2为FEC编码单元101的功能框图，FEC编码单元101用于在100G标准接口CAUI或CAUI-4的电信号中加入纠错编码信息，以达到在因抑制DML激光器啁啾造成消光比降低时延长光信号的传输距离，改善***误码率，提升***可靠性。FEC编码单元101包括解复用器110、多组FEC编码器111、复用器112。解复用器110有两种类型，分别为10:20解复用器和4:20解复用器，10:20解复用器用于将100G标准接口CAUI的十路10G速率的电信号解复用为二十路5G速率电信号；4:20解复用器用于将100G标准接口CAUI-4的四路25G速率电信号解复用为二十路5G速率电信号。多组FEC编码器为二十组，用于加入FEC纠错编码信息，提供约6～9dB的编码增益，以延长传输距离。复用器112为20:4复用器，用于将二十路5G速率的电信号复用为四路25G速率的电信号。待发送的电信号通过100G标准接口CAUI或CAUI-4的电信号进入解复用器110，解复用后的数据进入多组FEC编码器111加入FEC编码信息，然后进入复用器112复用为四路包含FEC编码信息的25G速率电信号输出。

图3为FEC解码单元201的功能框图，FEC解码单元201用于将包含FEC编码信息的电信号进行错误码的恢复解码，同时将解码后的电信号转化为100G标准接口的电信号。FEC解码单元201包括解复用器212、多组FEC解码器211，复用器210。解复用器212用于将四路25G速率的电信号解复用为二十路5G速率的电信号。多组FEC解码器211为二十组，用于将包含FEC编码信息的电信号进行错误码的恢复解码。复用器210有两种类型，分别为20:10复用器和20:4复用器,20:10复用器用于将恢复解码后的二十路5G速率电信号复用为十路10G速率的电信号，然后通过100G标准接口CAUI进行输出；20:4复用器用于将恢复解码后的二十路5G速率电信号复用为四路25G速率的电信号，然后通过100G标准接口CAUI-4进行输出。接收到的包含纠错编码信息的电信号以四路25G速率的电信号形式进入FEC解码单元前端的4:20解复用器212，解复用为二十组5G速率的电信号进入二十组FEC解码器211进行错误码的恢复解码，恢复解码后的电信号通过20:10或20:4的复用器210复用为十路10G或四路25G速率的电信号，然后通过100G标准接口CAUI或CAUI-4进行传输输出。

由此，本发明所述的光收发模块的工作流程如下。

光发射功能单元10用来接收到来自100G标准接口CAUI或CAUI-4的电信号，通过FEC编码单元101前端的解复用器110，将CAUI接口的十路10G速率电信号或CAUI-4接口的四路25G速率电信号，解复用为二十路5G速率电信号分别进入二十组FEC编码器111，通过这二十组FEC编码器111分别在二十路5G速率电信号中加入纠错编码信息后，进入复用器112复用为四路25G速率包含纠错信息的电信号，然后进入四组数据时钟恢复单元102进行数据时钟的采样和缓冲处理，处理后的电信号通过四组激光器驱动电路103进行信号的调理放大处理加载至四组基于25GDML的光发射组件，每组发射组件将输入的电信号转换至光信号进入光合波器105，经过光合波器105后合成一路包含FEC编码信息的100G速率光信号传输至光纤线路。

光接收功能单元20接收来自光纤线路包含FEC编码信息的100G速率光信号经光分波器205分波后，将所接收的一路光信号分成四路光信号，分别接入四组光接收组件204，每组光接收组件将光信号转换为电流信号，四路电流信号经四组放大电路203分别放大转化为电压信号后进入四组数据时钟恢复单元202，四组数据时钟恢复单元202进行同步采样缓冲处理，处理后的电信号进入FEC解码单元201。

实施方案中四组光接收组件204可采用PIN(PositiveintrinsicNegative)型二极管阵列或雪崩光电二极管阵列，采用雪崩光电二极管灵敏度更高，更有利于远距离传输。

实施方案中控制功能单元30接入光收发模块接口的输入输出信号，接收光收发模块外部控制单元(图中未示出)输入的控制信息，输出光收发模块诊断信息至外部控制单元，同时还与光发射功能单元10和光接收功能单元20连接，控制和检测光发射功能单元10和接收功能单元20的工作状态。控制功能单元30包括输入输出逻辑控制电路、上电时序控制电路、FEC编解码状态指示电路、温度控制电路、数模和模数转换电路、存储电路，其中存储电路用于存储固件信息、模块信息、用户信息。

本实施方案中的光发射组件104采用四组25G速率直接调制激光器阵列，四组激光器满足IEEE802.3ba规定的波分复用波长间隔，其中心波长分别为1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm和1309.14nm。

DML相比较于EML具有较大的成本优势，但在现有的电流调制过程中，为了提高光信号的消光比多采用图5所示的电流驱动方式，即零信号时驱动电流约等于DML的阈值电流点40处的电流值，阈值电流点40为光功率-电流曲线上的一个点，这个点处在线性工作区域42和激光器关断区域41之间。当驱动电流135加载在DML发射组件131上，DML发射组件131将驱动电流135转化为光信号134输出至光纤132上，由于DML激光器131在阈值电流点40处关断和开启以生成“0”和“1”电平光信号134，将会引起较大的啁啾，尤其是在“0”电平处。这些啁啾会叠加至光信号134上，通过图4所示的光复用器传播到光纤线路上，导致波形失真，引起码间串扰，影响传输距离。

本发明通过调整DML的驱动电流，控制工作电流工作在DML的线性工作区域，以抑制啁啾降低色散以减小码间串扰，因抑制啁啾所造成的消光比小幅减小的问题由FEC编解码的方式进行补偿。图6所示了一种调整DML驱动电流的方式，包括激光器驱动单元130、DML发射组件131、温度探测电路301、温度控制电路(TEC)302、存储电路303和微控制器304。其中由于DML发射组件的阈值电流随温度的升高而增加，温度控制电路302用于保持DML发射组件131工作在最佳温度点，温度探测电路301用于探测DML发射组件131的工作温度，微控制器304根据探测到的温度反馈，动态调整TEC302的工作状态，存储电路303用于存储模块信息，如DML发射组件的阈值电流信息，微控制器根据此阈值电流信息调整激光器驱动单元130的驱动电流，使DML发射组件131工作在线性工作区域240。所述线性工作区域240远离激光器关断区域，即线性工作区域240范围内的最小电流值明显大于阈值电流点处的电流值。

通过此方式可有效的抑制DML发射组件的啁啾，但消光比会小幅减小，约1～2dB。采用加入FEC编解码信息的方式补偿抑制DML激光器啁啾导致消光比的减小的现象，加入FEC编解码后约提供6～9dB的编码增益，从而有效的延长传输距离。

以下结合实施方案和图7，对本发明的应用场景做进一步说明。

图7描述了一种使用本发明提供的具有FEC功能基于DML的100G光收发模块进行点对点通信的一种应用方式，包括具有100G标准接口CAUI或CAUI-4的第一主机500、第一光收发模块502、光传输网络504、第二光收发模块506、具有100G标准接口CAUI或CAUI-4的第二主机508。

第一主机500将100G速率的电信号通过100G标准接口CAUI或CAUI-4传送至第一光收发模块502，第一收发模块502通过加入FEC编码信息将电信号转换成光信号传送至光传输网络504，第二收发模块506接收到此光信号后转换为电信号进行错误码的恢复解码，解码后的信息通过100G标准接口CAUI或CAUI-4传输至第二主机508，完成数据的发送和接收。同时第二主机508发送出的数据可通过同样的方式传送至第一主机500，从而实现数据的相互交互。

在本发明中实施方案中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上的单元集成在一个单元中。上述集成的单元即可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

以上实施方案仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照实施方案对本发明进行了详细说明，但对于本领域技术人员应对理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，可在形式上和细节上对本发明做出各种变化，其并未脱离本专利的技术与精神。

Claims (9)

1.一种带FEC功能的基于DML的100G光收发模块，包括光发射功能单元(10)、光接收功能单元(20)，控制功能单元(30)，其特征在于：

所述光发射功能单元(10)包括依次顺序连接的FEC编码单元(101)、多组数据时钟恢复单元(102)、多组激光器驱动单元(103)、多组基于25GDML的发射组件(104)、光合波器(105)；

所述光接收功能单元(20)包括顺序连接的FEC解码单元(201)、多组数据时钟恢复单元(202)、多组放大电路(203)、多组光接收组件(204)，光分波器(205)；

所述控制功能单元(30)与所述光发射功能单元(10)和所述光接收功能单元(20)连接，控制和检测所述光发射功能单元(10)和所述光接收功能单元(20)的工作状态。

2.如权利要求1所述的带FEC功能的基于DML的100G光收发模块，其特征在于：所述激光器驱动单元(103)输出的驱动电流使得基于25GDML的发射组件(104)中的DML发射组件工作于线性工作区域，以抑制啁啾降低色散从而减小码间串扰。

3.如权利要求2所述的带FEC功能的基于DML的100G光收发模块，其特征在于：所述控制功能单元(30)进一步包括温度探测电路(301)、温度控制电路(302)、存储电路(303)和微控制器(304)；所述温度探测电路(301)用于探测所述基于25GDML的发射组件(104)中的DML发射组件的工作温度，所述温度控制电路(302)用于使所述DML发射组件保持在最佳温度点，所述微控制器(304)根据所述温度探测电路(301)探测到的温度反馈，动态调整所述温度控制电路(302)的工作状态，所述存储电路(303)用于存储各DML发射组件的阈值电流信息，所述微控制器(304)根据所述阈值电流信息调整所述激光器驱动单元(103)输出的驱动电流，使所述DML发射组件(131)工作在线性工作区域(240)。

4.如权利要求1所述的带FEC功能的基于DML的100G光收发模块，其特征在于：所述FEC编码单元(101)包括解复用器(110)、二十组FEC编码器(111)、复用器(112)组成；所述解复用器(110)有两种类型10:20解复用器和4:20解复用器；所述复用器(112)为20:4复用器。

5.如权利要求1所述的带FEC功能的基于DML的100G光收发模块，其特征在于：所述FEC解码单元(201)包括复用器(210)、二十组FEC编码器(211)、解复用器(212)组成；所述复用器(210)有两种类型20:10复用器和20:4复用器；所述解复用器(212)为4:20解复用器。

6.如权利要求1所述的带FEC功能的基于DML的100G光收发模块，其特征在于：所述光发射功能单元(10)包括的多组数据时钟恢复单元(102)为四组、多组激光器驱动单元(103)为四组、多组基于25GDML的发射组件(104)为四组；所述光接收功能单元(20)包括的多组数据时钟恢复单元(202)为四组、多组放大电路(203)为四组、多组光接收组件(204)为四组。

7.如权利要求1-6中任一项所述的带FEC功能的基于DML的100G光收发模块，其特征在于：所述基于25GDML的发射组件(104)满足IEEE802.3ba规定的波分复用波长间隔，其中心波长分别为1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm和1309.14nm。

8.如权利要求1-7中任一项所述的带FEC功能的基于DML的100G光收发模块，其特征在于：所述光接收组件(204)采用PIN型二极管阵列或雪崩光电二极管阵列。

9.如权利要求1-8中任一项所述的带FEC功能的基于DML的100G光收发模块，其特征在于：所述控制功能单元(30)进一步包括输入输出逻辑控制电路、上电时序控制电路、FEC编解码状态指示电路、数模和模数转换电路。