高速通信中生成传输和获取管理控制信号系统的制作方法

本发明属于高速激光通信领域，尤其是涉及解决一种高速通信中生成传输和获取管理控制信号系统。

技术背景

随着大数据时代的来临，人们对信息量的需求越来越大，高速率、大容量的通信成为了未来发展的趋势。在骨干网中，传统的622Mbit/s、1.25Gbit/s、2.5Gbit/s的通信速率已经被10G甚至100Gbit/s的传输速率所取代，超高速的传输速率给网络世界带来高速发展的同时，人们依旧需要控制信号来对整个骨干网络链路进行基本的检测和控制，并且确保控制信号对整个骨干网络信号不产生任何影响。因此100Kbit/s以下的低频信号成为了首选，但是超高频的数据信号与超低频的管理控制信号的混频问题一直受制于成本问题而难以解决。先如今主要解决这个问题的方案有两种，一是铺设专用的管理控制信号通道，但其成本过高；二是将高频和低频直接通过混频器混频，但它对于混频器的要求很高，且随着高频速率的不但提高，该方案不具有普适性。本发明设计了一种高速通信中生成传输和获取管理控制信号系统，其主要原理是通过对链路光载波的功率控制，使其载有低频管理控制信号，再在接收端对光载波功率进行识别，并转换成原来的管理控制信号，以实现低频管理控制信号在高速通信中的传输。本发明提出的系统不对当今骨干网络的系统作任何的改变，仅仅增加成本相当低廉的MCU处理器和低频光电探测器等设备，并直接将控制信号加载在高速通信的光载波上，以功率变化来体现控制信号，与主网业务信号完全独立，能够在有效的降低成本、零系统零设备更换的同时大大减小管理控制信号对于业务信号的影响，且具有普适性。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种高速通信中生成传输和获取管理控制信号系统，尤其侧重于高速通信中的低频管理控制信号的生成和传输，以解决市场对于低频控制信号难以加载到高频信号上的问题。

为了达到上述目的，本发明提供一种高速通信中生成传输和获取管理控制信号系统，该系统由发射部分和接收部分两部分组成，该发射部分和接收部分通过光纤连接通信并传输数据；

其中发射部分包括：

一SFP+模块，其差分输入端口1和差分输入端口2分别接收主业务数据，将主业务信号加载到SFP+模块发出的激光载波中；

一MCU1处理器，其输入端连接所需要接入的管理控制信号MCD，该MCU1处理器的输出端与SFP+模块的控制端口3连接；

接收部分包括：

一1:9光纤耦合器，其输入端口1接收来自光纤的光信号，并将激光按照能量1:9分配；

一接收机，其输入端与1:9光纤耦合器的输出端口2连接，用于接收激光信号中的主业务信号，使业务信号链路正常通信；

一5:5光纤耦合器，其输入端口1与1:9光纤耦合器的输出端口3连接；

一功率探测器，其输入端与5:5光纤耦合器的输出端口2相连接，用于探测和采集5:5光纤耦合器输出端口2的光功率；

一MCU2处理器，其输入端与功率探测器的输出端相连接，并对采集到的功率值进行编码；

一PD低频光电探测器，其输入端口1与5:5光纤耦合器的输出端口3相连接，接收激光信号，该PD低频光电探测器的输入端口2与MCU2处理器的输出端相连接，使MCU2处理器对PD低频光电探测器中的驱动电路进行控制，进而控制光电探测器的阈值参考功率，当PD低频光电探测器输入端口1接收到的光功率高于阈值参考功率时，输出端口3输出逻辑电平“1”，当输入端口1接收到的光功率低于阈值参考功率时，输出端口3输出逻辑电平“0”，进而得到管理控制信号。

本发明提供了一种高速通信中生成传输和获取管理控制信号系统，该系统其设备连接关系及原理为：

管理控制信号(MCD)进入MCU1处理器中，处理器将MCD转换成对SFP+模块I2C接口可识别的控制信号(比特流)；

主业务差分信号(TD+、TD-)进入SFP+模块后，加载到光载波上，SFP+模块的I2C接口接收到比特流后，根据MCD变化而改变光载波功率，带有主业务信号和MCD信号的光载波通过4端口进入光纤中传输；

光纤中的激光信号进入1:9光纤耦合器中，其中90％功率的激光信号进入接收机，使整个主业务信号链路正常通信；

耦合器3端口将10％功率的激光信号送入5:5光纤耦合器的1端口，5:5光纤耦合器将激光信号等量均匀的送入功率探测器和PD低频光电探测器中；

功率探测器接收并采集激光信号，获取一段时间内激光信号的平均光功率，并将平均光功率值送入MCU2处理器1端口中；

MCU2处理器根据获得的平均光功率值，产生PD光电探测器能够识别的控制信号，进而对PD低频光电探测器的驱动电路进行控制；

PD低频光电探测器，其驱动电路根据MCU2处理器发出的指令，调整输出的偏置电压，从而改变探测的参考光功率阈值，解析从5:5光纤耦合器接收到的激光信号，若接收到的光功率高于阈值参考功率时，端口3输出逻辑电平“1”，当接收到的光功率低于阈值参考功率时，端口3输出逻辑电平“0”，则端口3输出高低电平形成的比特流便是需要传输和获取的管理控制信号MCD；

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1)本发明提供了高速通信中生成传输和获取管理控制信号系统，从根本上解决了高速通信中低频控制信号难以与高频信号混频的问题，低频管理控制信号以通过改变SFP+中光载波功率的形式加载到光载波上，和高频业务信号对光载波在频域上的改变相独立，因此适用于从Mbit/s到Tbit/s速率业务信号网络，且对高频主业务信号不产生任何影响，满足了骨干网络通信中对主业务信号零串扰零影响的要求。

2)本发明提供了高速通信中生成传输和获取管理控制信号系统，由于骨干网络中便是使用SFP+做高频业务信号链路传输，本系统便是在骨干网络的基础上添加管理控制信号，在不改变骨干网络任何设备器件的前提下加入发射和接收部分，大大降低了网络升级成本，与原骨干网络完全兼容，不论未来业务信号速率提高到多少，只要不改变传输系统，这套控制管理信号生成传输和获取的系统都将适用。

3)本发明提供了高速通信中生成传输和获取管理控制信号系统，该系统由发射和接收这两部分组成，这两部分完全独立，不受地域和光纤链路传输距离限制，相互独立的工作模式也使得这套系统稳定性大大提升，简化了控制信号的传输过程。

4)本发明提供了高速通信中生成传输和获取管理控制信号系统，本发明技术原理简单，即MCD信号转化成I2C控制信号，从而控制输出光载波的功率，接收端激光信号经两种光纤耦合器后，一部分进入功率探测器，获得的平均功率经MCU处理器编译后，生成控制信号，控制低频光电探测器PD的参考阈值功率，从而获取光载波中的低频管理控制信号。并且本发明技术所需的MCU处理器、光纤耦合器、功率探测器以及低频光电探测器都已是市场级成熟产品，因此本发明所提供的技术系统，其产品实现能力强。

附图说明

为了进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中，在光载波功率不变的情况下，加载高频业务信号后，激光信号在时域上表现的示意图；

图3是图1中，在载有高频业务信号的光载波中，加入低频管理控制信号后，激光信号在时域上表现的示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种高速通信中生成传输和获取管理控制信号系统，该系统由发射10和接收20两部分组成，该发射部分10和接收部分20通过光纤30连接通信并传输数据；

其中发射部分10包括：

一SFP+模块11，该其差分输入端口1和差分输入端口2分别接收主业务数据(TD+和TD-)，将主业务信号加载到SFP+模块发出的激光载波中，SFP+模块11的控制端口3接收来自MCU1处理器12的比特流，由含有管理控制信号(MCD)的比特流对SFP+模块11的I2C接口(3端口)进行控制，进而控制SFP+模块中发出的激光载波功率，再通过端口4将混有管理控制信号(MCD)和主业务信号(TD+、TD-)的激光接入光纤30中。该SFP+模块11用于将主业务信号(TD+和TD-)和管理控制信号(MCD)加载到光载波上，并通过光载波的功率变化来表达管理控制信号(MCD)，即当MCD信号为逻辑“1”时，光载波功率输出为高功率，当MCD信号为逻辑“0”时，光载波功率输出为低功率；

一MCU1处理器12，该MCU1处理器12的输入端连接所需要接入的管理控制信号MCD，管理控制信号MCD经过MCU1处理器12采集和处理后，根据I2C协议生成相应的比特流，经过输出端口输出。该MCU1处理器12用于采集、编译管理控制信号MCD，并对SFP+模块11进行控制；

接收部分20包括：

一1:9光纤耦合器21，该1:9光纤耦合器21，其1端口接收来自光纤30的光信号，并将激光按照能量1:9分配，90％光信号通过端口2传输出去，10％的光信号通过端口3输出，其中输出端口2和端口3中的光信号，除功率外其他均与输入端口1中激光信号完全相同；

一接收机22，其输入端口用于接收激光信号中的主业务信号(TD+和TD-)，使业务信号链路正常通信；

一5:5光纤耦合器23，该5:5光纤耦合器23，其1端口与1:9光纤耦合器21的3端口连接，并将接收到的激光按照能量5:5均匀分配，50％光信号通过端口2传输出去，另一个50％的光信号通过端口3输出，其中输出端口2和端口3中的光信号，除功率外其他均与输入端口1中激光信号完全相同；

一功率探测器24，其输入端口与5:5光纤耦合器23的输出端口2相连接，用于探测和采集5:5光纤耦合器23输出端口2的光功率，并将采集到的功率值通过端口2输出；

一MCU2处理器25，其输入端口与功率探测器24的输出端口相连接，并对采集到的功率值进行编码，编码后的比特流通过输出端口输出；

一PD低频光电探测器26，其输入端口1与5:5光纤耦合器23的输出端口3相连接，接收激光信号，PD低频光电探测器26的输入端口2与MCU2处理器25的输出端口2相连接，使MCU2处理器25对PD低频光电探测器26中的驱动电路进行控制，进而控制光电探测器26的阈值参考功率，当端口1接收到的光功率高于阈值参考功率时，端口3输出逻辑电平“1”，当端口1接收到的光功率低于阈值参考功率时，端口3输出逻辑电平“0”，进而得到管理控制信号(MCD)。

上述方案，所述的一种高速通信中生成传输和获取管理控制信号系统，其中发射部分10包含一MCU1处理器12和一SFP+模块11。

上述方案，所述的一种高速通信中生成传输和获取管理控制信号系统，其中发射部分10所包含的SFP+模块11是高速发射模块，能够满足加载Gbit/s以上速率的电信号，并且其光载波能够满足在高低两种功率状态下长时间远距离稳定传输要求，其光载波中心波长是属于通信波段的1310nm或1550nm。

上述方案，所述的一种高速通信中生成传输和获取管理控制信号系统，其中接收部分20包括一1:9光纤耦合器21、一接收机22、一5:5光纤耦合器23、一功率探测器24、一MCU2处理器25和一PD低频光电探测器26。

上述方案，所述的一种高速通信中生成传输和获取管理控制信号系统，其中MCU1处理器和MCU2处理器的选取应满足实际应用需要，如选用arm系列芯片或者FPGA系列芯片。

上述方案，所述的一种高速通信中生成传输和获取管理控制信号系统，其中接收部分20包含的功率探测器24是平均功率探测器，能够探测一段时间内的光功率平均值。

上述方案，所述的一种高速通信中生成传输和获取管理控制信号系统，其中接收部分20包含的PD低频光电探测器26是不随温度变化的，其偏置电压在一段范围内可调。

图2给出了在光载波功率不变的情况下，加载高频业务信号后，激光信号在时域上表现的示意图。

图3给出了在载有高频业务信号的光载波中，加入低频管理控制信号后，激光信号在时域上表现的示意图。

以上所述的具体实施方法对于本发明的目的、技术方案和技术效果进行了进一步详细的说明，所应理解的是，以上所叙述的仅对于本发明的具体实施方法而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。