一种光信号发送模块及相关方法与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种光信号发送模块及相关方法。

背景技术：

现有技术公开了一种传输多电平multi-level编码结构，图1示意了一种传输多电平multi-level编码结构，multi-level编码结构包括发送器transmitter和接收器receiver，其中，transmitter的变速器gearbox集成电路(integratedcircuit，ic)与激光器驱动器laserdriver之间通过两路信号连接以缓解带宽的压力；gearboxic包含去信道时差de-skew单元、线性驱动linedriver以及两路均衡器(equalizer，eq)和不归零(non-returntozero，nrz)时钟和数据恢复(clockanddatarecovery，cdr)单元，其中，两路eq用于分别对接收到的两路电压信号做均衡处理，然后输入到nrzcdr单元，nrzcdr单元用于对收到的信号做数据提取和恢复，然后输入到de-skew单元，de-skew单元用于对输入的信号做数据对齐处理，然后输入到linedriver，linedriver用于对输入的信号做线性驱动，然后将处理后的信号输入到laserdriver，laserdriver用于对输入的信号做激光驱动和电平控制得到光信号，然后驱动激光发射器发送该光信号。receiver包含模拟前端(analogfrontend，afe)和4级脉冲幅度调制(pulse-amplitudemodulation，pam)的解码器，其中，afe用于对接收到的光信号做模拟均衡处理，再将信号输入到pam4解码器，pam4解码器用于对输入的信号进行解码和相位检测以得到两路电压信号。现有技术能够有效地实现电压信号到光信号的转换和光信号到电压信号的转换，但是光信号在传输过程中劣化比较严重，无法满足长距离传输。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种光信号发送模块及相关方法，能够增加光信号发送模块发送的信号在光纤中传输的距离。

第一方面，本发明实施例提供了一种光信号发送模块，该光信号发送模块包括时钟和数据恢复cdr单元、前向纠错fec编码单元、脉冲幅度调制pam编码单元和激光器，其中：该cdr单元用于对输入的电压信号进行时钟提取和数据对齐以得到整形后的数据；该fec编码单元用于对该整形后的数据添加纠错码以得到含纠错码的数据；该pam编码单元用于对该含纠错码的数据进行脉冲幅度调制编码以得到pam码型数据；该激光器用于将该pam码型数据调制后的光信号发送到光纤中。

通过运行该光信号发送模块，该光信号发送模块通过fec编码单元采用前向纠错码fec技术对整形后的数据进行处理，从而获得功率补偿和提高系统误码率ber，增加了光信号发送模块发送的信号在光纤中传输的距离。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，该光信号发送模块还包括线性驱动器，该线性驱动器用于优化该pam码型数据的发射时域和/或幅度。该线性驱动器以适应和匹配不同型号的光源并可对电压信号的多电平幅度进行预补偿以减轻光源调制非线性带来的影响。

结合第一方面，或者第一方面的上述任一可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，该线性驱动器用于优化该pam码型数据的发射时域和/或幅度，具体为：该线性驱动器用于对该pam码型数据的发射时域和/或幅度执行去延迟、噪音幅度调整、眼图调整、误码率ber最大化优化和温度补偿中至少一项操作。从而最大化的优化系统传输性能。

结合第一方面，或者第一方面的上述任一可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，该光信号发送模块还包括数字信号处理器，该数字信号处理器用于补偿pam编码代价。这样可以提升传输系统的信噪比。

结合第一方面，或者第一方面的上述任一可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，该cdr单元集成了变速器gearbox。gearbox可以提高1倍单通道传输的电压信号速率，最终提升1倍传输速率。

第二方面，本发明实施例提供一种光信号接收模块，该光信号接收模块包括线性放大器、模数转换单元、前向纠错fec解码单元和pam解码单元，其中：该线性放大器用于将电流信号进行线性放大以得到电压信号，该电流信号为由光信号转换得到；该模数转换单元用于对该电压信号进行电平采样以将该电压信号转换为数字信号；该fec解码单元用于对该数字信号纠错以得到纠错后的数据；该pam解码单元用于通过pam解码技术解码该纠错后的数据。

通过运行该光信号接收模块，光信号接收模块通过模数转换单元对电压信号进行电平进行过采样，使用过采样方法可以获取电平的更多细节信号，然后通过数字均衡算法进行处理，可以较好地克服电平幅度噪音问题。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，该光信号接收模块还包括数字信号处理器，该数字信号处理器用于对该数字信号做信号恢复和优化以还原该数字信号。这样可以得到更优的传输系统信噪比。

第三方面，本发明实施例提供一种光信号发送方法，该方法应用于光信号发送模块，该光信号发送模块包括时钟和数据恢复cdr单元、前向纠错fec编码单元、脉冲幅度调制pam编码单元和激光器，该方法包括：该cdr单元对输入的电压信号进行时钟提取和数据对齐以得到整形后的数据；然后，该fec编码单元对该整形后的数据添加纠错码以得到含纠错码的数据；接着，该pam编码单元对该含纠错码的数据进行脉冲幅度调制编码以得到pam码型数据；然后，该激光器将该pam码型数据调制后的光信号发送到光纤中。

通过执行该方法，该光信号发送模块通过fec编码单元采用前向纠错码，fec技术对整形后的数据进行处理，从而获得功率补偿和提高系统误码率ber，增加了光信号发送模块发送的信号在光纤中传输的距离。

结合第三方面，在第三方面的第一种可能的实现方式中，该光信号发送模块还包括线性驱动器，该方法还包括：该线性驱动器优化该pam码型数据的发射时域和/或幅度。该线性驱动器以适应和匹配不同型号的光源并可对电压信号的多电平幅度进行预补偿以减轻光源调制非线性带来的影响。

结合第三方面，或者第三方面的上述任一可能的实现方式，在第三方面的第二种可能的实现方式中，该线性驱动器优化该pam码型数据的发射时域和/或幅度，包括：该线性驱动器对该pam码型数据的发射时域和/或幅度执行去延迟、噪音幅度调整、眼图调整、误码率ber最大化优化和温度补偿中至少一项操作。从而最大化的优化系统传输性能。

结合第三方面，或者第三方面的上述任一可能的实现方式，在第三方面的第三种可能的实现方式中，该光信号发送模块还包括数字信号处理器，该方法还包括：该数字信号处理器补偿pam编码代价。这样可以提升传输系统的信噪比。

结合第三方面，或者第三方面的上述任一可能的实现方式，在第三方面的第四种可能的实现方式中，该cdr单元集成了变速器gearbox。gearbox可以提高1倍单通道传输的电压信号速率，最终提升1倍传输速率。

第四方面，本发明实施例提供一种光信号接收方法，该方法应用于光信号接收模块，该光信号接收模块包括线性放大器、模数转换单元、前向纠错fec解码单元和脉冲幅度调制pam解码单元，该方法包括：该线性放大器将电流信号进行线性放大以得到电压信号，该电流信号为由光信号转换得到；然后，该模数转换单元对该电压信号进行电平采样以将该电压信号转换为数字信号；接着，该fec解码单元对该数字信号纠错以得到纠错后的数据；然后，该pam解码单元通过pam解码技术解码该纠错后的数据。

通过执行该方法，光信号接收模块通过模数转换单元对电压信号进行电平进行过采样，使用过采样方法可以获取电平的更多细节信号，然后通过数字均衡算法进行处理，可以较好地克服电平幅度噪音问题。

结合第四方面，在第四方面的第一种可能的实现方式中，该光信号接收模块还包括数字信号处理器，该方法还包括：该数字信号处理器对该数字信号做信号恢复和优化以还原该数字信号。这样可以得到更优的传输系统信噪比。

第五方面，本发明实施例提供一种光收发模块，该光收发模块包括光信号发送模块和光信号接收模块；其中，该光信号发送模块为第一方面或者第一方面的任一可能的实现方式所描述的光信号发送模块；该光信号接收模块为第二方面或者第二方面的任一可能的实现方式所描述的光信号接收模块。

通过实施本发明实施例，该光信号发送模块通过fec编码单元采用前向纠错码，fec技术对整形后的数据进行处理，从而获得功率补偿和提高系统误码率ber，增加了光信号发送模块发送的信号在光纤中传输的距离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。

图1是现有技术中的一种多电平multi-level编码的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种光收发模块的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种光信号发送方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的一种光信号接收方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图对本发明实施例进行描述。

请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种光收发模块20的结构示意图，该光收发模块20包括光信号发送模块21和光接收模块22，其中，光信号发送模块21包括时钟和数据恢复cdr单元211、前向纠错fec编码单元212、脉冲幅度调制pam编码单元213和激光器214，除此之外，该光发送模块21还可以包括数字信号处理器dsp216和线性驱动器215，该dsp216用于补偿pam编码代价；该线性驱动器215用于优化所述pam码型数据的发射时域和/或幅度，例如，该线性驱动器用于对该pam码型数据的发射时域和/或幅度执行去延迟、噪音幅度调整、眼图调整、误码率ber最大化优化和温度补偿中至少一项操作。光信号接收模块22包括光电转换单元220、数字信号处理器dsp221、线性放大器222、模数转换单元223、前向纠错fec解码单元224、cdr单元225、pam解码单元226和微处理器231，该微处理器231用于对上述相关的各个单元进行控制，以使各个单元能够协调完成光信号接收之后的处理流程以及光信号发送之前的处理流程，例如，微处理器231对激光器214的工作电流进行设置和温度补偿；再如，微处理231对时钟单元的工作开关进行控制，或对时钟单元的工作频率进行配置以适配不同的工作速率；再如，微处理器231对线性放大器222的输出幅度或增益进行调整以获取合适幅度的电压信号；再如，若该光信号发送模块21还包括线性驱动器，那么微处理器231还可以对线性驱动器的调制幅度和均衡进行调整以获取最优的电信号；另外，微处理器231还可以与dsp221进行通信以获取dsp221反馈的数据，从而实时调整线性驱动器、线性放大器222、激光器214的工作参数以使整个光收发模块20处于最优工作状态。该光收发模块20中的单元还可能被称为组件、器件、元件等，该光收发模块20还可以包括其他单元或模块。另外，光收发模块20中还示意了时钟单元，该时钟单元可以通过时钟(例如，clk1和时钟clk2)参数对一些单元(或者说器件、模块，例如，cdr单元225、pam解码单元226、efc解码单224、dsp221等)进行时钟恢复和数据对齐。

需要说明的是，图2中的箭头s1、s2、s3和s4的方向示意了电信号的传输方向，图中的箭头s5和s6的方向示意了光信号的传输方向。另外，图中有双向箭头的线段用于示意双向箭头两边的单元(或者说器件、模块，等等)之间可能存在信息的传递。

下面结合图3所示的方法流程对光信号发送模块21中部分单元进行描述，以及结合图4所示的方法流程对光信号接收模块22中部分单元进行描述。

请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种光信号发送方法的流程示意图，该方法可以基于图2所示的光信号发送模块31来实现，该方法包括但不限于如下步骤：

步骤s301：cdr单元对输入的电压信号进行时钟提取和数据对齐。

具体地，图2中指向光收发模块20的两个箭头s1和s2分别代表输入的两路模拟电压信号，该模拟电压信号即为要输入到cdr单元处理的电压信号，该cdr单元用于对输入的电压信号进行时钟提取和数据对齐，可以称经时钟提取和数据对齐所得到的数据为整形后的数据，该整形后的数据的数据类型可以为不归零码(non-returntozero，nrz)的数据。可选的，该cdr单元可以集成变速器gearbox功能，从而使得单通道电压信号带宽提高一倍，例如，如果输入4路10g电压信号，gearbox可以将输入信号转化为2*20g电压信号，经pam4编码后可以得到1*40gpam4电压信号，实现单波40g信号传输，若输入更高电压信号速率则可依此类比。该cdr单元的gearbox功能可以根据输入电压信号速率和光电芯片器件带宽选择性使用。选择使用gearbox，可以在pam4调制前使单波传输速率翻倍，pam4调制后，单波速率得到4倍提升。

步骤s302：该fec编码单元对该整形后的数据添加纠错码以得到含纠错码的数据。

具体地，该fec编码单元用于使用前向纠错码(forwarderrorcorrection，fec)技术，对整形后的数据添加纠错码，这个过程会导致占用的带宽有略微的增加，但是却可以获得功率补偿，也可以提高系统误码率ber，再结合dsp技术对传输劣化后的数据进行恢复，便可大幅增加光纤传输距离。为了方便后续描述，可以称该fec编码单元对该整形后的数据添加纠错码所得到的数据为含纠错码的数据。

步骤s303：该pam编码单元对该含纠错码的数据进行脉冲幅度调制编码。

具体地，该pam编码单元对含纠错码的数据进行脉冲幅度调制(pulseamplitudemodulation，pam)，从而得到pam码型数据。如pam4即为4电平脉冲幅度调制码型。

步骤s304：该激光器将该pam码型数据调制后的光信号发送到光纤中。

具体地，该pam码型数据还会经过调制以耦合到光信号上去，该激光器会将耦合了该pam码型数据的光信号发送到光纤中传输。在本发明实施例中，该激光器可以为光发射器(transmitteropticalsubassembly，tosa)、板上芯片集成(chiponboard，cob)器件等，其中，cob器件可以为垂直共振腔表面放射型激光(verticalcavitysurfaceemittinglaser，vcsel)、法布里-珀罗(fabry-perot，fp)激光器、分布反馈激光器(distributionfeedbacklaser，dfb)、电吸收调制激光器(electro-absorptionmodulatedlaser，eml)等。

可选的，该光信号发送模块还包括线性驱动器，该线性驱动器会对pam编码单元编码得到的pam码型数据进行发射时域和/或幅度上的优化，例如，对该pam码型数据的发射时域和/或幅度执行去延迟、噪音幅度调整、老化(aging)补偿眼图调整、误码率ber最大化优化和温度补偿等操作。在本发明实施例中，该光信号发送模块是否包括线性驱动器可以根据激光器的类型来确定，例如，若激光器的类型是vcsel，那么该光信号发送模块可以包括该线性驱动器也可以不包括该线性驱动器(经pam编码后的数据直接驱动vcsel(激光器所需偏流信号可由外置bias-t电路实现)，若激光器的类型不是vcsel，那么该光信号发送模块包括该线性驱动器。

可选的，该光信号发送模块还包括数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)，该dsp和pam编码单元213耦合，该dsp对高频信号进行预补偿和恢复以实现补偿pam编码引入的信噪比代价，该dsp也可以通过微控制单元(microcontrollerunit，mcu)等来替代。

在图3所描述的方法流程中，该光信号发送模块通过fec编码单元采用fec技术对整形后的数据进行处理，因为fec技术允许一定数量级别的纠前误码率，这样纠后无误码传输的光功率裕量(margin)更大，从而获得功率补偿和提高系统误码率ber，增加了光信号发送模块发送的信号在光纤中传输的距离。

请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种光信号接收方法的流程示意图，该方法可以基于图2所示的光信号接收模块22来实现，该方法包括但不限于如下步骤：

步骤s401：光电转换单元将光信号转换为电流信号。

具体地，该光信号接收模块还包括光电转换单元，该光电转换单元将从光纤传输来的光信号转换为电流信号，例如，该光电转换单元可以为光电二极管(photodiode，pd)。

步骤s402：该线性放大器将电流信号转化为电压信号并进行线性放大。

步骤s403：该模数转换单元对该电压信号电平采样以将该电压信号转换为数字信号。

具体地，采样过程所用到的算法可以为简单的对比器采样算法、复杂的过采样oversampling，等等，使用算法进行电平计算可以较好的克服pam的电平幅度噪音问题。另外，该光信号接收模块还包括数字信号处理器dsp，该dsp用于对该线性放大器输出的数字信号做数据恢复和优化以更新该数字信号，例如，可以对信号间延迟时间、电平差不等距、信号间提前时间、参考电压间有对应的预留差距等进行优化。

步骤s404：该fec解码单元对该数字信号纠错以得到纠错后的新数据。

具体地，该数字信号包含纠错码，纠错所得到的新数据不包含该纠错码。

步骤s405：该pam解码单元通过pam解码技术解码该新数据。

具体地，该新数据是经过pam编码技术编码过的，因此这里需要使用pam解码技术解码该新数据，解码完成之后还需要进一步转换为电压信号，然后pam解码单元向cdr单元发射该电压信号，该cdr单元用于进行时钟提取和数据对齐。

在图4所描述的方法流程中，光信号接收模块通过模数转换单元对电压信号进行电平进行过采样，使用过采样方法可以获取电平的更多细节信号，然后通过数字均衡算法进行处理，可以较好地克服电平幅度噪音问题。