一种基于全光OFDM调制的高速率400G光模块的制作方法

一种基于全光ofdm调制的高速率400g光模块
技术领域
1.本发明涉及光模块技术领域，具体来说，涉及一种基于全光ofdm调制的高速率400g光模块。


背景技术：

2.随着ieee 100gbit/s(以下简称100g)以太网标准讨论与制定工作的结束，全球主流厂商正在推动100g的全球部署，并把目光聚焦到400g甚至1tbit/s系统上来。同40g/100g一样，400g的部署应该是渐进的方式。为了更有效地利用现有的dwdm(密集波分复用)线路资源，降低投资成本，运营商希望400g能在现有的网络上部署，而不是重新设计和建造一个新的网络以适应400g的传输。这意味着400g必须适应100g/40g或10g的网络设计规划，以实现400g、100g/40g的混合部署。
3.400g lan(局域网)接口光模块可能将继续采用100g以太网中独有的并行传输方式。2011年2月，finisar在"超越100ge"的研讨会上提出了400ge模块标准建议，主要支持400ge-lr16和400ge-sr16两种应用。其中400ge-lr16采用16
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25g lan wdm(1330、1310、1290和1270nm4个波道)来实现，而400ge～sr16则采用了16
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25g多模光纤接口。此外在物理层定义了caui(附加单元接口)-16、cppi(并行物理接口)-16电接口标准。16
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25g仅仅是100ge的线性扩展，只要工艺达到要求就没有其他技术难点。相比之下，光纤并行将有更多的发展空间，但需要密度更高的光子集成技术的支持才可以使400g商用成为可能。
4.单模光纤的理论容量为8bit/s/hz，在实际长距离传输的设备和光纤中，上限为4bit/s/hz。在现代光通信系统中，载波调制格式对系统性能影响很大，为了达到与现网的10g、40g混合部署，实现80波50ghz间隔，必须达到高se，这可以通过采用单载波高阶调制或者多载波传输来实现。对于448g的传输系统，考虑器件频率漂移和r0adm(可重构光分插复用器)非理想特性，要求实际中必须采用45g的32qam(正交幅度调制)调制或者28g的pm(偏振复用)-256qam。电域ofdm(正交频分复用)也能够取代单载波调制，两者的dsp的复杂程度一样，但是ofdm由于循环前缀、前导符和训练符号开销等额外信息，通常比相应的单载波格式的se要低
5.传统的oofdm采用基于dsp/dac的ifft(快速傅里叶逆变换)的信号合成和fft的解调，cd和pmd容限可以通过插入的循环前缀或者保护间隔、训练符号获得提升，但是这样会造成10％或者20％的额外开销，并且会增加线速率。尤其是在需要周期cd补偿的传输线路中，基于dsp的多载波ofdm的传输性能会受到光纤非线性特性的限制。因此，需要针对未来更400g传输网络，设计速率更高、稳定性更强的调制措施。
6.针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

7.针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于全光ofdm调制的高速率400g光模块，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
8.为此，本发明采用的具体技术方案如下：
9.一种基于全光ofdm调制的高速率400g光模块，该模块包括：激光器、调制器、合光器、分光器、数字相干集成电路、光纤链路及光纤输入出口接口；
10.激光器，用于形成激光输出；
11.调制器，用于对激光输出进行多载波调制；
12.合光器，用于将多路光信号进行光耦合形成单路光信号；
13.分光器，用于采集光信号并进行光载波分离；
14.数字相干集成电路，用于实现光信号的模数转换及信号解码；
15.光纤链路，用于实现光信号的传输；
16.光纤输入出口接口，用于实现光纤接入实现光信号输入输出。
17.进一步的，所述激光器采用eml激光器。
18.进一步的，所述调制器包括全光ofdm单元及色散补偿单元；
19.所述全光ofdm单元采用四相相移键控高阶调制格式和偏振用技术，实现激光输出的调制与解调功能；
20.所述色散补偿单元采用色散补偿技术用于提高光信号传输的色散性能与传输距离。
21.进一步的，所述全光ofdm单元实现激光输出调制功能的运行流程包括以下步骤：
22.利用从原始数据中提取的时钟信号来驱动脉冲切割，将所述eml激光器发射的切割成25ghz、占空比为1/4的光脉冲序列；
23.将从数据源发出的400gbit/s的串行电信号经过串/并变换器之后转换为4路100gbit/s的并行电信号；
24.将4路并行电信号分别调制到4路并行的光脉冲序列，生成4路子载波；
25.将4路子载波作为光信号并行接入一个光离散傅里叶逆变换；
26.所述光离散傅里叶逆变换生成ofdm符号，将所述光信号作为全光ofdm信号并输送至光纤链路。
27.进一步的，所述ofdm符号周期上增加保护隔离带，减少色散导致脉冲展宽的影响。
28.进一步的，所述全光ofdm单元实现激光输出解调功能的运行流程包括以下步骤：
29.接收光纤链路输入的全光ofdm信号，由一个光离散傅里叶变换器将各个子载波上的已调信号恢复至原始数据；
30.利用时间门滤除时间上多余成分，再通过直接检测恢复出电信号；
31.通过一个并/串变换器将4路100gbit/s的并行电信号恢复为400gbit/s的电信号，实现4路全光ofdm信号的传输。
32.进一步的，所述全光ofdm单元还将连续的光信号传输模式转变为离散的短脉冲采样模式，并在数据信号调制之后，对每路传输的光信号进行相位变换，在一个周期内进行时域叠加，用于实现子载波间的正交。
33.进一步的，全光ofdm信号的表达式为：
34.[0035][0036]
x
(n)
(t)＝s(t)*δ(t-nts)
[0037]
式中，x(t)表示全光ofdm信号；
[0038]
s(t)表示基带光信号；
[0039]cnk
表示第k个子载波上调制的第n个信号；
[0040]
x
(n)
(t)表示超短光脉冲串；
[0041]
k表示光信号传输线路的序号；
[0042]
xk(t)表示k路全光ofdm信号；
[0043]
t表示时间变量；
[0044]
n表示信号的数量；
[0045]ej
表示短光脉冲串的相位权重。
[0046]
进一步的，所述数字相干集成电路包括dsp芯片、模数转换器、解码器、成帧器及控制器。
[0047]
进一步的，所述光纤链路采用色散补偿光纤与标准光纤按长度比为1：4组成。
[0048]
本发明的有益效果为：通过构建全光ofdm调制的400g光模块，能够形成较少的子载波，从而降低了信号的papr，在有cd补偿或者低色散的光纤链路上，具有良好的非线性抑制能力，进而能够在成本、性能和实现的复杂度方面，形成良好的改进与应用，并且保证信号传输的高速率特性；同时，能够满足400g在当前dwdm系统中传输的要求，全面提升系统容量，且能够满足频谱效率和osnr灵敏度的要求，并且有非常强的非线性容忍度；另外，通过采用色散补偿光纤技术与光纤链路等措施，有效提高了系统对信号接收识别的灵敏度，增加了信号传输的距离及传输质量。
附图说明
[0049]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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他的附图。
[0050]
图1是根据本发明实施例的一种基于全光ofdm调制的高速率400g光模块的结构框图。
[0051]
图中：
[0052]
1、激光器；2、调制器；3、合光器；4、分光器；5、数字相干集成电路；6、光纤链路；7、光纤输入出口接口。
具体实施方式
[0053]
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中
的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
[0054]
根据本发明的实施例，提供了一种基于全光ofdm调制的高速率400g光模块。
[0055]
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1所示，根据本发明实施例的基于全光ofdm调制的高速率400g光模块，该模块包括：激光器1、调制器2、合光器3、分光器4、数字相干集成电路5、光纤链路6及光纤输入出口接口7；
[0056]
激光器1，用于形成激光输出；
[0057]
其中，所述激光器1采用eml激光器。
[0058]
在激光器方面，dml(直接调制激光器)制作工艺简单，功耗低，但是er(消光比)很小。eml制作工艺复杂、功耗相对较大，但er较大，可以获得很清晰的眼图。此外，基于ingaa1as的量子阱eam(电吸收调制器)减小了由于价带偏移造成的在调制过程中的空穴堆积，因此适合用做高速调制。
[0059]
调制器2，用于对激光输出进行多载波调制；
[0060]
其中，所述调制器2包括全光ofdm单元及色散补偿单元；
[0061]
所述全光ofdm单元采用四相相移键控高阶调制格式和偏振用技术，实现激光输出的调制与解调功能；
[0062]
全光ofdm信号全部在光域内产生,不需要电/光转换,不受电子“瓶颈”的限制，主要包括全光连续ofdm技术和全光离散ofdm技术；全光连续ofdm技术把信号调制在多个光载波上,各光载波之间是正交的。全光离散ofdm技术主要是通过光学器件在光域内实现oidft(光离散傅里叶逆变换)和odft。
[0063]
其中，所述全光ofdm单元实现激光输出调制功能的运行流程包括以下步骤：
[0064]
s11、利用从原始数据中提取的时钟信号来驱动脉冲切割，将所述eml激光器发射的切割成25ghz、占空比为1/4的光脉冲序列；
[0065]
s12、将从数据源发出的400gbit/s的串行电信号经过串/并变换器之后转换为4路100gbit/s的并行电信号；
[0066]
s13、将4路并行电信号分别调制到4路并行的光脉冲序列，生成4路子载波；
[0067]
s14、将4路子载波作为光信号并行接入一个光离散傅里叶逆变换(oidft)；
[0068]
s15、光离散傅里叶逆变换(oidft)生成ofdm符号，将所述光信号作为全光ofdm信号并输送至光纤链路。
[0069]
此外，所述ofdm符号周期上增加保护隔离带，减少色散导致脉冲展宽的影响。
[0070]
所述全光ofdm单元实现激光输出解调功能的运行流程包括以下步骤：
[0071]
s21、接收光纤链路输入的全光ofdm信号，由一个光离散傅里叶变换器(odft)将各个子载波上的已调信号恢复至原始数据；
[0072]
s22、利用时间门滤除时间上多余成分，再通过直接检测恢复出电信号；
[0073]
s23、通过一个并/串变换器将4路100gbit/s的并行电信号恢复为400gbit/s的电信号，实现4路全光ofdm信号的传输。
[0074]
此外，所述全光ofdm单元还将连续的光信号传输模式转变为离散的短脉冲采样模式，并在数据信号调制之后，对每路传输的光信号进行相位变换，在一个周期内进行时域叠加，用于实现子载波间的正交。
[0075]
所述全光ofdm信号的表达式为：
[0076][0077][0078]
x
(n)
(t)＝s(t)*δ(t-nts)
[0079]
式中，x(t)表示全光ofdm信号；
[0080]
s(t)表示基带光信号；
[0081]cnk
表示第k个子载波上调制的第n个信号；
[0082]
x
(n)
(t)表示超短光脉冲串；
[0083]
k表示光信号传输线路的序号；
[0084]
xk(t)表示k路全光ofdm信号；
[0085]
t表示时间变量；
[0086]
n表示信号的数量；
[0087]ej
表示短光脉冲串的相位权重。
[0088]
所述色散补偿单元采用色散补偿技术用于提高光信号传输的色散性能与传输距离。
[0089]
采用相位均衡技术和接入色散补偿技术使系统接收到信号的星座图更加紧凑和清晰，从而提高系统对信号接收识别的灵敏度，系统获得了较好的性能增益，增加了下行链路中信号的传输距离和传输质量。
[0090]
合光器3，用于将多路光信号进行光耦合形成单路光信号；
[0091]
分光器4，用于采集光信号并进行光载波分离；
[0092]
分光器对链路进行分光，按照光功率相对应的比例分配到多条分光后的链路。
[0093]
数字相干集成电路5，用于实现光信号的模数转换及信号解码；
[0094]
所述数字相干集成电路5包括dsp芯片、模数转换器、解码器、成帧器及控制器。
[0095]
光纤链路6，用于实现光信号的传输；
[0096]
其中，所述光纤链路6采用色散补偿光纤与标准光纤按长度比为1：4组成。
[0097]
光纤输入出口接口7，用于实现光纤接入实现光信号输入输出。
[0098]
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过构建全光ofdm调制的400g光模块，能够形成较少的子载波，从而降低了信号的papr，在有cd补偿或者低色散的光纤链路上，具有良好的非线性抑制能力，进而能够在成本、性能和实现的复杂度方面，形成良好的改进与应用，并且保证信号传输的高速率特性；同时，能够满足400g在当前dwdm系统中传输的要求，全面提升系统容量，且能够满足频谱效率和osnr灵敏度的要求，并且有非常强的非线性容忍度；另外，通过采用色散补偿光纤技术与光纤链路等措施，有效提高了系统对信号接收识别的灵敏度，增加了信号传输的距离及传输质量。
[0099]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。