支持多速率共用光模块的OTN信号检测与互通方法及装置与流程

本发明属于光传送网otn、高速数字相干光通信、多速率可编程智能光模块、跨厂商异构设备自动互通，具体涉及一种基于光层、电层盲检测与多维特征融合判决的高速 otn信号自适应检测、参数自配置与厂商自适配实现方法。本发明基于统一数字相干光硬件架构，可在无人工配置条件下，自动识别对端设备类型并完成收发两端双向参数自适应匹配，实现100g/200g/400g/800g 全速率相干光模块在多厂商 otn 设备间即插即用、双向互通，可广泛应用于骨干网、城域网、算力中心互联、全速率光传送网络等场景。

背景技术：

1、现有高速otn设备采用分层信号处理架构：光模块内部dsp负责光电转换后的物理层信号均衡、损伤补偿、fec编解码等功能；otn帧同步、帧结构处理、各类开销管理、业务映射与调度等协议层功能，由设备线卡上的专用otn芯片或fpga实现。不同厂商设备因波特率、滚降系数、fec体制等物理层参数不兼容，即便上层otn帧处理协议遵循统一标准，也无法直接互通，亟需在光模块中实现全盲自适应适配能力。随着全光底座与算力网络规模化部署，高速 otn 设备已普遍采用 100g、200g、400g、800g 多速率混合架构，但现有多速率光模块与设备存在行业共性缺陷：

2、1. 对端模块（厂商）识别必须依赖人工识别并进行人工配置，调制格式与速率也仅支持人工配置，无法盲检测、盲识别、盲适配；

3、2. 光模块硬件速率固化，单模块无法兼容100g/200g/400g/800g多速率信号，组网硬件成本高；

4、3. fec 配置模式僵化，标准 fec（帧内）与增强 fec（帧外）无法自适应切换，私有fec 算法不兼容且自适应能力缺失，各厂家fec需手动配置，无法自动适应不同厂商模块；

5、4. 特征检测维度单一，仅依靠调制或帧结构判断，易受光衰、色散、噪声干扰，识别准确率低；

6、5. 尽管相干调制解调格式遵循国际标准（qpsk/16qam），但不同厂商在相同速率下采用的波特率、滚降系数、fec 模式、otn 帧格式存在差异，导致标准调制格式无法直接互通，必须人工配置匹配；

7、6. 无法自动配置发射端参数，必须人工配置才能开通业务，无法实现自动双向互通。

8、综上，现有技术无法满足多厂商混合组网、无源盲检测、全速率自适应、即插即用、双向全自动互通的核心需求，本发明针对上述空白提出完整解决方案。

技术实现思路

1、为克服现有高速 otn 速率硬件不通用、人工配置繁琐、跨厂商兼容差、无智能调优、演进能力弱的缺陷，本发明提供一种单光模块硬件兼容 100g/200g/400g/800g、全自动信号检测识别、自适应协议适配、模板库可在线升级的高速 otn 互通方法及装置，在调制格式标准兼容前提下，实现波特率、滚降系数、fec、帧格式的全盲自适应匹配，实现不同厂家相干光模块互通，实现即插即用，提升网络设备部署、信号检测和测试效率。

2、第一个目的，本发明提供一种支持多速率共用光模块的otn信号检测与互通方法，包括如下的步骤：

3、步骤1，多速率共用光模块上电后关闭固化配置，通过进入全频段无源监听状态、启动物理层与帧层联合检测，进入无先验配置、无上层交互的全盲工作模式；

4、步骤2，基于步骤 1 的工作模式，从基带相干信号中盲提取光层参数、相干调制格式、fec 模式、otn 帧结构四类特征构成四维特征向量，依次匹配标准公共模板与厂商私有模板双层特征模板库，通过加权融合判决输出对端设备全套运行参数；

5、步骤3，基于步骤 2 输出的对端全套参数，启动发射端整体自适应适配流程，实现接收端检测结果反向驱动发射端配置；

6、步骤4，基于步骤 3 得到的配置启动指令与步骤 2 得到的调制格式参数，通过自动调校光电硬件参数，得到与对端匹配的相干调制工作状态；

7、步骤5，基于步骤 3 得到的配置启动指令与步骤 2 得到的 fec 模式参数，通过动态加载对应编解码引擎，得到收发双向兼容的 fec 工作模式；

8、步骤6，基于步骤 3 得到的配置启动指令与步骤 2 得到的波特率、滚降系数参数，通过自动写入硬件参数，得到与对端一致的物理层传输基础参数；

9、步骤7，基于步骤 3 得到的配置启动指令与步骤 2 得到的 otn 帧结构参数，通过重构帧格式、同步时序与开销，得到与对端匹配的 otn 协议运行状态；

10、步骤8，基于步骤 4-7 得到的全链路匹配参数，通过链路校验与同步建链，得到可双向正常传输业务的通信链路；

11、步骤9，基于步骤 8 的运行链路，持续在线监测信号特征，链路状态异常时回退至步骤 2，重新执行全流程盲检测与参数适配；

12、步骤10，基于整套设备运行架构与步骤 2 使用的双层特征模板库，通过在线升级、离线增补模板数据，得到可持续迭代更新的特征模板库。

13、在一些可能实现的方式中，所述步骤1具体为：

14、步骤1.1，基于搭载宽带相干光器件、高速 adc/dac、可编程相干 dsp的统一数字相干光硬件平台，多速率共用光模块支持 100g/200g/400g/800g 全速率运行，调制格式兼容 qpsk、16qam；

15、步骤1.2，多速率共用光模块上电后自动进入全模式监听状态，自主完成信号检测、特征判决、参数配置、链路建立全流程，全程无需人工干预，不依赖 oam、lldp、ip 管理通道，不进行上层协议协商；

16、步骤1.3，系统主动开启全频段信号监听，待命执行后续盲检测流程。

17、步骤1搭建无人工配置、无外部通道交互的基础运行环境，依托通用硬件架构实现全速率硬件兼容，为后续盲检测工作提供前提条件。

18、在一些可能实现的方式中，所述步骤2具体为：

19、步骤2.1，全频段光层参数盲检测：直接从数字基带相干信号中无源盲扫描波特率、盲估计滚降系数，同步检测信号幅度、相位、功率、抖动、眼图光层指标，全程不借助外部时钟与同步信号；

20、步骤2.2，相干调制格式盲识别：采用星座图聚类分析，甄别 qpsk、16qam 相干调制类型，结合波特率结果完成调制参数初步判定；

21、步骤2.3，fec 模式盲检测：扫描 fec 同步字、检测码块长度、校验比、解码特性，区分itu-t g.709 帧内标准 fec与帧外增强 fec 两种模式，并动态加载对应标准或私有编解码引擎完成自适应处理；

22、步骤2.4，otn 帧结构盲检测：识别帧同步字、帧长度、开销分布、帧封装规则，提取帧层协议特征；

23、步骤2.5，双层模板分层匹配：优先匹配标准公共模板完成粗识别，再匹配厂商私有模板完成精准识别，兼顾通用兼容性与设备精准识别；

24、步骤2.6，四维特征加权融合判决：对四类特征进行加权计算，自动配置线速率、相干调制格式、fec工作模式、波特率、滚降系数、otn帧结构及协议开销，保证收发两端参数完全匹配。

25、步骤2摒弃单一维度判定方式，抵御光衰、色散、噪声干扰，提升识别准确率；双层模板兼顾通用标准与厂商私有协议，实现跨厂商设备精准识别，同时区分两类 fec 工作模式，为后续参数适配提供精准依据。

26、在一些可能实现的方式中，所述步骤3具体为：

27、步骤3.1，主控 mcu 接收步骤 2 的判决参数，下发配置指令至发射端各功能单元；

28、步骤3.2，定收发两端参数对齐目标，统筹启动调制、fec、波特率、帧协议全维度配置流程；

29、所述步骤4具体为：

30、步骤4.1，根据识别出的 qpsk/16qam 调制格式，自动配置 adc/dac、信号均衡器、系统时钟；

31、步骤4.2，同步自适应调整信号增益、发射光功率，完成光电器件参数校准。

32、步骤3实现接收端检测结果反向驱动发射端配置，打通收发参数联动通道，无需人工下发配置指令，保障双向参数同步调整。步骤4自动消除不同厂商相干调制参数差异，实现光电链路全自动适配，保证调制信号正常收发传输。

33、在一些可能实现的方式中，所述步骤5中fec具备双模式软件自适应切换能力，具体为：

34、步骤5.1，若识别为帧内标准 fec，加载 itu-t g.709 标准编解码引擎，在 otn帧内实现 fec 功能，无额外带宽开销；

35、步骤5.2，若识别为帧外增强 fec，加载对应标准或厂商私有编解码引擎，在物理层独立编码，增设校验字节并占用对应带宽；

36、步骤5.3，统一收发两端 fec 工作模式，保证编解码逻辑互通。

37、步骤5实现标准 fec 与增强 fec 软件自适应切换，解决跨厂商 fec 算法、码块、时序不兼容的行业难题。

38、在一些可能实现的方式中，所述步骤6具体为：

39、步骤6.1，读取判决结果中的标准符号速率，配置发射端波特率；

40、步骤6.2，同步配置滚降系数，统一链路滤波特性。

41、步骤6抹平不同厂商物理层基础参数差异，保证信号传输制式统一，规避波特率、滚降系数不匹配造成的通信故障。

42、在一些可能实现的方式中，所述步骤7具体为：

43、步骤7.1，按照对端帧同步字、帧长度、开销分布规则，重构本地 otn 帧结构；

44、步骤7.2，插入对应协议开销，同步链路传输时序与帧封装规则；

45、所述步骤8具体为：

46、步骤8.1，系统校验全链路参数一致性，触发链路同步建链；

47、步骤8.2，链路状态正常后，双向开启高速业务传输，支持 100g/200g/400g/800g全速率业务运行。

48、步骤7适配各厂商私有帧格式与协议规则，完成上层 otn 协议对齐，实现协议层全自动互通。步骤8实现设备即插即用、双向全自动互通，全程无人工干预，大幅简化网络部署与业务开通流程。

49、在一些可能实现的方式中，所述步骤9具体为：

50、步骤9.1，业务运行过程中，实时监测光层参数、调制格式、fec 状态、帧结构等信号特征；

51、步骤9.2，当出现链路损伤、速率变更、对端设备更换异常时，系统自动复位配置，跳转至接收端盲检测环节重新适配。

52、步骤9具备链路故障自愈、动态重适配能力，提升网络运行稳定性与场景适配灵活性。

53、在一些可能实现的方式中，所述步骤10具体为：

54、步骤10.1，统一对标准公共模板进行在线迭代升级，同步行业通用标准；

55、步骤10.2，通过离线导入或在线增补方式，新增厂商私有模板，扩充设备识别范围。

56、步骤10模板库可长期迭代演进，兼容新增厂商设备与新技术标准，提升方案扩展性，降低硬件升级成本。

57、第二个目的，本发明提供一种支持多速率共用光模块的otn信号检测与互通装置，用于实现上述的支持多速率共用光模块的otn信号检测与互通方法，解决现有互通装置仅支持固定速率传输，无法实现无配置全盲适配，跨厂商协议兼容性差，包括：

58、100g/200g/400g/800g全速率兼容数字相干光模块，其提供统一数字相干光硬件平台，支持全速率信号收发、光电转换，兼容 qpsk、16qam 相干调制格式，为所有功能单元提供硬件运行基础；

59、多维度物理层与帧层特征联合检测单元，其承接光模块输出的数字基带信号，执行方法步骤的全维度盲检测，提取光层、调制、fec、帧结构四大类原始特征数据，为后续特征判决提供原始依据，是全盲识别的核心采集单元；

60、双层结构多厂商特征模板库，其存储行业通用标准参数与各厂商私有参数模板，配合检测特征完成分层匹配，区分标准设备与厂商私有设备，同时支持在线升级扩展，保障跨厂商、跨标准设备识别能力；

61、四维特征加权融合判决单元，其结合检测单元的原始特征、模板库的匹配结果，完成加权融合判决，输出对端设备全套运行参数，并触发发射端反向配置流程；

62、相干调制适配引擎，其根据判决单元输出的调制参数，完成发射端相干调制相关硬件参数自适应配置，实现收发两端调制格式、光电参数对齐；

63、双模式fec自适应编解码引擎，其实现标准 fec 与增强 fec 的自适应切换，动态加载对应编解码算法，解决跨厂商 fec 不兼容问题；

64、波特率/滚降系数自适应单元，其完成物理层核心传输参数自动配置，对齐收发两端波特率、滚降系数，消除物理层参数差异；

65、otn协议重整单元，其依据识别出的帧结构参数，重构本地 otn 帧格式、协议开销与时序，完成协议层自适应适配；

66、发射端反向配置单元，其总控发射端全流程自适应配置，接收判决单元的触发指令，统筹调度所有适配单元协同工作，实现接收端盲检测结果反向驱动发射端配置。

67、本发明的有益效果是：

68、1. 基于统一数字相干光硬件平台，单模块支持 100g/200g/400g/800g 全速率相干调制自适应切换；

69、2. 纯物理光层 + 帧层全盲识别，无需任何上层协议交互，无需管理通道，无需先验配置；

70、3. 四维特征加权融合判决：光层参数、相干调制格式、fec 类型、otn 帧结构联合判决，提高识别准确率；

71、4. 多厂商特征模板库采用标准公共模板+厂商私有模板双层架构，兼容标准设备与厂商私有设备；

72、5. 标准 fec 与增强 fec 盲识别、自适应切换与动态编解码引擎加载，支持 otn标准 fec（帧内实现）、增强型 fec（帧外实现）两种工作模式自适应切换，解决跨厂商 fec不兼容难题；

73、6. 基于接收端盲检测结果的发射端反向自适应配置，实现收发双向参数全自动匹配。