一种带控制芯片模组的光模块及光纤数据传输方法与流程

1.本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种带控制芯片模组的光模块及光纤数据传输方法。


背景技术：

2.目前市面上的光模块产品的光调制分为单变量调制和多变量调制，但这两种调制对于数据的传输严重依赖于硬件技术的发展。因此其数据传输效率不能通过现有通信理论技术提高，同时对于wdm光波分复用系统光模块来说，数据传输速度越快，传输距离越远成本越高，以100g、400g单模光模块为例，同一厂家的100g、400g的10公里传输光模块之间相差在1万元左右，传输距离越远，相差价格越高，这是因为按照现在的通信理论，同样的光信道条件下更高的数据传输速度需要更多的信道来垒加，但由于纠错差值开销，垒加提升的幅度却低于线性提升的幅度，因此想传输列更多数据，只能提高硬件精密程度。本公司的实用新型：cn201821835344.4一种光纤激光发射和接收装置因为全新的进行硬件改进，虽然可以提高码元效率和传输总速度，但并不能与其它公司产品进行联合使用，带来的结果就是推广困难。


技术实现要素：

3.发明一种带控制芯片模组的光模块及光纤数据传输方法，在现有光模块技术基础上使控制芯片增加分包编码逻辑单元、内存，使其可以直接与现有技术进行融合，使现有光模块也可以通过设置本公司的发明申请号202110666296.0基于qam、qpsk的参数指代方法及数据发送、接收方法中的编码算法和内存矩阵的方法来提升数据传输速度。
4.本发明提供了一种带控制芯片模组的光模块及光纤数据传输方法，包括：pcb基板101、波分复用器103、104解复用器、光纤阵列1021，其中所述pcb基板101上设置有电路连接线301、电接口金手指302、光源阵列模组102、光感阵列模组105；所述光模块1设置在数据服务器4内并通过数据光纤5与设置在另一个数据服务器4内的光模块1连接用于传输叠加数据信号；进一步地控制芯片模组2设置有控制芯片201、物理内存芯片203；进一步地控制芯片201设置有分包编码逻辑单元202、分包解码逻辑单元207；进一步地物理内存芯片203设置有待处理内存逻辑地址区204、发射内存物理地址区205、接收内存物理地址区206、待输出内存逻辑地址区208；所述物理内存芯片203通过电路连接线301与控制芯片201电性连接；所述控制芯片201通过电路连接线301分别与电接口金手指302、光源阵列模组102、光感阵列模组105电性连接；进一步地控制芯片201通过设置物理内存芯片203中的发射内存物理地址区205、接收内存物理地址区206的大小使其与光源阵列模组102及光感阵列模组105的光通道数量和信号电路数量进行匹配。
5.本发明还提供一种通过光信号训练获得最优光通道数据及位置指代的计算方法，其数据及位置指代计算的公式为[c=(log
2n
log
2q
)
×
b
×
(zx
‑
n)，q∈n

,n∈n

，n<zx]其中zx是总的可用光通道数，n是数据指代通道数，q是可用光信号调制阶数,zx
‑
n是位置指代通道数；进一步地，光信号训练方法，包括：步骤1，提取光模块光源阵列模组、光感阵列模组参数并与对方光模块以普通方式进行参数交互并确定训练模式；步骤2，以宽松到极限方式双方依次发送各个光通道光信号，以及混杂方式下发送各个光通道光信号一定时间；步骤3双方以普通模式将各个光通道的信号发射参数进行回传并比较，发射信号延迟相近的通道做为备选通道，发射延迟较大的劣质通道作为普通数据传输通道备选；步骤4，相近参数光通道中延迟最大的光通道发射周期间隔做为数据发射间隔，引入公式c=[log2(n) log2(q)]
×
b
×
(zx
‑
n)，n∈n

,q∈n

，n<zx生成n组方案并存储；步骤5，根据内存大小、可生成内存矩阵大小、内存读取并行通道数量选用相应方案，或通过人工设置选取折中方案，并设定再次进行训练的周期及数据传输出错概率阈值；步骤6，训练完成，双方可以进行数据传输；进一步地，经过光信号、数据通道训练的劣质通道，可以作为普通数据通道使用。
[0006]
进一步地，一种带控制芯片模组的光模块及光纤数据传输方法，其两个数据服务器4由两个光模块1通过两条光纤5进行叠加数据信号传输的方法包括：步骤1，光模块光纤连通、启动自检，双方光模块以普通模式通信交互各自硬件参数；步骤2，启动光信号训练，并根据训练结果选用数据传输模式；步骤3，向服务器提交可以进行数据传输报告并进行数据传输周期及错误统计，劣质通道作为独立信道传输数据，对是否达到重复训练周期或出错率达到阈值进行判定，当达到重复训练周期或出错率达到阈值时启动重复训练步骤2；步骤4，进行数据传输并向控制芯片201发送累计发送错误报告；步骤5，数据发送完成结束流程。
[0007]
本发明还提供了两个数据服务器4由多个光模块1通过多条光纤5进行叠加数据信号传输方法，包括：步骤1，系统自检，与所插入的光模块进行交互参数；步骤2，计算自身内存读写通道、数据通道、光通道数量是否匹配，是进入步骤3a,否进入步骤3b；步骤3，a与连接的数据服务进行普通数据交互提交数据传输训练请求，b以数量最小值为准将通道数量与连接的服务器交互数据传输训练请求，ab两步骤只有一个进入步骤4；步骤4，进行信号训练剔除参数不合格通道用于普通数据传输，合格通道进行数据位置指代分配并进行交互参数数据；步骤5，开始传输并累计重复训练周期时间及出错率并进行判定，达到重复训练周
期或出错率达到阈值时启动重复训练，启动步骤1；步骤6，数据传输完成，结束。
[0008]
借由上述方案，通过一种带控制芯片模组的光模块及光纤数据传输方法，能够使数据传输效率更高，光模块元器件单位bit损耗大幅降低。
附图说明
[0009]
图1是本发明通过光模块进行数据传输流程图；图2是两服务器通过光纤连接示意图；图3是本发明光模块内部元件连接示意图；图4 是本发明控制芯片模组结构示意图；图5是本发明光信号训练发射接收信号变化示意图；图6是本发明光信号训练算法子流程图；图7是本发明服务器控制多光模块进行数据传输流程图。
具体实施方式
[0010]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0011]
本发明实施例1一个工厂根据本发明光纤数据传输方法、计算公式、算法流程设计光模块1及2控制芯片模组，由于光模块属于现有技术因此只需要将控制芯片模组设计成适当大小以适应光模块。如图2，光模块1内设置有pcb基板101、波分复用器103、104解复用器、光感阵列模组105，pcb基板101上设置有控制芯片模组2、电路连接线301、电接口金手指302、光源阵列模组102、光纤阵列1021、光感阵列模组105。如图3，控制芯片模组2通过电路连接线301分别与电接口金手指302、光源阵列模组102、光感阵列模组105电性连接，光源阵列模组102通过光纤阵列1021与波分复用器103连接。光感阵列模组105通过光纤阵列1021与解复用器连接104。如图4控制芯片模组2包含控制芯片201和物理内存芯片203。控制芯片201与物理内存芯片203通过电路连接线301电性连接。光信号训练算法写入控制芯片模组中的控制芯片中，将分包编码逻辑单元202、分包编码逻辑单元202分别写入控制芯片201当中。控制芯片模组2的使用是因为现有技术对pcb基板101的设计基本上达到顶峰，没有多少空间对来增加其它元件，使用模组形式，可以在不影响pcb电路的同时使用其上面的原始对应控制芯片201的电路焊接点，由于内存电路只与控制芯片连接，就不用进行其它改变，可以节省设计和再生产的费用。当然在以后可以生产电路直接与光源阵列模组102相接的全新光模块。光模块的光通道数量为400g型号16通道、波特率25gb/s，800g型号为32通道、波特率25gb/s。
[0012]
当使用时两个光模块1分别插入数据服务器4并通过金手指302连接进行数据和电能传输，通过数据光纤5相互连接波分复用器103与解复用器104。当数据服务器4启动后，光模块1通电自检，先使用普通光信号进行相互通信以确定双方硬件是否可以进行本发明所述原理的数据传输，确定可以后可以进行光信号训练如图6，其训练步骤为：步骤1，提取光模块光源阵列模组、光感阵列模组参数并与对方光模块以普通方式进行参数交互并确定训练模式，以800g模块为例，光通道数量为32通道、波特率25gb/s；
步骤2，以宽松到极限方式双方依次发送各个光通道光信号，以及混杂方式下发送各个光通道光信号一定时间；步骤3双方以普通模式将各个光通道的信号发射参数进行回传并比较，发射信号延迟相近的通道做为备选通道，发射延迟较大的劣质通道作为普通数据传输通道备选，这里如图4设置光信号间隔时间为δt，输出光信号依次间隔时间δt在不断缩减，如δt1>δt2>δt3，当接收光模块接收到光电信号时其信号变化也在变化，直到前后两个信号不再能区分开，这时选取其中间隔比较近的但是还能进行明显区分的信号δt2作为正式的光信号间隔时间，此时系统参数中的波特率在本发明中就会有所改变，；步骤4，相近参数光通道中延迟最大的光通道发射周期间隔做为数据发射间隔，引入公式c=[log2(n) log2(q)]
×
b
×
(zx
‑
n)，n∈n

,q∈n

，n<zx生成n组方案并存储，是总的可用光通道数，n是数据指代通道数，q是可用光信号调制阶数，当zx=32、q=1时，生成n份方案，当波特率为25gb/s时，这里选取几个特殊的n=4、8、16数时，数据传输速度分别为1400gbit/s、1800gbit/s、1600gbit/s；步骤5，根据内存大小、可生成内存矩阵大小、内存读取并行通道数量选用相应方案，或通过人工设置选取折中方案，并设定再次进行训练的周期及数据传输出错概率阈值，这里如果追求最高传输速率，选8数据通道24位置指代通道，如果追求长时间使用并且速度折中，选16数据通道16位置指代通道更好；步骤6，训练完成，双方可以进行数据传输。
[0013]
由于现有的主流技术nrz（非归零）系统和rz（归零）系统中信号只有两种变量，一种是高于判决门限，一种是低于判决门限（基准变量），相当于一个变量，因此log
2q
=log
21
=0。高阶变量调制也可以通过这个公式进行算法设置但需要一基准个变量外加更多变量，在pam4所代表的脉冲幅度调制系统中则具有4个变量，但可以用的变量除了基准变量外只有3个因而log
2q
=log
23
≈1.58，pam4生成数据指代可以为1/0/00或1/0/11，每个信号除了数据指代的数据还可以增加1或2bit数据。与发明（202110666296.0）不同之处在于无线移动通信中可以用上行控制载波的参数实时调整接收电信号，但是对于光纤来说，外在的干扰非常小，而且各个光通道的各种衰减色散及四波混频等非线性效应在一定的硬件老化时间内都是固定的，因此通过信号训练，可以最大化利用光通道的信道容量。
[0014]
当训练完成后就可以向数据服务器4发送报告可以进行数据传输，如图4，其数据传输流程为：步骤1，光模块光纤连通、启动自检，双方光模块以普通模式通信交互各自硬件参数；步骤2，启动光信号训练，并根据训练结果选用数据传输模式；步骤3，向服务器提交可以进行数据传输报告并进行数据传输周期及错误统计，劣质通道作为独立信道传输数据，对是否达到重复训练周期或出错率达到阈值进行判定，当达到重复训练周期或出错率达到阈值时启动重复训练步骤2；步骤4，进行数据传输并向控制芯片201发送累计发送错误报告；步骤5，数据发送完成结束流程。
[0015]
当进行数据传输时，数据服务器4由不同电路通道发送的数据先进入控制芯片模
组2中的控制芯片201，并由控制芯片201将数据写入物理内存芯片203中的待处理内存逻辑地址204，分包编码逻辑单元202按照顺序调取一定长度的数据进行编码，并写入发射内存物理地址区205，其编码和写入内存矩阵方式是发明（202110666296.0）基于qam、qpsk的参数指代方法及数据发送、接收方法中所述。一个发送数据包写入完成后就进行发射，由控制芯片201同步读取内存矩阵数据电信号去调制光源阵列模组102生成不同通道的光信号，光信号经由光纤阵列1021进入波分复用器103并由数据光纤5进入另一头的光模块1上的解复用器104，通过光纤阵列1021进入光感阵列模组105转换成不同通道的电信号。控制芯片201将电信号写入接收内存物理地址区206，并由分包解码逻辑单元207进行解码其解码方式为发明（202110666296.0）基于qam、qpsk的参数指代方法及数据发送、接收方法中所述解码方式。解码完成后的数据存入待输出内存逻辑地址区208，数据包写入完成后，控制芯片将201数据经由电接口金手指302向接收方的数据服务器4发送数据包，当数据包接收无误后，接收数据服务器4向发送方的数据服务器4反馈信息，则光模块1的控制芯片201清空暂存的已经发送的数据包，并将清空的内存逻辑地址区分给新接收的数据包。由于内存逻辑地址区可以在内存中随意更改硬件地址、增加或减少容量，使用逻辑地址可以使数据包存储得到优化，减少内存资源浪费，但其读取通道同步性不如物理地址更直接，因此只用在数据包存储上。内存物理地址区按照内存读取通道进行分割，对应各个光通道，可以直接进行同步读取和时间同步调整，使数据在光调制发送时可以以最快速度进行调制。
[0016]
由于光源阵列模组102和光感阵列模组105都会老化损耗，但同时损坏的概率很小，因此当光源阵列模组102或光感阵列模组105一个通道出现损坏或光信号效率降低时，由于出现数据包累计错误率达到阈值，启动重复光信号训练如图1，训练后可以将这个通道从其中分离，损坏的直接停用，光信号效率降低的通道就可以低速使用现有技术进行传输数据服务器4单独发送的数据，也可以在空闲时传输光模块之间的校正参数数据，当每次进行重复训练后，由于光元器件的老化速率不同，这些低效率的通道也有概率与在用通道的效率趋同，从而可以参与叠加数据信号传输。
[0017]
由于光电元器件每一次发送信号都会造成损伤，在一些需要长设备稳定使用时间需求的地方，光信号的数据效率越高，则传输单位bit数据的光信号量越少，则光模块使用老化时间越长。这时通过增加数据通道的数量就可以增加数据效率，但这会造成数据传输速度的下降，这里就从图6光信号训练方法中的步骤4中生成的n种数据、位置指代方案中选取优选方案。而当数据服务器4不考虑光模块1的使用时限和成本时，使用最传输高速度显然更好，但是由于电信号在电路中的频率极限问题，显然不能发挥光模块的极限，这时需要增加电信号输入输出的通道数量。或者将电信号的使用也变成指代模式，也就是从数据服务器4内部开始就使用数据和位置指代来进行数据传输。
[0018]
实施例2小型光模块会随着光源阵列模组102的增加而成本非线性大幅度增加，因此在不能解决成本问题时，更多通道的小型光模块不会很快大规模商用，因此很多数据服务器4采用多插口，插入更多光模块组成同步光模块组进行数据传输。这样虽然增加了数据传输速度，但是只是从数量上增加了倍数的光通道。同样的本发明也可以将数据同步训练应用在整个数据传输系统中。将内存矩阵设置在4数据服务器内，将数据编码、解码算法功能通过软件功能由数据服务器4系统实现，信号的同步从光信号的同步延伸到数据服务器4的内存
矩阵中，虽然增加了每个数据信号的时间延迟，但是这增加的时间可以被更多的光通道分配，而且数据延迟在整个数据传输系统中同样存在。同样使用如实施例1所示，一个400g光模块的光通道为16个，则使用10个光模块的数据传输系统以现有技术进行数据传输为400*10=4000gbit/s，如图7所示两个数据服务器4由多个光模块1通过多条光纤5进行数据传输的方法为：步骤1，系统自检，与所插入的光模块进行交互参数；步骤2，计算自身内存读写通道、数据通道、光通道数量是否匹配，是进入步骤3a,否进入步骤3b，这里我们设光通道及电信号通道数目相同则进入步骤3a；步骤3，a与连接的数据服务进行普通数据交互提交数据传输训练请求，b以数量最小值为准将通道数量与连接的服务器交互数据传输训练请求，ab两步骤只有一个进入步骤4，此处训练与光信号训练相同，；步骤4，进行信号训练剔除参数不合格通道用于普通数据传输，合格通道进行数据位置指代分配并进行交互参数数据，训练和真实数据的输入输出地址都是内存矩阵，通过发明（202110666296.0）中的数据地址移位就可以将整个通道中不同步的数据通道进行同步，质量更差的通道就只能剔除出去作为普通数据传输通道存在，损坏的通道就可以直接弃用；步骤5，开始传输并累计重复训练周期时间及出错率并进行判定，达到重复训练周期或出错率达到阈值时启动重复训练，启动步骤1；步骤6，数据传输完成，结束。
[0019]
在进行训练时400g型号光模块生成16*10=160个光通道的数据传输参数，将光通道数量代入到公式中生成坐标图当总信道数zx不变时，q∈n

,n∈n

、位置指代通道w=zx
‑
n，公式c=log
2n
×
25
×
(160
‑
n)]得出当数据通道数为2指数时，当数据指代通道数n分别为8、16、32、64、128时传输速度分别为11400gbit/s、14400gbit/s、16000gbit/s、14400gbit/s、5600gbit/s。当数据通道越少时，数据传输时一个周期需要传输的光信号量越多，需要的时间采样点越多越精确。数据通道越多时，一个周期的光信号量越少，需要的时间采样点越少越省电。从传输速度上看32数据通道的数据传输速度最快，一个光信号可以携带5bit数据，而同样是14400gbit/s数据传输速度的16数据通道和64数据通道相比，显然64数据通道一个光信号6bit数据量比16数据通道一个光信号4bit数据量更节能，对光模块的损伤更低，这时优选的两个方案分别是32数据通道、64数据通道。128数据通道每个光信号可以携带7bit数据，数据传输速度比使用现有技术普通数据传输方法快5600
‑
4000=1600gbit/s，每个周期输出的光信号量是160
‑
128=32个，这个方案的优点是对光模块的损耗最低。数据服务器4可以将这三种方案列为选用方案，当整个数据传输系统中的待传输数据量需要少时，可以使用128数据通道方案，当数据传输需求中等时使用64数据通道，当数据传输需求高时，使用32信道方案，这样在不改变现有硬件设备的条件下就可以直接将数据传输速度提高。
[0020]
实施例一方案适用于老数据系统的不升级直接更换光模块提升数据传输速度，实施例二适用于新数据传输系统配备新光模块或旧型号光模块来提升数据传输系统的总数据传输速度。因为实施例一中内存与控制芯片201及光源阵列模组102之间的对应通道路径是直接设计好的，而对于数据服务器4来说使用实施例二需要的数据编码解码和内存矩阵
对应信道都需要一定的算力和大容量内存，通过软件优化可以利用算力提高新的数据服务器4数据传输速度，而旧的数据服务器4一般都是将算力和内存需求冗余设计的相对平衡，再加入新算力和内存需求，显然会影响对数据的软件编码解码速度，从而影响数据传输速度。同时实施例二适用于两个数据服务器4之间具有多个光模块连接的数据传输，对于一个数据服务器4与多个数据服务器之间4的连接，可以根据数据服务器4之间的光模块数量来进行计算和设置。
[0021]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。