光模块及信号收发方法与流程

1.本技术涉及光通信领域，具体涉及一种光模块及信号收发方法。


背景技术：

2.在5g通信的发展进程中，对于通信系统的运维以及管理尤为突出，需要实时、远程的对通信单元进行智能管控，这是当前的主要发展瓶颈。光通信是5g关键组网的核心，光通信中使用到的光模块速率越来越高，应用环境越来越复杂，因此相应的运维成本就变成广泛应用的主要矛盾。


技术实现要素：

3.鉴于此，本技术提供一种光模块及信号收发方法，能够降低光通信中的运维成本。
4.本技术提供的一种光模块，包括：光发射器，用于获取电信号，并将所述电信号转换为光信号；光接收器，用于获取光信号，并将所述光信号转换为电信号；控制器，包括第一信号收发模块以及第二信号收发模块，所述第一信号收发模块以及第二信号收发模块均分别连接至所述光发射器以及光接收器，且所述第一信号收发模块用于实现业务信号的收发，所述第二信号收发模块用于实现控制信号的收发。
5.可选的，所述光发射器包括：调温模块；激光器，用于出射所需光信号；所述调温模块靠近所述激光器设置，与所述激光器之间的距离小于预设值，从而通过所述调温模块调整所述激光器的温度。
6.可选的，所述调温模块包括tec控制器以及tec，且所述tec控制器一端连接所述控制器，另一端连接所述tec。
7.可选的，所述光发射器还包括：to管座，包括安装面，所述激光器以及所述调温模块均设置于所述安装面；to管帽，罩设于所述to管座的安装面；小插芯管件，连接至所述to管帽；封装壳，用于封装所述光发射器，所述to管座、to管帽以及所述小插芯管件均位于所述封装壳内；金属套筒，套设于所述小插芯管件的外围，用于连接所述小插芯管件与所述封装壳。
8.可选的，所述光接收器包括：金属结构件；接收芯片，用于对接收到的光信号进行光电转换；电隔离结构，位于所述接收芯片和所述金属结构件之间，用于对所述接收芯片进
行电隔离。
9.可选的，还包括emi防护罩，所述emi防护罩环绕所述光接收器设置，所述第二信号收发模块位于所述emi防护罩的环绕区域内，用于对所述控制信号进行干扰防护。
10.可选的，所述第二信号收发模块包括：加载单元，连接至所述光发射器，用于将需要传输的低速信号加载到高速光信号；解析单元，连接至所述光接收器，用于对所述光接收器接收到的光信号中的控制信号进行解调。
11.可选的，所述加载单元包括：编码电路，用于获取所述控制信号，并将所述低速信号进行转换编码，获取编码信号；调制电流源电路，连接至所述编码电路，并连接至所述光发射器中的激光器，用于将编码信号加载至供电电流，所述供电电流用于驱动所述光发射器中的激光器。
12.可选的，所述解析单元包括：放大子单元，至少包括一级放大器，用于连接至所述光接收器，并所述接收芯片输出的电信号进行功率放大；滤波子单元，连接至所述放大子单元的输出端，用于滤除所述放大子单元输出的放大信号中的杂波；采样子单元，连接至所述滤波子单元的输出端，用于对所述滤波子单元输出的滤波信号进行采样，实现模数转换；解码子单元，连接至所述采样子单元的输出端，用于所述采样子单元输出的数字信号进行解码，获取所述控制信号。
13.可选的，还包括外壳，所述光发射器、光接收器以及控制器设置于所述外壳内，且所述外壳包括sfp接口。
14.可选的，所述第一信号收发模块包括光收发芯片，用于实现业务信号的收发。
15.本技术还提供了一种信号收发方法，包括以下步骤：将需要发送的控制信号叠加到光通道，出射叠加有控制信号的光信号；将接收到的光信号转换为电信号，并从所述电信号中获取所述接收到的光信号中叠加的控制信号。
16.可选的，所述控制信号为低速信号，将需要发送的控制信号叠加到光通道时，至少包括以下步骤：对所述低速信号进行编码，并将编码后获取的编码信号加载到所述光通道的供电电流，所述光通道根据所述供电电流的驱动，发射出叠加有所述控制信号的光信号。
17.可选的，从所述电信号中获取所述接收到的光信号中叠加的控制信号时，至少包括以下步骤：对接收到的光信号进行光电转换；对光电转换后获取的电信号进行功率放大；对放大后获取的放大信号进行采样，从而实现模数转换；对模数转换后获取的数字信号进行解调，从而获取所述控制信号。
18.本技术中的光模块以及信号传输方法将控制信号以及业务信号分别通过两个信
号收发模块进行控制管理，因此可以同时实现控制信号以及业务信号的收发，可以帮助降低光通信时的运维成本，并且结构简单。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。
20.图1是本技术一实施例中的光模块的结构示意图；图2是本技术一实施例中的光模块的形态结构示意图；图3是本技术一实施例中所述光模块控制系统的结构示意图；图4是本技术一实施例中所述调制电流源电路的结构示意图；图5是本技术一实施例中所述放大电路的结构示意图；图6是本技术一实施例中所述光模块的结构示意图；图7是本技术一实施例中所述第二信号收发模块的结构示意图；图8是本技术一实施例中所述信号收发方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
21.以下结合附图以及具体的实施例，来对所述所述光模块以及信号收发方法作进一步的说明。
22.请参阅图1至图7，其中图1是本技术一实施例中的光模块的结构示意图；图2是本技术一实施例中的光模块的形态结构示意图；图3是本技术一实施例中所述光模块控制系统的结构示意图；图4是本技术一实施例中所述调制电流源电路的结构示意图；图5是本技术一实施例中所述放大电路的结构示意图；图6是本技术一实施例中所述光模块的结构示意图；图7是本技术一实施例中所述第二信号收发模块的结构示意图。
23.在该实施例中，所述光模块如图2所示，包括光发射器102（transmitter optical subassembly，tosa）、光接收器101（receiver optical subassembly，rosa）、控制器103以及外壳（201和202）。所述光发射器102、光接收器101、控制器103均封装于所述外壳（201和202）内，由所述外壳（201和202）起到对所述光发射器102、光接收器101、控制器103的保护作用。
24.所述光模块可以是dsfp（dual small form
‑
factor pluggable transceiver，双小型可插拔收发器）、qsfp（quad small form
‑
factor pluggable transceiver，四路小型可插拔收发器）等中的至少一种。
25.所述控制器103包括第一信号收发模块104以及第二信号收发模块105，两个信号收发模块均连接所述光发射器102以及所述光接收器101，并且所述第一信号收发模块104用于实现高速的业务信号的收发，所述第二信号收发模块105用于实现低速的控制信号的收发。
26.所述控制信号和所述业务信号经过所述控制器103的调制等，能够一起由所述光发射器102转换成光信息输出，从而能够实现光信号传输通道的复用，既能够实现业务信号
的传输，也能够实现控制信号的传输。接收到的所述光信号经过所述控制器103的解调等，也能够剥离出其中的控制信号，以便提高光信号传输过程中的管理、运维效率，降低管理运维成本。
27.在该实施例中，所述控制信号为低速信息，且所述控制信号包括目前流行的oam（operation administration and maintenance，操作维护管理）信号，也可以是未来对远端模块进行软件在线升级的代码信号等。实际上，所述控制信号也可以是其他种类的光信号收发过程中的管理信息，并不以上述信息为限制。
28.所述外壳（201和202）包括上壳体201以及下壳体202，并且所述包括外壳（201和202）塑胶外壳或金属外壳等中的至少一种。并且，所述外壳（201和202）具有sfp（small form
‑
factor pluggable，小型可插拔）接口，sfp接口是gbic（gigabit interface converter，千兆接口转换器）的升级版本，可以将千兆位电信号转换为光信号，并且能够热插拔使用，是一种符合国际标准的可互换产品。
29.所述外壳（201和202）还包括拉环，所述拉环装配在所述光模块的一端，用于标记所述光模块的种类。具体的，所述拉环设置有特定的颜色标签，用于区分所述光模块的使用波段。
30.所述光发射器102用于接收电信号，并将电信号转化成光信号，性能指标有光功率，阈值等。在该实施例中，所述光发射器102包括调温模块以及激光器，所述调温模块以及所述激光器均连接至所述控制器103，接收由所述控制器103发出的驱动信号或控制信号。
31.所述光发射器102还包括to管座、to管帽、小插芯管件以及封装壳和金属套筒。
32.所述to管座包括安装面，所述调温模块以及激光器设置在to管座的安装面，且所述to管座的一端连接到所述控制器。具体的，所述o管座的一端通过柔性电路板fpc连接到所述控制器。
33.所述to管座在装配有to管帽后，还通过由小插芯管体以及套接在所述小插芯管体外围的方形金属套筒构成的适配器连接到其他光学组件，所述适配器的外围装配封装壳。
34.所述金属套筒包括方形金属套筒，或其他形状的金属套筒。所述金属套筒可以用于连接所述小插芯套件以及所述封装壳，借助小插芯管体与封装壳的良好接触，能够帮助散热。
35.所述激光器包括dml（directly modulated laser，直接调制器激光器）、eml（electro
‑
absorption modulated laser，电吸收调制激光器）等中的至少一种，本领域的技术人员可以根据需要设置所述激光器的具体种类。
36.所述激光器连接至所述控制器103，并能够根据所述控制器103提供的低速的控制信号出射光信号。
37.所述调温模块靠近所述激光器设置，所述调温模块包括tec（thermo electric cooler，半导体制冷器）以及连接至所述tec的tec控制器103。实际上，本领域的技术人员可以根据需要设置所述调温模块的具体结构，以调整所述激光器的温度。
38.并且，在该实施例中，所述调温模块与所述激光器之间的距离小于预设值，从而通过所述调温模块调整所述激光器的温度，使所述激光器的温度能够得到控制，不会出现过热等现象。
39.所述光接收器101是光接收组件，用于将接收到的光信号转化成电信号，主要性能
指标有灵敏度（sen）等。所述光接收器101包括金属结构件、接收芯片、电隔离结构。
40.所述接收芯片连接至所述控制器103，且所述接收芯片的主要作用是通过光电效应将光信号转换成电信号。所述接收芯片设置于所述金属结构件内，由所述金属结构件保护所述接收芯片，防止所述接收芯片在外力作用下毁损。
41.所述接收芯片至少集成有pin光电二极管和雪崩光电二极管（apd，avalanche photo diode）中的至少一种，还集成有跨阻放大器。其中所述雪崩光电二极管是一种高灵敏度光电探测器，它使用雪崩倍增效应使光电流增加一倍，相比pin光电二极管，雪崩光电二极管接收机灵敏度可以提高6
〜
10db。所述跨阻放大器用于将光电转换后得到的电流信号转换为电压信号。
42.所述电隔离结构位于所述接收芯片以及所述金属结构件之间，用于对所述接收芯片进行电隔离。所述电隔离器件包括绝缘件，所述绝缘件用于隔离所述金属结构件接触到的电信号直接作用到所述接收芯片的可能性，从而增加所述光接收器101的可靠性。
43.实际上，所述电隔离器件可以装配到具有金属结构件的osa器件，osa（optical sub
‑
assembly，光学次模块）器件包括光发射器（rosa）、光接收器（tosa）以及，双向光组件（bi
‑
directional optical sub
‑
assembly， bosa）等。
44.所述光模块还包括emi防护罩203，所述emi防护罩203环绕所述金属结构件设置，所述第二信号收发模块也被所述emi防护罩203所环绕，从而对金属结构件以及所述第二信号收发模块中传输的控制信号进行emi防护，防止emi（electro magnetic interference，电磁干扰）。
45.具体的，当所述第二信号收发模块中设置有用于放大信号功率的放大子单元时，所述emi防护罩203环绕所述放大子单元来设置。
46.在一些实施例中，可以通过在pcb板上装载多级运放芯片来实现对信号的功率放大功能，实际上也可以在所述pcb板上设置小信号运放级联模拟电路来设置。所述小信号运放级联模拟电路以及多级运放芯片都可以实现信号进行分级放大，防止运放饱和和畸变。
47.在图2所示的实施例中，所述emi防护罩203具有金属弹片，所述金属弹片设置在所述金属结构件的四周，且所述emi防护罩203具有接地端，能够实现信号屏蔽等，以进行接收信号的防护。
48.在一些其他的实施例中，所述光模块也可以仅包括所述电隔离结构以及所述emi防护罩203之一，或进一步拥有更多的防护结构，以对所述接收芯片进行电学防护等多种防护。
49.在该实施例中，由于所述光接收器101使用金属结构件，并进行管体与内部芯片的电隔离，再在外层增加emi防护罩203，因此所述光接收器101具有高可靠性。
50.所述控制器103还提供用于连接至上位机106的接口。在一些实施例中，所述控制器103通过所述外壳（201和202）上设置的sfp接口连接到上位机106，从而接收所述上位机106下发的控制信号以及业务信号等。
51.在一种实施例中，所述第一信号收发模块104包括光收发芯片（transceivers），用于实现对高速的业务信号的传输以及接收。实际上，本领域的技术人员也可根据需要设置所述第一信号收发模块104的具体结构，如不设置集成化的光收发芯片，而是单独设施接收器和发射器。
52.所述第二信号收发模块105可以通过pcb板（printed circuit board，印刷电路板）及所述pcb板上集成的数字或模拟器件实现，并且为了实现低速的控制信号的收发，所述pcb板至少能够实现对低速的控制信号的调制解调功能。
53.如图6所示，所述第一信号收发模块104以及第二信号收发模块105共用一个mcu或智能芯片，所述智能芯片可以为带有高速dac或者pwm的mcu；也可以为内置相关编码解码代码的fpga；也可以为专用的信号发射器dds（direct digital synthesis）。所述第一信号收发模块104以及第二信号收发模块105还共用一套电源芯片108组建的电源系统。所述电源芯片108为电流源控制器和多级运放芯片提供电力，让电流源和级联运放帮助进行控制信号的上传和下载。所述电流源控制器以及所述多级运放芯片也均设置到所述pcb板，为所述第二信号收发模块提供电源以及功放。
54.所述第一信号收发模块104对应的光收发芯片负责光模块协议层和高速通道控制，第二信号收发模块105对应的芯片负责控制信号协议和低速通道控制。
55.请参阅图7，所述第二信号收发模块105至少包括加载单元1051。所述加载单元1051用于将所述控制信号转换成可供光发射器102使用的信息。具体的，先将所述控制信号进行编码，在将编码后获取的编码信息加载到供电电流，在所述供电电流加载了所述编码信息后，再将所述供电电流耦合到调制信息，所述激光器根据所述调制信息出射所需的光信号。
56.请参阅图3，为一实施例中的控制信号的调制与解调的功能示意图。可以看出，在光发射器102件端tx part，通过第一激光二极管d1出射光信号，由光接收器101件端rx part的光电二级管d2接收该光信号，经跨阻放大器tia将光信号转换成的电流信号转换为电压信号后，分析获取所述控制信号，并对所述控制信号进行功率放大以及采样比较，由mcu进行解码。
57.在该实施例中，所述编码电路用于获取低速信号，并将所述低速信号进行模数转换编码，获取编码信号。所述编码电路的编码方法包括曼彻斯特编码，用于将所述低速的控制信号转换成0、1电平。
58.曼彻斯特编码是一种用电平跳变来表示1或0的编码方法，其变化规则很简单，即每个码元均用两个不同相位的电平信号表示，也就是一个周期的方波，但0码和1码的相位正好相反。由于曼彻斯特码在每个时钟位都必须有一次变化，因此，其编码的效率仅可达到50%左右。
59.在该实施例中，在进行曼彻斯特编码形成调制信号后，输出载波信号，并将载波信号与调制信号合成，实现调制。所述载波信号可以通过pwm（调节占空比，加上rc低通滤波形成正弦信号）或者高速dac（通过描点形成台阶，然后rc低通滤波）产生。
60.实际上也可根据需要来设置所述编码电路。
61.所述加载单元1051还包括如图4所示的调制电流源电路。所述图4为一实施例中所述调制电流源电路的结构示意图。
62.所述调制电流源电路连接至所述编码电路，所述调制电流源电路还连接至所述光发射器102中的激光器，用于将所述编码信号加载至供电电流。
63.在该实施例中，所述控制器103还包括解析单元1052。所述解析单元1052连接到所述光接收器101中的接收芯片，用于获取所述接收芯片输出的电信号，并对所述电信号进行
放大、滤波、采样、解码恢复，从而获取光信号中的控制信号。
64.所述解析单元1052包括如图5所示的放大电路。所述图5为一实施例中所述放大电路的结构示意图。
65.在该实施例中，所述放大子单元包括至少一级放大器，用于获取所述光接收器101中接收芯片输出的电信号，并对所述电信号至少进行一级放大。
66.所述解析单元1052还包括滤波子单元、采样子单元以及解码子单元。
67.所述滤波子单元连接至所述放大子单元的输出端，用于滤除所述放大子单元输出的放大信号中的杂波；所述采样子单元连接至所述滤波子单元的输出端，用于对所述滤波子单元输出的滤波信号进行采样，实现模数转换；所述解码子单元连接至所述采样子单元的输出端，用于所述采样子单元输出的数字信号进行解码，获取所述控制信号。
68.所述放大子单元的放大功能可以由所述电源芯片108连接到的多级运放芯片实现。
69.所述滤波子单元、采样子单元可以由分立的电子器件实现，所述解码子单元可以由所述mcu或智能芯片实现。
70.在图7所示的实施例中，所述控制信号还进入至一控制单元1053，所述控制单元1053包括图6中所述的mcu以及智能芯片107，由所述mcu或智能芯片对所述控制信号进行同步位获取，crc校验和纠错。
71.本实施例在硬件端通过mcu以及智能芯片107等fpga以及dds等元件实现低速的控制信号的编码和解码，并通过多个模拟元件实现对信号的调制和放大。本实施例还在软件端通过通信总线接收和发送控制信号，对低速控制或者监控信息进行配置，并进行曼彻斯特编码，对光电转换后，恢复的低速率控制/监控信号进行软件分析，并恢复正确的数据。
72.本实施例中采用双控制方案可以有以下主要功能：可以用于远程监控；可以实时获取远端模块的工作状态信息，也可以改变远端模块的工作模式；可以用于在线升级；可以通过本端模块传输升级hex到远端，远端接收从控制芯片给主控芯片更新代码；可以用于电光双控；低速通道的监控信息，可以通过电口获取，也可以通过光口获取；可以用于多波融合；由于此光模块应用于wdm系统，多个波长都可以携带控制信号在单根光纤中传输。
73.在上述实施例中，在高速的业务信号的传输链路上，运用高速的光收发芯片（transceiver）实现光电转换或电光转换；在低速的控制信号传输链路上，运用数字和模拟器件，将需要传输低速信号加载到高速光信号上，同时，在接收端获取远端模块传回的低速的控制信号，从而通过所述低速的控制信号获取远端模块的工作状态信息和未来远端接入点人员传递信号，从而实现远程监控，还可实现在线升级等，控制信号通过光纤传输（over fiber），能够通过第一信号收发模块104以及第二信号收发模块105实现智能双控，既能够通过低速的控制信号对远程端进行监控，获取产品信息，也可以通过高速的业务信号对远程端进行监控，获取产品信息。并且，由于将第一信号收发模块104以及第二信号收发模块105单独设置，因此可以在多个不同波长的光信号上携带所述控制信号，增加了应用场景。
74.因此，上述实施例中的光模块有效的降低了光通信中的运维成本，提高了光网络控制的智能化程度。
75.本技术的实施例中还提供了一种信号收发方法。
76.如图8所示，为一实施例中所述信号收发方法的步骤流程示意图。
77.在该实施例中，所述信号收发方法包括以下步骤：步骤s101：将需要发送的控制信号叠加到光通道，出射叠加有控制信号的光信号。
78.所述控制信号为低速信号，将需要发送的控制信号叠加到光通道时，至少包括以下步骤：对所述低速信号进行编码，并将编码后获取的编码信号加载到所述光通道的供电电流，所述光通道根据所述供电电流的驱动，出射叠加有所述控制信号的光信号。
79.具体的，通过iic总线将低速的数字控制/监控信息传输到mcu，由mcu等智能控制芯片对接收到的数字控制/监控信息编码后，上传至图3所示的电流源调制电路，从而将低速信号上传到光通道里。高速的所述业务信号通过调制电流（modulation current）加载到光通道里。
80.步骤s102：将接收到的光信号转换为电信号，并从所述电信号中获取所述接收到的光信号中叠加的控制信号。
81.从所述电信号中获取所述接收到的光信号中叠加的控制信号时，至少包括以下步骤：对接收到的光信号进行光电转换；对光电转换后获取的电信号进行功率放大；对放大后获取的放大信号进行采样，从而实现模数转换；对模数转换后获取的数字信号进行解调，从而获取所述控制信号。
82.具体的，在接收端，光电二级管（photo diode，pd）将光信号转成两个通道的电信号，包括低速通道和高速通道，并对低速通道的电信号进行解调，该电信号包括rssi（received signal strength indication接收的信号强度指示）信号，rssi信号是无线发送层的可选部分，用来判定链接质量，以及是否增大广播发送强度。在接收端，对所述rssi信号的处理包括放大、滤波等，还会进行采样比较，并将采样比较后的信号传输至所述mcu等智能控制芯片进行分析和解调。
83.并且，所述信号收发方法还包括：通过光收发芯片实现高速的业务信号的收发管理。
84.本实施例中的信号传输方法中，高速的业务信号传输和低速的控制信号传输能够同时进行。所述控制信号包括目前流行的oam（operation administration and maintenance，操作维护管理）信号，也可以是未来对远端模块进行软件在线升级的代码信号等。
85.以上所述仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。