一种滤波器系数的计算方法及光模块与流程

1.本技术涉及光通信技术领域，尤其涉及一种滤波器系数的计算方法及光模块。


背景技术：

2.随着云计算、移动互联网、视频等新型业务和应用模式发展，光通信技术的发展进步变的愈加重要。而在光通信技术中，光模块是实现光电信号相互转换的工具，是光通信设备中的关键器件之一，并且随着光通信技术发展的需求光模块的传输速率不断提高。
3.而在相干光模块的发展过程中，由于激光驱动器和调制器带宽不足、模块在连接过程中电路板上走线导入高频损伤，导致无法使光模块纠前误码率达到最佳。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种滤波器系数的计算方法及光模块，用于使光模块纠前误码率达到最佳。
5.第一方面，本技术提供的一种滤波器系数的计算方法，所述方法包括：
6.获取原始频谱图；
7.基于奈奎斯滤波器设置理想频谱图sideal；
8.参照理想频谱图sideal的分辨率和幅度，对原始频谱图重新采样并进行幅度和频率间隔的归一化处理，获取光谱测量函数smeasure；
9.根据补偿滤波器传输函数scomp＝sideal/smeasure，计算获得补偿滤波器传输函数scomp；
10.根据补偿滤波器传输函数scomp反向重构获得滤波器系数。
11.第二方面，本技术提供的一种光模块，包括：
12.电路板；
13.光发射组件，与所述电路板电连接，用于发射光信号；
14.所述电路板上设置有odsp芯片，所述odsp芯片电连接所述光发射组件，所述odsp芯片包括滤波器，所述滤波器用于预处理传输至所述光发射组件的电信号，所述滤波器的系数为根据上述第一方面所述方法计算得到的系数。
15.本技术提供的滤波器系数计算方法及光模块，利用奈奎斯滤波器设置理想频谱图sideal，参照理想频谱图sideal的分辨率和幅度，对原始频谱图重新采样并进行幅度和频率间隔的归一化处理，获取光谱测量函数smeasure，根据补偿滤波器传输函数scomp＝sideal/smeasure，计算获得补偿滤波器传输函数scomp，根据补偿滤波器传输函数scomp反向重构获得滤波器系数。通过本技术提供的滤波器系数计算方法获得的滤波器系数，使odsp芯片的滤波器补偿方法简单、速度快，保证odsp芯片中的滤波器具有良好的电信号预补偿效果，以达到光模块高频带宽补偿的效果，以使光模块纠前误码率小于或等于目标误码率。因此本技术提供的滤波器系数计算方法及光模块，解决了激光驱动器和调制器带宽不足、光模块在连接过程中电路板上走线导入高频损伤，使光模块纠前误码率不能达到最
佳的问题。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
17.图1为根据一些实施例的一种光通信系统的连接关系图；
18.图2为根据一些实施例的一种光网络终端的结构图；
19.图3为根据一些实施例的一种光模块的结构图；
20.图4为根据一些实施例的一种光模块的分解图；
21.图5为根据一些实施例的一种滤波器系数的计算方法的流程图；
22.图6为根据一些实施例提供的一种相干光模块的原始频谱图；
23.图7为根据一些实施例提供的一种将原始频谱图的频谱中心的横坐标平移至0的结构示意图；
24.图8为根据一些实施例提供的一种理想频谱图；
25.图9为根据本技术实施例提供的一种补偿滤波器传输函数的示意图；
26.图10为根据一些实施例提供的一种经频谱补偿后的频谱图。
具体实施方式
27.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
28.除非上下文另有要求，否则，在整个说明书和权利要求书中，术语“包括(comprise)”及其其他形式例如第三人称单数形式“包括(comprises)”和现在分词形式“包括(comprising)”被解释为开放、包含的意思，即为“包含，但不限于”。在说明书的描述中，术语“一个实施例(one embodiment)”、“一些实施例(some embodiments)”、“示例性实施例(exemplary embodiments)”、“示例(example)”、“特定示例(specific example)”或“一些示例(some examples)”等旨在表明与该实施例或示例相关的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的至少一个实施例或示例中。上述术语的示意性表示不一定是指同一实施例或示例。此外，所述的特定特征、结构、材料或特点可以以任何适当方式包括在任何一个或多个实施例或示例中。
29.以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
30.在描述一些实施例时，可能使用了“耦接”和“连接”及其衍伸的表达。例如，描述一些实施例时可能使用了术语“连接”以表明两个或两个以上部件彼此间有直接物理接触或
电接触。又如，描述一些实施例时可能使用了术语“耦接”以表明两个或两个以上部件有直接物理接触或电接触。然而，术语“耦接”或“通信耦合(communicatively coupled)”也可能指两个或两个以上部件彼此间并无直接接触，但仍彼此协作或相互作用。这里所公开的实施例并不必然限制于本文内容。
[0031]“a、b和c中的至少一个”与“a、b或c中的至少一个”具有相同含义，均包括以下a、b和c的组合：仅a，仅b，仅c，a和b的组合，a和c的组合，b和c的组合，及a、b和c的组合。
[0032]“a和/或b”，包括以下三种组合：仅a，仅b，及a和b的组合。
[0033]
本文中“适用于”或“被配置为”的使用意味着开放和包容性的语言，其不排除适用于或被配置为执行额外任务或步骤的设备。
[0034]
如本文所使用的那样，“约”、“大致”或“近似”包括所阐述的值以及处于特定值的可接受偏差范围内的平均值，其中所述可接受偏差范围如由本领域普通技术人员考虑到正在讨论的测量以及与特定量的测量相关的误差(即，测量系统的局限性)所确定。
[0035]
光通信技术中，使用光携带待传输的信息，并使携带有信息的光信号通过光纤或光波导等信息传输设备传输至计算机等信息处理设备，以完成信息的传输。由于光信号通过光纤或光波导中传输时具有无源传输特性，因此可以实现低成本、低损耗的信息传输。此外，光纤或光波导等信息传输设备传输的信号是光信号，而计算机等信息处理设备能够识别和处理的信号是电信号，因此为了在光纤或光波导等信息传输设备与计算机等信息处理设备之间建立信息连接，需要实现电信号与光信号的相互转换。
[0036]
光模块在光纤通信技术领域中实现上述光信号与电信号的相互转换功能。光模块包括光口和电口，光模块通过光口实现与光纤或光波导等信息传输设备的光通信，通过电口实现与光网络终端(例如，光猫)之间的电连接，电连接主要用于实现供电、i2c信号传输、数据信号传输以及接地等；光网络终端通过网线或无线保真技术(wi-fi)将电信号传输给计算机等信息处理设备。
[0037]
图1为根据一些实施例的一种光通信系统的连接关系图。如图1所示，光通信系统主要包括远端服务器1000、本地信息处理设备2000、光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103；
[0038]
光纤101的一端连接远端服务器1000，另一端通过光模块200与光网络终端100连接。光纤本身可支持远距离信号传输，例如数千米(6千米至8千米)的信号传输，在此基础上如果使用中继器，则理论上可以实现超长距离传输。因此在通常的光通信系统中，远端服务器1000与光网络终端100之间的距离通常可达到数千米、数十千米或数百千米。
[0039]
网线103的一端连接本地信息处理设备2000，另一端连接光网络终端100。本地信息处理设备2000可以为以下设备中的任一种或几种：路由器、交换机、计算机、手机、平板电脑、电视机等。
[0040]
远端服务器1000与光网络终端100之间的物理距离大于本地信息处理设备2000与光网络终端100之间的物理距离。本地信息处理设备2000与远端服务器1000的连接由光纤101与网线103完成；而光纤101与网线103之间的连接由光模块200和光网络终端100完成。
[0041]
光模块200包括光口和电口。光口被配置为与光纤101连接，从而使得光模块200与光纤101建立双向的光信号连接；电口被配置为接入光网络终端100中，从而使得光模块200与光网络终端100建立双向的电信号连接。光模块200实现光信号与电信号的相互转换，从
而使得光纤101与光网络终端100之间建立连接。示例的，来自光纤101的光信号由光模块200转换为电信号后输入至光网络终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块200转换为光信号输入至光纤101中。
[0042]
光网络终端100包括大致呈长方体的壳体(housing)，以及设置在壳体上的光模块接口102和网线接口104。光模块接口102被配置为接入光模块200，从而使得光网络终端100与光模块200建立双向的电信号连接；网线接口104被配置为接入网线103，从而使得光网络终端100与网线103建立双向的电信号连接。光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立连接。示例的，光网络终端100将来自光模块200的电信号传递给网线103，将来自网线103的信号传递给光模块200，因此光网络终端100作为光模块200的上位机，可以监控光模块200的工作。光模块200的上位机除光网络终端100之外还可以包括光线路终端(optical line terminal，olt)等。
[0043]
远端服务器1000通过光纤101、光模块200、光网络终端100及网线103，与本地信息处理设备2000之间建立了双向的信号传递通道。
[0044]
图2为根据一些实施例的一种光网络终端的结构图，为了清楚地显示光模块200与光网络终端100的连接关系，图2仅示出了光网络终端100的与光模块200相关的结构。如图2所示，光网络终端100中还包括设置于壳体内的pcb电路板105，设置在pcb电路板105的表面的笼子106，以及设置在笼子106内部的电连接器。电连接器被配置为接入光模块200的电口；散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起部。
[0045]
光模块200插入光网络终端100的笼子106中，由笼子106固定光模块200，光模块200产生的热量传导给笼子106，然后通过散热器107进行扩散。光模块200插入笼子106中后，光模块200的电口与笼子106内部的电连接器连接，从而光模块200与光网络终端100建立双向的电信号连接。此外，光模块200的光口与光纤101连接，从而光模块200与光纤101建立双向的电信号连接。
[0046]
图3为根据一些实施例提供的光模块结构图，图4为根据一些实施例提供的光模块分解图。如图3、图4所示，光模块200包括壳体、设置于壳体中的电路板及光收发组件。
[0047]
壳体包括上壳体201和下壳体202，上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口204和205的包裹腔体；壳体的外轮廓一般呈现方形体。
[0048]
在本公开一些实施例中，下壳体202包括底板以及位于底板两侧、与底板垂直设置的两个下侧板；上壳体201包括盖板，以及位于盖板两侧与盖板垂直设置的两个上侧板，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体201盖合在下壳体202上。
[0049]
两个开口204和205的连线所在方向可以与光模块200的长度方向一致，也可以与光模块200的长度方向不一致。示例地，开口204位于光模块200的端部(图3的左端)，开口205也位于光模块200的端部(图3的右端)。或者，开口204位于光模块200的端部，而开口205则位于光模块200的侧部。其中，开口204为电口，电路板300的金手指从电口204伸出，插入上位机(如光网络终端100)中；开口205为光口，配置为接入外部的光纤101，以使光纤101连接光模块200内部的光收发组件。
[0050]
采用上壳体201、下壳体202结合的装配方式，便于将电路板300、光收发组件等器件安装到壳体中，由上壳体201、下壳体202可以对这些器件形成封装保护。此外，在装配电路板300等器件时，便于这些器件的定位部件、散热部件以及电磁屏蔽部件的部署，有利于
自动化的实施生产。
[0051]
在一些实施例中，上壳体201及下壳体202一般采用金属材料制成，利于实现电磁屏蔽以及散热。
[0052]
在一些实施例中，光模块200还包括位于其壳体外壁的解锁部件203，解锁部件203被配置为实现光模块200与上位机之间的固定连接，或解除光模块200与上位机之间的固定连接。
[0053]
示例地，解锁部件203位于下壳体202的两个下侧板2022的外壁，包括与上位机的笼子(例如，光网络终端100的笼子106)匹配的卡合部件。当光模块200插入上位机的笼子里，由解锁部件203的卡合部件将光模块200固定在上位机的笼子里；拉动解锁部件203时，解锁部件203的卡合部件随之移动，进而改变卡合部件与上位机的连接关系，以解除光模块200与上位机的卡合关系，从而可以将光模块200从上位机的笼子里抽出。
[0054]
电路板300包括电路走线、电子元件及芯片，通过电路走线将电子元件和芯片按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等功能。电子元件例如可以包括电容、电阻、三极管、金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，mosfet)。芯片例如可以包括微控制单元(microcontroller unit，mcu)、限幅放大器(limiting amplifier)、时钟数据恢复芯片(clock and data recovery，cdr)、电源管理芯片、数字信号处理(digital signal processing，dsp)芯片。
[0055]
电路板300一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中。
[0056]
电路板300还包括形成在其端部表面的金手指301，金手指301由相互独立的多个引脚组成。电路板300插入笼子106中，由金手指301与笼子106内的电连接器导通连接。金手指301可以仅设置在电路板300一侧的表面(例如图4所示的上表面)，也可以设置在电路板300上下两侧的表面，以适应引脚数量需求大的场合。金手指301被配置为与上位机建立电连接，以实现供电、接地、i2c信号传递、数据信号传递等。当然，部分光模块中也会使用柔性电路板。柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，以作为硬性电路板的补充。
[0057]
在本技术一些实施例中，光收发组件包括光发射组件及光接收组件。如图4所示，在一些实施例中，光收发组件包括光发射组件206及光接收组件207；光发射组件206及光接收组件207位于电路板300的边缘。图3和4中所展示的光学次模块仅是本技术的一种实例，当然本技术实施例中光收发组件也可为收发一体结构。可选的，光学收发器件位于电路板300的端部，光收发组件与电路板300物理分离，光收发组件通过柔性电路板连接电路板300。
[0058]
在本技术一些实施例中，电路板300上设置odsp芯片301，odsp芯片301电连接光发射组件206，odsp芯片301中包括滤波器，需要经光发射组件206通过电光转换发射出去的信号可以先经过odsp芯片301中的滤波器进行预补偿处理，以解决由于激光驱动器和调制器带宽不足以及电路板上走线导入高频损伤，使光模块纠前误码率达到最佳的问题。为保证odsp芯片301中的滤波器具有良好的高频带宽补偿效果，可进行odsp芯片301中的滤波器系数配置，odsp芯片301中的滤波器系数可通过算法进行计算获得。
[0059]
在本技术实施例中，为保证odsp芯片301中的滤波器具有良好的高频带宽补偿效
果，提供了一种滤波器系数的计算方法，用于计算odsp芯片301中滤波器的工作系数，使光模块的纠前误码率能够小于或等于目标误码率。
[0060]
图5为根据一些实施例提供的一种滤波器系数的计算方法的流程图。如图5所示，本技术实施例提供的一种滤波器系数的计算方法，包括：
[0061]
s100：获取原始频谱图。
[0062]
相干光模块正常工作时，采集光谱数据获取原始频谱图。示例地，将相干光模块发端光输入至光谱仪，光谱仪自行采集输入光频谱数据，pc通过与光谱仪的数据线获取光模块发端的原始频谱图。图6为根据一些实施例提供的一种相干光模块的原始频谱图；其中，横坐标是光谱频率，纵坐标是光谱功率(dbm)，图中数据是相干光模块未经补偿的原始频谱数据。
[0063]
在本技术一些实施例中，由于原始频谱图在中心波长两侧基本呈对称状，因此为便于运算，导入原始频谱图并将频谱中心的横坐标平移至0。图7为根据一些实施例提供的一种将原始频谱图的频谱中心的横坐标平移至0的结构示意图，如图7中曲线(1)。
[0064]
s200：基于奈奎斯滤波器设置理想频谱图sideal。
[0065]
瑞典科学家哈利.奈奎斯特在1928年为解决电报传输问题提出了数字波形在无噪声线性信道上传输时的无失真条件，被称为奈奎斯特准则，其中奈奎斯特第一准则使抽样点无失真准则，或无码间串扰准则，是关于接收机不产生码间串扰的接收脉冲形状问题。对于基带传输系统，要达到无码间串扰，系统传输函数h(f)是单边带宽为1/2t的矩形函数(即理想奈奎斯特滤波器)，其时域波形为h(t)＝sinc(t/t)，称之为理想奈奎斯特脉冲成形。
[0066]
本技术实施例中，基于奈奎斯滤波器通过调试幅度、带宽系数，获得理想频谱图sideal。为了计算简便，在本技术一些实施例中，使用理想频谱图sideal的右边频谱。图8为根据一些实施例提供的一种理想频谱图，图8中曲线(2)为该理想频谱图sideal的右边频谱。当然本技术实施例中不局限于使用理想频谱图sideal的右边频谱。
[0067]
s300：参照理想频谱图sideal的分辨率和幅度，对原始频谱图重新采样并进行幅度和频率间隔的归一化处理，获取光谱测量函数smeasure。
[0068]
参照理想频谱图sideal的分辨率和幅度，对原始频谱图重新采样，对原始频谱图到理想频谱图sideal做归一化处理，使原始频谱图的数据与理想频谱图sideal的幅度和频率间隔在同一单位，以获得光谱测量函数smeasure。
[0069]
在本技术一些实施例中，对原始频谱图原点右半部分重新采样，然后对其到理想频谱图sideal做归一化处理，使其与理想频谱图sideal的幅度和频率间隔在同一单位。
[0070]
s400：根据补偿滤波器传输函数scomp＝sideal/sme asure，计算获得补偿滤波器传输函数scomp。
[0071]
在本技术实施例中，设置补偿函数为scomp(w)，光谱测量函数为smeasure(w)以及期望的频谱响应为snyquist(w)，可得scomp(w)*smeasure(w)＝snyquist(w)，变形可得scomp(w)＝snyquist(w)/smeasure(w)，smeasure(w)数据由光谱仪采集数据，snyquist(w)为通过设置带宽、幅度和系数确定的理想频谱图sideal，因此可通过计算获得补偿滤波器传输函数scomp＝sideal/sme asure。图9为根据本技术实施例提供的一种补偿滤波器传输函数的示意图，图9中曲线(4)为补偿滤波器传输函数scomp。
[0072]
s500：根据补偿滤波器传输函数scomp反向重构获得滤波器系数。
[0073]
当获得了补偿滤波器传输函数scomp，根据补偿滤波器传输函数scomp通过反向重构获得滤波器tap系数。滤波器tap系数的反向重构阶数可根据odsp芯片中滤波器的阶数进行调节；如odsp芯片中滤波器的阶数为9，则滤波器tap系数的反向重构阶数为9。
[0074]
将通过上述滤波器系数的计算方法获得的滤波器系数写入odsp芯片的寄存器，以进行光模块高频带宽补偿。图10为根据一些实施例提供的一种经频谱补偿后的频谱图，光模块的高频带宽被补偿。
[0075]
在本技术一些实施例中，为进一步保证通过本技术实施例提供的滤波器系数的计算方法获得的滤波器系数性能，本技术实施例提供的滤波器系数的计算方法还包括：将获得的滤波器系数写入odsp芯片的寄存器，检测相干光模块的发射端输出光信号的纠前误码率；确认所述纠前误码率是否大于目标误码率；若所述纠前误码率大于目标误码率，通过调整幅度和带宽系数调整理想频谱图sideal，基于调整后的理想频谱图sideal重新获得滤波器系数。本技术实施例中，可根据技术标准或要求选择目标误码率；将滤波器系数的计算方法获得的tap系数配置到odsp芯片的寄存器，验证相应的纠前误码率；纠前误码率达不到目标误码率时，继续调整滤波器系数，以使前误码率达到目标误码率。
[0076]
在本技术一些实施例中，还可通过遍历理想频谱图sideal的幅度、带宽以及alpha因子，根据光模块接收端误码率指标，选取最佳误码率对应的因子生成的tap系数。通常，误码率最低点对应的tap系数为odsp芯片中滤波器的最佳tap系数。
[0077]
本技术实施例提供的滤波器系数的计算方法，能够寻找出最优补偿系数，使odsp芯片的滤波器补充方法简单，速度快，保证odsp芯片中的滤波器具有良好的高频带宽补偿效果，解决了激光驱动器和调制器带宽不足，同时模块在连接过程中电路板上走线导入高频损伤，导致调制系统带宽不足的问题，使光模块纠前误码率达到最佳。
[0078]
进一步，本技术实施例提供的滤波器系数的计算方法，可操作性强，使用常见光谱仪采集数据，在未进行频谱补偿之前，将相干光模块发端光输入至光谱仪，pc端通过与光谱仪的数据线获取发端光谱的原始数据，操作简单，获取数据快捷，补偿灵活；灵活性好，补偿频谱可以任意扩展或者缩小，使用该频谱补偿方法，可以通过调节理想滤波器参数，灵活改变频谱的形状；可以根据目标模块dsp滤波器阶数灵活设置传输函数tap系数，适配odsp滤波器的补偿需求；补偿速度快，通过算法计算出系数，导入系数至odsp滤波器，pc端获取原始频谱数据后，在pc端快速完成传输函数tap系数计算，并通过与模块的通信线写入dsp寄存器内，整个过程除插入光纤外，无需人工干预，马上验证结论，能够找到最优补偿系数。
[0079]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。