一种多波长单纤双向400G长距离光通信系统的制作方法

一种多波长单纤双向400g长距离光通信系统
技术领域
1.本技术涉及通信技术领域，尤其涉及一种多波长单纤双向400g长距离光通信系统。


背景技术：

2.随着互联网和数据中心的发展，对传输带宽的要求越来越高的情况下，要求光模块具备一定的传输速率和传输距离。但是，现有的单波长光模块，其传输速率有限，码间干扰比较小，其色散代价也比较小，对波长的要求并不高，而需要传输速率较高时，例如，lwdm4光模块，lwdm4光模块利用四个波长的激光来合成一个100g传输速率的光信号，从而需要四个激光器和相应的收发器件，成本较高。
3.在此基础上，当需要实现多波长的光通信时，需要设置多个lwdm4光模块，进一步增加了设备数量，且需要布置更多的通信光纤。或者采用更远距离的dwdm(dense wavelength division multiplexing，密集型光波复用)加edfa(掺铒光纤放大器)的技术方案，实现多波长的光通信，但是，dwdm加edfa的技术方案同样需要布置更多的通信光纤，而由于现有光通信系统已完成布线，再进行另外的布线工程，不仅费时费力，且严重影响现有通信系统的正常工作。


技术实现要素：

4.本技术实施例为了在不改造现有光纤通信线路的情况下，提供一种满足20km的长距离传输的通信系统，本技术提供一种多波长单纤双向400g长距离光通信系统。
5.一种多波长单纤双向400g长距离光通信系统，包括两个通过单纤连接的终端设备；
6.所述终端设备中至少设置有四个光模块以及波分复用器和解复用器，其中，四个光模块的光信号发射端均连接波分复用器，且四个光模块的光信号接收端均连接解复用器；
7.所述光模块包括数字信号处理器、发射端和接收端；
8.所述发射端包括调制器和激光器，所述数字信号处理器的线发射端连接所述调制器，所述调制器连接所述激光器，用于将所述电信号转化为光信号，所述激光器用于产生搭载光信号的单波长激光；
9.所述接收端包括硅锗雪崩光电二极管和线性跨导放大器，所述硅锗雪崩光电二极管用于接收搭载光信号的单波长激光，并将光信号转化为电信号传输到线性跨导放大器，所述线性跨导放大器连接所述数字信号处理器的线接收端；
10.其中，两个终端设备中光模块产生的单波长激光的中心波长均不相同，且两个终端设备中光模块产生的单波长激光的中心波长间隔排列。
11.可选地，所述调制器为电吸收调制器或mz调制器，所述调制器的驱动器调制波特率高于50gbaud。
12.可选地，所述终端设备中的光模块为4个，且在两个终端设备中，其中一个终端设备产生的单波长激光的中心波长分别为1297.8纳米、1302.31纳米、1306.85纳米和1311.43纳米；
13.另一个终端设备产生的单波长激光的中心波长分别为1295.56纳米、1300.05纳米、1304.58纳米和1309.14纳米，以实现单纤传输距离达到20公里。
14.可选地，其特征在于，所述硅锗雪崩光电二极管的反偏电压为12到24伏。
15.可选地，所述数字信号处理器还包括kp码型前向纠错器。
16.可选地，所述数字信号处理器还包括主接收器，用于获取电信号。
17.可选地，所述数字信号处理器还包括主发射器，用于输出电信号。
18.可选地，所述光模块采用sfp-dd小型封装或qsfp小型封装。
19.可选地，所述光模块还包括散热片，所述散热片与数字信号处理器的集成块采用导热材料填充缝隙。
20.可选地，所述散热片为铜或铜合金散热片。
21.由以上技术方案可知，本技术提供的一种多波长单纤双向400g长距离光通信系统，包括两个通过单纤连接的终端设备；所述终端设备中至少设置有四个光模块，以及波分复用器和解复用器，其中，所述光模块的光信号发射端均连接波分复用器，且所述光模块的光信号接收端均连接解复用器；所述光模块包括数字信号处理器、发射端和接收端；所述发射端包括调制器和激光器，所述数字信号处理器的线发射端连接所述调制器，所述调制器连接所述激光器，用于将所述电信号转化为光信号，所述激光器用于产生搭载光信号的单波长激光；所述接收端包括硅锗雪崩光电二极管和线性跨导放大器，所述硅锗雪崩光电二极管用于接收搭载光信号的单波长激光，并将光信号转化为电信号传输到线性跨导放大器，所述线性跨导放大器连接所述数字信号处理器的线接收端；其中，两个终端设备中光模块产生的单波长激光的中心波长均不相同，且两个终端设备中光模块产生的单波长激光的中心波长间隔排列。
22.本技术提供的一种多波长单纤双向400g长距离光通信系统，通过在两个通信节点设置相互连接的终端设备，且所述终端设备中设置有四个波长间排列的光模块，所述光模块可实现高速率及长距离传输，从而在不改造现有光纤通信线路的情况下，实现20km的多波长单纤双向光通信。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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。
24.图1为本技术实施例提供的光通信系统的整体结构示意图；
25.图2为本技术实施例提供的光模块整体结构示意图；
26.图3为本技术实施例提供的光模块的信号转换示意图。
具体实施方式
27.下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，
除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的实施例的示例。
28.本技术实施例为了在不改造现有光纤通信线路的情况下，提供一种满足20km的长距离传输的通信系统，如图1所示，提供一种多波长单纤双向400g长距离光通信系统，包括两个通过单纤连接的终端设备，两个设备终端分别设置在需要建立通信连接的网络节点。
29.所述终端设备中至少设置有四个光模块以及波分复用器和解复用器，其中，所述光模块的光信号发射端均连接波分复用器，且所述光模块的光信号接收端均连接解复用器。
30.两个终端设备中，一个终端设备的波分复用器通过单纤连接另一个设备的解复用器，从而在两个终端设备之间建立通信连接，在实际应用过程中，采用本系统在两个网络节点之间建立通信连接，可以借助现有的通信网络，不用设置专用的光纤，其改造难度小。
31.其中，为了保证光信号可以高速率及长距离传输，例如，对4
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100g的光信号实现20km的长距离传输，如图3所示，为本技术实施例提供的光模块整体结构示意图，所述光模块包括数字信号处理器、发射端和接收端。
32.所述发射端包括调制器和激光器，所述数字信号处理器的线发射端连接所述调制器，所述调制器连接所述激光器，用于将所述电信号转化为光信号，所述激光器用于产生搭载光信号的单波长激光。
33.所述接收端包括硅锗雪崩光电二极管和线性跨导放大器，所述硅锗雪崩光电二极管用于接收搭载光信号的单波长激光，并将光信号转化为电信号传输到线性跨导放大器，所述线性跨导放大器连接所述数字信号处理器的线接收端。
34.其中，两个终端设备中光模块产生的单波长激光的中心波长均不相同，且两个终端设备中光模块产生的单波长激光的中心波长间隔排列。
35.在实际使用过程中，经过测试，本技术实施例提供的光模块，采用波长为1308.09纳米的单波长激光，传输30km的负色散为-45.20532463ps/nm，正色散为22.3625725ps/nm；采用波长为1310.19纳米的单波长激光，传输30km的负色散为-39.14337607ps/nm，正色散为28.10014381ps/nm，若单波长激光的波长为1308.09纳米至1310.19纳米，则差分群时延最大为8.83ps，差分群时延代价0.75分贝，色散代价1分贝，从而满足-45ps/nm至25ps/nm的色散范围。而对于20km的传输距离，单波长激光的中心波长可以适当放宽，经过测试，当中心波长放宽为1295.56纳米至1311.43纳米，仍然具备较高的传输速度及传输质量，能够满足20km长距离的光通信要求。
36.具体的，为了实现多波长单纤双向传输，本技术实施例提供的两个终端设备中光模块产生的单波长激光的中心波长均不相同两个终端设备中光模块产生的单波长激光的中心波长间隔排列。例如，一个终端设备中设置4个光模块时，在两个终端设备中，第一个终端设备产生的单波长激光的中心波长分别为1297.8纳米、1302.31纳米、1306.85纳米和1311.43纳米；则对应的第二个终端设备接收端的中心波长分别为1297.8纳米、1302.31纳米、1306.85纳米和1311.43纳米。
37.并将第二个终端设备产生的单波长激光的中心波长分别为1297.8纳米、1302.31纳米、1306.85纳米和1311.43纳米；则对应的第一个终端设备接收端的中心波长分别为
1297.8纳米、1302.31纳米、1306.85纳米和1311.43纳米，从而实现把波长单纤双向400g长距离的通信系统，且保证单纤传输距离达到20公里后，光信号仍然具备较高的传输质量
38.进一步的，在本技术的部分实施例中，所述调制器为电吸收调制器或mz(马赫曾德尔)调制器，所述调制器的驱动器调制波特率高于50gbaud。
39.需要说明的是，本技术实施例中，为了实现多波长单纤双向传输技术，在一定程度上牺牲了光模块的传输距离，故在传输距离要求不是特别高的场合，可以考虑用其他光模块代替本技术实施例中的光模块，从而实现多波长的单纤双向光通信，例如，采用pam4光模块。
40.本技术实施例提供的光模块，在应用过程中，预先装入了tec芯片(thermo electric cooler，半导体制冷器)并利用tec的帕尔贴效应为激光器制冷或加热，光模块通过外部电路控制tec的电流方向和大小来稳定内部工作温度，光模块的控制电路考虑到硬件模拟pid的优势性，选用了两个自校正、自稳定零点漂移放大器的tec控制芯片，所述tec控制芯片，驱动能力强，效率高达90％，满足产品宽温度范围工作，根据光模块内部tec的特性并精准配置pid rc补偿网络硬件实现比例、微分、积分运算；整个设计方案充分利用了硬件pid响应速度快、对反馈信号连续(相对软件pid离散处理)处理的绝对优势，模块即使在温度变化相当剧烈的环境中，仍能始终锁住目标温度并将温度控制在目标温度的
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0.5℃以内，此方案中光模块选用的激光器芯片当温度变化1摄氏度时波长漂移约0.08nm，外部电路精准控制住了光模块的工作温度就间接地将产品的波长在锁定在一个相当窄的范围
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0.04nm内，进而保正了产品在长距离传输时仍满足色散要求。
41.由于光纤传输光信号的过程中，存在色散代价，速率越高，距离越远，色散代价越大，接收到的光信号质量越低，为了解决这一问题，在本技术实施例中，所述接收端包括硅锗雪崩光电二极管和线性跨导放大器，所述硅锗雪崩光电二极管用于接收搭载光信号的单波长激光，并将光信号转化为电信号传输到线性跨导放大器，所述线性跨导放大器连接所述数字信号处理器的线接收端，满足4
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100g光信号高速远距离传输的要求。
42.进一步的，在本技术的部分实施例中，所述硅锗雪崩光电二极管包括光耦合器，光反射器、光波导和有源区域；所述光耦合器用于接收搭载光信号的单波长激光，所述光反射器设置在所述光耦合器下方；所述光波导用于将所述光耦合器接收的光信号的单波长激光引导至有源区域，所述有源区域用于将光信号转换为电信号。所述硅锗雪崩光电二极管的反偏电压为12到24伏。此电压远低于传统的硅锗雪崩光电二极管，可较大幅度降低功耗。如图3所示，为本技术实施例提供的光模块的信号转换示意图，在本技术的部分实施例中，所述数字信号处理器还包括kp码型前向纠错器、主接收器和主发射器，所述主接收器用于获取电信号，所述主发射器用于输出电信号。
43.在实际应用过程中，所述主接收器接收的电信号经过所述kp码型前向纠错器处理后，在经过所述电吸收调制激光驱动器放大后，驱动所述激光器将电信号转换为光信号，并将光信号进行长距离的输出，由另一光模块接收，另一光模块接收到光信号后处理原理为：光信号传入硅锗雪崩光电二极管，由所述硅锗雪崩光电二极管将光信号转变为电信号，电信号在经过线性跨导放大器放大传入数字信号处理器，经所述kp码型前向纠错器处理后，由所述主发射器输出电信号，例如将电信号传输到交换机芯片。
44.进一步的，为了保证本技术实施例提供的光模块能够满足小型化的要求，以适应
设备端口密度的不断提高，在本技术的部分实施例中，所述光模块采用sfp-dd小型封装或qsfp小型封装。
45.进一步的，在实际应用过程中，所述数字信号处理器的发热量可能会超过1.5瓦，为了保证器件的稳定工作，所述光模块还散热片，所述散热片为铜或铜合金散热片，所述散热片与数字信号处理器的集成块之间用导热材料填充缝隙。
46.由以上技术方案可知，本技术实施例提供的一种多波长单纤双向400g长距离光通信系统，包括两个通过单纤连接的终端设备；所述终端设备中至少设置有四个光模块，以及波分复用器和解复用器，其中，所述光模块的光信号发射端均连接波分复用器，且所述光模块的光信号接收端均连接解复用器；所述光模块包括数字信号处理器、发射端和接收端；所述发射端包括调制器和激光器，所述数字信号处理器的线发射端连接所述调制器，所述调制器连接所述激光器，用于将所述电信号转化为光信号，所述激光器用于产生搭载光信号的单波长激光；所述接收端包括硅锗雪崩光电二极管和线性跨导放大器，所述硅锗雪崩光电二极管用于接收搭载光信号的单波长激光，并将光信号转化为电信号传输到线性跨导放大器，所述线性跨导放大器连接所述数字信号处理器的线接收端；其中，两个终端设备中光模块产生的单波长激光的中心波长均不相同，且两个终端设备中光模块产生的单波长激光的中心波长间隔排列。
47.本技术实施例提供的一种多波长单纤双向400g长距离光通信系统，通过在两个通信节点设置相互连接的终端设备，且所述终端设备中设置有四个波长间排列的光模块，所述光模块可实现高速率及长距离传输，从而在不改造现有光纤通信线路的情况下，实现20km的多波长单纤双向光通信。
48.本技术提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本技术总的构思下的具体实施方式和/或范例性实例，并不构成本技术保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动或不偏离本技术精神和范围的情况下，可以对本技术技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本技术的范围内。本技术的保护范围以所附权利要求为准。