CN208723903U - 一种基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光通信技术领域，公开了一种基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块，包括电接口单元、集成FEC功能的PAM4调制/解调单元、光发射单元、光接收单元、第一光接口单元、第二光接口单元，集成FEC功能的PAM4调制/解调单元用于完成FEC编解码、16路NRZ电信号与多路PAM4电信号之间的转换。本实用新型采用PAM4调制格式，能够有效降低高速光通信系统对光器件带宽的要求，相对于采用NRZ调制格式的光收发模块减少了模块中光器件的数量和所占空间，节约了模块成本，降低了模块功耗。

Description

一种基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块

技术领域

本实用新型涉及光通信技术领域，尤其涉及一种基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块。

背景技术

近年来，随着高质量视频业务、云计算、大型数据中心和固定/移动互联网应用的需求持续增长，人们对信息量的要求越来越多，对信息传递的速率要求越来越快。运营商和互联网内容提供商也认识到带宽需求会随着数据爆炸不断提升，已经加速从100Gbit/s向400Gbit/s升级演进的步伐，以满足人们对速率的热切需求。

2017年3月CFP行业联盟正式发布了400Gbit/s CFP8热插拨模块的多源协议MSA(CFP8 Hardware Specification)，用于规范400Gbit/s模块的机械和电接口设计，其规范以IEEE 802.3电气和光学接口标准为基础，提供具有热插拨外形尺寸的标准连接器和模块。400Gbit/s CFP8主要用于电信、网络和企业计算环境中的资源密集型应用。

为了提升高速互联的网络容量并降低每比特传输成本，在400Gbit/s CFP8热插拨模块的多源协议中引入了PAM4(四阶脉冲幅度调制)技术来提高传输速率。在相同的波特率下，PAM4码型信号的传输速率是NRZ码的两倍，能携带更多的信息，并且具有更好的传输效率。从NRZ码到PAM4码的技术转变给光模块的设计、测量和测试工作带来了新的挑战，对光传输技术和器件提出了新的要求。

但是，在400Gbit/s CFP8热插拨模块的多源协议中只给出了模块内部的功能框图，并没有给出具体的实现方式。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块，用于400Gbit/s速率通信系统信息传输。

本申请实施例提供一种基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块，包括：电接口单元、集成FEC功能的PAM4调制/解调单元、光发射单元、光接收单元、第一光接口单元、第二光接口单元；

所述电接口单元与所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元连接，所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元分别连接所述光发射单元、所述光接收单元，所述光发射单元与所述第一光接口单元连接，所述光接收单元与所述第二光接口单元连接；

所述电接口单元用于将16路25Gbit/s NRZ电信号传递至所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元，用于接收来自所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元的16路25Gbit/sNRZ电信号；

所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元用于完成FEC编解码，用于完成16路NRZ电信号与多路PAM4电信号之间的转换；

所述光发射单元用于将多路PAM4电信号转换为多路PAM4光信号，并将多路PAM4光信号合波为1路400Gbit/s PAM4光信号后传递至所述第一光接口单元；

所述光接收单元用于接收所述第二光接口单元传递来的1路400Gbit/s PAM4光信号，将1路400Gbit/s PAM4光信号分波为多路PAM4光信号后，再将多路PAM4光信号转换为多路PAM4电信号。

优选的，所述电接口单元、所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元、所述光发射单元、所述光接收单元、所述第一光接口单元、所述第二光接口单元设置于CFP8标准封装形式的封装体中。

优选的，所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元用于完成16路25Gbit/s NRZ电信号与8路50Gbit/s PAM4电信号之间的转换；

所述光发射单元用于将8路50Gbit/s PAM4电信号转换为8路50Gbit/s PAM4光信号，并将8路50Gbit/s PAM4光信号合波为1路400Gbit/s PAM4光信号后传递至所述第一光接口单元；

所述光接收单元用于接收所述第二光接口单元传递来的1路400Gbit/s PAM4光信号，将1路400Gbit/s PAM4光信号分波为8路50Gbit/s PAM4光信号后，再将8路50Gbit/sPAM4光信号转换为8路50Gbit/s PAM4电信号。

优选的，所述光发射单元包括第一四通道驱动器芯片、第二四通道驱动器芯片、第一四通道光发射组件、第二四通道光发射组件、波分复用器；

所述第一四通道光发射组件的输入端与所述第一四通道驱动器芯片连接，所述第一四通道光发射组件的输出端与波分复用器连接；所述第二四通道光发射组件的输入端与所述第二四通道驱动器芯片连接，所述第二四通道光发射组件的输出端与波分复用器连接；所述第一四通道驱动器芯片、所述第二四通道驱动器芯片分别与所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元连接；所述波分复用器与所述第一光接口单元连接；

所述第一四通道驱动器芯片、所述第二四通道驱动器芯片用于分别对4路50Gbit/s PAM4电信号进行放大处理；

所述第一四通道光发射组件、所述第二四通道光发射组件用于分别将4路50Gbit/s PAM4电信号转换为4路50Gbit/s PAM4光信号；

所述波分复用器用于将8路50Gbit/s PAM4光信号合波为1路400Gbit/s PAM4光信号，并传递至所述第一光接口单元。

优选的，所述光接收单元包括第一四通道光接收组件、第二四通道光接收组件、波分解复用器；

所述第一四通道光接收组件、所述第二四通道光接收组件的输入端分别与所述波分解复用器连接；所述第一四通道光接收组件、所述第二四通道光接收组件的输出端分别与所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元连接；所述波分解复用器与所述第二光接口单元连接；

所述波分解复用器用于将所述第二光接口单元传递来的1路400Gbit/s PAM4光信号分波为8路50Gbit/s PAM4光信号；

所述第一四通道光接收组件、所述第二四通道光接收组件用于分别将4路50Gbit/s PAM4光信号转换为4路50Gbit/s PAM4电信号。

优选的，所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元用于完成16路25Gbit/s NRZ电信号与4路100Gbit/s PAM4电信号之间的转换；

所述光发射单元用于将4路100Gbit/s PAM4电信号转换为4路100Gbit/s PAM4光信号，并将4路100Gbit/s PAM4光信号合波为1路400Gbit/s PAM4光信号后传递至所述第一光接口单元；

所述光接收单元用于接收所述第二光接口单元传递来的1路400Gbit/s PAM4光信号，将1路400Gbit/s PAM4光信号分波为4路100Gbit/s PAM4光信号后，再将4路100Gbit/sPAM4光信号转换为4路100Gbit/s PAM4电信号。

优选的，所述光发射单元包括第一四通道驱动器芯片、第一四通道光发射组件、波分复用器；

所述第一四通道光发射组件的输入端与所述第一四通道驱动器芯片连接，所述第一四通道光发射组件的输出端与波分复用器连接；所述第一四通道驱动器芯片与所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元连接；所述波分复用器与所述第一光接口单元连接；

所述第一四通道驱动器芯片对4路100Gbit/s PAM4电信号进行放大处理；

所述第一四通道光发射组件将4路100Gbit/s PAM4电信号转换为4路100Gbit/sPAM4光信号；

所述波分复用器用于将4路100Gbit/s PAM4光信号合波为1路400Gbit/s PAM4光信号，并传递至所述第一光接口单元。

优选的，所述光接收单元包括第一四通道光接收组件、波分解复用器；

所述第一四通道光接收组件的输入端与所述波分解复用器连接；所述第一四通道光接收组件的输出端与所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元连接；所述波分解复用器与所述第二光接口单元连接；

所述波分解复用器用于将所述第二光接口单元传递来的1路400Gbit/s PAM4光信号分波为4路100Gbit/s PAM4光信号；

所述第一四通道光接收组件、用于将4路100Gbit/s PAM4光信号转换为4路100Gbit/s PAM4电信号。

优选的，所述第一四通道光发射组件、所述第二四通道光发射组件中均包括4个激光器，所述激光器采用基于电吸收机理的外调制EML激光器。

优选的，所述第一四通道光接收组件、所述第二四通道光接收组件中均包括4个接收机，所述接收机采用PIN光电二极管或APD雪崩光电二极管。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，电口信号为16×25Gbit/s速率的NRZ信号，光口信号为多路的PAM4信号(8×50Gbit/s或4×100Gbit/s)，采用PAM4调制格式后，码元速率降低，能够有效降低高速光通信系统对光器件带宽的要求。此外，本实用新型采用了集成器件，1个光收发模块中仅需少量四通道光发射组件TOSA(1个或2个)和少量四通道光接收组件ROSA(1个或2个)即可实现400Gbit/s传输比特率，相对于采用NRZ调制格式的光收发模块减少了模块中光器件的数量和所占空间，节约了模块成本，降低了模块功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本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，下面描述中的附图是本实用新型的一个实施例，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。

图1为本实用新型实施例1提供的一种基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2提供的一种基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块的结构示意图。

其中，11-电接口单元、12-集成FEC功能的PAM4调制/解调单元、13-光发射单元、14-光接收单元、15-第一光接口单元、16-第二光接口单元；

131-第一四通道驱动器芯片、132-第二四通道驱动器芯片、133-第一四通道光发射组件、134-第二四通道光发射组件、135-波分复用器；

141-第一四通道光接收组件、142-第二四通道光接收组件、143-波分解复用器。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例1：

实施例1提供了一种基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块，如图1所示，包括电接口单元11、集成FEC功能的PAM4调制/解调单元12、光发射单元13、光接收单元14、第一光接口单元15和第二光接口单元16。

其中，所述电接口单元11为模块与外部系统的电通信接口；所述第一光接口单元15、所述第二光接口单元16为模块与外部系统的光通信接口；所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元12完成FEC编解码、16路25Gbit/s NRZ电信号与8路50Gbit/s PAM4电信号之间的转换；所述光发射单元13与所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元的8路50Gbit/s PAM4电信号连接，将8路50Gbit/s PAM4电信号转换为8路50Gbit/s PAM4光信号，通过所述第一光接口单元15发射。所述光接收单元14通过所述第二光接口单元16接收1路400Gbit/sPAM4光信号后，转换为8路50Gbit/s PAM4电信号后再与所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元12相连。

所述光发射单元13包括用于电信号放大的第一四通道驱动器芯片131和第二四通道驱动器芯片132，用于电光转换的第一四通道光发射组件133和所述第二四通道光发射组件134，用于合波的波分复用器135。所述光接收单元14包括用于光信号转换为电信号的第一四通道光接收组件141和第二四通道光接收组件142，用于分波的波分解复用器143。

所述光发射单元13发射信号过程：从所述电接口单元11输入的16路25Gbit/s NRZ电信号，由所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元12对这16路NRZ电信号进行FEC编码和PAM4调制，并输出8路50Gbit/s PAM4电信号，所述第一四通道驱动器芯片131和所述第二四通道驱动器芯片132对8路50Gbit/s PAM4电信号进行放大处理，并通过所述第一四通道光发射组件133和所述第二四通道光发射组件134将8路PAM4电信号转换为8路PAM4光信号，经所述波分复用器135合波后，由所述第一光接口单元15发射。

所述光接收单元14接收信号过程：从所述第二光接口单元16输入的1路400Gbit/sPAM4光信号，经所述波分解复用器143分波为8路50Gbit/s PAM4光信号后，由所述第一四通道光接收组件141和所述第二四通道光接收组件142将PAM4光信号转换为PAM4电信号，经所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元12对电信号进行PAM4解调和FEC解码后转换成16路25Gbit/s NRZ电信号，由所述第一电接口单元11输出。

实施例1中光口信号为8路50Gbit/s PAM4信号，在下面的实施例2中，光口信号为4路100Gbit/s PAM4信号。

实施例2：

实施例2提供了一种基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块，如图2所示，包括电接口单元11、集成FEC功能的PAM4调制/解调单元12、光发射单元13、光接收单元14、第一光接口单元15和第二光接口单元16。

其中，所述电接口单元11为模块与外部系统的电通信接口；所述第一光接口单元15、所述第二光接口单元16为模块与外部系统的光通信接口；所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元12完成FEC编解码和16路25Gbit/s NRZ电信号与4路100Gbit/s PAM4电信号之间的转换；所述光发射单元13与所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元的4路100Gbit/sPAM4电信号连接，将4路100Gbit/s PAM4电信号转换为4路100Gbit/s PAM4光信号，通过所述第一光接口单元15发射。所述光接收单元14通过所述第二光接口单元16接收1路400Gbit/s PAM4光信号后，转换为4路100Gbit/s PAM4电信号后再与所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元12相连。

所述光发射单元13包括用于电信号放大的第一四通道驱动器芯片131、用于电光转换的第一四通道光发射组件133、用于合波的波分复用器135。所述光接收单元14包括用于光信号转换为电信号的第一四通道光接收组件141、用于分波的波分解复用器143。

所述光发射单元13发射信号过程：从所述电接口单元11输入的16路25Gbit/s NRZ电信号，由所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元12对这16路NRZ电信号进行FEC编码和PAM4调制，并输出4路100Gbit/s PAM4电信号，所述第一四通道驱动器芯片131对4路100Gbit/s PAM4电信号进行放大处理，并通过所述第一四通道光发射组件133将4路PAM4电信号转换为4路PAM4光信号，经所述波分复用器135合波后，由所述第一光接口单元15发射。

所述光接收单元14接收信号过程：从所述第二光接口单元16输入的1路400Gbit/sPAM4光信号，经所述波分解复用器143分波为4路100Gbit/s PAM4光信号后，由所述第一四通道光接收组件141将PAM4光信号转换为PAM4电信号，经所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元12对电信号进行PAM4解调和FEC解码后转换成16路25Gbit/s NRZ电信号，由所述第一电接口单元11输出。

实施例1和实施例2中的四通道TOSA(第一四通道光发射组件133、第二四通道光发射组件134)，一般构造为4个激光器，可以为基于电吸收机理的外调制EML激光器。

实施例1和实施例2中的四通道ROSA(第一四通道光接收组件141、第二四通道光接收组件142)，一般构造为4个光接收机，可以采用PIN光电二极管，也可采用APD雪崩光电二极管。

信道编码是现代通信系统中的关键技术之一，其目的是检错与纠错，没有它，几乎所有现代通信系统都不可能获得成功。在光纤通信系统中，通常采用的信道编码技术为前向纠错(forward error correction，FEC)。在发送端对输入信号进行FEC编码，在接收端对传输过程中产生的误码进行实时检错和纠正，从而提高通信质量。FEC可以放在光模块内部实现，也可以放在光模块外部由主板实现。本实用新型提供的基于PAM4调制的400Gbit/sEML光收发模块，FEC功能集成在PAM4调制/解调单元中，由单颗芯片实现，目前主流的芯片厂商均已发布相关产品，例如BROADCOM公司的BCM81188芯片。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块，其特征在于，包括：电接口单元、集成FEC功能的PAM4调制/解调单元、光发射单元、光接收单元、第一光接口单元、第二光接口单元；

所述电接口单元与所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元连接，所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元分别连接所述光发射单元、所述光接收单元，所述光发射单元与所述第一光接口单元连接，所述光接收单元与所述第二光接口单元连接；

所述电接口单元用于将16路25Gbit/s NRZ电信号传递至所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元，用于接收来自所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元的16路25Gbit/s NRZ电信号；

所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元用于完成FEC编解码，用于完成16路NRZ电信号与多路PAM4电信号之间的转换；

所述光发射单元用于将多路PAM4电信号转换为多路PAM4光信号，并将多路PAM4光信号合波为1路400Gbit/s PAM4光信号后传递至所述第一光接口单元；

所述光接收单元用于接收所述第二光接口单元传递来的1路400Gbit/s PAM4光信号，将1路400Gbit/s PAM4光信号分波为多路PAM4光信号后，再将多路PAM4光信号转换为多路PAM4电信号。

2.根据权利要求1所述的基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块，其特征在于，所述电接口单元、所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元、所述光发射单元、所述光接收单元、所述第一光接口单元、所述第二光接口单元设置于CFP8标准封装形式的封装体中。

3.根据权利要求1或2所述的基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块，其特征在于，所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元用于完成16路25Gbit/s NRZ电信号与8路50Gbit/sPAM4电信号之间的转换；

所述光发射单元用于将8路50Gbit/s PAM4电信号转换为8路50Gbit/s PAM4光信号，并将8路50Gbit/s PAM4光信号合波为1路400Gbit/s PAM4光信号后传递至所述第一光接口单元；

所述光接收单元用于接收所述第二光接口单元传递来的1路400Gbit/s PAM4光信号，将1路400Gbit/s PAM4光信号分波为8路50Gbit/s PAM4光信号后，再将8路50Gbit/s PAM4光信号转换为8路50Gbit/s PAM4电信号。

4.根据权利要求3所述的基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块，其特征在于，所述光发射单元包括第一四通道驱动器芯片、第二四通道驱动器芯片、第一四通道光发射组件、第二四通道光发射组件、波分复用器；

所述第一四通道光发射组件的输入端与所述第一四通道驱动器芯片连接，所述第一四通道光发射组件的输出端与波分复用器连接；所述第二四通道光发射组件的输入端与所述第二四通道驱动器芯片连接，所述第二四通道光发射组件的输出端与波分复用器连接；所述第一四通道驱动器芯片、所述第二四通道驱动器芯片分别与所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元连接；所述波分复用器与所述第一光接口单元连接；

所述第一四通道驱动器芯片、所述第二四通道驱动器芯片用于分别对4路50Gbit/sPAM4电信号进行放大处理；

所述第一四通道光发射组件、所述第二四通道光发射组件用于分别将4路50Gbit/sPAM4电信号转换为4路50Gbit/s PAM4光信号；

所述波分复用器用于将8路50Gbit/s PAM4光信号合波为1路400Gbit/s PAM4光信号，并传递至所述第一光接口单元。

5.根据权利要求3所述的基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块，其特征在于，所述光接收单元包括第一四通道光接收组件、第二四通道光接收组件、波分解复用器；

所述第一四通道光接收组件、所述第二四通道光接收组件的输入端分别与所述波分解复用器连接；所述第一四通道光接收组件、所述第二四通道光接收组件的输出端分别与所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元连接；所述波分解复用器与所述第二光接口单元连接；

所述波分解复用器用于将所述第二光接口单元传递来的1路400Gbit/s PAM4光信号分波为8路50Gbit/s PAM4光信号；

所述第一四通道光接收组件、所述第二四通道光接收组件用于分别将4路50Gbit/sPAM4光信号转换为4路50Gbit/s PAM4电信号。

6.根据权利要求1或2所述的基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块，其特征在于，所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元用于完成16路25Gbit/s NRZ电信号与4路100Gbit/s PAM4电信号之间的转换；

所述光发射单元用于将4路100Gbit/s PAM4电信号转换为4路100Gbit/s PAM4光信号，并将4路100Gbit/s PAM4光信号合波为1路400Gbit/s PAM4光信号后传递至所述第一光接口单元；

所述光接收单元用于接收所述第二光接口单元传递来的1路400Gbit/s PAM4光信号，将1路400Gbit/s PAM4光信号分波为4路100Gbit/s PAM4光信号后，再将4路100Gbit/sPAM4光信号转换为4路100Gbit/s PAM4电信号。

7.根据权利要求6所述的基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块，其特征在于，所述光发射单元包括第一四通道驱动器芯片、第一四通道光发射组件、波分复用器；

所述第一四通道光发射组件的输入端与所述第一四通道驱动器芯片连接，所述第一四通道光发射组件的输出端与波分复用器连接，所述第一四通道驱动器芯片与所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元连接，所述波分复用器与所述第一光接口单元连接；

所述第一四通道驱动器芯片对4路100Gbit/s PAM4电信号进行放大处理；

所述第一四通道光发射组件将4路100Gbit/s PAM4电信号转换为4路100Gbit/s PAM4光信号；

所述波分复用器用于将4路100Gbit/s PAM4光信号合波为1路400Gbit/s PAM4光信号，并传递至所述第一光接口单元。

8.根据权利要求6所述的基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块，其特征在于，所述光接收单元包括第一四通道光接收组件、波分解复用器；

所述第一四通道光接收组件的输入端与所述波分解复用器连接，所述第一四通道光接收组件的输出端与所述集成FEC功能的PAM4调制/解调单元连接，所述波分解复用器与所述第二光接口单元连接；

所述波分解复用器用于将所述第二光接口单元传递来的1路400Gbit/s PAM4光信号分波为4路100Gbit/s PAM4光信号；

所述第一四通道光接收组件、用于将4路100Gbit/s PAM4光信号转换为4路100Gbit/sPAM4电信号。

9.根据权利要求4或7所述的基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块，其特征在于，所述第一四通道光发射组件、所述第二四通道光发射组件中均包括4个激光器，所述激光器采用基于电吸收机理的外调制EML激光器。

10.根据权利要求5或8所述的基于PAM4调制的400Gbit/s EML光收发模块，其特征在于，所述第一四通道光接收组件、所述第二四通道光接收组件中均包括4个接收机，所述接收机采用PIN光电二极管或APD雪崩光电二极管。