[发明专利]一种相干光模块及光通信系统

说明书

一种相干光模块及光通信系统，涉及通信技术领域，光模块包括：发送端，第一分光器将激光器的输出分为一路本振光和N路功率相等的光载波，本振光经过粗调后经由第一环形器发出；每个相干光发射机接收一组调制的四路电信号，并与一路光载波调制为偏振复用的信号光，经过一个第二环形器发出；接收端，通过第一环形器接收本振光经放大器放大后，再由第二分光器分为N路本振光，并分别经过精可调延时线精调；每个偏振无关相干光接收机一对一的从第二环形器接收光链路的信号光，再与一路精调后的本振光进行相干混频和光电转换后得到一组四路电信号，输出至N通道相干光调制解调DSP芯片解调。本发明可以实现低成本、低功耗和大容量的短距离光互连。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种相干光模块及光通信系统。

背景技术

随着越来越多5G基站的部署和试点，以大数据、超宽带为主要标志的5G信息时代已经到来。光纤通信系统作为这些数据、流量和信息的传输管道和承载基础，必须适配业务对大容量、高速率、低时延传输的需求。

一方面，光纤通信系统每比特信息传输的成本，是决定运营商是否接受新型传输技术并将其大规模部署的重要因素之一。数字相干光通信由于在补偿光纤损伤，以及高灵敏度和适配高阶调制格式等方面的优势，现已经广泛用于长途骨干网中。在长距传输中，由于光纤资源的极度缺乏，系统的整体成本主要受限于光纤，因而扩展系统容量时，首要考虑问题是能否支持更加密集的波分复用，容纳更多的波长通道，每波是否能提供更高的线路速率；光收发模块和系统的成本及功耗则并不是最优先考虑的。但是在数据中心相关的短距互连系统中并不是这样的。这是因为在数据中心网络中，由于距离短，内部施工成本相对较低，有大量的现有光纤资源可供利用，因此数据中心光互连的主要成本是由光模块决定的。最新的研究表明，预计到2021年，94%的业务都将在云数据中心中处理，其中超过70%的流量都被终结在数据中心之内。很明显，大容量、低成本的短距离光互连技术将在未来大数据传输和承载发挥重要作用。

如何扩展数据中心网络光互连系统的容量已经成为业界难点。传统的IMDD（Intensity modulation and direct detection, 强度调制直接探测）具有一定的成本优势，但它们由于受限于单波速率、端口密度、灵敏度，在400G/800G等高速互连场景下可能无法提供具有成本、功耗和容量优势的解决方案。用于长途骨干网的相干通信技术，在性能和容量方面显然更具竞争优势，但其高昂的器件和模块成本是制约其在短距中应用的主要因素。在传统的IMDD系统中所采用的激光器一般为成本相对较低的DML（Directly ModulatedLaser，直调激光器）或EML（Electro-absorption Modulated Laser，电吸收调制激光器），而相干系统中所采用的激光器为窄线宽ECL（External Cavity Laser，外腔激光器），其成本较高。并且每传输一路信号，既需要一个ECL激光器提供直流光载波，还需要一个ECL作为本振光源，进一步增加了每比特信息的传输成本。虽然，不断提高单波长所能传输的线路速率，比如从10G到40G到100G到400G，有可能降低由于激光器所带来的成本；但是高波特率，高阶调制码型又会对激光器的特性，如线宽，相对强度噪声等指标提出更严格的要求，相当于增加了器件成本。

另一方面，一些互联网厂商都纷纷选择自己主导设计和建造大规模数据中心网络基础设施，这样，一些新型的光纤，如多芯光纤、单模光纤阵列、以及少模光纤等，和传输技术，如空分复用技术都将可能在数据中心内优先商用。相比于传统的单模光纤，这些新兴的光纤技术和复用技术，可以在成倍地增加并行信道数量，从而实现传输容量的线性增长，极大地扩展通信容量并提高互连密度。空分复用技术结合新型调制格式，已经在光接入网领域得到验证，可以实现超大容量的多用户接入，展现了极强的扩展能力，但尚未完全解决成本控制和双向对称容量高速传输问题。

因此，如何将现有的大容量相干通信技术与新兴的光纤技术和传输技术有效地结合起来，实现低成本的大容量短距光互连将是解决未来数据中心高速流量传输的关键技术路径。

发明内容