光轉(zhuǎn)發(fā)器

簡(jiǎn)介

　　Transponder不僅具有光電變換功能外，還集成了很多的信號(hào)處理功能，如：MUX/DEMUX、CDR、功能控制、性能量采集及監(jiān)控等功能。常見(jiàn)的Transponder有：200/300pin，XENPAK，以及X2/XPAK等。

說(shuō)明

　　隨著以IP業(yè)務(wù)為主的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)迅速增長(zhǎng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求變得越來(lái)越高，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的動(dòng)態(tài)分配要求也越來(lái)越迫切，要求網(wǎng)絡(luò)向著高容量、智能化、動(dòng)態(tài)可配置方向發(fā)展。DWDM系統(tǒng)中ROADM可方便的配置、可動(dòng)態(tài)改變波長(zhǎng)資源分配，可以滿足動(dòng)態(tài)可配置的業(yè)務(wù)需要，必將在DWDM系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。而光轉(zhuǎn)發(fā)單元(OTU)是其中關(guān)鍵的部分，將非標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)光信號(hào)變換成DWDM標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)光信號(hào)，并對(duì)波長(zhǎng)通道進(jìn)行性能監(jiān)視和保護(hù)倒換，因此研究其性能和實(shí)現(xiàn)問(wèn)題具有重要的實(shí)用價(jià)值。

　　光分插復(fù)用設(shè)備(OADM)是DWDM環(huán)網(wǎng)組成的基本單元，OADM在光域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了SDH中的ADM(分插復(fù)用器)在時(shí)域內(nèi)完成的功能，采用OADM組網(wǎng)可以靈活實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)上下路，使網(wǎng)絡(luò)具備動(dòng)態(tài)重構(gòu)和自愈功能，是未來(lái)全光網(wǎng)的重要設(shè)備之一。從功能角度來(lái)說(shuō)，無(wú)論作為骨干節(jié)點(diǎn)本地交換局節(jié)點(diǎn)還是用戶業(yè)務(wù)接入節(jié)點(diǎn)，OADM必須提供以下主要功能：

　　(1)可以有選擇地按需上下路波長(zhǎng)，每一次上下路波長(zhǎng)都不影響直通波長(zhǎng)，這一點(diǎn)保證了在不需要再生地情況下盡可能多得使用級(jí)聯(lián)OADM。

　　(2)具有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能以實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，使網(wǎng)絡(luò)具有波長(zhǎng)兼容和業(yè)務(wù)透明性，在上下路波長(zhǎng)時(shí)可在承載本地業(yè)務(wù)的非標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)與DWDM標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)之間靈活轉(zhuǎn)換。

　　(3)具有功率均衡能力，必須有能力有效控制直通波長(zhǎng)和本地上下路波長(zhǎng)的功率以補(bǔ)償鏈路損耗。

　　(4)具有對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行管理和開(kāi)銷處理能力，可在遠(yuǎn)端或本地進(jìn)行管理控制。

　　(5)滿足光通信對(duì)傳輸光信號(hào)的常規(guī)要求，例如對(duì)最大信噪比OSNR，功率一致性和光損耗的要求等。

　　從波長(zhǎng)信道的上下路方式來(lái)看ROADM主要分為兩大類：(1)開(kāi)關(guān)型ROADM。上下路操作由光開(kāi)關(guān)完成，輸入光開(kāi)關(guān)的是單波長(zhǎng)(波段)信號(hào)，利用波長(zhǎng)解復(fù)用器或波長(zhǎng)光柵路由器(WGR)來(lái)實(shí)現(xiàn)解復(fù)用功能。該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制容易，但損耗較大、成本較高，且光開(kāi)關(guān)的時(shí)延會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失。(2)調(diào)諧型ROADM，比較成熟的“耦合單元+濾波單元+合波器”方案。輸入濾波器的是多波長(zhǎng)信號(hào)，其工作原理為：輸入的多波長(zhǎng)復(fù)用光信號(hào)被光耦合器分成若干部分，一部分送給動(dòng)態(tài)信道均衡器(DCE)，由其控制特定波長(zhǎng)信道通過(guò)或阻塞并阻斷的波長(zhǎng)信道。通過(guò)可調(diào)諧濾波器下路到本地，而上路的波長(zhǎng)信道則經(jīng)過(guò)可調(diào)諧激光器發(fā)射后通過(guò)光耦合器復(fù)用進(jìn)傳輸線路，DCE同時(shí)完成增益均衡功能。這種結(jié)構(gòu)提供了最大的網(wǎng)絡(luò)配置靈活性。

　　整個(gè)ROADM系統(tǒng)主要由以下幾大部分組成：線路處理部分，性能監(jiān)控部分，分插復(fù)用部分，光轉(zhuǎn)發(fā)單元和網(wǎng)元監(jiān)控部分。其中，線路處理部分主要完成主光通道信號(hào)的功率放大、增益均衡和線路保護(hù)等處理功能；性能監(jiān)控部分負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)光纖線路上的多波長(zhǎng)光信號(hào)，提取相關(guān)性能參數(shù)并上報(bào)給設(shè)備監(jiān)控單元；分插復(fù)用部分負(fù)責(zé)對(duì)多波長(zhǎng)光信號(hào)中若干單波長(zhǎng)信號(hào)實(shí)施下路、直通、上路操作；轉(zhuǎn)發(fā)單元OTU將客戶層設(shè)備的非標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)光信號(hào)變換成DWDM標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)光信號(hào)；網(wǎng)元監(jiān)控部分負(fù)責(zé)對(duì)節(jié)點(diǎn)設(shè)備內(nèi)各功能模塊單元及環(huán)境條件實(shí)施監(jiān)控，并對(duì)外提供網(wǎng)絡(luò)管理接口。

OTU單元技術(shù)實(shí)現(xiàn)

　　OTU單元是實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式WDM系統(tǒng)的關(guān)鍵。它將任意標(biāo)準(zhǔn)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換至滿足G.692要求的波長(zhǎng)光信號(hào)，在DWDM系統(tǒng)上傳輸。光網(wǎng)絡(luò)中OTU有光/電/ 光型和全光型，全光型OTU尚未完全達(dá)到商用水平，本文介紹的OTU屬于光/ 電/ 光型。OTU主要有三個(gè)功能：一是在光信號(hào)惡化的情況下執(zhí)行再生功能；二是波長(zhǎng)的上下路；三是執(zhí)行開(kāi)銷處理，因?yàn)镺TU可以接觸電信號(hào)，所以它很容易進(jìn)行開(kāi)銷處理。本設(shè)計(jì)支持動(dòng)態(tài)信道，因此采用可調(diào)諧器件，“可調(diào)諧濾波器+可調(diào)諧激光器”組合實(shí)現(xiàn)。整個(gè)OTU單元包括傳送、控制、通信、電源、顯示和接口等六個(gè)部分，其中主要是傳送和控制部分。

　　控制部分單片機(jī)利用485串口和網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行通信，完成OTU單板初始化，波長(zhǎng)通道性能數(shù)據(jù)采集，當(dāng)前溫度信息，告警信息的提取(包括輸出光譜中心波長(zhǎng)偏移越限，輸出光信號(hào)丟失，激光器溫度越限，偏流越限，輸入輸出光功率越限等)，B1，J0字節(jié)提取，對(duì)可調(diào)諧激光器和可調(diào)諧濾波器的調(diào)諧控制等功能。

　　傳送部分完成光通道的波長(zhǎng)變換、性能監(jiān)視、波長(zhǎng)調(diào)諧等功能。OTU單元進(jìn)行兩路信號(hào)的處理：一路信號(hào)是用戶側(cè)SDH信號(hào)被OTU單元接收，經(jīng)過(guò)收發(fā)模塊接收后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)電層的CDR和B1/J0模塊處理，完成時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)和性能監(jiān)測(cè)，然后經(jīng)過(guò)線路側(cè)的可調(diào)諧激光器轉(zhuǎn)變?yōu)樗璨ㄩL(zhǎng)光信號(hào)送出端口；另一路是線路側(cè)的信號(hào)經(jīng)可調(diào)諧濾波器后得到所要下路的波長(zhǎng)信號(hào)，然后經(jīng)收發(fā)模塊轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，在電層經(jīng)過(guò)CDR和B1/J0模塊后再經(jīng)收發(fā)模塊轉(zhuǎn)換成光信號(hào)給用戶側(cè)。

　　可調(diào)諧激光器

　　網(wǎng)絡(luò)側(cè)上路任意波長(zhǎng)信號(hào)通過(guò)可調(diào)諧激光器完成，常見(jiàn)的可調(diào)諧激光器實(shí)現(xiàn)技術(shù)主要有以下幾種：電流控制、溫度控制和機(jī)械控制等類型。其中電流控制技術(shù)是通過(guò)改變注入電流實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的調(diào)諧，具有納秒級(jí)調(diào)諧速度，較寬的調(diào)諧帶寬，但輸出功率較小。溫控技術(shù)激光器是通過(guò)改變激光器內(nèi)的溫度從而改變有源區(qū)折射率，從而改變激光器輸出波長(zhǎng)的。這種控制技術(shù)的缺點(diǎn)是單個(gè)模塊的調(diào)諧的寬度不寬，一般只有幾個(gè)nm，而且調(diào)諧時(shí)間比較長(zhǎng)，一般需要幾秒的調(diào)諧穩(wěn)定時(shí)間，因此這種激光器用在WDM系統(tǒng)中實(shí)用價(jià)值不大?；跍乜丶夹g(shù)的主要有DFB(分布反饋)和DBR(分布布喇格反射)激光器。機(jī)械控制主要是基于MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)完成波長(zhǎng)的選擇，具有較大的可調(diào)帶寬、較高的輸出功率。基于機(jī)械控制技術(shù)的主要有DFB(分布反饋)、ECL(外腔激光器)和VCSEL(垂直腔表面發(fā)射激光器)等結(jié)構(gòu)。