光轉(zhuǎn)發(fā)器

簡介

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

說明

　　隨著以IP業(yè)務(wù)為主的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)迅速增長，對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求變得越來越高，同時對網(wǎng)絡(luò)帶寬的動態(tài)分配要求也越來越迫切，要求網(wǎng)絡(luò)向著高容量、智能化、動態(tài)可配置方向發(fā)展。DWDM系統(tǒng)中ROADM可方便的配置、可動態(tài)改變波長資源分配，可以滿足動態(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)波長光信號變換成DWDM標(biāo)準(zhǔn)波長光信號，并對波長通道進行性能監(jiān)視和保護倒換，因此研究其性能和實現(xiàn)問題具有重要的實用價值。

　　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)實現(xiàn)了SDH中的ADM(分插復(fù)用器)在時域內(nèi)完成的功能，采用OADM組網(wǎng)可以靈活實現(xiàn)波長上下路，使網(wǎng)絡(luò)具備動態(tài)重構(gòu)和自愈功能，是未來全光網(wǎng)的重要設(shè)備之一。從功能角度來說，無論作為骨干節(jié)點本地交換局節(jié)點還是用戶業(yè)務(wù)接入節(jié)點，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，每一次上下路波長都不影響直通波長，這一點保證了在不需要再生地情況下盡可能多得使用級聯(lián)OADM。

　　(2)具有波長轉(zhuǎn)換功能以實現(xiàn)開放式結(jié)構(gòu)，使網(wǎng)絡(luò)具有波長兼容和業(yè)務(wù)透明性，在上下路波長時可在承載本地業(yè)務(wù)的非標(biāo)準(zhǔn)波長與DWDM標(biāo)準(zhǔn)波長之間靈活轉(zhuǎn)換。

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

　　(4)具有對波長進行管理和開銷處理能力，可在遠(yuǎn)端或本地進行管理控制。

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

　　從波長信道的上下路方式來看ROADM主要分為兩大類：(1)開關(guān)型ROADM。上下路操作由光開關(guān)完成，輸入光開關(guān)的是單波長(波段)信號，利用波長解復(fù)用器或波長光柵路由器(WGR)來實現(xiàn)解復(fù)用功能。該方案結(jié)構(gòu)簡單，控制容易，但損耗較大、成本較高，且光開關(guān)的時延會造成數(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信號，其工作原理為：輸入的多波長復(fù)用光信號被光耦合器分成若干部分，一部分送給動態(tài)信道均衡器(DCE)，由其控制特定波長信道通過或阻塞并阻斷的波長信道。通過可調(diào)諧濾波器下路到本地，而上路的波長信道則經(jīng)過可調(diào)諧激光器發(fā)射后通過光耦合器復(fù)用進傳輸線路，DCE同時完成增益均衡功能。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的功率放大、增益均衡和線路保護等處理功能；性能監(jiān)控部分負(fù)責(zé)監(jiān)測光纖線路上的多波長光信號，提取相關(guān)性能參數(shù)并上報給設(shè)備監(jiān)控單元；分插復(fù)用部分負(fù)責(zé)對多波長光信號中若干單波長信號實施下路、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)波長光信號變換成DWDM標(biāo)準(zhǔn)波長光信號；網(wǎng)元監(jiān)控部分負(fù)責(zé)對節(jié)點設(shè)備內(nèi)各功能模塊單元及環(huán)境條件實施監(jiān)控，并對外提供網(wǎng)絡(luò)管理接口。

OTU單元技術(shù)實現(xiàn)

　　OTU單元是實現(xiàn)開放式WDM系統(tǒng)的關(guān)鍵。它將任意標(biāo)準(zhǔn)的光信號轉(zhuǎn)換至滿足G.692要求的波長光信號，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主要有三個功能：一是在光信號惡化的情況下執(zhí)行再生功能；二是波長的上下路；三是執(zhí)行開銷處理，因為OTU可以接觸電信號，所以它很容易進行開銷處理。本設(shè)計支持動態(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”組合實現(xiàn)。整個OTU單元包括傳送、控制、通信、電源、顯示和接口等六個部分，其中主要是傳送和控制部分。

　　控制部分單片機利用485串口和網(wǎng)管系統(tǒng)進行通信，完成OTU單板初始化，波長通道性能數(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偏移越限，輸出光信號丟失，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變換、性能監(jiān)視、波長調(diào)諧等功能。OTU單元進行兩路信號的處理：一路信號是用戶側(cè)SDH信號被OTU單元接收，經(jīng)過收發(fā)模塊接收后轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)電層的CDR和B1/J0模塊處理，完成時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)和性能監(jiān)測，然后經(jīng)過線路側(cè)的可調(diào)諧激光器轉(zhuǎn)變?yōu)樗璨ㄩL光信號送出端口；另一路是線路側(cè)的信號經(jīng)可調(diào)諧濾波器后得到所要下路的波長信號，然后經(jīng)收發(fā)模塊轉(zhuǎn)變成電信號，在電層經(jīng)過CDR和B1/J0模塊后再經(jīng)收發(fā)模塊轉(zhuǎn)換成光信號給用戶側(cè)。

　　可調(diào)諧激光器

　　網(wǎng)絡(luò)側(cè)上路任意波長信號通過可調(diào)諧激光器完成，常見的可調(diào)諧激光器實現(xiàn)技術(shù)主要有以下幾種：電流控制、溫度控制和機械控制等類型。其中電流控制技術(shù)是通過改變注入電流實現(xiàn)波長的調(diào)諧，具有納秒級調(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的。這種控制技術(shù)的缺點是單個模塊的調(diào)諧的寬度不寬，一般只有幾個nm，而且調(diào)諧時間比較長，一般需要幾秒的調(diào)諧穩(wěn)定時間，因此這種激光器用在WDM系統(tǒng)中實用價值不大?；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。機械控制主要是基于MEMS(微機電系統(tǒng))技術(shù)完成波長的選擇，具有較大的可調(diào)帶寬、較高的輸出功率。基于機械控制技術(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)。