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(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)問題具有重要的實(shí)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(shí)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(shí)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(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，每一次上下路波長都不影響直通波長，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聯(lián)OADM。

　　(2)具有波長轉(zhuǎn)換功能以實(shí)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(bǔ)償鏈路損耗。

　　(4)具有對波長進(jìn)行管理和開銷處理能力，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(shí)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(jìn)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(hù)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(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(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?yàn)镺TU可以接觸電信號，所以它很容易進(jìn)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(shí)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(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(jìn)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(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)是通過改變注入電流實(shí)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(diǎn)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(shí)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(jī)械控制主要是基于MEMS(微機(jī)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?；跈C(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)。