光转发器

简介

　　Transponder不仅具有光电变换功能外，还集成了很多的信号处理功能，如：MUX/DEMUX、CDR、功能控制、性能量采集及监控等功能。常见的Transponder有：200/300pin，XENPAK，以及X2/XPAK等。

说明

　　随着以IP业务为主的数据业务迅速增长，对网络带宽的需求变得越来越高，同时对网络带宽的动态分配要求也越来越迫切，要求网络向着高容量、智能化、动态可配置方向发展。DWDM系统中ROADM可方便的配置、可动态改变波长资源分配，可以满足动态可配置的业务需要，必将在DWDM系统中广泛应用。而光转发单元(OTU)是其中关键的部分，将非标准波长光信号变换成DWDM标准波长光信号，并对波长通道进行性能监视和保护倒换，因此研究其性能和实现问题具有重要的实用价值。

　　光分插复用设备(OADM)是DWDM环网组成的基本单元，OADM在光域内实现了SDH中的ADM(分插复用器)在时域内完成的功能，采用OADM组网可以灵活实现波长上下路，使网络具备动态重构和自愈功能，是未来全光网的重要设备之一。从功能角度来说，无论作为骨干节点本地交换局节点还是用户业务接入节点，OADM必须提供以下主要功能：

　　(1)可以有选择地按需上下路波长，每一次上下路波长都不影响直通波长，这一点保证了在不需要再生地情况下尽可能多得使用级联OADM。

　　(2)具有波长转换功能以实现开放式结构，使网络具有波长兼容和业务透明性，在上下路波长时可在承载本地业务的非标准波长与DWDM标准波长之间灵活转换。

　　(3)具有功率均衡能力，必须有能力有效控制直通波长和本地上下路波长的功率以补偿链路损耗。

　　(4)具有对波长进行管理和开销处理能力，可在远端或本地进行管理控制。

　　(5)满足光通信对传输光信号的常规要求，例如对最大信噪比OSNR，功率一致性和光损耗的要求等。

　　从波长信道的上下路方式来看ROADM主要分为两大类：(1)开关型ROADM。上下路操作由光开关完成，输入光开关的是单波长(波段)信号，利用波长解复用器或波长光栅路由器(WGR)来实现解复用功能。该方案结构简单，控制容易，但损耗较大、成本较高，且光开关的时延会造成数据的丢失。(2)调谐型ROADM，比较成熟的“耦合单元+滤波单元+合波器”方案。输入滤波器的是多波长信号，其工作原理为：输入的多波长复用光信号被光耦合器分成若干部分，一部分送给动态信道均衡器(DCE)，由其控制特定波长信道通过或阻塞并阻断的波长信道。通过可调谐滤波器下路到本地，而上路的波长信道则经过可调谐激光器发射后通过光耦合器复用进传输线路，DCE同时完成增益均衡功能。这种结构提供了最大的网络配置灵活性。

　　整个ROADM系统主要由以下几大部分组成：线路处理部分，性能监控部分，分插复用部分，光转发单元和网元监控部分。其中，线路处理部分主要完成主光通道信号的功率放大、增益均衡和线路保护等处理功能；性能监控部分负责监测光纤线路上的多波长光信号，提取相关性能参数并上报给设备监控单元；分插复用部分负责对多波长光信号中若干单波长信号实施下路、直通、上路操作；转发单元OTU将客户层设备的非标准波长光信号变换成DWDM标准波长光信号；网元监控部分负责对节点设备内各功能模块单元及环境条件实施监控，并对外提供网络管理接口。

OTU单元技术实现

　　OTU单元是实现开放式WDM系统的关键。它将任意标准的光信号转换至满足G.692要求的波长光信号，在DWDM系统上传输。光网络中OTU有光/电/ 光型和全光型，全光型OTU尚未完全达到商用水平，本文介绍的OTU属于光/ 电/ 光型。OTU主要有三个功能：一是在光信号恶化的情况下执行再生功能；二是波长的上下路；三是执行开销处理，因为OTU可以接触电信号，所以它很容易进行开销处理。本设计支持动态信道，因此采用可调谐器件，“可调谐滤波器+可调谐激光器”组合实现。整个OTU单元包括传送、控制、通信、电源、显示和接口等六个部分，其中主要是传送和控制部分。

　　控制部分单片机利用485串口和网管系统进行通信，完成OTU单板初始化，波长通道性能数据采集，当前温度信息，告警信息的提取(包括输出光谱中心波长偏移越限，输出光信号丢失，激光器温度越限，偏流越限，输入输出光功率越限等)，B1，J0字节提取，对可调谐激光器和可调谐滤波器的调谐控制等功能。

　　传送部分完成光通道的波长变换、性能监视、波长调谐等功能。OTU单元进行两路信号的处理：一路信号是用户侧SDH信号被OTU单元接收，经过收发模块接收后转换成电信号，经电层的CDR和B1/J0模块处理，完成时钟数据恢复和性能监测，然后经过线路侧的可调谐激光器转变为所需波长光信号送出端口；另一路是线路侧的信号经可调谐滤波器后得到所要下路的波长信号，然后经收发模块转变成电信号，在电层经过CDR和B1/J0模块后再经收发模块转换成光信号给用户侧。

　　可调谐激光器

　　网络侧上路任意波长信号通过可调谐激光器完成，常见的可调谐激光器实现技术主要有以下几种：电流控制、温度控制和机械控制等类型。其中电流控制技术是通过改变注入电流实现波长的调谐，具有纳秒级调谐速度，较宽的调谐带宽，但输出功率较小。温控技术激光器是通过改变激光器内的温度从而改变有源区折射率，从而改变激光器输出波长的。这种控制技术的缺点是单个模块的调谐的宽度不宽，一般只有几个nm，而且调谐时间比较长，一般需要几秒的调谐稳定时间，因此这种激光器用在WDM系统中实用价值不大。基于温控技术的主要有DFB(分布反馈)和DBR(分布布喇格反射)激光器。机械控制主要是基于MEMS(微机电系统)技术完成波长的选择，具有较大的可调带宽、较高的输出功率。基于机械控制技术的主要有DFB(分布反馈)、ECL(外腔激光器)和VCSEL(垂直腔表面发射激光器)等结构。