（通信与信息系统专业论文）40gbs长距离光收发模块的研究.pdf

型幽型一螂揪 摘要 1 0 g b s 系统的成功商用激发了业界对4 0 g b s 及更高速率的研发热情，经过多年 的发展，4 0 g b s 技术已基本成熟，并且商用化的4 0 g b s 系统已经出现。4 0 g b s 技术 在国际上能够掌握的国家不多，该技术的突破将使我国在光通信领域与国际水平的差 距进一步缩小，对我国民族光通信产业的发展有重要意义。 本论文所研究的4 0 g b s 光收发模块采用t r a n s p o n d e r 模块的形式，设计成与国 际m s a 协议( m u l t i s o u r c ea g r e e m e n t ) 兼容的标准样式，模块的电接口采用1 6 2 5 g b s 形式，光接1 2 1 是3 9 8 g b s - - - 4 3 1 g b s 的光信号。总体设计采用各功能模块分 立布板，单独调测，最后采用高频连接器进行连接。这种设计方式大大降低了4 0 g b s 光收发模块研发的技术难度。 论文首先针对模块开发的背景、意义、趋势、本课题的创新点及相关协议进行 了介绍。然后对模块的总体设计方案，包括工作原理、软硬件实现及关键技术进行 阐述。本文重点是对关键电路设计进行分析，模块的关键电路设计主要包括： l i n b 0 3 调制器的偏置电压控制电路及a p d 工作电路；驱动器工作电路；探测器工作 电路。在模块的测试先对模块各分立子板进行测试然后进行了整体测试；接着对测 试结果进行了分析。最后对4 0 g b p s 光收发模块的研究工作进行了总结，并提出下 一步工作计划。 关键词：光收发模块；驱动器；偏压控制器；l i n b 0 3 调制器；调制技术 武汉邮电科学研究院硕士论文 a b s t r a c t t h ec o m m e r c i a ls u c c e s so ft h elo g b ss y s t e ms t i m u l a t e dt h ef i e l do f4 0 g b sa n dt h e h i g h e rs p e e dr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t , u n d e r g o e sm a n yy e a rd e v e l o p m e n t ，t h e4 0 g b s t e c h n o l o g yh a sb e e nb a s i c a l l ym a t u r e ，a n dt h ec o m m e r c i a l i z e d4 0 g b ss y s t e ma l r e a d y a p p e a r e d n om a n yc o u n t r yc a ng r a s p4 0 g b st e c h n o l o g y , t h i st e c h n o l o g y sb r e a k t h r o u g h w i l lc a u s eo u rc o u n t r yf u r t h e rr e d u c e sa tt h eo p t i c a lc o m m u n i c a t i o nd o m a i na n dt h e i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r dd i s p a r i t y , h a st h ei m p o r t a n tm e a n i n gt oo u rc o u n t r yn a t i o n a l i t y o p t i c a lc o m m u n i c a t i o ni n d u s t r y sd e v e l o p m e n t t h e4 0 g b so p t i c a lt r a n s m i t t e ra n dr e c e i v e rm o d u l ed i s c u s s e di nt h i sd i s s e r t a t i o n a d o p t st h ef o r mo ft r a n s p o n d e rm o d u l e ，c o m p a t i b l e s 晰t 1 1s t a n d a r do fi n t e r n a t i o n a lm s a a g r e e m e n t ( m u l t i s o u r c ea g r e e m e n t ) e l e c t r i ci n t e r f a c eo ft h i sm o d u l ec o n n e c t s 16 c h a n n e l so f2 5 g b se l e c t r i cs i g n a l ，w h i l eo p t i c a li n t e r f a c ec o n n e c t so p t i c a ls i g n a l si nb i t r a t ef r o m3 9 8 g b st o4 3 1 g b s r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f w h o l em o d u l ei si nm a n n e r o fa p a r tf u n c t i o nb l o c k , a l ls u b s y s t e mb o a r d sa r ed e v e l o p e da n dt e s t e di n d e p e n d e n t l y , f i n a l l yh i g hf r e q u e n c yc o n n e c t o ra n da d a p t o rc o n n e c t se v e r yf u n c t i o nb l o c ki n t oe n t i r e m o d u l e b yt h i sm e a n st h et e c h n o l o g yd e g r e e o fd i f f i c u l t yo ft h e4 0 g b so p t i c a l t r a n s m i t t e ra n dr e c e i v e rm o d u l e sd e c r e a s e sg r e a t l y t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n d ，s i g n i f i c a n c e ，t r e n d ，i n n o v a t i o na n dr e l a t e d p r o t o c o l sa tt h eb e g i n n i n g t h e nt h ep a p e rd e s c r i b e st h et o t a ld e s i g ni n c l u d i n go p e r a t i n g p r i n c i p l e ，r e a l i z a t i o no fs o f t w a r ea n dh a r d w a r ea n dk e yt e c h n i q u e i t sa ne m p h a s i st h a t t h ed e s i g no ft h ek e yc i r c u i t si sa n a l y z e di nt h i sp a p e r t h ek e yc i r c u i td e s i g no ft h e m o d u l em a i n l yc o n t a i n st h eb i a sv o l t a g ec o n t r o lc i r c u i to fl i n b 0 3m o d u l a t o ra n dt h e a p do p e r a t i n gc i r c u i t ，d r i v e ra n dp i no p e r a t i n gc i r c u i t i nt h ec o n c l u s i o nt h ep a p e r v a l i d a t e st h ep e r f o r m a n c eo ft h em o d u l eb ye x p e r i m e n t s ，s u m m a r i z e sa n ds u g g e s t st h e f o l l o w i n gp l a no f t h er e s e a r c h k e yw o r d s ：o p t i c a lt r a n s p o n d e r , d r i v e r , b i a sc o n t r o l ，l i n b 0 3m o d u l a t o r , m o d u l a t i o n 武汉邮电科学研究院硕士论文 第1 章绪论 通信网干线传输容量的不断扩大及速率的不断提高使得光纤通信成为现代信息 网络的主要传输手段，在现在的光通信网络中，如广域n ( w a n ) 、城域n ( m a n ) 、 局域网( l a n ) 所需要的作为核心光电子器件之一的光收发模块的种类越来越多，要求 也越来越高，复杂程度也以惊人的速度发展。光收发模块的急剧增加导致了多样性， 需要不断发展相关技术满足这样应用需求n 1 。 1 14 0 g 发展趋势及部署策略 对于长途骨干网而言，在i p 宽带业务流量爆炸式增长所致的巨大带宽压力下， 4 0 g 已经不是明天，而是今天。如同任何一项新技术，其规模商用都需要技术、产 品、标准化等方面的完善，需要制定合适的部署策略。 从全球范围来看，2 0 0 9 年将迎来4 0 g 的大规模商用。但是，4 0 g 的价格是影响其商 用进程的重要因素。一般来看，4 0 g 的价格如果与4 个l o g 相差不多，或者低于4 倍的价 格，就可以商用；达至u i o g 的2 5 3 倍，就能够实现大规模商用。4 0 g 的规模商用并非 昙花一现。4 0 g 并不是一个很短期的过渡，而是运营商比较长线的选择。按照i o o g 的 时间表，明年才会推出相应的路由器，2 0 1 1 年完成标准，最早2 0 1 2 才能实现商用。因 此，4 0 g 的生命周期会有4 5 年的时间。 4 0 g 需求主要来源于路由器端口从1 0 g 升级至l j 4 0 g ，以提升端口效率和减轻等价链 路捆绑的压力。4 0 g 是否需要大规模建设，放到整个i p 承载网中去看会更加清晰。目 前在欧美的干线项目招标中，基本上都要求上4 0 g 或者兼容4 0 g ，全球范围内的规模部 署应该在2 0 0 9 年上半年。4 0 g 规模商用后的生命周期将很长，因为i o o g 的推出并不意 味着4 0 g 生命周期的终止，如同l o g 的出现并不意味着2 5 g 会立即消亡一样。i o o g 的传 输距离只有4 0 g 的4 0 ，中继成本很高，在中国这样一个地域非常广阔的国家，要广 泛应用比较困难 面对多种技术挑战，4 0 g 已经提出了一系列的解决之道。 武汉邮电科学研究院硕士论文 第一，4 0 g 从长远来看，必然要采用5 0 g 间隔，而这对于设备制造商而言是一个挑 战，因为信号本身即要占用4 0 g 带宽。对此，业界涌现出了多种调制码型以压缩频谱。 第二，4 0 g 需要解决色度色散补偿的问题。相比l o g ，4 0 g 由于容限非常小，因而 需要非常精确的补偿。目前，电子色散补偿技术的出现，解决了因采用补偿光纤而带 来的损耗以及成本问题。 第三，p m d 偏振色散可以采用高质量光纤或者电子p m d 牢b 偿技术来解决。 从产品上看，目前设备制造商大都已经推出了第一代的4 0 g 产品，更加完备的第 二代产品2 0 0 8 年底就会推出。4 0 g 的标准化工作在今年就会完成。关于4 0 g 的标准争论 主要集中于信噪比的余量问题，因为4 0 g 不仅信噪比要求更高，而且多种调制码型的 存在，决定了标准需要针对不同码型给出不同的信噪比要求。值得注意的是，由于目 前的传输系统更加稳定、接收机的性能更好，因此4 0 g 系统的富余度可以适当降低至4 - - 5 d b ，从而支持高信噪比。 在具体的4 0 g 部署中，会基于“木桶理论 ，按照最严格的标准设计一个公共的 4 0 g 传输平台。运营商会根据需求，选择逐步替代或者彻底新建的策略。例如。一般 有两种建网模式：一种是建设纯的4 0 g 网络，例如a t t 、t e l e f o n i c a 等。其中a t t 将4 个l o g 复用到1 个4 0 g 波长进行传输；另一种是l o g 和4 0 g 混合传输，新建的网络能同时 传输l o g 和4 0 g ，目前欧洲的德国电信、荷兰皇家电信采用这种模式，网络的设计原则 按4 0 g 进行，初期业务会继续上l o g 口1 。 1 2 国内外光收发模块发展现状及未来发展趋势 美国光电产业发展协会( o i d a ) 发布的“未来1 0 年光通讯发展前景 预测，2 0 1 5 年前全球光通信市场有6 大主要发展趋势：以太网将继续保持强劲的增长势头；2 0 1 5 年核心网的比特率将达到4 0 g b p s ，接入网的比特率将达到l o g b p s ；2 0 1 5 年运营商 的传输总容量将达到l o o t b p s 的水平：对于可调性能，o e i c ( 光电集成电路) 以及模拟 数字信号处理，速率协议透明的光器件将成为主流；光器件需要进一步降低尺寸、 成本和功耗：对带宽需求的增长将推动f ，r t h 的发展。 2 武汉邮电科学研究院硕士论文 从市场需求来看，光收发一体模块的最大需求动力将来自光接口以太网交换机。 光纤到户市场将对突发性光收发模块市场起到强有力的推动作用，下一代光网络发 展的根本动力是“构建具备灵活带宽调配能力和新业务接入能力的自动交换光网 ( a s o n ) ”。在对全球光纤通信模块和分立元器件的总市场规模的预测中，o v u m - r h k 分析师k a r e nl i u 表示，未来的光通信市场将形成“w a n 、数据通信和f t t x ”市场 三足鼎立、相互支持的局面，通过“共享平台技术和化合物半导体技术、平面波导 技术及纳米结构的创新 ，将降低光通信器件的成本，并使光通信“在数据通信和 接入网市场战胜铜互连技术 ，最终将实现f t t x 。 光收发模块由光电子器件、功能电路和光接口等结构件组成，光电子器件包括 发射和接收两部分。鉴于s o n e t s d h 转向采用1 0 g b p s 收发器，从2 0 0 8 年起2 5 g b p s 光收发器有望走向衰落。另外，据来自i e e e 的消息显示，未来5 年内o e m 公司将 购买多达6 3 0 0 万个1 0 g b 链路接口。因此，未来光收发器市场的主流速率将是 1 0 0 b p s 。x f p 产品最终将在1 0 g b p s 市场占据主导地位，因为它提供了成本最低的解 决方案，拥有高密度线路卡所需的小型尺寸，并可以用于多种市场领域，包括支持 e s c o n 协议、以太网1 0 g b a s e l p d v i 、光纤通道l o g b 串行p m d 、s o n e t s d h 、t e l c o r d i a g r - 2 5 3 - c o r es r - 1 及i t u - tg 6 9 1s t m 6 41 6 4 1 。据e e c t r o n i c a s t 的数据，l o g b p s 数据通信收发模块的需求总量2 0 1 0 年将增长到9 0 亿美元，以太网将成为该市场增孽 长的主要推动力。 。+ 对于4 0 g b p s 光收发模块市场，调查机构c i r 预测将在2 0 0 8 年启动，这部分市 场的产值到2 0 1 1 年将达到3 5 亿美元。大容量高端路由器和交换机将推动4 0 6 光接 口在a s o n 节点设备中的应用，以4 0 g b p s 为基础的超高速超大容量光传输系统有望 形成每年数十亿元的产值b 1 4 0 g b it s 收发模块包括短距离收发模块和d w d m 收发模块。短距离收发模块主 要用在设备系统接口，4 0 g b i t ss r 收发机技术成熟，目前市场上有多个厂家可以 供货，如b i g b e a r ，c o r e o p t i c s 和o p n e x t 等，并且4 0 g b s 光传输系统在北美通信 公司和日本已经开始应用，但是截止到目前，4 0 g 的光纤网络技术仍局限于小规模 试验阶段h 3 ，4 0 g 光纤网络的大规模商用还要面临来自技术、资本投入，甚至市场营 3： 武汉邮电科学研究院硕士论文 销方面等多方面的挑战。参与4 0 g 光纤网络技术和产品市场角逐的供应商，目前主 要有朗讯科技、北电网络、阿尔卡特、c i e n a 与西门子公司旗下的o p t i s p h e r e 网络 公司等，另外，日本的n e c 和n t t 公司也在致力于这一技术与相关产品的研发。从 2 0 0 6 年的o f c 上看，4 0 g 的相关技术又获得了一系列的进展，如：n e e 展示了他们 新研制的一款支持4 0 g b p s 速率的信号再整形大规模集成电路( l s i ) c s jo p t o p l e x 公司则针对下一代4 0 g b p s 光传输系统开发出一种新兴差分正交相移键控( d q p s k ) 调制器，并声称该产品将于2 0 0 7 年或者之后在一家欧洲主要运营商的4 0 g b p s 网络 里进行现场测试阳1 。i t f 也推出一款基于全光纤m z 干涉仪的d p s k 解调器口1 ，用于 1 0 4 0 gd p s k 调制方面，支持动态温度控制和相位调谐，具有非常出色的光学性能。 k a i l i g h t 光子公司则推出两款新型4 0 g b p s 转发器随3 ，其他厂商方面，富士通和横河 在o f c 上宣布合作研制4 0 g 系统。j d s u 宣布推出业内第一款便携式4 0 4 3 g 测试仪阳3 ， 而新兴的h r c h c o m 科技公司则一口气发布了多款新品，涉及2 5 g 到4 0 g 的有源器 件n 0 1 。在国内，4 0 g b s 系统已经被广泛的应用，但从事4 0 g 研究的并不多，和国外 热火朝天的景象形成明显反差。当然我国的光器件光模块的研制与国际先进水平有 着一定的距离，专业化水平低、生产规模小、关键技术和配套件大多依赖进口，4 0 g b s 光收发器件和模块的开发费用较高，技术难度较大，工艺复杂，制作困难等，所以 国内从事这方面研究的更少，有被国外先进水平拉开差距的趋势。 1 34 0 g 光收发模块研究的意义 随着中国电信在上海到江苏无锡段首度实现了国内4 0 g 波分传送网商用，从 而4 0 g 竞争大幕已经拉开。现有业务的增长对高速、大容量传输设备提出新的挑战， 4 0 g 商用的加速发展已经成为一个必然。个人用户和商用用户对高质量和大容量的 固定带宽和移动带宽的需求不断增长，肯定将进一步促进以4 0 g 为代表的下一代光 传送平台的广泛部署3 今年的电信重组对于设备商来说确实创造了很好的市场机会，但是4 0 g 的规 模应用目前来看主要是为了应对固网数据业务的快速增长，但我们也必须看到4 0 g 整个产业链还不是非常完善，4 0 g 成本与运营商大规模应用的期望值还有一定的差 4 武汉邮电科学研究院硕士论文 距。目前的4 0 g 成本确实限制4 0 g 市场的规模发展，从长远来看产业发展，4 0 g 的 成本肯定是逐步下降的n 幻。 通过加强内部资源整合，尽量实现器件和芯片的自主化生产，加强自主创新能 力，掌握相关的核心技术和专利，加强内部的流程管理，以降低生产成本。该课题 的研究将使我国在光通信领域与国际水平的差距进一步缩小，对我国民族光通信产 业的发展有重要意义n 3 1 。研究开发4 0 g b s 光模块，它是4 0 g b s 光纤传输系统的关 键技术之一。进行4 0 g b s 光模块的开发不仅是适应光通信的发展，产生明显的经 济效益和社会效益，而且能在平抑国外产品价格的同时，更加有力推动国产高速传 输系统的发展n 耵。 1 4 本课题主要内容及创新点 本课题所研究的是长距离4 0 g b s 光收发模块的研制，其中包括调制器，激光器， 驱动器，探测器，复用解复用芯片的的选型；光接收电路、光发射电路、高速电信 号串并转换电路的设计；光收发监控电路和设计，单片机程序，上位机软件开发。 主要创新点如下： ( 1 ) 在前课题2 k m 4 0 g b s 光收发模块研究的基础上，用m z 外调制器取代了e m l ， 保证了高速信号传输质量和传输距离； ( 2 ) 在驱动器电路的设计上，由原来的两级放大设计为现在的三级放大电路，确 保调制器的正常工作； ( 3 ) 在调制器的最佳工作点的控制上，自主研发偏压控制电路； ( 4 ) 在模块电路设计上，采用了各功能单元分开布板，在提高了安装灵活性的同 时，也将电路内部串扰降低到最低限度； 5 武汉邮电科学研究院硕士论文 第2 章4 0 6 光模块的协议，标准，参数指标 在标准规范方面，i t u t 和o i f 分别制定了相关的4 0 g b i t s 标准。主要规范 涉及4 0 g b i t s 技术的网络接口、单通道v s r 传输系统、设备功能以及物理层接口 等多个方面。g 6 9 3 规定了g 6 5 2 光纤v s r 传输系统的关键参数包括最大链路损 耗和色散。g 9 5 9 1 规定了传送网域间接口标准，主要对单通道接口进行了定义。 该规范包括了办公室内系统、短距离和长途应用，当前版本包括了8 0 k m 以内的应 用。o i f 主要规范与4 0 g b i t s 有关的电接口，包括s f i 5 、s p i 5 、s x i 5 和t f i 5 等， 除了这些电接口外，o i f 也在v s r 5 中对v s r 应用的光接口进行了规范， v s r 5 0 1 中包括了s o n e t s d h 速率和o t u 3 速率的串行光接口，同时也完成 了与m s a 相关的规范。在4 0 g b i t sd w d m 长途传输方面，i t us g 1 5 从2 0 0 1 年开始讨论相关传输技术规范，内容涉及色散补偿、p m d 、非线性和调制格式等， 但到目前为止，还没有形成统一的建议和规范n 鄹。 2 1 与4 0 g 光接口相关的协议 光接口方面的分类及相关参数主要是由国际电信联全组织i t u t 制定的。其中 与4 0 g 相关的协议有g 6 9 1 ， g 6 9 3 ，g 7 0 9 ，g 8 2 5 。 2 1 1i t u - t g 6 9 1 - 2 0 0 0 单通道s t m - 6 4 和s t m - 2 5 6 及其它带光放大器的s d h 系统 i t u tg 6 9 1 2 0 0 0 介绍了s t m 2 5 6 的应用代码，见下表： 表2 - 14 0 gs t m 2 5 6 应用代码 应用 波长【1 1 i n 】 1 5 5 01 5 5 01 5 5 01 5 5 0 1 5 5 0 光纤类型 g 6 5 2 g 6 5 2 g 6 5 3g 6 5 2g6 5 3 目标距离 k m 】 f f s 4 04 08 0 8 0 s t m 2 5 61 - 2 5 6 s 2 5 6 s 2 5 6 l - 2 5 6 l - 2 5 6 22323 光线路编码s t m 2 5 6 还待研究，目前业内有许多有新兴适合长途高速的码型， 6 武汉邮电科学研究院硕士论文 例如r z 、o d b 、d p s k 、d q p s k ，并取得了定的进展。 2 1 2i r u - tg 6 9 3 局内系统光接口建议 本建议书中规定了与光接口相关的术语，给出了光接口的分类方式，其中规定 了标称集合比特率为4 0 g b i t s 单路局内系统光接口的参数及值。规定应用在g 6 5 2 、 ( 1 6 5 3 和g 6 5 5 光纤上目标距离0 6 和2k m 和各种损耗预算的场合。 表2 2g 6 9 3 w 4 0 g 目标距离2l u n 光接口分类 衰减类别 永毋6 d b1 2 d b1 6 d b 光源标称波长1 3 1 01 5 5 01 3 1 01 5 5 01 3 1 01 5 5 01 5 5 0 光纤类型g 6 5 2g 6 5 2g 6 5 2 g 6 5 2g 6 5 2 g 6 5 2g 6 5 2 g 6 5 3g 6 5 3g 酷3g 6 5 3 g 6 5 5g 6 5 5g 6 5 5g 6 5 5 应用代码v s r 2 0 0 0 3 r l v s i 也o o o 3 r 2 v s r 2 0 0 0 3 l 1 f v s r 2 0 0 0 3 l 2 fv s r 2 0 0 0 3 m 1v s i u 0 0 0 3 h 位v s r 2 0 0 0 、，s r 2 0 0 0 - 3 r 1 fv s r 2 0 d o - 3 r 3v s r 2 0 0 1 3 fv s r 2 0 0 0 - 3 m 3- 3 h 2 v s r 2 0 0 0 3 r 5v s l 匕0 0 0 - 3 l 5 fv s r 2 0 0 0 - 3 m 5v s r 2 0 0 0 v s r 2 0 0 0 - 3 r 2 f- 3 h 3 v s r 2 0 0 0 - 3 r 3 fv s i 匕o o o v s l 匕0 0 0 - 3 i b f 3 h 5 命名法 c t 6 9 3 建议书中的应用按应用代码区分。每个代码指明目标距离，所支持光分 支信号的最高级别、衰减类别和与应用相关的光源及光纤类型。 应用代码结构：w - y a z 其中： w 表示目标距离：v s r 6 0 0 ，v s r l 0 0 0 和v s r 2 0 0 0 ，分别指示目标距离为0 6 k m , lk m 和2k m 。 y 表示所支持的光支路信号的最高级别：2 指示n r z1 0 g ；3 指示n r z4 0 g 。 a 表示衰减类别：r 指示最大衰减4d b ，l 指示最大衰减6d b ，m 指示最大衰 减1 2d b ，h 指示最大衰减1 6d b ，v 指示最大衰减f f sd b 。在h 类别规定的最大衰 减还太小不能覆盖所有应用的情况，引入v 类别。 7 武汉邮电科学研究院硕士论文 z 表示光源和光纤类型：1 指示g 6 5 2 光纤上常规1 3 1 0l i r a 光源；2 指示g 6 5 2 光纤上常规1 5 5 0n l n 光源；3 指示g 6 5 3 光纤上常规1 5 5 0n i n 光源；5 指示g 6 5 5 光 纤上常规1 5 5 0a m 光源。对于一些应用代码，应在代码结尾增加后缀f ，以说明该 应用需要传输i t u t g 7 0 9 y 1 3 3 1 建议书中规定的前向纠错( f e c ) 字节n 们。 表2 34 0 g b s 光接收模块光接口技术要求及相关参数 接收机在r 点的最 应用代码目标距离接收最小灵敏度最小过载光功率最大光通道代价 大反射 单位 k m d b md b m d b d b v s l 匕0 0 0 3 r l 2 5 31 2 7 v s i 也0 0 0 3 r 1f253l- 2 7 v s r 2 0 0 0 3 r 22632- 2 7 v s r 2 0 0 0 3 r 3 2 5312 7 v s i 匕0 0 0 3 1 t 5 253l- 2 7 v s i 也0 0 0 3 i 匕f26322 7 v s r 2 0 0 0 - 3 r 疆2- 5312 7 v s l 也o o o 3 r 5 f 2 53l一2 7 v s i 匕0 0 0 3 l i f27312 7 v s i 匕0 0 0 3 l 2 f2832- 2 7 v s i 匕0 0 0 3 l 3 f 273 12 7 v s r 2 0 0 0 3 l 5 f 27 3 1 - 2 7 v s r 2 0 0 0 3 m 125212 7 v s r 2 0 0 0 3 m 221 422 7 v s i 匕0 0 0 3 m 321 3o12 7 v s i 匕0 0 0 3 m 521 3012 7 v s r 2 0 0 0 3 i - t 221 8o22 7 v s r 2 0 0 0 3 h 32 1 7o 12 7 v s i 毪0 0 0 3 h 521 7 o1 2 7 2 1 3g 9 5 9 1 光传输网物理接口 i t u tg 9 5 9 1 建议书为可能采用波分复用( w d m ) 技术的光网络提供了物理 层域间接口( k d i ) 规范。其中n r z4 0 g 等级光支路信号：非归零线路编码标称 速率为9 9g b i t s 至4 3 0 2g n u s 连续数字信号。n r z 4 0 g 等级光支路信号包含一个 由i t u tq 7 0 7 心1 3 2 2 建议书规定的s 2 5 6 比特率信号和一个由i t u t g 7 0 9 y 1 3 3 1 建议书规定的o u t 3 比特率信号。r z 4 0 g 等级光支路信号：非归零线 8 武汉邮电科学研究院硕士论文 路编码标称速率为9 9g b i t s 至4 3 0 2g b i t s 连续数字信号。r z4 0 g 等级光支路信 号包含一个由i t u tg ；7 0 7 y 1 3 2 2 建议书规定的s t m 2 5 6 比特率信号和一个由 i t u tg ；7 0 9 y 1 3 3 1 建议书规定的o u t 3 比特率信号n 7 1 。 建议书图2 1 和图2 2 分别给出了适用于多信道k d i 和单信道k d i 的相关参 考点示意图。 i r d l 发送设备 瓶p 一s 蟹| 越p i ，- r 麓i r d l 接收设备 i l i - l 主光通道g 9 5 9 1 ( 0 3 - 0 6 ) 一f 5 一l 图2 1g 9 5 9 1 一多信道i r d l 参考配置 萱信弱t r n t i r d i 发送设备m rlm r i r d l 接收设备 i | i j l 单信道光通道 g - 9 5 9 i ( 0 3 - 0 6 ) f 5 - 2 图2 2g 9 5 9 1 一单信道i r d i 参考配置 4 0 gn r z 光传输信号眼图模板见图2 3 n r zl o g n l 屹4 0 g 1 5 5 0n m 区域 x 3 范( 注 0 2o 2 2 ) y l 0 2 5o 2 5 y 2 0 7 50 7 5 y 3 0 2 5o 2 5 y 4 o 2 5o 2 5 图2 3g 9 5 9 1 一m 屹光传输信号眼图模板 4 0 g 单信道参数值见表2 4 9 武汉邮电科学研究院硕士论文 表2 4g 9 5 9 1 一n r z4 0 g 等级光支路信号单信道i r d i 参数及其数值 参数单位p 1s l - 3 c 2 p l l l 3 a 2 l l l 3 c 2 f dl l l 3 c 2 f p l s l - 3 c 3p 1 l 1 - 3 a 3l l l 3 c 3 f d1 l 1 - 3 c 3 f p 1s 1 3 c 5p 1 l 1 - 3 a 5l l l 3 c 5 f d1 l 1 3 c 5 f 通用信息 l1ll 最大信道数n r z 4 0 g眦4 0 g采用n r zo t u 3采用n r zo t u 3 光支路信号比特率线路编码 1 0 1 21 0 - 1 2f e cf e c 最大误码率 g 6 5 2 ，g 6 5 3 ，g 6 5 2 ，g 6 5 3 ， l o - 1 2 ( 注3 )1 0 - 1 2 ( 注3 ) 光纤类型 g 6 5 5g 6 5 5g 6 5 2 ，g 6 5 3 ，g 6 5 2 ，g 6 5 3 ， g 6 5 5g 6 5 5 在强伊i s 点处的接口 中心频率t h z1 9 2 11 9 2 11 9 2 11 9 2 1 最大中心频率偏移 g i - i z4 04 04 04 0 源类型 s l m 。s l m s l m s l m 最大频谱功率密度 f i l v 吖l o 删z 最小边模抑制比d b3 53 53 53 5 最大平均输出功率 d b m+ 3+ 8+ 5十5 最小平均输出功率 d b mj + 5 + 2+ 2 最小消光比 d b 8 21 01 01 0 眼图掩模n l 迎4 0 gn r z 4 0 gn l 迎4 0 gn r z4 0 g m p i - s 点至m p i - r 点光通道 最大衰减 d b 1 1 1 22 22 2 d b01l l1 1 最小衰减对于g 6 5 2 为8 0 0 ，：寸于g 6 5 2 为1 6 0 0对于g 6 5 2 为1 6 0 0对于g 6 5 2 为 p s n m 对于g 6 5 3 为1 4 0 ，寸于g 6 5 3 为2 8 0对于g 6 5 3 为2 8 016 0 0 对于g 6 5 3 最大色散补偿 对于g 6 5 5 为4 0 0 ：寸于g 6 5 5 为8 0 0对于o 6 5 5 为8 0 0为2 8 0 ，对于 最大色散补偿偏移 p s n m ( 注2 )( 注2 ) 4 - 8 0 g 6 5 5 为8 0 0 在肝i s 点处最小光回波损耗d b 2 41 4 2 4( 注2 ) 肝i s 和m p i - r 之间最大离d b- 2 72 7- 2 72 4 散反射系数- 2 7 最大微分群时延d s7 5 ( 注1 )5 ( 注i ) 7 5 ( 注1 ) 7 5 ( 注1 ) 在肝i - r 点处的接口 最大平均输入功率 d b m+ 33_ 66 最小灵敏度d b m 一1 72 0- 2 22 3 最大光通道恶化d b3323 光网络元素最大反射系数d b2 72 7- 2 7- 2 7 注1 一为保证该d g d 值，g 6 5 2 、g 6 5 3 和g 6 5 5 光纤中的某些类型采用了很高的p m d 系数。 注2 一该值须由链路提供商和系统供货商之间通过共同作用达成一致。 注3 一该应用代码的误码率指标仅要求在纠错( 如果使用的话) 之后达到。因此，f e c 解码器输入端的误码率 可以l i t 0 1 2 高很多。 武汉邮电科学研究院硕士论文 2 2 与电接口相关的协议 光互联网论坛组织( o i r ) n 定了4 0 g 物理层与电口相关的协议，协议代码是o i f s f l 5 一0 1 0 ，协议名为：4 0 g 物理层设备接口执行协议1 1 8 】。下面简单介绍该协议 的内容。 4 0 g 光链路通信系统的典型线路接口是预计是由三个分立的设备组成，一个光 模块包含一个串并并( s e r d e s ) 组件，一个前向纠错f f e c ) 处理器和一个成帧器 ( f r a m e r ) 这三个组件之间是电互连，每路电信号的最大的速率小于光信号速率。 因此一个多位总线是必需的。 下图是s f i5 接口的一个通用结构框图，它定义了串并转换器与成帧器之间的 接口，虽然它的设计是为一特定应用需要，但也可以用作其它应用。“收 与“发” 中的数据与相应的控制和状态信息分别代表从光纤到系统方向和从系统到光纤方 向。图2 4 中两个s f l 5 总线示例是独立的，可以用作不同的频率。 s y s t e m 船o p u e s t r x r e f c k t 以畦戳 a | i 蚶b 幻s ) 咖 图2 4 串并转换器、前向处理器与成帧器的接口 图2 5 给出了并串转换器的接收接口的一个逻辑模型，主要目的是介绍接收去 歪斜通道( i d s c ) 的数据源。 武汉邮电科学研究院硕士论文 图2 5 解复用器接收接n ( s o u c e ) 源端模型 光数据流被循环解成1 6 路接收数据总线，接收的第一路被写进与r x d a t a 1 5 】 相关联的再定时缓冲器中，最后一路进入与r x d a t a 0 相关联的再定时缓冲器中。 再定时缓冲器衔接电域定时与光域定时的各路之间的漂移被再定时缓冲器吸收。 r x d s c 轮转地复制接收数据总线上发射的每一路信号。帧取样发生器首先插入帧 头数据，包括2 个a i ( f 6h e x ) ，2 个a 2 ( 2 8h e x ) 字节，以及4 个字节的扩展帧头( 当 没有用时e h l 到e h 4 被设定为1 0 1 01 0 1 0 ) ，于是，每路r x d a t a x 轮流被取样， 取样长度是8 个字节。开始于r x d a t a 1 5 结束于r x d a t a 0 ，所有的数据送出后， 一个新的参考帧就被建立在r x d s c ，然后不断的产生。 图2 6 给出了并串转换器的发射接口的一个逻辑模型，主要目的是介绍接收去 歪斜通道( t x d s c ) 的控制算法。 1 2 武汉邮电科学研究院硕士论文 图2 6 复用器发射接口( s i n k ) 宿端模型 在t x d a t a 1 5 ：0 和t x d s c 上的数据在( d d r ) 数据恢复单元判决再生，然后 数据被写入与定时相关的缓冲器中。再定时缓冲器作为一组( f i f o s ) 先进先出器 来衔接电域定时与光域定时的，各路之间的漂移被再定时缓冲器吸收。去歪斜控制 功能块是识别t x d s c 中的帧头和帧字节，确定从t x d a t a x 复制的参考数据的 起始位置。每一路t x d a t a x 通道依次与取样数据进行比较。去歪斜控制功能完 成t x d s c 中复制数据与源数据进行图案匹配。这样t x d a t a x 与t x d s c 的相对 延时就确立了。因此我们可以确定每个通道的歪斜的比特数，然后通过调整延时单 元对每个单元进行补偿。 2 3m s a3 0 0p i n4 0 gt r a n s p o n d e r 协议 3 0 0 p i n4 0 g bt r a n s p o n d e r 模块m s a 协议是由国际上众多大公司( 器件和设备研 发制造厂商) 如a l c a t e l 、e r i c s s o n 、a g i l e m 、n e c 、j d s u 、m i t s u b i s h i 、o p n e x t 等公 司联合推出的m u l t i - s o u r c ea g r e e m e n t 多源协议( 简称m s a ) 。该协议主要参照国际 电信联盟电信标准部门( i t u t ) 建议2 6 9 1 、g 6 9 2 、g 6 9 3 、g 9 5 7 、g 7 8 3 和美国 t e l c o r d i ag r - 4 6 8 c o r e 、t e l c o r d i ag r - 6 3 c o r en e b s 等规范性文件，并结合国际光模 块研制情况而制定的。 m s a 协议规定了s d hs t m 2 5 6 ，s o n e to c 7 6 83 9 8 4 4 3 g b s ( 以下简称为 1 3 武汉邮电科学研究院硕士论文 4 0 g b s ) t r a n s p o n d e r 模块的技术要求和测试方法，包括4 0 g b st r a n s p o n d e r 模块的术 语、定义、光接口技术要求及测试方法、电接口技术要求及极限工作条件、可靠性 试验分类和试验方法、机械尺寸、p i n 脚定义等。m s a 协议要求设计开发者采用统 一的外部接口封装形式，设计开发兼容m s a 标准的光收发合一模块( t r a n s p o n d e r 模块) ，使光通信系统设备无需任何变更，仅仅替换模块便可实现系统快速升级，这 已经成为一种主流和规范作法。3 0 0 p i n4 0 g bt r a n s p o n d e r 模块m s a 协议的出现减少 了市场接受4 0 gt r a n s p o n d e r 模块的“壁垒”，缩短了厂商将这些产品推向市场的时间。 m s a 还为多家模块制造商和元件供应商提供了一种超越标准化组织的范围，集中力 量制订电气、光学和机械实施规范方面的问题n 钔。下面介绍与本课题相关的参数和 指标。 2 3 1 光参数 表2 51 5 5 0 n m 应用光参数 参数 符号条件最小值 典型值最大值单位 i t u tv s r 2