20060531OTU培训教材培训教材电子互联

光转发板功能和原理介绍秦永兵本板产品事业部北研所内容提要一、单板概述二、原理结构三、性能指标四、使用和维护单板概述OTU单板概念和分类OTU单板功能OTU单板在系统中的应用常用术语OTU单板概念和分类OTU单板：

又叫光转发板或者波长变换器，基本功能是光信号转发（或者波长变换）。OTN中OTU的定义：

OpticalTransportUnit

光传输单元单板分类OTU单板功能光信号(波长）转换

发送端OTU单板是把SDH或者其他业务的光信号转换为ITU-T规定的DWDM信号。中继端的OTU单板是把DWDM信号经过光电光再生后转换为DWDM另外一种或者同一种波长的信号。接收端的OTU单板是把DWDM信号转换为SDH或者其他业务的光信号。

转发前后的相关标准发送端和中继端单板输出波长符合ITU-T规定的工作波长对于DWDM系统ITU-T规定的40波工作波长：对于CWDM系统ITU-T规定的8波工作波长：3R功能

ReshapingRetimingRegenerating

3R原因

SDH或DWDM光缆数字线路系统采用的是基带传输方式，光信号在传输过程中会引入衰减和色散等，导致信号的幅度变小，脉冲形状发生畸变，从而限制传输距离

多业务功能

2.5G单板： 支持SDH（STM-1,STM-4,STM-16），GE等数据业务。

10G单板： 支持SDH（STM-64），10GE业务。

检测处理开销 对于SDH信号，目前主要检测B1，B2，J0等。 对于GE信号，主要进行8B/10B编码违例，接收的报数，CRC错包数，接收到的字节统计等。 此外，部分单板还可以插入开销。

前向纠错（FEC）

FEC(前向纠错)技术利用一种预定的运算法则，将冗余比特(多余的信息)和传送的数据一起发送（编码）。采用此技术,接收器件利用多发送的冗余比特，通过一定的算法可以检测并纠正在传输过程中可能产生的多比特错误（解码）。

目前G.975和G.709都有FEC的相关规范，趋势是采用G.709的OTN标准

G.709建议使用RS(255,239)进行编码，是一种线形循环码，每239个字节增加16个字节的冗余码：RS(255,239)编码原理：

其中，α是x8

x4

x3

x2

1的根

OTN的帧结构

对于10G单板可以做到两级编码。目前对于两级编码没有统一的标准。 一级编码增益一般在5～6dB， 两级编码增益在8～9dB。

接收网管控制命令，检测上报性能和告警

性能量：输入输出光功率，激光器相关性能（温度，偏置电流，制冷电流），业务开销（B1,J0等）等

告警：信号丢失，帧丢失，光功率过限等

设置：单板类型，微调输出波长，输出光功率

单板在系统中的位置发送端和接收端OTU单板是作为光终端设备的应用，主要功能是把SDH等信号转换为DWDM信号（接收端相反）进行传输。中继端OTU单板主要功能是进行信号再生。

常用术语DWDM：DenseWavelengthDivisionMultiplexing，密集波分复用CWDM：CoarseWavelengthDivisionMultiplexing，粗波分复用OTU：OpticalTransponderUnit，光转发单元FEC:ForwardErrorCorrection，前向纠错。OTUF：OpticalTransponderUnitwithFEC，具有FEC功能的光转发板CDR：ClockandDataRecovery：时钟和数据恢复APD：AvelanchePhoto-detector：雪崩光电二极管

PIN：

Positive-Intrinsic-Negative：P型半导体材料、本征半导体材料和N型半导体材料组成的光电二极管

MSA：MultiSourceAgreement，多源协议SFP：SmallFormFactorPluggable，小型可插拔MCU：Manage&ControlUnit，管理控制单元。SDH：Synchronousdigitalhierarchy，同步数字体系STM：Synchronoustransportmodule，同步传送模块GbE：GIGABITETHERNET,千兆以太网。FDDI：FiberDistributed-DataInterface，光纤分布式数据接口FC：FIBRECHANNEL，光纤通道。B1：SDH再生段开销字节，用于传输该B1字节所在帧的上一帧扰码后的BIP-8(比特间插寄偶校验8位码)。J0：SDH再生段踪迹字节，被用来重复发送段接入点识别符，以便让段接收机能据此确认其与指定的发射端是否处于持续的连接状态。

LOS：信号丢失，输入无光功率、光功率过低、光功率过高，使BER劣于10-3。OOF：帧失步，搜索不到A1、A2字节时间超过625μs。LOF：帧丢失，OOF持续3ms以上。

原理结构光收发模块业务处理部分控制部分光收发模块此外模块还包括一片EEPROM存储模块信息,例如激光器输出波长，调制类型等。新研制的模块还增加了MCU（单片机），通过MCU控制模块工作方式，模块MCU跟单板之间通过IIC协议进行通信。

业务处理部分普通单板主要做开销检测，对于具有FEC功能的单板以及10G的单板需要完成成帧功能。开销检测

对于SDH业务，2.5G单板主要进行传输误码（B1）和踪迹字（J0）的检测。对于以太网业务，还需要检测8B/10B编码违例，接收的报数，CRC错包数，接收到的字节统计等。

SDH帧结构STM-4开销安排，其中B1位于第2行1列,J0位于第1行25列SDH开销检测机理：由于开销在SDH帧中的位置是固定的，那么，只要找到SDH帧的开头位置（A1,A2），从开头位置开始计数，数到要提取的开销在帧中的位置，把此位置的字节读取即是要提取的开销。

NLB0136的FPGA接口。另外有一些芯片提供的是并行输出还有一些芯片提供的是CPU接口，单板可以直接通过CPU接口读取芯片内部的寄存器得到开销值。GE帧结构成帧器成帧芯片的内部原理：在成帧的过程中使用的FIFO等缓存器会导致直接输出时钟跟输入时钟有延迟，因此必须使用锁相环保证发送的时钟跟接收的时钟同步。

锁相环示意图单板其他部分单板控制部分是一个CPU系统，包括CPU或者单片机，内存，FLASH，AD，DA，可编程逻辑器件以及接口芯片等。主要完成单板的性能采集，信号设置以及跟NCP板通信的功能。这一部分跟其他相同，不再详细介绍原理。

性能指标接收灵敏度抖动输出光功率输出光波长眼图及消光比反射系数编码增益接收灵敏度 接收灵敏度为误码率在某值时被测单元/板接收端口可接收的最小光功率。

抖动

抖动是一个数字信号的有效瞬时在时间上偏离其理想位置的短期的、非积累性的偏离，用UI表示。 为了有效控制传输系统的抖动累积，SONET/SDH标准对光接口的抖动进行了规范。包括三个方面：输入抖动容限、抖动传函、输出抖动输入抖动容限是被测单元/板能容忍输入信号抖动的程度，定义为引起误码性能下降的设备输入口可加的正弦抖动的幅度，通过在输入口加抖的情况下测量BER决定。输入抖动容限用模板表征，模板定义了在维持不低于特定BER时设备必须容忍的抖动。实际测试结果与模板的差表明了设备的抖动容限裕量。每一传输速率都有自己特定的输入抖动容限模板。为了适应不同的再生器类型，对一传输速率有时有两个模板。抖动传函是测量抖动从输入传输到输出的量的变化，是设备的正弦输出抖动与所加的输入抖动幅度之比。抖动传函参数可避免系统的抖动达到不能接受的程度。抖动传函测试是在被测设备的输入加一特定抖动值的信号，同时测量时钟恢复后输出信号的抖动，输入抖动值常遵循抖动容限模板。输出抖动是当设备的输入口无抖时在网络、设备接口或输出口测量的抖动，用峰峰值表示。输出光功率指激光器的输出光功率。输出光功率的大小影响系统的传输距离。

输出光波长

指激光器的输出波长。对于发送和中继端的OTU单板输出波长为ITU-T标准规定的特定波长。

反射系数反射光功率与入射光功率之比，包括输入端和输出端的反射。反射信号会损坏发射设备，因此必须降低反射。

眼图和消光比

眼图指发送信号的波形，以发送眼图模框的形式规定了发送机的光脉冲形状特性，包括上升时间、下降时间、脉冲过冲及振荡等。国际标准ITU-T及IEEE中已对各种速率和等级的信号眼图用眼图模板的形式进行了规范，眼图模板包含了对脉冲的上升时间、下降时间、脉冲过冲及振荡的要求。因此我们现在进行的眼图测试是与标准眼图模板比较，检查有无不满足要求的点，即有无点落到模板内。

消光比为在最坏反射条件时，全调制条件下，传号（发送光信号）平均光功率与空号（不发射光信号）平均光功率的比值。M600OTU单板眼图编码增益用FEC的编码增益衡量FEC对系统光信噪比和接收灵敏度的预算改善程度。对于无光放大器的系统，用有无FEC时接收灵敏度改善的数值表示编码增益。对于有光放大器的系统，用有无FEC时系统光信噪比预算改善的数值表示编码增益。目前我们的系统绝大部分是具有光放大器的，因此我们常用光信噪比预算改善的数值评价编码增益。

FEC编码增益测试使用维护注意事项常见故障注意事项a．OTU单板是激光设备，不能把单板输出光对准人眼。b．单板光电接收器件接收的光功率有一定范围，输入光功率太大时会损坏接收器件。在使用时需要注意使用说明中对输入光功率上限的要求。c．注意保持单板