（物理电子学专业论文）10gbps超长距离可调谐模块研究.pdf

武汉邮电科学研究院硕士论文 摘要 随着数据、图像、视频等互联网新型业务的涌现，城域及区域数据通讯网中带 宽需求急剧增长，单信道速率达到或超过1 0 g b p s 的光密集波分复用( d w d m ) 系统将 得到更加普遍的应用。d w d m 技术的运用，使得光传输系统中所需的波长数增大， 对固定波长的模块所需类型增多，导致管理复杂。尤其是在需要保护的场合，单个 波长模块的备份数量剧增。然而，每种类型的模块的使用率较低，造成库存增加， 资源浪费。如果采用波长可动态调谐的模块，不仅可以降低模块备份成本，简化库 存管理，而且可以实现波长的动态分配。 另一方面，自从掺铒光纤放大器( e d f a ) 发明以后，光纤色散成为限制高速 光传输系统传输距离的主要因素。在不加任何色散补偿的条件下，l o g b p s 的高速 信号只能在g 6 5 2 光纤中最大传输距离为8 0 公里。然而，现有的传送网跨距是几 百公里甚至几千公里。为提高高速光信号的传输距离，必须采用色散补偿的方式。 传统的色散补偿方法是在光纤链路中窜入色散补偿光纤。这种方法成本较高，维护 难度大。如果在光发射端采用光双二进制编码( o p t i c a ld u o b i n a r y ，o d b ) ，接收端采 用电色散补偿( e l e c t r i c a ld i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n , e d c ) 技术，将可以在链路中不 增加色散补偿器件，提高高速光信号的传输距离。 因此，研究开发采用0 d b 技术以及e d c 技术的超长距离1 0 g b p s 可调谐模块对 1 0 gd w d m 系统的应用具有积极意义。这提高了1 0 g b p s 的光信号光纤链路无色散补 偿的传输距离，为构建光纤链路无色散补偿光传输网络提供了一种途径。本论文首 先对模块开发的背景、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进行阐叙。在总体设计方案中，重点介绍了光双二进制编码 的原理、实现方式以及电色散补偿的原理，构成方式以及实现方法。模块的关键电 路包括波长控制电路、基于l i n b 0 3 的集成o d b 低通滤波器的m z 调制器的偏置 电压控制电路和a p d 型接收机的工作电路。最后，通过试验验证了模块的性能， 并对全文进行了总结，提出了下一步的工作计划。 关键词：光双二进制，电色散补偿，可调谐激光器，锁波电路 武汉邮电科学研究院硕士论文 a b s t r a c t w i t ht h ee m e r g e n c eo fi n t e g r a t e ds e r v i c e ，s u c ha sd a t a , i m a g e ，v i d e oi nt h ei n t e m e t , t h ed e m a n do fb a n d w i d t hi n c r e a s e sr a p i d l yi nm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r ko ra r e an e t w o r k , d w d m ( d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) w i t hs i g n a lr a t e a tu pt o10 g b p so r o v e r10 g b p si nas i n g l ec h a n n e lw i l lb ea p p l i e dm o r ep o p u l a r l y t h ed w d m o p t i c a l t r a n s m i s s i o ns y s t e m sd e m a n dm o r ef i x e do p t i c a lc h a t m e l s ，m o r ec o r r e s p o n d i n gm o d u l e t y p e s ，a n dm o r ec o m p l i c a t e dm a n a g e m e n t e s p e c i a l l yi na p p l i c a t i o n sw h e r ep r o t e c t i o n s y s t e m sa r en e e d e d ，t h ea m o u n to fs p a r em o d u l e s 证t l lf i x e dw a v e l e n g t hi n c r e a s e s h a r p l ya g a i n s tt h ed e c r e a s ei nm o d u l eu t i l i z a t i o ne f f i c i e n c ya n dr i s e i ns t o c k t h e a d o p t i o no fw a v e l e n g t ht u n a b l em o d u l en o to n l yd e c r e a s e st h ec o s to fs e p a r a t ep a r ta n d c o m p l e x i t y o fs t o c k m a n a g e m e n tb u t a l s or e a l i z e st h e d y n a m i cw a v e l e n g t h m a n a g e m e n t o nt h eo t h e rh a n d ，t h eo p t i c a lf i b e rd i s p e r s i o nb e c o m et h em a i nf a c t o rt ol i m i tt h e r e a c hd i s t a n c eo fh i 曲s p e e do p t i c a lt r a n s m i s s i o ns y s t e ms i n c et h ei n v e n t i o no fe d f a ( e r b i u md o p e df i b e ra m p l i f i e r s ) w i t h o u ta n yd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n ，t h em a x i m u m d i s t a n c eo f10 g b p so p t i c a ls i g n a lt r a n s m i s s i o no nf i b e rd e s c d b e di nr e c o m m e n d a t i o n g 6 5 2i s8 0k i l o m e t e r s w h i l et h ee x i s t i n gt r a n s m i s s i o nn e t w o r k ss p a no v e rs e v e r a l h u n d r e d s o fk i l o m e t e r s ，e v e ns e v e r a lt h o u s a n d so fk i l o m e t e r s t o p r o l o n gt h e t r a n s m i s s i o nd i s t a n c e ，t h ed i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o nm u s tb ea d o p t e d t h et r a d i t i o n a l m e t h o di st oi n t e r c o n n e c tt h ed i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o nf i b e ri n t ot h eo p t i c a ll i n k t h i s m e t h o di sc o s t l ya n dh a r d l yt om a i n t e n a n c e t h em e t h o dt h a tt a k et h eo d b ( o p t i c a l d u ob i n a r y ) c o d ei no p t i c a lt r a n s m i t t e ra n de d c ( e l e c t r i c a ld i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n ) t e c h n i q u ei no p t i c a lr e c e i v e rw o u l di n c r e a s et h em a x i m u md i s t a n c eo fo p t i c a ls i g n a l t r a n s m i s s i o nw i t h o u ta n yd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o nd e v i c ei nt h eo p t i c a ll i n k t h eu l t r al o n g - h a u llo g b p st u n a b l em o d u l ee q u i p p e dw i n lo d ba n de d c t e c h n o l o g i e sw i l lp l a yi m p o r t a n td o ei n10 gd w d ms y s t e m i te x t e n d st h eo p t i c a l t r a n s m i s s i o nd i s t a n c ea n do f f e ran e wa p p r o a c ht o o p t i c a ln e t w o r kw i t h o u ta n y d i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o ne l e m e n t s t h et h e s i s s t a r t sw i t ht h er e l a t e db a c k g r o u n d , p r o t o c o l s ，a n ds u m m a r yo ft h ei n n o v a t i o nf o l l o w e db yt h es c h e m a t i cd e s i g nf o rm o d u l e 武汉邮电科学研究院硕士论文 t h et h e o r ya n d a p p r o a c ho fo d b a n de d cr l ei n t r o d u c e di nt h i sp a r t t h ek e ye l e m e n t s i nt h i sm o d u l ei n c l u d ew a v e l e n g t hc o n t r o lc i r c u i t ，b i a sv o l t a g ec o n t r o lc i r c u i to fm z m o d u l a t o rb a s e do nl i n b 0 3i n t e g r a t e do d bl o wp a s sf i l t e r , a n da p d o p t i c a lr e c e i v e r c i r c u i t f i n a l l y ，t h ep e r f o r m a n c eo fm o d u l ei sp r o v e db yt e s t ，a n df u t u r ew o r ki s p r o p o s e df o l l o w i n gt h es u m m a r yo ft h et h e s i s k e yw o r d s ：o p t i c a ld u ob i n a r y , e l e c t r i c a ld i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n ，t u n a b l e l a s e r ，w a v e l e n g t hl o c kc i r c u i t 武汉邮电科学研究院硕士论文 1 1 课题研究的背景及意义 第1 章绪论 随着宽带接入业务的开展，数据、图像、视频等新型业务已经取代话音业务成为通 信网络中的主要流量。这导致网络容量无法满足人们日益增长的带宽需求，迫使系统设 备商必须寻找新技术提高网络容量，满足人们的带宽需求。 提升网络的带宽和容量有两种途径，一条途径是提高单信道系统的速率，如从 2 5 g b p s 到1 0 g b p s 、现正发展4 0 g b p s ；另一条途径是发展d w d m 技术，提高d w d m 系统中的波长复用数目，例如从单波、8 波、到现在的4 0 波、8 0 波、甚至1 6 0 波【l 】。 从目前的网络部署情况来看，d w d m 是目前提升网络容量采用的最常用的技术。 d w d m 技术的发展，系统中的波长数达到了数十甚至上百。然而，d w d m 系统中 的光模块大都采用固定波长的激光器，在需要提供保护的场合，每个光模块的备份必须 由相同波长的光模块提供，这样导致备份的光模块数量增加，成本上升；另一方面由于 采用固定波长激光器的光收发模块需要区分波长，因此光收发模块的类型随着波长数的 增加而不断增加，使得管理复杂程度增加，存货水平提升；另外如果要支持光网络中的 动态波长分配，提高网络灵活性，需要配备大量不同的光收发模块，但每只光模块的使 用率却很低，造成资源浪费。 针对这些不足，依靠半导体及相关技术的进步，人们成功地研制出可调谐激光器， 即在同一激光器模块上控制输出一定带宽内的不同波长，且这些波长值和间隔均满足 i t u t 的要求。这样，通过使用基于可调谐激光器的光收发模块作为备份，一个光模块 就可以对几个波长甚至整个波段的波长进行备份，从而降低备份成本；由于可调谐光模 块不再区分波长，以及其有通用性，从而简化了存货管理和对资金的占用；通过在光网 络中部署可调谐光模块，可以根据网络中的波长使用的具体情况，动态地选择信号波长， 从而以较低的成本实现动态的波长分配和使用，提升光网络的灵活性2 】【3 】f 4 】；此外，利 用可调谐光收发模块还可以实现全光波长变换、波长路由、光包交换以及基于波的个人 虚拟网络( v t r t u a lp r i v a t en e t w o r k ，v p n ) 等功能，从而为实现可升级、可重组的网络结 构提供了可能【5 j 。 武汉邮电科学研究院硕士论文 按范围划分，通信网络分为广域网、城域网和局域网。其中城域网是目前和今后网 络建设的重点。城域网位于骨干网与接入网的交汇处，是通信网中最复杂的应用环境， 各种业务和各种协议都在此汇聚、分流和进出骨干n t 6 1 。城域网是整个通信网络容量和 带宽的瓶颈，要满足人们不断增长的带宽需求，必须首先提高城域网的容量和带宽。 目前，2 5 g b p sw d m 是城域网的主流技术。要提高城域网的带宽，从2 5 g b p sw d m 升级到1 0 g b p sd w d m 速率是必然的趋势。2 5 g b p s 的城域网的跨距一般是几百公里， 然而，在不加任何色散补偿的情况下，1 0 g b p s 速率下电吸收调制激光器色散受限距离 为8 0 公里【_ 丌。因此，在城域网中从2 5 g b p s 平滑升级到1 0 g b p s 面临最大的挑战是光信 号的色散。所幸的是在固定波长激光器为基础的光收发模块的基础上，人们通过在光收 发模块上采用新型光发射技术，在接收部分采用新技术，提高了1 0 g b p s 光传输设备在 光纤链路上无色散补偿的情况下最大传输距离，使城域网从2 5 g b p s 平滑升级到10 g b p s 成为可能。另外，超长距离1 0 g b p sd w d m 传输系统在长途干线网的应用，也促进了 1 0 g b p s 超长距离可调谐光收发模块的发展。因此作为以固定波长激光器为基础的光收 发模块在d w d m 中的备份和今后作为构建动态光网络的可调谐光收发模块的研制就是 迫在眉睫的任务。 1 2 国内外现状及趋势 1 0 g b p s 超长距离可调谐光收发模块是在长距离可调谐光收发模块基础上采用提高 传输距离而发展起来的。其产生与发展与超长距离d w d m 应用和城域网的容量升级息 息相关，同时也与集成式可调谐激光器技术的进步为基础。 尽管目前正在发展4 0 g b p s ，甚至1 0 0 g b p s 的d w d m 的传输系统，但目前绝大多 数传输网络的升级、改造、新建依然采用1 0 g b p sd w d m 系统。1 0 g b p sd w d m 系统是 市场的主流技术。国内外很多公司都能提供1 0 g b p sd w d m 的系统。国外大公司如 a l c a t e l l u c e n t 、n o r t e l 、f u j i t s u 等能提供长距离和超长距离的1 0 g b p sd w d m 系统；国 内的华为、中兴、烽火等也能够提供长距离和超长距离的1 0 g b p sd w d m 系统。 1 0 g b p sd w d m 的普及以及波长复用数目的急剧增长，给可调谐模块提供了广阔的 用武空间。1 0 g b p s 超长距离d w d m 和城域网的网络容量升级，催生了1 0 g b p s 超长 距离可调谐模块的发展。以色列c i v c o m 公司多次在o f c n f o e c 上展示了其传输1 6 0 2 武汉邮电科学研究院硕士论文 公里和3 5 0 公里的1 0 g b p s 的超长距离可调谐模块，k o d e o s 公司( 现已被f i n i s a r 公司收 购) 曾发布了采用电色散补偿技术传输达2 0 0 公里的超长距离可调谐模块【8 】。在国内， 武汉电信器件有限公司研制出了1 0 g b p s 可调谐模块，在此基础上，开始了超长距离 1 0 g b p s 可调谐模块的研制。对1 0 g b p s 模块而言，业界一般把传输1 0 公里以下的模块 称为短距离模块，传输4 0 公里以下的称为中距离模块，传输8 0 公里以下的称为长距离 模块，传输1 2 0 公里以下的称为亚长距离，传输1 2 0 公里以上的统称为超长距离。在综 合1 0 g b p s 模块超长距离传输国内外最新研究成果基础上，本课题研究的超长距离模块 的目标传输距离设定为2 2 0 公里。 目前可调谐模块的应用还主要集中在备份和简化存货管理，使用量不大，因此，使 用者对价格还不是很敏感，可调谐模块的价格比较高，大约是固定波长模块的2 3 倍。 但随着可调谐模块技术的发展，可调谐模块的性能不断提高，价格不断降低，可调谐模 块必将逐步取代固定波长的模块，成为d w d m 网络中最主要的光收发模块1 9 。 1 3 课题创新点 下： 该课题主要针对1 0 g b p s 超长距离可调谐t r a n s p o n d e r 模块的研究，其主要创新点如 1 在o d b 的实现方式上，本研究采用n r z 电信号先双二进制预编码，然后将信号 输入单臂m z 调制器，在m z 调制器中集成了低通滤波器来实现电双二进制向光双二进 制的转变。该实现方式简单，利于模块的小型化设计。 2 l i n b 0 3m z 调制器的最佳偏置电压点随着时间和外界环境变化会发生偏移，导致 调制器的输出信号劣化。因此，l i n b 0 3m z 调制器的偏置电压电路的设计置关重要。 本研究采用加入乘法抖动的方法，来实现调制器偏置电压的控制。该控制电路能较好地 探测和跟踪调制器的最佳偏置点的变化，将外部偏置电压施加在调制器上。 3 在e d c 的实现方式上，本课题选用前向反馈均衡和判决反馈均衡方式。前向反馈 均衡补偿色散的线性成分，判决反馈均衡补偿色散的非线性成分。两种方式结合起来， 可以有效地补偿色散对信号造成的损伤。该色散补偿方式功耗低，简单。 3 武汉邮电科学研究院硕士论文 第2 章l o g b p s 超长距离可调谐t r a n s p o n d e r 模块及相关协议 2 13 0 0p i n1 0 g b p st r a n s p o n d e r 模块m s a 协议 2 1 1 概述 3 0 0 p i n1 0 g b p st 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 i c a t e l 、e r i c s s o n 、a g i l e n t 、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g 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 h9 9 5 3 2 8 0 g b p s ( 以下简称为10 0 b p 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s d h1 0g b p 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 n10 g b p st 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1 0 g b p st 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【l 们。 2 1 2 光接口特性 以下是根据3 0 0 p i n1 0 g b p st r a n s p o n d e r 模块m s a 协议而制定的关于1 0 g b p s 可调谐t r a n s p o n d e r 模块的光特性参数如表2 1 所示。 4 武汉邮电科学研究院硕士论文 表2 1l o g b p s 可调谐t r a n s p o n d e r 模块光特性参数 参数条件最小值典型值最大值单位 工作速率 9 9 5 31 1 3 g b p s 输出平均光功率 3d b m 通道间隔 5 0g h z 工作波长 i t u - tg 6 9 1 ( 方案1 )1 5 2 8 7 7 1 5 6 3 8 6n m ( 波长可调)i t u - tg 6 9 1 ( 方案2 )1 5 4 7 7 1 51 5 5 0 5 1 7n m 锁定频率精度 e o l一2 5+ 2 5g h z 消光比 1 0d b 边模抑制比 3 5d b 接收灵敏度 1 0 1 2 b e r ，2 3 1 - 1 p r b s - 2 4d b m ( a p d ) 接收过载光功率 1 0 啦b e r ，2 3 1 1 p r b s- 9- 7d b m ( a p d ) 电源( + 5 0 v ，一5 2 v ，+ 3 3 v ，1 8 v ) 5 上述相关指标的测试条件： ( 1 ) 消光比测量条件 消光比的测量应按照光纤标准测试程序进行。要求在s t m 6 4 ( o c 1 9 2 ) 速率 9 9 5 3 g b p s 、2 3 1 1p r b s 数据源，带有四阶贝塞尔汤姆逊滤波器条件下测试。 ( 2 ) 灵敏度测试条件 灵敏度测试结果受发射机测试设备的影响。因此，理想的灵敏度测试应采用 与t r a n s p o n d e r 模块内置发射机匹配的b e r t 发射机测试设备，或采用两个同类 t r a n s p o n d e r 模块进行测试( 一个作为发射光源，一个作为待测模块) 。 ( 3 ) 眼图模板测试条件 按照i t u tg 6 9 1 标准，采用2 3 1 _ 1p r b s 图案，发射眼图至少2 0 0 个波形通 过o c 1 9 2s o n e t 发射眼图模板。 2 1 3 电接口特性 该光模块具有丰富的监测和控制功能，其具体定义如下表2 2 所示。 5 武汉邮电科学研究院硕士论文 表2 2 关键p i n 脚定义 模块接收部分 输入光功率监测r x p o w m o n模拟电压量输出 无光告警r 【p o 眦m l v t t l ( o 告警；1 正常) 数据输出禁止 r x m u t e d o u tl v t t l ( o 有效；1 正常) 时钟恢复失锁 r x l o c k e r rl v t t l( o 失锁；1 锁定) 接收锁定模式选择 r x l c k r e fl v t t l ( o 一锁到r x r e f c l k ；1 正常工作) 并行时钟输出 r x p o c l kl v d sd c 耦合l x 26 2 2 m h z 并行数据输出 r x d o u tl v d sd c 耦合1 6x6 2 2 m b i t s 接收监测时钟输出r x m c l k l v d sd c 耦合l x 26 2 2 m h z 参考时钟 r x r e f c l kp e c l e c la c 耦合l x 215 5 m h z 模块发射部分 激光器使能 l s e n a b l el v t t l ( 0 正常；1 关断) 激光器偏置输出l s b i a s m o n模拟电压量输出( 斜率：2 0 m v m a ) 激光器偏置告警l s b i a s a l m l v t t l ( 0 告警；1 正常) 激光器光功率监测l s p o w m o n模拟电压量输出( 寿命开始时归一化为0 5 v ) 激光器温度监测 l s t e 田m o n模拟电压量输出( 寿命开始时归一化为2 5 v ) m u xp l l 失锁告警t x l o c k e r rl v t t l ( 0 失锁；1 锁定) 并行输入时钟选择 t x p i c l k s e ll v t t l ( o 一6 2 2 m h z ；1 31 1m h z ) 发射参考时钟选择 t x r e f s e ll v t t l ( o 一1 5 5 m h z ；1 - 6 2 2 m h z ) 激光器温度告警l s t e m p a l ml v t t l( o 告警；1 正常) 并行数据输入t x d 烈 l v d sd c 耦合1 6x6 2 2 m b i t s 并行时钟输入 t x p i c l kl v d sd c 耦合l x 26 2 2 m h z 并行时钟输出 t x p c l kl v d sd c 耦合l x 26 2 2 m h z 或1 5 5 m h z 参考时钟t x i 疆f c l k p e c l e c la c 耦合 模块电平接口参数如表2 3 所示。 6 武汉邮电科学研究院硕士论文 表2 3 模块电平接口参数 接口名称符号最小典型最大单位条件 输出高电压v o h 1 2 5 1 8v1 0 0q 负载 输出低电压v o l 0 81 4v1 0 0q 负载 l v d s 输出差分摆幅v o u t d i f v 5 0 07 4 01 1 0 0m v1 0 0q 负载 输出单端摆幅v o u t s i n g l e2 5 0 3 7 05 5 0m v1 0 0q 负载 差分输入摆幅v i d t h 1 0 0m v 差分输入阻抗d i f f r r n 8 01 0 01 2 0 q 输入高电压v i i i 23 4 7vv d d = m a x 输入低电压v i l oo 8vv d d = m i r l l v t t l 输出高电压 v o h 2 4v v d d - - - - m i n 输出低电压 v o l o 5vv d d = m i n e c l 差分输入摆幅 v i n d i f f 3 0 01 6 0 0m v 单端输入摆幅 v i n s i n o l e 1 5 08 0 0m v p e c l 差分输入阻抗r d r f f 8 01 0 01 2 0 q 2 1 4 模块到成帧器的接口 t r a n s p o n d e r 模块至成帧器( f r a m 哪的接口符合光网络论坛文件o i f 9 9 1 0 2 s f i - 4 的标准，这一标准规范了o c - 1 9 2 s t m - 6 4 成帧器f r a m e r 与t r a n s p o n d e r 模 块的公共电接口。成帧器f r a m e r 或t r a n s p o n d e r 模块连接的示意图如图2 1 示： t x r e f c l k 同步光网络成帧器 l o c1 9 2 系列 嗣嘲 t x d i n 一日霸曩 屠豳7 豳 t x p n x l i - 1 r t x p c l k 圜圜t x m c i k 豳 r r 圉圈 r x d o u t 豳 _ 呷一 r x p o c l h 豳 r x m c l x 啊 广豳 i 图2 1 成帧器f r a m e r 与t r a n s p o n d e r 模块连接示意图 7 武汉邮电科学研究院硕士论文 2 1 5 机械尺寸 图2 2 是t r a n s p o n d e r 模块所对应的机械尺寸，表2 4 是其机械尺寸对应 的数值。 e 珂 图2 2t r a n s p o n d e r 模块机械尺寸 受 n川h目心 武汉邮电科学研究院硕士论文 表2 4t r a n s p o n d e r 模块机械尺寸 单位( i m )单位( i n c h ) 标识最小典型最大最小典型最大 d4 5 71 8 0 e4 6 71 8 4 f9 g0 3 7 g2 3 3 70 9 2 h1 2 20 4 8 k3 o0 1 2 no 3 8o 0 1 5 a1 2 7 05 0 2 木b1 2 7 ，05 0 c1 8 0o 7 j1 2 40 4 9 2 宰l4 9 61 9 6 2 木m4 2 51 6 8 p9 0 01 0 0 01 1 0 03 5 43 9 44 3 4 q 3 01 2 2 2o i f i t l a m s a 协议 2 2 1 概述 全波段的可调谐激光器在光通信领域出现己久，但它在光传输和网络设备中 的应用却十分有限，它的发展受到很大的制约。为了打破这种停滞的局面国际光 纤互连网论坛( o i f ) 推出了o i f i ，几a m s a 协议【l 。 该协议是由可调谐激光器领域的几家代表供应商a g i l i t y 、a l c a t e l 和 b o o k h a m 等签署的关于可集成的可调谐激光器组件即i t l a ( i n t e g r a b l et u n a b l e l a s e r a s s e m b l y ) m s a 协议。这个m s a 定义了一些关键的性能参数( 如：电 接口、电源、光特性等) 和机械接口规范，这些规范把系统可集成性作为一个通 用的要求，使系统集成商和设备商在选择时具有了很大的灵活性，该协议的出现 为可调谐激光器的发展带来了新的曙光。 9 武汉邮电科学研究院硕士论文 2 2 2 光接口特性 光参数定义 频率调节范围：在模块的寿命和允许的环境条件下最大和最小波长通道的频 率。 出纤光功率：模块的寿命和允许的环境条件下对于所有通道的出光功率的最 大值和最小值。 调节范围内输出功率变化：模块的寿命和允许的环境条件下整个波长调节范 围内功率最小值到最大值的变化。 相对i t u 间隔的频率误差：在平均1 s ( 包括l s ) 的时间内，频率和i t u 所选 频率的差值。 频谱线宽：线宽特性是一个洛伦兹函数，它和光域相位白噪声有关。它被定 义为自外差测量的3 d b 的全宽。一般为干涉计的一臂的频率偏移。 边模抑制比：在最坏反射条件下( 8 2 d b c ) 连续波最大纵模的平均光功率和 次大的边模的比值。 相对强度噪声：在最坏反射条件下( 8 2 d b c ) 测量从1 0 m h z 到1 0 g h z 的噪声。 源自发发射：关于激光器频率的峰值功率的最大的本底发射功率，被测量超 过0 1 n m 的带宽。 。 偏振消光比：经过保偏光纤的最大光功率和相差9 0 。相位的光功率之比。 光衰减：当发射频率不是限定在给定通道的特定频率时最大的光纤输出光功 率和相对于没有衰减的光纤的输出功率的对数关系。 下表2 5 是光特性参数值： l o 武汉邮电科学研究院硕士论文 表2 5 光特性参数 参数标识 最小典型最大 单位 频率调节范围 v 1 8 6 0 0 01 9 6 5 7 5t h z 光纤输出2 0 m w p1 2 51 3 51 4 5d b m 功率1 0 m w9 51 0 51 1 5 调节范围内输出功率变化 p0 5d b 相对i t u 间隔通道间隔5 0 g h zf 2 5+ 2 5 g h z 的频率误差通道间隔2 5 g h z f1 1 2 5 + 1 2 5 g h z 边模抑制比s m s r 4 0d b 相对强度噪声 i u n- 1 3 5d b h z 频谱线宽 8f 1 0m h z 光隔离 2 5d b 源自发发射 s s e5 0d b c 调节范围内偏振消光比 p e r2 0d b 在调节或模块开启关断时光衰减 p a t t i 3 0d b ( 当i a f l 1 0 g h z ) 在调节或模块开启关断时光衰减p a t t 2 d b ( 当i a f i 1 0 g h z ) 2 2 3 电接口特性 i t l a 和t r a n s p o n d e r 的p c b 板相接时采用的是s a m t e c 公司的1 4 p i n 的 接口连接器。s a m t e c 公司的型号为a s p 11 3 4 6 6 0 1 的连接器放在i t l a 和 t r a n s p o n d e r 的p c b 板上，而与a s p - l1 3 4 6 6 0 1 对应的连接器a s p 一11 5 9 1 5 - 0 1 则分布在软带的两端，通过软带的连接将二者连接起来。1 4p i n 的引脚定义如 下表2 6 。 表2 61 4p i n 引脚定义 p 烈脚名称p 烈p i n 脚名称p n + 3 3 v 电压 ld i s2 + 3 3 v 电压 3 s r q 4 g n d5m s6 g n d 7t x d 8 5 2 v 电压9i 1 0 5 2 v 电压 1 1 r s t1 2 o i f 预留1 3m f r l1 4 每个引脚功能如下表2 7 所示 武汉邮电科学研究院硕士论文 表2 71 4 p i n 引脚功能 p 符类型名称描述 脚号 5 ，7g n d 电源 地地 1 ，23 3 v 电源+ 3 3 v 电压3 3 v 电压供给 9 ，1 15 2 v 电源5 2 v 电压5 2 v 电压供给 1 2r s tl v t t l 输 重启目的：关断激光器的光输出，使 入，低电平模块重启。 工作作用：关断激光器、关断t e c 、 模块c p u 重启。 状态：高电平，当激光器工作时 必须保持在高电平。 特征：当重启时，模块中只有很 小的电流通过。 2d i sl v t t l 输关断模块光 目的：提供硬件关断激光器输出。 入，低电平输出作用：高电平时表示激光器输出 工作由协议控制；低电平时表示激光器输 出关断。 4 s r ql v t t l 输可编程模块 目的：一般的模块服务请求。 入，低电平服务请求初始状态：高电平( 没有服务请 工作求) 。 结果状态：通信协议开。s r q 状 态可以通过接口读和清除。 特征：s r q 状态是软件配置，它 可以通过接口重配置。 6m sl v t t l 输模块i o 口选 目的：提供硬件重启通信接口。 入，低向高择( 重启通作用：高或低电平没有作用。 转换时工信接口)低向高转换一重启通信接 作口，清除输入缓存，停止当前信息包。 结果状态：通过发送一个新信息 包通信开始。 特征：提供重启通信接口的能力。 8呦l v t t l 输模块发送 目的：向外界发送数据包 出 数据 1 0r x dl v t t l 输 模块接收目的：接收主机发来的数据包。 入 数据 1 3o i f i 沁l v t t l 输 o i f 预留不接目的：以备未来可能的接口应 s e r v e d入用。 1 4m f r l未定义制造商定义不接目的：保留以备制造商特殊功能 脚l和使用。 电特性参数如下表2 8 1 2 武汉邮电科学研究院硕士论文 表2 8 电特性参数 参数 标识最小典型最大单位 + 3 3 v 电压 v c c 3 1 53 3 0 3 4 5v + 3 3 v 电流 i c c 1 5 0 0m a 5 2 v 电压 v e e 5 4 55 2 0 4 9 4v 5 2 v 电流 i z z 1 2 0 01 0 0 0m a 功耗 p d 6 6w 输入电压，低 v i l 0 00 8v 输入电压，高 v t h 2 o3 4 5v 输出电 ( i o l = 4 m a )v o l 0 00 6v 压，低 输出电 ( i o h = - 4 m a ) v o h 2 4 v c c v 压，高 电压噪声( 对于模块的电 1 or m s 源供给)( 1 0 0 h z 到 2 0 z ) 2 2 4 机械特性 下图2 - 3 是i t l a 的机械尺寸图，最小的光纤弯曲半径是2 0 m m ，它可从i t l a 的任意端随意引出。 武汉邮电科学研究院硕士论文 |瓣。 6 8 o 1 o 审 出 软带连接 器 、 厂8x 刚丁可选4 孔 j 一， 1 | 、 ，、，、， ) 5 d2 5 o o ，、， ) t 、 一2 6 0 0 - 光纤可从任，l j 2 - 意端翰出。 一t 4 1 一j ) u 图2 3i t l a 的机械尺寸图 图2 。4 是具体的1 4p i n 接口的输出脚分布。 连接 也可 出纤 图2 41 4p i n 接口的输出脚分布图 1 4 9 武汉邮电科学研究院硕士论文 第3 章1 0 g b p s 超长距离可调谐t r a n s p o n d e r 模块的总体设 计方案 3 11 0 g b p s 超长距离可调谐t r a n s p o n d e r 模块的工作原理 l o g b p s 可调谐t r a n s p o n d e r 模块是一个双向的模块器件，用于为s d h 光物理 层和电段层之间提供s d h 兼容的电光接口。该模块集成了一个波长可调谐的连 续光波( c w ) 激光器、低通滤波器的铌酸锂( l i n b 0 3 ) 马赫一贞德( m a c h z e h n d c r ， 简称m z ) 外调制器作为1 0 g b p s 的光发射机和一个以a p d 作为1 0 g b p s 的光接 收机，在电域作电色散补偿，并带有必要的1 6 通路复用解复用( m d ( d e m ) 功能，它将高速( 1 0 g b p s ) 电信号全部在模块内部处理，外部电接1 ：3 为6 2 2 m b p s 的数据信号。另外，模块中还包含时钟综合电路和时钟恢复电路，是一个具有 3 r 功能的模块，并且还带有功能众多的告警控制信号【1 2 】。 在接收侧，1 0 g b p s 光信号经a p d 型探测器转换成电流信号，实现光电转换，一 然后，通过增益可调跨阻放大器放大，并转换成电压信号。转换后的电压信号输 入迸后端处理芯片。在集成芯片中，信号首先进行均衡处理，在电域进行色散补 偿，接着，再进行限幅放大，然后信号通过时钟数据恢复电路( c d r ) 实现再定 时，还原出1 0 g b p s 数据和时钟，最后经串并转换输出1 6 路较低速率6 2 2 m b p s 数据和一路差分6 2 2 m h z 并行时钟，实现与下级的f r a m e r 无缝联接。在发射 部分，一方面1 6 路较低速率差分6 2 2 m b p s 数据和一路差分6 2 2 m h