（通信与信息系统专业论文）cwdm系统中波长转换单元功能单盘的硬件设计.pdf

摘要 摘要 城域网是目前光通信网络建设的发展重点之一。其中，城域粗波分复用技术 ( m e t r oc w d m ) 以其可以提供高带宽、支持各种协议及动态提供带宽，且具有 廉价、结构简单、灵活多样的特点，成为最具有竞争力的城域网解决方案之一。 从纯技术角度，c w d m 与d w d m 相比有明显的弱势，其传输距离以及通道数远低 于d w d m 。但是市场从来就不是单单由技术推动的，成本也是一个很重要的因 素。在城域网中，一方面用户需求并没有达到长途骨干网的通信容量，由于城域网对 带宽的需求是有限的：另一方面城域网络服务提供商支付不起昂贵的d w d m 设备 费用。c w d m 作为一种可选择的扩容方案，可以解决提供商的燃眉之急。粗波分 复用c w d m 系统是一种适合宽带城域网使用的波分复用系统。这项技术正在发 展中，有着良好的发展前景。我国目前正在进行宽带i p 网建设，及时采用c w d m 技术可以降低成本，推动城域网建设的发展。 本论文首先分析了d w d m 技术在城域网光通信网络建设中的诸多局限性， 讨论了c w d m 技术的产生和发展，分析了c w d m 技术相对于d w d m 技术的诸 多优势。并根据c w d m 的技术要求设计了一种在c w d m 系统中非常重要的功能 单盘：波长转换单元( w a v e l e n g t h a d a p t e r ) ，在论文中，我们用简称w l a 来代替。 本论文进一步提出了w l a 盘的硬件设计方案，主要包括：功能模块总体设 计，布局，器件选择，电路设计，f p g a 的定义，通道保护和性能监控。在此基 础上，根据国际上通用的各种相关协议和标准，制定出了w l a 盘的性能测试方 法。根据测试证明，该测试方法可以正确表明出w l a 盘是否能够正常工作。 最后，论文在总结所完成的工作基础上，提出了进一步改进的设想。 关键词：粗波分复用，波长转换单元 a b s t r a c t a b s t r a c t m e t r oa r e an e t w o r k ( m a n ) i so n eo ft h em a i nf i e l do fd e v e l o p i n ga n d c o n s t r u c t i n go ft e l e c o m m u n i c a t i o no p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r kr e c e n t l y a m o n gp l e n t y k i n d so fm e t r ot e c h n o l o g y , m e t r oc w d mt e c h n o l o g yb e c o m e so n eo ft h em o s t c o m p e t i t i v es o l u t i o n sd u et o i t sc h a r a c t e ro fl o wc o s t , h i 曲b a n d w i d t h ，s e r v i c e t r a n s p a r e n t ，s i m p l ea n df l e x i b i l i t y f r o mt h ep o i n to fv i e wo ft e c h n o l o g y , c w d mh a ss o f t s p o to b v i o u s ，i t sd i s t a n c ef o rt r a n s m i s s i o na n dn u m b e r so fc h a n n e l sa r em u c hl e s st h a n d w d m h o w e v e r , m a r k e ti sn o to n l yd r i v e db yt h et e c h n o l o g y , b u ta l s ob yt h ei m p o r t a n t r e a s o n - - - c o s t i nm e t r oa r e an e t w o r k ，b e c a u s et h ed e m a n do fb a n d w i t hf o rm a ni s l i m i t e d ，t h ec o i l s u n l e r sr e q u i r e m e n td o n ta c h i e v et h ec a p a b i l i t yo fc o m m u n i c a t i o nf o r l o n g - d i s t a n c eb a c k b o n en e t w o r k i na n o t h e rw a y , t h em a n i s pi n t e m e tc a n tp a yf o rt h e c o s t l yc h a r g ef o rd w d me q u i p m e n t s s oc w d mc a ns o l v et h ei s pi n t e m e t se x t r e m e l y u r g e n c ya sao p t i o n a lp r o j e c tf o re n l a r g et h ec a p a b i l i t y c o a r s ew d ms y s t e mi sas y s t e m w h i c hs u i tf o rb r o a db a n dm e t r oa r e an e t w o r k t m st e c h n o l o g yi sd e v e l o p i n g a n dh a s av e r yw e l lf o r e g r o u n d c h i n ai sb u i l d i n gt h eb r o a db a n di pn e t w o r kn o w , a d o p t c w d mt e c h n o l o g yi ng o o dt i m ec a nr e d u c et h ec o s ta n dp r o m o t et h ed e v e l o p m e n to f m a n n l et h e s i sb r i n g sf o r w a r dt h a td w d mt e c h n o l o g yh a sal o to fl o c a l i z a t i o n si n o p t i c a lm a n ，d i s c u s s e st h ec w d mt e c h n o l o g y sb i r t ha n dd e v e l o p m e n ta n da n a l y s e s c w d m sa d v a n t a g ec o m p a r ew i t hd w d mt e c h n o l o g y a tl a s t ，b a s e dt h ec w d m t e c h n i cd e m a n d ，w eh a v ed e s i g n e daf u n c t i o nb o a r dw h i c hi sv e r yi m p o r t a n ti nc w d m s y s t e m - - w a v e l e n t ha d a p t e r i nt h i st h e s i s ，w ec a l li tw l af o rs h o r t t h e nt h et h e s i sp u tf o r w a r dap l a no fh a r d w a r ed e s i g no fw l a b o a r d ，i n c l u d i n g ： t h ed e s i g no ff u n c t i o nb l o c k s ，t h el a y o u tf o rf u n c t i o nb l o c k s ，t h ec h o i c eo fc h i p s e t s ，t h e d e s i g no fe l e c t r o c i r c u i t s ，t h ed e f m i t i o no ff p g a ，t h ep r o t e c t i o no ft r a n s m i s s i o na n d p e r f o r m a n c em o n i t o r i n g a tl a s t ，b a s e d t h e a g r e e m e n t s a n ds t a n d a r d sw h i c ha r e a l l - p u r p o s ei n t e m a t i o n a l l y , w e h a v ei n s t i t u t e dt h et e s tm e a s u r ef o rw l a ，s p e r f o r m a n c e s a f t e rt h et e s t i n g ，i tp r o v e st h a tt h i st e s tm e a s u r ec a ni n d i c a t e sw h e t h e rt h e w l ab o a r dw o r k sn o r m a l l y i i a b s t r a c t a tl a s t ，t h et h e s i ss u m m a r i z e st h ew o r kw h i c hh a v e b e e nd o n ea n db r i n g sf o r w a r ea t e n t a t i v ep l a nf o rf a r t h e ra m e l i o r a t i o n k e y w o r d s ：c w d m ，w l a i t i 图目录 图目录 图1 1 系统中心波长为+ l n m 时的波长漂移7 图2 - 1 系统结构框图1 4 图2 2 网元管理体系架构1 6 图2 - 3o m s p 保护 图2 _ 4 通道保护的机理。 图2 - 5 通过w l a 实现e s n c p 保护 图2 - 6 通过w l a p 实现o s n c p 保护1 9 图3 - 1w l a 功能模块的总体设计图2 2 图3 2w l a p 功能模块的总体设计图2 3 图3 3w l a 盘主要功能模块布局图2 6 图3 - 4w l a - p 盘主要功能模块布局图2 7 图3 5s p i d e r 的处理流程示意图。2 9 图3 - 6p e c l 输出结构3 2 图3 7p e c l 输入结构。3 2 图3 8c m l 输出结构和其在不同负载时的输出波形3 3 图3 - 9c m l 输入结构3 4 图3 1 0l v d s 输出结构3 5 图3 1 1l v d s 输入结构3 5 图3 1 2c m l 到c m l 之间的连接3 6 图3 1 3l v d s 间的连接3 6 图3 1 4c m l 到l v p e c l 的交流耦合结构3 6 图3 1 5c d r 与8 x 8 电矩阵互连的c d r 部分3 8 图3 1 6c d r 与8 x 8 电矩阵互连的电矩阵部分3 8 图4 - 1w l a ( p ) 对s d h 信号的监控流程图4 1 图4 - 2w l a ( p ) 对s d h 信号的监控过程4 1 图4 3w l a ( p ) 对g e 信号的监控过程4 3 图4 - 4l i b a if p g a 功能模块示意图4 6 图4 5s d h 信号监控示意图4 7 v i ， 图目录 图4 - 6f r a m e r 的功能示意图4 8 图4 7s d h 帧的检查过程示意图4 9 图4 8s d h 帧的状态转换。4 9 图4 9 解扰示意图。5 0 图4 1 0b 1 的计算和提取s o h 的示意图5 1 图4 1 1 并行帧头读取时序5 2 图4 1 2 串行帧头读取时序。5 2 图4 1 3g e 信号监控模块示意图 图4 - 1 4s t r a i xg xg e 信号收发器的模块示意图“ 图4 - 1 5c d r 模块接口示意图。 5 4 图4 1 6 格式检测器的时序图5 5 图4 1 7 信号同步处理的状态转换示意图5 6 图4 1 8p c s 接收状态机示意图a 5 7 图4 - 1 9p c s 接收状态机示意图b 5 8 图4 2 0m a c 帧接收状态机示意图5 9 图4 2 1 性能统计计数器状态转换示意图6 l 图4 2 2s p i 总线的工作原理。6 2 图4 2 3s p i 写操作时序示意图6 4 图4 2 4s p i 读操作时序示意图：“ 图4 2 5s d h 信号的监控中两块f p g a 的联系 图4 - 2 6d u f uf p g a 根据b 1 e r r 脉冲串进行的b 1 误码计数6 7 图5 - lw l a ( p ) 的调试设置 图5 2s d h 信号的监控调试配置图表7 2 图5 3g e 信号的监控调试配置图表7 4 图5 - 4e s n c p 功能调试配置图表7 7 图5 5o s n c p 功能调试配置图表8 0 图5 6 频谱图测试的配置图表8 2 图5 7 频谱图测试结果。8 3 图5 8 抖动传递函数测试的配置图表8 4 图5 - 9 抖动传递函数测试结果图表8 6 图5 1 0 抖动容限测试结果图表。8 7 图5 n 通道1 的灵敏度测试配置图表 v i i 图目录 图5 1 2 通道2 的灵敏度测试配置图表9 0 图5 1 3 灵敏度测试结果9 l 图5 1 4 眼图测试配置图表9 2 图5 1 5 眼图测试结果。9 4 图6 - 1w l a 盘真实图片一正面( 不带散热板) 9 6 图6 2w l a 盘真实图片一前面板。9 7 图6 3w l a p 盘真实图片一正面( 带散热板) 9 7 图6 - 4w l a p 盘真实图片一前面板 v i i i 缩略词表 缩略词表 16 9 2 m s e16 9 2 m e t r os p a ne d g e 3 r a t m c d r c t c r c c w d m d 、v d m d d m e s c e c r e t i m i n g ，r e s h a p i n g ，r e - g e n e r a t i o n a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e c l o c kd a t ar e c o v e r y c r a f tt e r m i n a l c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k c o a r s ew a v ed i v i s i o nm u l t i p l e x e r d e n s ew a v ed i v i s i o nm u l t i p l e x e r d i g i t a ld i a g n o s t i cm o n i t o r i n g e q u i p m e n ta n ds h e l f c o n t r o l l e r e q u i p m e n tc o n t r o l l e r e s c o n e n t e r p r i s es y s t e m sc o n n e c t i o n e s n c p f d d i g e i l o s e l e c t r i c a ls u b n e t w o r kc o n n e c t i o n p r o t e c t i o n f i b e rd i s t r i b u t e dd a t ai n t e r f a c e g i g a b i te t h e m e t i n v a l i dw o r d l o so fs i g n a l i x 一种城域网粗波 分复用系统 再定时，再整形， 再放大 异步转移模式 时钟数据恢复 本地维护终端 循环冗余码校验 粗波分复用 密集波分复用 数字诊断监测 设备和子架控制 单元 网元控制器 企业系统连接 电子网连接保护 光纤分布式数据 接口 吉位以太网 有缺陷的字节 信号丢失 缩略词表 l o f m a n o a d m o m s p o s o o f o s c 0 s n c p o t u p s c q o s r d e s d s d h s f p l o so f f r a m e m e t r oa r e an e t w o r k 帧丢失 城域网 o p t i c a la d da n dd r o pm u l t i p l e x光分插复用 o p t i c a lm u l t i p l e xs e c t i o np r o t e c t i o n 光复用段保护 o p e r a t i o ns y s t e m o u to f f r a m e 操作系统 帧失步 o p t i c a ls u p e r v i s o r yc h a n n e l 光监控通道 o p t i c a ls u b n e t w o r kc o n n e c t i o np r o t e c t i o n光子网连接保护 o p t i c a lt r a n s p o n d e ru n i t 波长转换单元 p o w e rs u p p l yc a r d电源 q u a l i t yo f s e r v i c e r u n n i n gd i s p a r i t ye r r o r s i g n a ld e g r a d e s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y s m a l lf o r m f a c t o rp l u g g a b l e s t m - n s y n c h r o n o u st r a n s p o r tm o d u l el e v e ln s n m p s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n t p r o t o c o l w l a w a v e l e n g t ha d a p t e r x 信号传输质量 连续的不同类型 错误 信号弱化失真 同步数字序列 小型可插拔光模 块 等级n 的同步传 送模块 简单网络管理协 议 波长适配器 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：查盘日期：加g 年箩月马日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：查主导师签名：堇楚西 日期：加5 年j 月哆日 第一章绪论 c w d m 概述及其优势 1 1 概述 第一章绪论c w d m 概述及其优势 城域网( m e t r o ) 原是与局域网和广域网相对应的计算机网络的概念，指城域 范围的计算机网络。数据通信和电信技术的发展赋予城域网新的内涵，将城域网 的概念延伸到整个通信网络，泛指运营商在城市及其郊区范围内提供多种业务的所 有网络。它是以宽带光传输为开放平台，各类网关实现话音、数据、图像、多媒 体、口接入合各种增值业务及智能业务，并与各运营商的长途网和公用电话交换 网( p s t n ) 互通的本地宽带综合业务网。城域网与广域网的主要区别在于城域网 的业务范围不仅有话音，还有数据和图像，是全业务网络。城域网需要支持各种客 户层信号，而且要能很快地提供客户层信号所需的带宽。局域网的地域限制使各 行各业形成了一个个信息孤岛，广域网的带宽限制又使信息高速公路上的宽带应 用大打折扣，核心问题可归结为带宽与距离的矛盾。而城域网则是解决带宽和增 加网络覆盖范围的很好方法，这使得城域网成为未来最具发展潜力的网络系统。 宽带城域网的建设正成为电信建设的热点。由于密集波分复用( d e n s ew a v e d i v i s i o n m u l t i p l e x e r , d w d m ) 技术的巨大带宽和传输数据的透明性，人们自然希望能 把d w d m 作为城域网中的传输平台。在长途传输中，由于d w d m 采用了e d f a ( 掺铒光纤放大器) 将光信号直接放大，节省了大量的电中继设备，从而大大节约 了成本。但由于e d f a 平坦增益带宽较窄和它本身某些增益特性的限制，人们不 得不采用高波长稳定度的激光器和密集波分复用器和解复用器，并且在整个线路 上进行光功率均衡；此外，由于电中继传输距离加长，对激光器的色散容限和啁 啾特性也提出了很高的要求。这些技术的应用又提高了系统成本。尽管这些高性 能的器件和部件价格昂贵，由于广域网传输距离很长，d w d m 系统中多个波长通 道共用光纤和放大器，仍然可以大幅度降低成本。 而在城域网由于传输距离短( 一般1 0 0 公里以内) ，不需要使用放大器，增加 一根光纤成本也不高，如果简单采用和广域网一样的d w d m 设备，无疑将得不偿 失。解决的方法是采用粗波分复用( c o a r s ew d m ，c w d m ) 技术。 电子科技人学硕士学位论文 1 2 粗波分复用c w l ) m 技术的优势 在城域网中，由于传输距离短，不必使用放大器，对光纤的传输衰减值也不太 敏感，采用c w d m 粗波分复用技术可以降低对器件、部件的性能要求，从而大幅 度降低成本。 在同一根光纤中传输的不同波长之间的间距是区分d w d m 和c w d m 的主要 参数。d w d m 系统的波长间距一般为2 0 0 g h z ( 1 6 n m ) ，1 0 0 g h z ( 0 8 n m ) 或 5 0 g h z ( 0 4 n m ) ，将来的系统中可能会有更窄的间距。在d w d m 系统中，采用d f b ( 分布反馈) 激光器作为光源，后者的温度漂移系数为0 0 8 n m o c ，它需要采用冷 却技术来稳定波长，以防止由于温度变化波长漂移到复用器和解复用器的滤波器 通带之外。 c w d m 技术充分利用了城域网传输距离短的特点，不必受e d f a 放大波段的 限制，而是可以在1 3 1 0 1 5 6 0 n m 的整个光纤传输窗口上，以比d w d m 系统宽得多 的波长间隔进行波分复用。由于波长间隔宽、传输距离短，c w d m 无须选择价格昂 贵的高波长稳定度和高色散容限的激光器，这可以大幅度降低激光器成本。此 外，c w d m 无须选择成本昂贵的密集波分解复用器和复用器，只须选择廉价的粗波 分复用器和解复用器；无须采用比较复杂的控制技术以维护较高的系统要求；无 须采用e d f a ，只须采用便宜得多的多通道激光收发器作为中继。由于器件成本 和系统要求的降低，使得c w d m 系统的造价比d w d m 系统有大幅下降。 虽然价格成本比d w d m 低得多，c w d m 系统也能和d w d m 一样支持多业 务接口，例如可以提供s d h 接口，实现i p e t h e m e to v e rs d h 、a t mo v e rs d h ： 可以为路由器和a t m 交换机提供光纤直连接口，实现i p e t h e m e to v e ro p t i c a l 和 a t mo v e ro p t i c a l 等。c w d m 系统也可以通过使用o t u ( 光传输单元) 和o a d m ( 光分插复用) ，同使用标准波长的d w d m 系统互连、成环或接入d w d m 骨干 层。此外，c w d m 可以兼容在城域网中已得到广泛应用的1 3 1 0 n m 的s d h 系统， 而目前的d w d m 还做不到这点。c w d m 技术还具有应用于长途传输的潜在能力， 一旦宽带的l a m a n ( 拉曼) 光放大器进入商用，c w d m 技术就有可能进入长途 传输市场。 成本低： 在c w d m 系统中，相邻波长通道的间隔放宽到2 0 n m ，这就有可能将各个部 件的容错范围放大，可以使用廉价的复用器、解复用器、插分设备和交换机。例 如，d w d m 解复用的薄膜滤波器0 4 r i m 、0 8 n m 的由于生产工艺复杂成品率低，价格 2 第一章绪论c w d m 概述及其优势 昂贵。而2 0 r i m 的滤波器生产工艺简单、成品率高，价格要便宜得多。 在复用器和解复用器方面，d w d m 和c w d m 的造价差别主要是由于c w d m 的滤波器包含的层数少，故c w d m 滤波器的成本比d w d m 滤波器的成本低。 d w d m 系统中使用的1 0 0 g h z 滤波器一般大约有1 5 0 层，而c w d m 系统的2 0 n m 滤波器大约有5 0 层。c w d m 滤波器的成本比d w d m 滤波器的成本要少5 0 ，预 计在未来的2 到3 年内，自动化生产的成本可望再降l 3 。此外，新的滤波器和复 用器解复用器技术的采用有望进一步缩减成本。 功耗低： 光传输系统的运营成本取决于系统的维护和系统消耗的功率。既使d w d m 和 c w d m 系统的维护成本都可以接受，d w d m 系统的功耗要比c w d m 系统的功耗 高得多。例如，d w d m 激光器采用的冷却器及其控制电路每波长要消耗大约4 w 的功率。而没有冷却器的c w d m 激光器仅消耗0 5 w 的功率。四波c w d m 光传 输系统大约消耗1 0 1 5 w 的功率，然而类似的d w d m 系统却要消耗高达3 0 w 的功 率。在d w d m 系统中，随着复用的波长总数的增加以及单信道传输速率的增加， 功率损耗及其温度管理变成了电路板设计的关键问题。 体积小： c w d m 激光器要比d w d m 激光器小得多，不带冷却器的激光器一般是由激 光片和密封在带有玻璃窗口的金属容器中的监控光电二极管构成的。d w d m 激光 发射机的尺寸大约是c w d m 激光发射机体积的五倍，也就是说，如果d w d m 激光 发射机的体积为1 0 0 c r n 3 ，那么没有冷却器的c w d m 激光器体积仅仅为2 0 e r a 3 。 如今，厂家已经能够提供具有2 到8 个波长的商用c w d m 系统，将来这些系 统有望在1 2 9 0 r i m 到1 6 1 0 r i m 的频谱内扩展到1 6 个复用波长。目前，大多数c w d m 系统工作在从1 4 7 0 r i m 到1 6 1 0 r i m 的范围内，其信道间距为2 0 r i m 。此外在1 3 1 0 r i m 窗口附近也在开发之中。由于到目前为止，已经安装的大部分光纤中有残留水分，使 得其在1 4 0 0 n m 波长附近的光信号衰减。这个附加损耗会限制系统在长途传输中的 使用，但是对于城域网使用的c w d m 系统而言，这并不是一个障碍。 1 3c w d m 技术在城域网中的应用 我国的大部分城市，包括东部发达地区的一部分城市和西部不发达地区的大 部分城市，数据业务的发展在什十五”期间还仅仅处于起步状态或初步发展时期，很 多城市城域业务量的需求不高，应用d w d m 不能体现良好的性价比。此时，用低 3 电子科技大学硕十学位论文 成本的c w d m 技术对城域网进行组织就显得十分必要。c w d m 系统由于和 d w d m 系统一样，具有多种业务接口，因此具有很广泛的适应性。在不发达地区， 可以直接应用c w d m 技术进行城域核心层和城域汇聚层组网，在比较发达地区， 数据业务发展比较好、光纤资源不太紧张的城市，c w d m 技术可以和路由器结合 组织汇聚层网络，也可以和以太网结合组织城域接入层网络【2 4 】。 c w d m 技术充分适应了城域传输网传输距离短的特点，而且不受e d f a 放大 波段的限制，可以在1 3 1 0 n m 1 5 6 0 r i m 的整个光纤传输窗口上，以比d w d m 系统 宽得多的波长间隔进行波分复用。由于波长间隔宽、传输距离短，c w d m 无须选择 价格昂贵的高波长稳定度和高色散容限的激光器，这至少可以从三个方面大幅度 降低激光器成本： 1 由于使用无致冷激光器，使激光器制造和封装成本降低。 2 对波长误差的放宽也便于生产更廉价的激光器。 3 c w d m 用的激光器可以使用和d v d 激光器一样的生产和封装技术，成本低， 工艺成熟简单，而今天d v d 激光器正在大批量生产，这可进一步降低c w d m 激光 器的生产成本。 此外，c w d m 无须选择成本昂贵的密集波分复用器和解复用器，只需选择廉 价的粗波分复用器和解复用器；无须采用比较复杂的控制技术以维护较高的系统 要求；无须采用e d f a ，只须采用便宜得多的多通道激光收发器作为中继。由于 器件成本和系统要求的降低，使得c w d m 系统的造价比d w d m 系统大幅下降。 c w d m 传输系统和高性能路由交换机连接起来就可以构成宽带口城域网，也 可以把c w d m 传输设备直接与路由交换机相连，由路由交换机直接驱动光传输设 备。路由交换机对各波长和数据流都可以进行分插。 c w d m 技术是应宽带i p 城域网到需求而发展起来的，将c w d m 传输系统和 高性能路由交换机连接起来就构成宽带p 城域网。另外一个趋势是将c w d m 光 传输设备和路由交换机结合在一起，这就可以由路由交换机端口直接驱动光传输 设备。最简单情况，一根光纤只传输一路数据时，在裸光纤上直接运行吉位以太 网( g e ) 。如果需要传输多路数据可采用c w d m 系统，根据需要逐步增加波长通 道。 宽带口城域网采用i po v e rc w d m 系统和n x g e 帧格式。传输采用c w d m 系统，路由器采用n x g e 端e l 较s d h 端口要便宜得多。因此，i po v e l c w d m 系统 的成本比i po v e rd w d m 要低得多。这种系统的另外一个好处是由于采用自适应 速率对光缆的性能要求不高，一些由于性能下降原来已经不能使用的旧光缆也有 4 第一章绪论c w d m 概述及其优势 了使用价值。由于采用以太网帧格式，任何有局域网使用经验的人都可以租借， 购买光缆来构成自己的城域网甚至广域网。 i po v e rc w d m 宽带城域骨干网与1 0 0 1 0 0 0 m b s 以太网接入网可以无缝连 接，中间不需要格式转换，可以便宜高效率地实现1 0 0 1 0 0 0 mb s 接入速率的宽带 i p 城市域网。 采用子速率带宽配置技术，充分利用每个波道的容量。由于城域网波长资源 有限，单纯承载小颗粒业务对带宽的利用率不高，所以城域w d m 系统采用t - m u x ( 透明复用) 方式，将子速率带宽( 也即小颗粒业务信号) 进行“捆绑传送。 目前应用较多的是4 x 2 5 g 一1 0 g 、2 x g e 一2 5 g 、8 x g e1 0 g 、8 x f e g e 、 8 1 5 5 m + 2 x 6 2 2 m 一2 5 g 等透明复用接口。这样，可以大幅降低投资及运营成本， 城域网中业务复杂多样性的问题得到了根本的解决。 1 4c w d m 的技术标准 美国的1 4 0 0 n r n 商业利益组织正在致力于为c w d m 系统制定标准。目前建议 草案考虑的c w d m 系统波长栅格分为三个波段【2 】。“o 波段”包括四个波长：1 2 9 0 、 1 3 1 0 、1 3 3 0 和1 3 5 0 n m ，“e 波段”包括四个波长：1 3 8 0 、1 4 0 0 、1 4 2 0 和1 4 4 0 n m ，“s + c + l 波段包括从1 4 7 0 n m 到1 6 1 0 n m 的范围，间距为2 0 n m 的八个波长。这些波 长利用了光纤的全部光谱，包括在1 3 1 0 、1 5 1 0 和1 5 5 0 n m 处的传统光源，从而增 加了复用的信道数。2 0 n m 的信道间距允许利用廉价的不带冷却器的激光发射机和 宽带光滤波器，同时，它也躲开了1 2 7 0 n m 高损耗波长，并且使相邻波段之间保持 了3 0 n m 的间隙。 尽管目前还没有c w d m 的技术标准，在市场上已经存在一个事实上的城域网 标准：i e e e 已经制定了万兆以太网1 0 g e 标准。c w d m 的标准将据此来制定。 对城域网和接入网的业务提供商而言，c w d m 系统的开发及其标准的制定是 很及时的。随着宽带需求遍及边缘网络，低价传输系统就显得非常迫切。今天的 c w d m 技术正好适应了这一需求，它为城域网和接入网提供了一种可升级的体系 结构。 c w d m 的复用解复用器和激光器正在逐渐形成自己的标准。相邻波长间隔根 据无冷却的激光器在很宽的温度范围内工作产生的波长漂移来决定。目前被确定 为2 0 n m ，其中心波长为：1 4 9 1 ，1 5 1 1 ，1 5 3 l 等一直到1 6 1 l n m 。而在1 3 0 0 n m 波段，i e e e 以太网定义通道宽度为2 0 n m ，但是中心波长为1 2 9 0 ，1 3 1 0 ，1 3 3 0 和1 3 5 0 n m 。在 5 电子科技大学硕士学位论文 1 4 0 0 n m 波段如何定义还不知道。目前已经成立c w d m 用户组开始结束c w d m 城 域网标准的混乱状态。 虽然c w d m 目前尚没有形成统一的技术标准，不过，c w d m 用户组已经成 立，估计不远的将来，这种混乱的局面将结束。目前已经有设备生产厂商着手开发 c w d m 的传输设备，并已经有设备投入商用化，能够支持从1 0 0 m b i t s 2 5 g b i t s 的传输速率。 粗波分复用c w d m 系统是一种适合宽带城域网使用的波分复用系统。这项技 术正在发展中，有着良好的发展前景。我国目前正在进行宽带m 网建设，及时采 用c w d m 技术可以降低成本，促进发展建设。 1 5c w d m 系统中心波长研究 只有保证了各厂商设备中心波长一致， 中心波长的规范是标准化工作的重点之一， 中心波长进行规范。 才能保证系统的互连互通，因此系统 i t u t 专门用g 6 9 4 2 这建议对系统 在老版本的粗波分复用系统的波长划分的建议( g 6 9 4 2 ) 中将系统中心波 长定义1 4 7 0 n m - - - 1 6 1 0 r i m 处。但是经过研究，认为这样并不是最佳方案【l 】。 粗波分复用系统由于采用无制冷的激光器，使得系统所使用的通道中心波长 在全工作温度范围内( 0 - - 7 0 0 c ) 的漂移相当大，一般考虑无致冷激光器的热漂移 系数约为0 0 8 n m o c ，通常我们考虑激光器的标称中心波长值是在常温下测得的， 即在2 3 0 c 左右。另一方面，无源器件的滤波特性几乎不随温度的变化而变化( 相对 于激光器的波长漂移而言) ，也就意味着，在整个工作温度范围内，无源器件的滤 波特性可以认为是稳定的。基于该波长稳定性，需要做如下考虑【2 3 】： 在正常的工作温度2 3 0 c 下，此时激光器的发射波长为标称波长1 4 7 0 n m 、 1 4 9 0 r i m 1 6 1 0 r i m ( 设为x o ) ，而激光器的工作温度范围为0 - 7 0 0 c ，激光器从2 3 0 c 向0 0 c 的波长漂移为 五o + o 0 8 n m 。c ( 0 2 3 ) 。c = 2 0 一1 8 4 n m ( 1 1 ) 而从2 3 0 c 向7 0 0 c 的波长漂移为 2 0 + 0 0 8 n m 。c ( 7 0 - 2 3 ) 。c = 2 0 + 3 7 6 n m( 1 2 ) 如果无源器件的标称中心波长( 即系统中心波长) 和激光器的发射标称波长 一致同为九o ，则在7 0 0 c 时激光器的波长比较接近系统通带的上限，如果激光器2 3 0 c 偏离标称波长太远就极易跑到系统带外。 6 第一章绪论c w d m 概述及其优势 为了优化粗波分复用系统在整个温度范围内的性能，无源器件的标称中心波 长( 即系统的中心波长) 应该对准激光器在3 5 0 c 时的输出信号波长，因为3 5 0 c 正好在整个工作温度范围的中间。也就是说，无源器件的标称中心波长应该是九。 加上激光器输出从2 3 0 c 到3 5 0 c 的波长漂移值，即 名o + 0 0 8 n m oc ( 3 5 2 3 ) 。c = a o + i n t o( 1 3 ) 所以系统中心波长应该定义到1 4 7 1 n m - - - 1 6 1 1 衄( 即九o + 1 1 1 1 1 1 ) 处，此时激光器在 2 3 。c 下的标称发射波长还是1 4 7 0 n m - 1 6 1 0 n m ( l o ) ，而光无源器件( 光复用解复 用器、光分插复用器) 则采用1 4 7 1 n m 1 6 1 l n m ( 九o + l n m ) ，再进一步定义激光器的 中心波长偏移在0 0 c , - , 7 0 0 c 温度范围内为九o 5 5 n m 九o + 7 5 n m ，这样能够保证系 统工作在最佳的状态下。而总的无源器件带宽和激光器的总波长偏移范围仍