OPM介紹及在40G光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

OPM作為一個(gè)在線模塊，相對(duì)于光譜儀和光功率計(jì)而言其最大的優(yōu)勢(shì)還是體現(xiàn)在其低廉的價(jià)格和高度的集成性。越來(lái)越復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和越來(lái)越快的傳輸速度，使得OPM承擔(dān)的作用和重要性也越來(lái)越大。針對(duì)40Gbps信號(hào)的特點(diǎn)，OPM主要面臨以下幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)和需要改進(jìn)的地方：

3.1 尋峰

無(wú)論在任何系統(tǒng)中，首先關(guān)注的問題是OPM能否正確監(jiān)測(cè)出信號(hào)光。實(shí)際使用環(huán)境中，往往是10G信號(hào)與40G信號(hào)混傳的方式，不同的信號(hào)光在經(jīng)過摻鉺光纖放大器（EDFA）、光上下話路（OAMD）等等器件之后，整個(gè)光譜以及信號(hào)光的譜型將發(fā)生很大變化，特別是40G信號(hào)自身的展寬影響，這些都要求尋峰算法提出新的要求。尋峰錯(cuò)誤主要體現(xiàn)為兩種：

1、誤檢

誤檢，即將實(shí)際不存在的光信號(hào)上報(bào)。在實(shí)際測(cè)試中，產(chǎn)生誤檢的原因主要有：1）噪聲過大，被誤判為信號(hào)；2）信號(hào)光的邊模等現(xiàn)象被誤判為信號(hào)。對(duì)于10G系統(tǒng)由于10G信號(hào)本身光譜特性與噪聲背景及毛刺有很大差異，比較容易區(qū)分，而對(duì)于40G系統(tǒng)，由于光譜展寬，使得光信號(hào)與噪聲在各種器件后產(chǎn)生的譜形相當(dāng)接近，因而容易產(chǎn)生誤檢。

2、漏波

所謂漏檢，即沒有上報(bào)出實(shí)際存在的光信號(hào)。在實(shí)際測(cè)試中，產(chǎn)生漏檢的原因主要有：1）信號(hào)過低，低于OPM所設(shè)置的光功率閾值；2）信號(hào)間隔過窄，超出了OPM所設(shè)置的信道間隔閾值。對(duì)于40G信號(hào)，由于信號(hào)光譜展寬，其信號(hào)峰值與信號(hào)功率有很大差異，使得基于峰值光功率的判決方式往往導(dǎo)致漏檢。同時(shí)，由于光譜展寬，使得信號(hào)峰值位置定位出現(xiàn)偏差，信道間隔計(jì)算誤差較大，一旦計(jì)算結(jié)果偏小也可能導(dǎo)致漏檢。

由此可以看出，對(duì)40G信號(hào)，信號(hào)的自身展寬及信號(hào)對(duì)其他通道的串?dāng)_加劇是導(dǎo)致尋峰判決更加困難。通過對(duì)各種40G信號(hào)的光譜特征及40G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的特點(diǎn)，建立完善和準(zhǔn)確的判決條件是保障OPM正確尋峰的基本條件。

3.2不同碼型及速率的識(shí)別

全光網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架和智能網(wǎng)絡(luò)的概念普及，最終需要實(shí)現(xiàn)的是不同廠家、不同規(guī)格的光網(wǎng)絡(luò)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的透明傳輸。這就為OPM提出了一個(gè)新的課題：識(shí)別不同碼型及速率。

由表2可以看到，不同的碼型和速率組合得到的光譜形狀不同，這就為OPM提供了識(shí)別不同速率和碼型的理論依據(jù)。

圖3為Accelink的OPM產(chǎn)品的測(cè)試光譜，其中比較了OSA和OPM實(shí)測(cè)40G NRZ和40G NRZ-DPSK的光譜對(duì)比。從圖中可以看出，除了動(dòng)態(tài)范圍的差異，OSA和OPM都能很好的反應(yīng)出40G信號(hào)下兩種碼型的譜寬，從而說(shuō)明通過對(duì)各種碼型的光譜特征的細(xì)致研究，OPM識(shí)別碼型的功能是可以實(shí)現(xiàn)的。

圖3 OSA和OPM測(cè)試的40G NRZ和NRZ-DPSK的光譜對(duì)比

3.3中心波長(zhǎng)的計(jì)算

對(duì)40G信號(hào)的中心波長(zhǎng)計(jì)算，如果采用原有針對(duì)10G信號(hào)的中心波長(zhǎng)算法，則可能導(dǎo)致波長(zhǎng)探測(cè)精度超標(biāo)，這主要是40G傳輸速率下，信號(hào)光譜展寬造成的。OPM自身帶寬及采集點(diǎn)數(shù)量的限制，導(dǎo)致在光譜展寬的情況下，峰值附近的采樣點(diǎn)的大小差異進(jìn)一步減小，計(jì)算中心波長(zhǎng)的條件減弱，從而最終影響其中心波長(zhǎng)的精度。

針對(duì)各種不同編碼的40G信號(hào)的差異，研究不同的中心波長(zhǎng)計(jì)算方法，是提高40G系統(tǒng)下中心波長(zhǎng)計(jì)算準(zhǔn)確的必要手段。

3.4光功率的計(jì)算；

信號(hào)光功率的計(jì)算是40G系統(tǒng)對(duì)OPM要求最為嚴(yán)格的指標(biāo)之一，也是實(shí)現(xiàn)智能管理的關(guān)鍵指標(biāo)之一。OPM的信號(hào)光功率的計(jì)算準(zhǔn)確度主要取決于數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性及功率積分帶寬的選擇。相對(duì)于10G信號(hào)的光功率計(jì)算的方法，OPM在計(jì)算40G信號(hào)光功率時(shí)，其主要的差別在于參數(shù)的配置及功率校準(zhǔn)的方式。

另一方面，40G信號(hào)間的串?dāng)_問題也是影響計(jì)算功率準(zhǔn)確度的重要因素。在很多實(shí)際的50GHz通道間隔系統(tǒng)中，相鄰信道40G信號(hào)間的串?dāng)_是非常嚴(yán)重的。對(duì)于10G和40G混傳的系統(tǒng)，40G信號(hào)對(duì)10G的影響也是較明顯。因此，對(duì)于40G信號(hào)的光功率計(jì)算，需要重點(diǎn)解決的一個(gè)問題就是碼型的識(shí)別，從而進(jìn)行差異化的參數(shù)配置和處理方式。

3.5OSNR的計(jì)算

對(duì)于OSNR的計(jì)算，傳統(tǒng)的方法是外插法，即在信號(hào)光帶寬以外尋找噪聲點(diǎn)，從而估算信號(hào)的噪聲水平。對(duì)于OPM而言，信號(hào)經(jīng)過分光系統(tǒng)后會(huì)發(fā)生展寬，在采用外插法之前，需經(jīng)過去卷積的運(yùn)算，來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行還原。這種計(jì)算方法基本能夠滿足目前實(shí)際10G傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用方式，可以較為準(zhǔn)確的計(jì)算出信號(hào)的OSNR。

對(duì)于40G信號(hào)而言，由于光譜展寬往往超過了DWDM的噪聲測(cè)試點(diǎn)，原有的噪聲測(cè)試點(diǎn)上同時(shí)有信號(hào)的存在，外插法已不再適用，在這種情況下可采用帶內(nèi)測(cè)試的方案。帶內(nèi)法即噪聲點(diǎn)的選取在信號(hào)帶寬范圍之內(nèi)，一般采用信號(hào)光和噪聲光不同的偏振特性來(lái)進(jìn)行信號(hào)光與噪聲光的分離，從而準(zhǔn)確的得出OSNR，這將是OPM發(fā)展的一個(gè)重要技術(shù)方向。

實(shí)際40G傳輸系統(tǒng)，由于多采用相位調(diào)制的碼型，而這種碼型在接受端對(duì)信號(hào)OSNR要求遠(yuǎn)低于10G調(diào)幅的解調(diào)方式，所以O(shè)SNR在40G光網(wǎng)絡(luò)中往往作為一個(gè)參考的指標(biāo)出現(xiàn)，不再成為評(píng)估系統(tǒng)性能最重要的參數(shù)之一，對(duì)OPM測(cè)試OSNR的范圍和精度也有適度的放松。

4 OPM在40G中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)廠家明確提出了40G OPM的規(guī)格需求，OPM供應(yīng)廠家也能夠在一些常用的碼型下滿足客戶的需求。以Accelink的OPM產(chǎn)品為例，該產(chǎn)品在滿足40G網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，兼容10G信號(hào)的識(shí)別，支持多種碼型混傳的識(shí)別、計(jì)算功能，其中包含DPSK，DQPSK等。特別值得一提的是，OPM支持50GHz間隔下40Gbps信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別功能，最大可同時(shí)識(shí)別96個(gè)信道，掃描速度小于200ms。

雖然OPM在40G光網(wǎng)絡(luò)中有所突破，但全面智能的實(shí)現(xiàn)40G環(huán)境應(yīng)用，還需要進(jìn)一步提升OPM自身的性能指標(biāo)，并加強(qiáng)應(yīng)用環(huán)境的研究，才能最終滿足系統(tǒng)的需求。

OPM需求重點(diǎn)研究的問題如下：

1、40G光傳輸網(wǎng)絡(luò)的各種碼型特征；

2、40G光傳輸網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，特別是各種信號(hào)混傳下的光譜特性分析；

3、40G光傳輸網(wǎng)絡(luò)下對(duì)50GHz間隔的信號(hào)處理方式；

4、帶內(nèi)法測(cè)試OSNR的技術(shù)；

5、低成本的解決方案。

總的來(lái)說(shuō)，無(wú)論從技術(shù)手段還是應(yīng)用需求，OPM能夠適應(yīng)40G光傳輸網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也必須滿足40G光傳輸網(wǎng)絡(luò)的需求。目前的OPM在40G光傳輸網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用才剛剛起步，需要研究和改進(jìn)的地方還很多。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著40G光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，OPM面臨了諸多新的問題，如帶內(nèi)OSNR測(cè)試方法、復(fù)雜構(gòu)建下信號(hào)的識(shí)別、越來(lái)越小的通道間隔、多碼型的識(shí)別等等，但最大的問題還是OPM的成本問題。隨著光網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)速率的提高及智能化的程度不斷提升，系統(tǒng)對(duì)OPM模塊的需求越來(lái)越大，提出的要求也越來(lái)越高，OPM模塊只有不斷改進(jìn)和完善，適應(yīng)新的需求，才能進(jìn)一步為光網(wǎng)絡(luò)的安全和穩(wěn)定提供保證。