OPM介紹及在40G光網絡的應用

OPM作為一個在線模塊，相對于光譜儀和光功率計而言其最大的優勢還是體現在其低廉的價格和高度的集成性。越來越復雜的網絡拓撲結構和越來越快的傳輸速度，使得OPM承擔的作用和重要性也越來越大。針對40Gbps信號的特點，OPM主要面臨以下幾個技術難點和需要改進的地方：

3.1 尋峰

無論在任何系統中，首先關注的問題是OPM能否正確監測出信號光。實際使用環境中，往往是10G信號與40G信號混傳的方式，不同的信號光在經過摻鉺光纖放大器（EDFA）、光上下話路（OAMD）等等器件之后，整個光譜以及信號光的譜型將發生很大變化，特別是40G信號自身的展寬影響，這些都要求尋峰算法提出新的要求。尋峰錯誤主要體現為兩種：

1、誤檢

誤檢，即將實際不存在的光信號上報。在實際測試中，產生誤檢的原因主要有：1）噪聲過大，被誤判為信號；2）信號光的邊模等現象被誤判為信號。對于10G系統由于10G信號本身光譜特性與噪聲背景及毛刺有很大差異，比較容易區分，而對于40G系統，由于光譜展寬，使得光信號與噪聲在各種器件后產生的譜形相當接近，因而容易產生誤檢。

2、漏波

所謂漏檢，即沒有上報出實際存在的光信號。在實際測試中，產生漏檢的原因主要有：1）信號過低，低于OPM所設置的光功率閾值；2）信號間隔過窄，超出了OPM所設置的信道間隔閾值。對于40G信號，由于信號光譜展寬，其信號峰值與信號功率有很大差異，使得基于峰值光功率的判決方式往往導致漏檢。同時，由于光譜展寬，使得信號峰值位置定位出現偏差，信道間隔計算誤差較大，一旦計算結果偏小也可能導致漏檢。

由此可以看出，對40G信號，信號的自身展寬及信號對其他通道的串擾加劇是導致尋峰判決更加困難。通過對各種40G信號的光譜特征及40G網絡應用的特點，建立完善和準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別

全光網絡的構架和智能網絡的概念普及，最終需要實現的是不同廠家、不同規格的光網絡對接，實現光信號的透明傳輸。這就為OPM提出了一個新的課題：識別不同碼型及速率。

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提供了識別不同速率和碼型的理論依據。

圖3為Accelink的OPM產品的測試光譜，其中比較了OSA和OPM實測40G NRZ和40G NRZ-DPSK的光譜對比。從圖中可以看出，除了動態范圍的差異，OSA和OPM都能很好的反應出40G信號下兩種碼型的譜寬，從而說明通過對各種碼型的光譜特征的細致研究，OPM識別碼型的功能是可以實現的。

圖3 OSA和OPM測試的40G NRZ和NRZ-DPSK的光譜對比

3.3中心波長的計算

對40G信號的中心波長計算，如果采用原有針對10G信號的中心波長算法，則可能導致波長探測精度超標，這主要是40G傳輸速率下，信號光譜展寬造成的。OPM自身帶寬及采集點數量的限制，導致在光譜展寬的情況下，峰值附近的采樣點的大小差異進一步減小，計算中心波長的條件減弱，從而最終影響其中心波長的精度。

針對各種不同編碼的40G信號的差異，研究不同的中心波長計算方法，是提高40G系統下中心波長計算準確的必要手段。

3.4光功率的計算；

信號光功率的計算是40G系統對OPM要求最為嚴格的指標之一，也是實現智能管理的關鍵指標之一。OPM的信號光功率的計算準確度主要取決于數據的穩定性及功率積分帶寬的選擇。相對于10G信號的光功率計算的方法，OPM在計算40G信號光功率時，其主要的差別在于參數的配置及功率校準的方式。

另一方面，40G信號間的串擾問題也是影響計算功率準確度的重要因素。在很多實際的50GHz通道間隔系統中，相鄰信道40G信號間的串擾是非常嚴重的。對于10G和40G混傳的系統，40G信號對10G的影響也是較明顯。因此，對于40G信號的光功率計算，需要重點解決的一個問題就是碼型的識別，從而進行差異化的參數配置和處理方式。

3.5OSNR的計算

對于OSNR的計算，傳統的方法是外插法，即在信號光帶寬以外尋找噪聲點，從而估算信號的噪聲水平。對于OPM而言，信號經過分光系統后會發生展寬，在采用外插法之前，需經過去卷積的運算，來對信號進行還原。這種計算方法基本能夠滿足目前實際10G傳輸系統的應用方式，可以較為準確的計算出信號的OSNR。

對于40G信號而言，由于光譜展寬往往超過了DWDM的噪聲測試點，原有的噪聲測試點上同時有信號的存在，外插法已不再適用，在這種情況下可采用帶內測試的方案。帶內法即噪聲點的選取在信號帶寬范圍之內，一般采用信號光和噪聲光不同的偏振特性來進行信號光與噪聲光的分離，從而準確的得出OSNR，這將是OPM發展的一個重要技術方向。

實際40G傳輸系統，由于多采用相位調制的碼型，而這種碼型在接受端對信號OSNR要求遠低于10G調幅的解調方式，所以OSNR在40G光網絡中往往作為一個參考的指標出現，不再成為評估系統性能最重要的參數之一，對OPM測試OSNR的范圍和精度也有適度的放松。

4 OPM在40G中的應用現狀

目前，光網絡系統設計廠家明確提出了40G OPM的規格需求，OPM供應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產品為例，該產品在滿足40G網絡的同時，兼容10G信號的識別，支持多種碼型混傳的識別、計算功能，其中包含DPSK，DQPSK等。特別值得一提的是，OPM支持50GHz間隔下40Gbps信號的網絡識別功能，最大可同時識別96個信道，掃描速度小于200ms。

雖然OPM在40G光網絡中有所突破，但全面智能的實現40G環境應用，還需要進一步提升OPM自身的性能指標，并加強應用環境的研究，才能最終滿足系統的需求。

OPM需求重點研究的問題如下：

1、40G光傳輸網絡的各種碼型特征；

2、40G光傳輸網絡的特點，特別是各種信號混傳下的光譜特性分析；

3、40G光傳輸網絡下對50GHz間隔的信號處理方式；

4、帶內法測試OSNR的技術；

5、低成本的解決方案。

總的來說，無論從技術手段還是應用需求，OPM能夠適應40G光傳輸網絡的發展也必須滿足40G光傳輸網絡的需求。目前的OPM在40G光傳輸網絡的應用才剛剛起步，需要研究和改進的地方還很多。

5 結束語

隨著40G光網絡的應用，OPM面臨了諸多新的問題，如帶內OSNR測試方法、復雜構建下信號的識別、越來越小的通道間隔、多碼型的識別等等，但最大的問題還是OPM的成本問題。隨著光網絡不斷發展，網絡速率的提高及智能化的程度不斷提升，系統對OPM模塊的需求越來越大，提出的要求也越來越高，OPM模塊只有不斷改進和完善，適應新的需求，才能進一步為光網絡的安全和穩定提供保證。