40G光传输网络中的OPM应用

1 OPM简介

早在2000年，随着光通信行业的兴起，OPM作为一个在线监测通道光功率、中心波长及光信噪比（OSNR）等指标的功能模块已经引起人们的关注，也有相应的产品面世，但一直未能在实际系统中大规模的使用。直到2008年，随着ROADM的技术成熟，智能光网络的发展和3G网络的推广，OPM才逐渐由一个可选配件成为光网络构建中不可或缺的一部分，在实际光网络中大量使用。

图1 OPM的应用节点示意图

作为一个类似光谱仪的小型光谱监测模块，实现的技术手段种类繁多，但能够在市场上推广应用的主要有两种：一种是基于衍射型的结构，主要由体光栅和阵列探测器组成，其生产厂商有Accelink（武汉光迅科技股份有限公司）、Bayspec等；另一种是干涉型的结构，主要基于TOF（Tunable optical filter）技术，其生产厂商有Axsun、Optoplex等。两种设计方案在满足基本的光学指标要求时，各有各的优点：基于衍射型的OPM没有活动部件，能够对设定的波长范围内不同波长的光信号进行同时采样，其突出优点是寿命长、稳定性好、能够快速测量；而基于TOF技术的OPM则能在体积和成本上占据一定的优势。

表1是OPM的光学性能指标（以Accelink的产品为例）。

表1 OPM的主要性能参数

2 40G网络的应用

光网络的发展基于传输容量需求不断增长，在传统的光纤线路上来解决这个矛盾的主要手段有两种：1、提高传输速率；2、增加传输的数量。40Gbps的传输技术已经成熟并得到广泛的应用，40Gbps的光网络对很多传统的光无源器件提出了较高的色散（CD）和偏振模相关度（PMD）的要求，而对OPM而言，其主要的改变在于两点：1、不同种类的码型带来信号识别的困难；2、高速率下各种码型的展宽带来的信号计算方法的改变。

在10Gbps网络中，主要的调整手段为幅度调制，主要的传输码型为NRZ（非归零码），RZ（归零码）；而在40Gbps网络中，由于传输速率的提高，相位调制成为了主要的手段。下表列举了部分传输码型的调制方式及光谱特征，其中包含：NRZ（非归零码），RZ-50%(占空比50%的归零码)，PSBT(相位整形二进制传输)，NRZ-DPSK(非归零-差分相移键控)，RZ-50% DPSK(占空比50%的归零码-差分正交相移键控)，NRZ-DQPSK(非归零-差分正交相移键控)，RZ-50% DQPSK(占空比 50% 归零码－差分正交相移键控)，DP-DQPSK(双偏振差分正交相移键控)。

表2 各种编码的幅度、相位和光谱

目前实际40G系统使用较多的编码为NRZ-DPSK和NRZ-DQPSK，而随着光网络的发展，传输速率会进一步提高，调制解调的方式也会不断更新。100G将是未来传输网络的发展趋势。

3 OPM在40G中的应用特点

光网络的发展除了速率不断提升之外，其智能化程度也在不断提升。而智能化的管理就需要对网络的状态和信号进行实时的检测，从而进行动态的控制。对OPM而言，为光网络提供可靠、准确和实时的信息，成为光网络管理的重要环节，其作用不可小视。在40G的光传输网络中，我们首先对几种仪表及不同传输码型及速率下的测试能力进行对比，说明OPM在网络应用中的特点。

图2 测试框图

表3说明OPM的测试能力和光谱仪一致，而光功率计则只能测试光功率一项。值得一提的是，对OSNR的测试，目前OPM和OSA都是基于外插法进行测试，而对于40G传输下的光信号，由于光谱的展宽往往超出了DWDM的噪声测试点，所以无法得到准确的OSNR值，其结果仅能作为参考。

表3 OPM、光谱仪和光功率计的对比结果

OPM作为一个在线模块，相对于光谱仪和光功率计而言其最大的优势还是体现在其低廉的价格和高度的集成性。越来越复杂的网络拓扑结构和越来越快的传输速度，使得OPM承担的作用和重要性也越来越大。针对40Gbps信号的特点，OPM主要面临以下几个技术难点和需要改进的地方：

3.1 寻峰

无论在任何系统中，首先关注的问题是OPM能否正确监测出信号光。实际使用环境中，往往是10G信号与40G信号混传的方式，不同的信号光在经过掺铒光纤放大器（EDFA）、光上下话路（OAMD）等等器件之后，整个光谱以及信号光的谱型将发生很大变化，特别是40G信号自身的展宽影响，这些都要求寻峰算法提出新的要求。寻峰错误主要体现为两种：

1、误检

误检，即将实际不存在的光信号上报。在实际测试中，产生误检的原因主要有：1）噪声过大，被误判为信号；2）信号光的边模等现象被误判为信号。对于 10G系统由于10G信号本身光谱特性与噪声背景及毛刺有很大差异，比较容易区分，而对于40G系统，由于光谱展宽，使得光信号与噪声在各种器件后产生的谱形相当接近，因而容易产生误检。

2、漏波

所谓漏检，即没有上报出实际存在的光信号。在实