100 Gbit/s光放大器在数据链路采集中的应用

高志英

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

1 前言

随着互联网流量的急速增长，互联网用户数、互联网应用种类、网络带宽等都呈现出爆炸式的增长，网络支撑系统因此对于各种链路的监控需求也日趋增多。运营商大多对于GPRS网络中的Gn接口、Gi接口的流量进行采集监控，尤其是各个运营商4G网络的大规模部署，对于LTE部分接口以及互联网部分的光链路都需要进行监控。

2 光数据链路采集

为确保GPRS网络及设备安全，网络支撑系统的业务路由与GPRS网络的业务路由应相互隔离，支撑系统的前后台数据传送不应通过GPRS网络设备进行；为保证网络及设备安全，对于长期进行流量数据采集的，应通过增加分光等方式实现，通过复制链路连接监控设备进行数据的采集监测。

光路数据链路采集系统由主用链路光分路器、复制链路光放大器、复制链路光分路器组成，如图1所示。

图1 光路数据链路采集系统结构示意图

从图1中可以看到，对于需要分光采集数据的，主路（指GPRS网络Gn/Gi/IuPS/Gb等接口）只能进行一次分光，主用链路光分路器采用1：2分光，主路功率占比应大于等于70%。

由于复制链路光信号仅为主用链路光信号的20%～30%，若增加光放大器对信号进行再生放大，信号传输距离受衰减的制约，后端的监控设备将无法采集到监测信号。

复制链路光分路器采用1：4分光或1：8分光，各支路按平均分光。

3 光放大器

目前，光放大器技术主要是掺铒光纤放大器（EDFA）、光放大中继器（OEO）及半导体放大器（SOA）。3种不同的光放大技术存在的主要特点如表1所示。

表1 各类光放大技术特点

考虑到目前的技术成熟度、产品成本等综合因素，在数据链路采集中100 Gbit/s光放大器采用SOA技术。

SOA是一种使用半导体放大原理的光放大器，放大特性主要决定于激光腔的反射特性与有源层的介质特性。SOA与光纤链路连接示意图如图2所示。

载有原始数据的光输入信号通过耦合光设备进入半导体光放大器的有源区。注入电流提供泵浦在导带上的电子必需的外部能量。输入信号光子激发电子—空穴复合，并辐射出与输入信号相同的光子。

半导体光放大器的主要优点：

（1） SOA能工作在1 310 nm和1 550 nm两个波长窗口上，甚至能同时工作在两个波长窗口上；（2）SOA有较宽的工作带宽；（3）SOA能够和其它的半导体器件和光学器件集成为一个芯片，称为光电集成电路。

半导体光放大器的主要缺点：

（1） SOA存在相对较高的串扰和噪声；（2）SOA对偏振较敏感，而且对于温度敏感；（3）半导体光放大器与光纤耦合的效率较低。

SOA主要的性能参数如表2所示。

4 100 Gbit/s光放大器在现网中的部署方案

图2 SOA与光纤链路连接示意图

100 Gbit/s光放大器与分光器配合，用于对现网100 Gbit/s信号进行分光、放大、复制，以方便后续信号分析处理。因此设置系统参考配置模型及定义系统接口参考点如图3所示。S点表示信号发射机输出接口之后光纤连接处的参考点；A1点表示信号经非均匀分光后主链路正常传输之前的参考点；A2点表示信号经非均匀分光后光放大器输入接口之前的参考点；B点表示信号光放大器输出接口之后的参考点；Sn′点表示信号经均匀分光器后输出接口之后光纤连接处的参考点。

表2 SOA性能参数表

图3 系统参考配置模型

4.1 非均匀分光

目前，现网中100 Gbit/s信号源输出信号一般通过CFP或CFP2模块，输出信号为4×25 Gbit/s的波分信号，输出信号总功率一般在5 dBm左右，单波约0 dBm。

为保证主链路分光损耗小，考虑按照80：20的分光比进行分光，其中80%的信号光返回主用链路，分光损耗小于1.2 dB，20%的复制信号分光损耗小于8 dB。

非均匀分光前光强要求：为了保证进入20%的复制信号能进行正常放大，需要保证分光前光强大于-7 dBm，即要求S点功率Ps大于-7 dBm。

4.2 100 Gbit/s光放大器

考虑到100 Gbit/s信号源可能来自远端，在光纤传输中本身还有一定的光传输损耗，同时考虑到需要复制多份又会带来损耗，在二次分光即均匀分光前必须通过SOA光放大器进行光放大处理。经过SOA放大后，每路信号功率可以恢复到0 dBm。

100 Gbit/s光放大器光强要求：20%复制信号光功率在考虑1分2损耗与传输损耗后，需要保证进入光放大器时A2大于-15 dBm。

4.3 二次分光均匀复制

原20%信号在经过光放大后，恢复到每波0 dBm。后端分析设备的100 G CFP或者CFP2光模块的接收灵敏度在-10 dBm左右。如进行1：8分光，每路输出衰减10 dBm，为-10 dBm，接近或低于后端分析设备的接收灵敏度。因此，在进行均匀复制多份给多个后台系统使用时，建议使用1：4均匀分光。

二次分光后光强要求：二次分光后要求Sn′信号的功率大于-10 dBm，以满足CFP/CFP2光模块光灵敏度要求，因此通过SOA放大后，链路可以容忍10 dBm光损耗，通常1：4均分损耗为6.5 dB左右，1：8均分损耗为10 dB左右。建议二次分光的分光器采用均分1：4，以满足系统最佳配置及应用。

5 结束语

随着各种业务的飞速发展，业务的灵活调度、可监控性成为了各个运营商的关注点。100 Gbit/s光放大器在数据链路采集中的应用，大大提高了链路可监控分析的灵活性，适应了网络发展的需要。

[1]韦乐平.智能光网络的发展与演进结构[M].北京：电子工业出版社，2002.

[2]Gerd Keiser.光纤通信（第三版）[M].李玉权, 崔敏, 浦涛,等, 译.北京：电子工业出版社，2002.