摘要：目前，光传输中的40GB/S技术主要用于长距离（40KM以上）的传输，然而在一些特定场所，此项长距传输技术并没有任何竞争优势，如：大规模、大容量、甚短距离的光传输环境中，由于其成本较高，造成此类技术的使用境地比较尴尬，因此，迫切需要找到一种比现有40GB/S光传输方案的成本更低、竞争优势更明显的方案。
关键词：甚短距离；垂直腔面激光器；驱动器
1前言
随着互联网的飞速发展，用户对于带宽的需求呈现爆炸式增长，而且越来越多的路由器（ROUTE）、异步传输设备（ATM）、密集波分复用设备（DWDM）等通信设备都安置在同间机房内。由于这些通信设备通常使用光纤连接，而且距离一般要小于600米，但是，由于长距离光传输技术成本较高，所以在短距离内使用本技术显然是不合适的。
据统计显示，超过75%的所有互连设备是在100米以内，这些通信设备之间的光学设备的互连由光收发器模块来实现。传统的光收发模块STM-256接口主要为局间的长距离连接而设计，不适合大规模、甚短距离的使用。在此环境下，OC-768/VSR5-1.0协议技术应运而生。
OC-768/VSR5-1.0协议能够显著地降低网络的复杂性和运营成本，并以高性价比的技术解决方案满足大多数应用场合的需求。OC-768/VSR5-1.0协议技术方案，具有市场前景广阔、应用广泛、兼容性好、技术可行、经济可行等特点。
2 VSR5系统的原理和结构
VSR（very short reach）是一种物理层传输技术，传输距离在600米，主要以850nm垂直腔面发射激光器（垂直腔面发射激光器、垂直腔面发射激光器10Gbit/s和40Gbit/s）和阵列to.vcsel数据传输是一种新型半导体激光器，其外侧边缘发射激光要求垂直于衬底，近场和远场的这种独特的装置结构易于实现发散角小且对称的二维数组，与光纤的耦合效率大大提高。短腔长导致纵模间距大，在很宽的温度范围内容易获得单纵模工作。自发发射因子比普通边发射激光器提高几个数量级，导致许多物理性能大大提高，可大大降低器件功耗和热能耗，易于研制高密度大规模集成激光器面阵.VCSEL的制备和测试工艺完成在分管和封装工艺之前，与平面硅工艺完全兼容，满足了低成本、大规模制备这一现代工业的关键要求。
由于传输距离短，它不会像长距离光传输，仅使用单一的串行传输，也可以使用多光纤并行传输。经过综合计算，当速度大于10Gbit/s，VSR技术具有非常大的成本优势（如成本10Gbit/s VSR光模块是10Gbit/s收发器节约近34），功耗很低的光模块，，因此VSR技术主要应用于OC-192（STM-64）和OC-768（STM-256）速率等级上。
在任一解决方案中，接口模块由转换器集成电路、光发射模块和光接收模块组成。电气接口可用于传输SDH数据帧格式字符串，转换成帧器接口（SFI5即SERDES），包括物理标准的规定，对信令协议和数据格式等总线通信。
在信号的传输方向，转换器集成电路是16位的位宽度的作用，工作时钟频率为2.488GHz的数据总线传来的电信号映射入光发射信道中，驱动激光器发射光脉冲信号。在信号接收方向上，将光接收器传来的信号重新组合成16bit位宽、带宽为2.488GHz的数据总线。
2.1 12路并行光技术方案
所谓“12路并行光学技术”方案是指激光器阵列由12个850nm垂直腔面发射激光器（VCSEL）取代传统的串行单激光接口。通过SFI5接口转换器集成电路，从STM-256外部接收到工作频率为2.488GHZ的16位数据总线的电信号，其工作时钟频率为2.488GHz。16位宽的并行数据流被映射入12路并行发射信道中，驱动VCSEL发光阵列发射激光。光发射模块将12路光信号耦合入一个12芯的带状多模光纤光缆中，并以3.318Gb/s的速率在光缆中传输。在光接收端是一个相应的1×12探测器阵列完成光/电转换。如果使用标准的50/125μm，带宽为400或500MHz?km的多模光纤，其链路长度可达100m。如果使用50/125μm，带宽为2000MHz?km的高带宽多模光纤，其链路长度最长可达300m。
12路并行光传输信道的产生是以图1所示的方式进行的。由图中可以看到，STM-256帧前面的704个字节保留为将来使用，被标记为Xn，接着是4个未扰码的A1字节，再接着是12个计算出的比特间差奇偶校验字节（BIP-8），然后是48个未扰码的A1字节，再后面是64个未扰码的A2字节，接下去又有704个字节保留为将来使用。转换器集成电路将STM-256帧以字节为单位进行分割并依次分别装入12路光传输信道中。STM-256帧的第一个字节被放入信道0中，第二个字节被放入信道1中，依次类推。在信道0中的STM-256帧的第一个字节是最先被发射，最先被接收。
图1 STM-256帧字节在12路传输信道中的映射格式
在数据信号接收方向上，以 3.318Gb/s 速率进入转换器集成电路的数据信号被重新组合成 16 位宽的并行数据流。在这一过程中，帧的组合方式与数据信号在发送方向上帧的组合方式相同。
2.2 单模光纤（SMF）4×10Gb/s CWDM光技术方案
在单模光纤（SMF）4×10Gb/s CWDM 光技术方案中，转换器集成电路接收 STM- 256 成帧器或 G.709FEC 处理器通过 16 位数据总线传来的信号，并将16位数据流映射入4路传输速率为10.264Gb/s（无 FEC）或11.09Gb/s（G.709 FEC 速率）的并行发射信道中，分别驱动4个波长在1269.0~1355.9nm的激光器。每个激光器的中心波长间隔为24.5nm。从激光器发出的光经一个光波分复用器耦合到一根标准的单模光纤（G.652）中，复用后的信号以 41.056~44.36Gb/s 的速率在光纤链路上传输，其链路长度可达 2000m。
在接收方向，从单模光纤中以 41.056~44.36Gb/s速率传来的光信号，经光波解复用器分成 4 路光信号被光接收器转换成电信号后送入转换器集成电路中，然后重新组合成 16 位宽的并行数据流通过 SFI- 5 电接口发送出去。
在数据接收方向上所做的字节对准，就是将比特01作为一个标志，01比特的后面要跟着3个10比特，再接着又是一个01比特作为下一帧的开始。在这些标志比特之间的是64个经扰码的数据比特。图3示出了将STM-256帧映射入4个波长的光发射信道的格式。
3 结语
随着网络市场上对带宽的持续需求和技术进步，以及对开发低成本短距离通讯技术的热情，使人们越来越重视40GB/S VSR 光接口模块的发展，相信不远的将来，会使 40GB/S VSR 光传输系统获得广泛的应用。
参考文献
[1]贾久春陈弘达左超等.40Gb/s甚短距离（VSR）光传输技术[J].光通信技术.2006（02）
[2]王晓明王志功黄頲等.甚短距离光传输技术[J].东南大学学报（自然科学版）.2003（06）
论文作者:王志
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第18期
论文发表时间:2017/12/7
标签：激光器论文; 技术论文; 字节论文; 光纤论文; 信号论文; 模块论文; 速率论文; 《建筑学研究前沿》2017年第18期论文;