国产FPGA助力长跨度光纤传输系统
1、光纤传输系统发展
光纤传输系统由PDH发展到SDH,再到后来的WDM系统,从最初的单波长通道发展到多波长通道,光纤通信系统的传输容量在不断提高,光纤传输系统未来会继续沿着超高速、超大容量、超长距离传输的方向发展。
光纤在长距离传输时,存在一定的损耗和色散,导致光信号能量降低,为了加长通信距离需要在通信线路中设置一定数量的中继器,以便使衰减的光信号强度得到补充。中继器都是采用光-电-光的转换方式,即O/E/O变换,具有成本高、系统复杂、可靠性降低等缺欠。80年代末至90年代初,研制成掺铒光纤放大器(EDFA)代替长距离光纤通信系统中传统的光-电-光混合式中继器,奠定了高速大容量WDM光通信系统与网络大规模应用的基础。这项威廉希尔官方网站
不仅解决了衰减对光网络传输速率与距离的限制,更重要的是它开创了1550nm频段的波分复用,从而使超高速、超大容量、超长距离的波分复用(WDM)、密集波分复用(DWDM)、全光传输、光孤子传输等成为现实,是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑。光纤放大器在光缆电视(CATV)、光纤传感、空间光通信、光雷达、光加工等威廉希尔官方网站
领域有着广泛应用。使用光纤放大器可大大提高光纤传输系统的容量和单跨段传输距离,在骨干网传输中,光纤放大器的应用可以大大减少长途干线系统的再生中继器的数量。
图 光纤放大器在CATV传输系统中的应用
图 光纤放大器在DWDM系统中的应用
2、长跨度光纤传输系统关键器件
—光纤放大器
光纤放大器一般由增益介质、泵浦光和输入输出耦合结构组成,目前光纤放大器主要有掺铒光纤放大器(EDFA)、半导体光放大器(SOA)和拉曼光纤放大器(RFA)三种。根据光纤放大器在光线路中的位置和作用,一般分为前置放大器(PA)、线路放大器(LA)和功率放大器(BA)三种。现已广泛应用于长距离、大容量、高速率的相干光系统、光孤子通信系统、WDM或OFDM系统、光纤CATV系统、特种专用系统(雷达多路数据复接、数据传输等)领域,用作功率放大、中继放大、前置放大。
图 掺铒光纤放大器(EDFA)模型
3、基于亿海神针系列FPGA应用案例
— EDFA
中科亿海微亿海神针系列FPGA逻辑资源覆盖9K~130K,可以用于实现掺铒光纤放大器EDFA的控制电路功能。我司亿海神针系列FPGA的典型应用案例如下图所示,其中FPGA可实现压控恒流源的高速PID控制,TEC温控系统的PID控制,并完成与上位管理单元的通信功能。
图 FPGA在EDFA上应用架构图
优势:
1)基于光纤放大器的应用场景复杂,多为客户定制产品,产品研发周期较长,利用FPGA实现的光纤放大器,可根据不同用户场景需求进行电路参数的快速多样性研发设计,加快研发进度;
2)FPGA的灵活性设计平台,提高研发效率,进而可以降低产品研发成本;
3)光纤放大器控制电路部分多为实时性控制功能,利用FPGA可提高控制信号的响应速度;
4)对电路参数变化、激光器性能变化适应性好,一定程度上加强了通用性;
5)利用FPGA控制,系统更加容易扩展,提升了可靠性。
公司情况
中科亿海微电子科技(苏州)有限公司,是中国科学院“可编程芯片与系统”研究领域的科研与产业化团队,按照国家创新驱动发展战略,发起成立的以“可编程逻辑芯片与可重构系统”为威廉希尔官方网站 特色的高新威廉希尔官方网站 企业。公司坚持全正向英国威廉希尔公司网站 路线,自主研制具有高可靠性的嵌入式可编程电路IP核、可编程逻辑芯片、EDA软件与可重构系统,提供具有高性能和自适应计算的行业解决方案和集成电路设计服务,具有较完善的知识产权保护体系。
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