国产FPGA助力长跨度光纤传输系统

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。这项技术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、光加工等技术领域有着广泛应用。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”为技术特色的高新技术企业。公司坚持全正向设计技术路线，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。