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的控制威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 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）光纤放大器控制威廉希尔官方网站 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）对威廉希尔官方网站 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。公司坚持全正向威廉希尔官方网站 路线，自主研制具有高可靠性的嵌入式可编程威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 设计服务，具有较完善的知识产权保护体系。