有源光基礎設施：為光纖發光、放大、交換與監測的設備

光纖鏈路是兩個有源末端之間的無源玻璃。光路徑中所有需要供電的設備——兩端的光模組、媒體轉換器和轉發器、中間的放大器和再生器、ROADM、PON 的 OLT 和 ONU、保護交換設備，以及監測這一切的監測設備——共同構成有源光基礎設施。它把位元轉換為光，再轉換回來，恢復無源線路損失的部分，選擇路徑，並報告鏈路的運行狀況。本節把這些元素放到鏈路上，展示它們如何與無源線路互動，並指向光模組類別，那裏深入介紹模組本身——封裝形式、記憶體、診斷、兼容性。

無源與有源：鏈路的兩個部分

	無源基礎設施	有源基礎設施
是甚麼	光纖、纜線、連接器、接續點、分光器、濾波器、接頭盒、配線架	光模組、主機端口、媒體轉換器、轉發器、放大器、ROADM、OLT/ONU、保護交換設備、監測設備
是否需要供電	否	是——無人值守站點還需電池備份
對光的作用	衰減、反射、色散、按波長路由	產生、探測、放大、再生、交換、測量
壽命	25–40 年	5–15 年（激光器老化，電子器件過時）
故障模式	緩慢劣化、突然中斷	電源、激光器壽命終止、固件、過熱
管理方式	記錄和定期測試	實時遙測、警報、軟件
詳情	無源線路	本節

有源元素一覽

元素	作用	鏈路中的位置	詳見
光模組（SFP、QSFP、OSFP……）	把電通道轉換為光信號，再轉換回來；激光器、光電二極管、驅動器、DSP 和診斷功能集於一個可插拔模組	鏈路兩端，位於交換機、路由器、NIC、OLT 或轉發器端口內	鏈路中的光模組、甚麼是光模組
主機端口	為模組供電，端接電通道，運行 MAC/PCS，讀取診斷數據	交換機、路由器、伺服器 NIC	端口與上行鏈路、NIC 端口與 PCIe
媒體轉換器、OEO 中繼器	在不使用交換機的情況下完成銅纜↔光纖或光纖↔光纖轉換；2R 再生	小型鏈路兩端，把銅纜端口通過光纖延伸	傳輸與接入設備
轉發器、合波轉發器	把灰光客戶信號映射到 DWDM 彩光波長，通常帶 OTN 成幀和 FEC；匯聚多個客戶信號	DWDM 終端站點	同上；DWDM 網絡設計與 OTN
光放大器（EDFA、拉曼、SOA）	在不觸及數據的情況下恢復光纖中損失的功率	合波器之後的功率放大器、每隔 80–120 km 的線路放大器、分波器之前的前置放大器	放大與再生
再生器（OEO、3R）	接收、重定時、整形並重新發送——重置噪聲和色散	僅靠放大已無法提供足夠 OSNR 的位置	同上
ROADM、WSS、光交換設備	按端口對波長進行上路、下路和重新路由	具有兩個以上方向的 DWDM 節點	傳輸與接入設備、DWDM 組件
光保護交換設備	在 50 ms 以內把業務切換到備用光纖或路徑	受保護鏈路、環網	同上
PON 的 OLT 與 ONU/ONT	點到多點樹形網絡的局端和用戶端	電信局機房和用戶駐地	同上；PON 的工作原理
色散補償模組	抵消色度色散——採用無源光纖或光柵，但與放大器安裝在一起	傳統 10G/40G 線路的放大站點	色散與頻寬
監測設備（DDM、OSC、OCM、RFTS、OTDR 端口）	測量功率、頻譜、光纖事件；在站點之間傳送管理資訊	每個有源元素；線路站點上的專用設備	監測與管理
電源與環境	−48 V 直流、交流、電池、散熱、機櫃和機房	每個有源站點，包括街邊機櫃和電杆	傳輸與接入設備

分貝從何而來，去向何處

階段	無源還是有源	對功率預算的影響
發射器（激光器）	有源	決定發射功率：可插拔模組為 −8…+4 dBm，經功率放大器後可達 +23 dBm
連接器、接續點、光纖、分光器、濾波器	無源	每處損耗 0.05–20 dB；即線路損耗（鏈路預算）
放大器	有源	增加 15–30 dB 增益和少量噪聲；預算變為 OSNR 預算
色散、PMD、非線性效應	無源物理效應	以 dB 計的代價，或對傳輸距離的硬性限制；相干模組中的 DSP 以電域方式補償它們
接收器（光電二極管、TIA、CDR/DSP、FEC）	有源	決定靈敏度（−14…−30 dBm）和過載點（+3…−7 dBm）
再生器	有源	重置一切；開始新的一段鏈路

鏈路的設計要麼按功率預算進行（未放大：發射器減接收器，對照線路損耗），要麼按 OSNR 預算進行（已放大：各跨段累積的噪聲，對照接收器的要求）；由有源元素決定採用哪種方式（放大與再生）。

歸屬與分界

模式	客戶獲得的內容	客戶擁有的有源元素
暗光纖	兩個配線架之間的一對光纖	全部——光模組、放大器、監測設備
已點亮波長	營運商線路系統上的一個 DWDM 信道；即 ITU-T G.698.2 定義的「黑鏈路」，在分界點規定了功率和色散	兩端的光模組或轉發器
託管以太網或 OTN 業務	帶服務等級協議的端口	不涉及任何光學設備；營運商的光模組與客戶的光模組對接
PON	駐地的一台 ONU	該 ONU（或客戶交換機中的 ONU 棒）
自建網絡	全部	全部

分界點是線路責任與有源設備責任的交匯處：營運商保證一個功率窗口和一個損耗值；客戶的模組必須與之匹配（光纖網絡拓撲）。

有源基礎設施的生命週期

方面	實際情況
使用壽命	激光器 10–20 年，可插拔模組隨每代速率更新而更換（5–7 年），線路系統 10–15 年
老化特徵	恆定功率下激光器偏置電流上升、放大器泵浦效率下降、風扇磨損（Tx 偏置電流與激光器老化）
對電源的依賴	站點斷電等同於光纖中斷；放大站點和 OLT 站點配備 4–8 小時電池，更長時間則需發電機
固件	模組、主機和線路系統都有固件；升級會改變兼容性（兼容性矩陣與固件）
備件	每種模組備 5–10%，另備放大器泵浦板、風扇和電源（維護與修復）
安全	可插拔模組為 1 類，放大器為 3B/4 類——危險等級由有源側決定（安全與操作規範）
兼容性	模組與主機的廠商編碼問題只存在於有源側，線路從不涉及（廠商鎖定）

光模組類別的後續內容

主題	材料
光模組是甚麼，如何演變而來	甚麼是光模組
從 GBIC 到 OSFP 的封裝形式	封裝形式對比
模組內部：激光器、接收器、DSP、固件	組件概覽
記憶體映射與管理介面	規範標準
數字診斷與監測	DDM 基礎、監測
與主機的兼容性	廠商鎖定、驗證光模組
鏈路無法建立時	無鏈路、症狀索引

在 CodingBox 中

CodingBox 是面向最小有源元素的檢測台：它在脫離主機的情況下為光模組供電，讀取其身份資訊、能力和診斷數據，讓你在模組接入光纖和主機端口之前完成驗證。本節所述的發射功率、波長、接收器限值和診斷數據，全部在 Check 和 DDM 介面上從模組自身的記憶體中讀取（檢測光模組、應用內的 DDM）。

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