50 Gbit/s前传光模块关键技术研究与应用展望

随着全球5G网络的规模化商用及移动互联网流量的迅猛增长,更为丰富的无线频谱资源得以释放,高速率光模块在无线前传网络中的需求日益凸显。聚焦于50 Gbit/s前传光模块的关键技术,深入剖析了前传网络的两种主要组网方式,分析了前传链路的典型传输距离及链路损耗情况,探讨了10 km场景下粗波分复用(coarse wavelength division multiplex,CWDM)中各波长的最大色散值和最小色散值,并研究了相应的色散补偿策略,通过实验验证了不同多径干扰(multi-path interference,MPI)强度下系统光功率代价的变化,详细分析了多径干扰噪声对系统误码性能的潜在影响,为前传光模块参数的优化提供了重要的理论依据。此外,深入研究了50 Gbit/s前传光模块的光电芯片技术方案,对多种不同类型光模块的参数性能进行了严格的测试,提出了针对50 Gbit/s前传光模块光电接口参数的标准化建议,详细介绍了当前50 Gbit/s前传光模块在国内外的标准现状,并展望了未来应用的发展趋势。

基于DWDM的超100 Gbit/s混合组网分析

【目的】近年来,数据通信量呈爆炸性增长,为了应对高速、高容量数据传输及网络应用场景多样化的需求,超100 Gbit/s密集波分复用(DWDM)混合组网作为一种高效的解决方案逐渐受到关注。文章通过对超100 Gbit/s DWDM混合组网的需求、关键技术及实际案例进行分析,为构建高容量、高效率的通信网络提供了技术支持和指导。【方法】文章首先阐述了网络发展在容量扩展和支持复杂网络设计方面的需求,其次重点介绍了超100 Gbit/s混合组网的关键技术,包括星座图整形、频谱整形和灵活栅格技术等。其中,为支撑混合组网的业务速率设计,提供了一种用于级联掺铒光纤放大器(EDFA)通信系统的光信噪比(OSNR)计算方法,仅利用信道配置信息、发端信号光功率、EDFA的增益及噪声等相关参数,即可计算出整个链路中各个波长的输出OSNR。最后,结合海外某网络案例,根据实际链路OSNR评估情况,合理进行混合速率网络设计,论证了超100 Gbit/s DWDM混合组网在实际工程中的应用效果。【结果】通过应用超100 Gbit/s DWDM混合组网,根据OSNR评估情况灵活配置传输速率和传输带宽,实现了200、600和800 Gbit/s混合速率网络部署,既满足了核心站点的大容量需求,也兼顾了边缘站点的长途大跨度需求,并在3年期间实现了网络的平滑升级和扩容。【结论】实践证明,超100 Gbit/s DWDM组网能够有效提升网络容量、灵活性及频谱资源利用率,同时也为网络的持续演进提供了空间,是推进大容量光传输网络发展的重要手段。

超100 Gbit/s相干PON系统关键技术研究

50 Gbit/s无源光网络(PON)标准已趋于完善,后50 Gbit/s PON时代的技术标准尚属空白,亟待开展相关研究以推动整个产业链从系统、模块和芯片等方面提前进行布局。文章判断单波长200 Gbit/s速率和相干技术将会是继50 Gbit/s PON之后下一代PON系统的两大关键特征。单波长200 Gbit/s速率对运营商具备更大的吸引力,而强度调制/直接检测(IM/DD)技术难以持续满足200 Gbit/s速率下系统对Class C+等级功率预算的要求,需要采用灵敏度更高的相干技术。然而PON系统是一种典型的点对多点(P2MP)拓扑架构,将相干技术下沉到PON还有许多关键技术需要攻克,其中,涉及PON系统设备和媒体访问控制(MAC)芯片的架构重构、相干PON光模块的单纤双向(Bi-Di)技术改造、突发模式的相干发送与接收技术以及相干PON系统的波长管控技术。时分复用(TDM)仍然是实现P2MP传输的推荐方式,在TDM基础之上可以叠加新的复用维度,例如子载波复用(SCM)。新复用维度的引入给PON系统带来了灵活性,但同时也增加了设计的复杂度,将会颠覆当前的PON系统架构。叠加了SCM的相干PON系统将不再采用数字化接口方式与光模块进行连接,光模块本身需要具备高度线性驱动和调制能力。此外,用户侧光模块需要具备瞬时开关能力,以避免对其他用户造成干扰,因此需要开发新型的支持突发控制功能的相干光芯片。考虑到上行P2MP的突发相干接收环境,需要从系统层面实现对多个用户激光器的波长管控,避免上行方向因多用户波长快速切换造成的局端频偏估算偏差问题。综上,将相干技术应用于PON将会是一个全新的复杂系统工程,难以直接继承现有相干系统架构,需要匹配P2MP的应用需求,从芯片、模块和设备多个方面实现技术创新。

50 Gbit/s PON高性能接收技术的研究

【目的】为了应对不断增长的超千兆需求,从千兆走向万兆,从第五代固定网络(F5G)走向高级第五代固定网络(F5.5G),50 Gbit/s无源光网络(PON)被认为是F5.5G的重要组成部分。故文章针对当前接入网络发展状况,对50 Gbit/s PON技术进行了深入研究。【方法】文章首先介绍了实现50 Gbit/s PON高灵敏度面临的困难,并提出了解决方案。方案中,50 Gbit/s的非归零(NRZ)信号通过雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)探测器,在强电场的作用下形成可被检测到的宏观电流,该电流通过跨阻放大器(TIA)放大并转换成电压输出。对其进行均衡处理,采用光数字信号处理(oDSP)芯片的前馈均衡器(FFE)和判决反馈均衡器(DFE)对脉冲信号的拖尾现象进行补偿后,再通过DFE将码间干扰的影响降到最低。接着重点分析了APD、TIA和oDSP等关键技术,并采用25与50 Gbit/s APD对接收性能进行比较。【结果】两组实验测试结果显示,第1组实验25 Gbit/s APD在测试时间4 min内接收信号无误码,接收光功率为-8.48 dBm,当误码率(BER)为2.78e-2时,接收光功率达-26.61 dBm;在使用50 Gbit/s APD的情况下,4 min内接收信号无误码时,接收光功率为-8.97 dBm。当BER为2.78e-2时,接收光功率达到-27.05 dBm,第2组数据50 Gbit/s APD-2也达到了同样的实验效果。【结论】50 Gbit/s APD接收灵敏度更高,性能更好,更适合使用在50 Gbit/s PON光模块中实现高性能接收。最后文章针对未来降成本方案在均衡技术与APD上的应用提出了可行性分析。

超100 Gbit/s PON:灵活速率和相干架构(特邀)

2021年国际电联电信标准化部门(ITU-T)完成50 Gbit/s无源光网络(PON)的标准制定,当前设备商和运营商已经完成样机验证,ITU-T成立Beyond 50 Gbit/s PON讨论组开始研讨未来PON相关技术方案,因此Beyond 50 Gbit/s PON成为当前光通信领域的研究热点。根据前几代PON标准的速率演进规律推测,Beyond 50 Gbit/s PON的速率预计将超过100 Gbit/s。文章将分析超100 Gbit/s PON面临的问题和挑战,重点介绍灵活速率PON和相干PON架构这两个潜在技术路径及其关键技术方案,为未来超100 Gbit/s PON的研究和标准制定提供参考。

400 Gbit/s PAM4 DR4硅光模块研究

针对数据中心日益增长的带宽需求,提出一种基于PAM4的400 Gbit/s DR4硅光模块的解决方案。阐述PAM4的基本原理、400 Gbit/s DR4硅光模块的设计原理、技术方案、测试方法及测试结果。测试结果得到了性能优良的眼图及误码率,表明基于PAM4的400 Gbit/s DR4硅光模块是数据中心良好的解决方案,在高速光通信系统中有广阔的应用前景。

200 Gbit/s PAM4光发射组件封装技术研究

针对200 Gbit/s PAM4光收发模块的设计需求,提出了一种基于四阶脉冲幅度调制(PAM4)、数据传输速率达200 Gbit/s的光发射组件封装方案。该封装内部集成了4路PAM4电/光转换通道,单通道数据传输速率为50 Gbit/s。介绍了该200 Gbit/s PAM4光发射组件的组成和技术难点,然后对其中的50 Gbit/s数据传输通道进行了建模、仿真和优化,最后完成了样品的测试。测试结果表明:样品的单通道PAM4数据速率可达50 Gbit/s,整体PAM4数据速率可达200 Gbit/s,满足光收发模块的设计需求。

N×40 Gbit/s波分系统在线带内信噪比测试方法研究与验证

在40Gbit/s和ROADM波分系统中,传统的信噪比测试方法已不适用,需要进行带内信噪比测试。积分法虽然可以测试带内信噪比,但由于需要反复打开和关闭信号光,并且每次只能测试一个通道,不适于系统测试。目前的偏振法具有多种类型,本文重点讨论了混合偏振差分光谱分析法的原理,并且进行了实际的验证测试。

40Gbit/s DWDM系统传输性能评价研究

随着各大运营商40Gbit/s DWDM系统的部署,对40Gbit/s DWDM系统性能的评估是目前研究的热点。本文基于相关网络建设的经验,针对40Gbit/s DWDM系统的长途传输能力、性能参数提出了一套论证方法。

40/100 Gbit/s超高速光纤系统的关键技术与发展策略

本文首先指出,40Gbit/s系统的市场需求已经明朗,技术已基本成熟,成本已趋近启动门限,规模应用指日可待。接下来,本文重点分析和探讨了超高速光纤系统的几个关键技术问题,包括色度色散、极化模色散、非线性损伤、光信噪比要求、调制格式的选择、超级FEC、彩光接口和白光接口的选择等。最后简要讨论了100Gbit/s系统的现状和前景以及40/100Gbit/s系统的发展策略问题。

基于40Gbit/s速率OTN光交叉组网策略分析

在对OTN光交叉设备形态分析的基础上,提出了3种适用于本地网、城域网的光交叉组网策略。

400Gbit/s传输性能研究与应用分析

针对400Gbit/s传输性能及应用问题,仿真分析了400Gbit/s不同技术方案的传输距离与频谱效率、入纤功率限制与非线性效应,结果表明,4×100Gbit/s技术可以满足骨干网1 000km以上的传输需求,而2×200Gbit/s技术则必须结合低损耗或超低损耗光纤以及新型低噪声光放大器等才可能实现。城域网、数据中心等的大带宽互联可能率先采用400Gbit/s技术,而2×200或4×100Gbit/s可以满足传输容量和传输距离的一般需求。

400Gbit/s骨干网用超低损耗超大有效面积光纤的开发

损耗和非线性是影响超100Gbit/s高速光通信系统性能最为关键的因子。文章设计并研制了一种适合400Gbit/s高速传输用的新型单模光纤,该光纤具备超低损耗与超大有效面积特性,在1 550nm波长处衰减为0.165dB/km,在1 625nm波长处衰减为0.179dB/km;在1 550nm波长的模场直径为13.96μm,有效面积为153μm2。该光纤具备优良的抗弯曲性能,其关键技术指标优于当前国际技术水平,可为下一代高速光纤通信提供关键基础材料支撑。

利用魏格纳分布对光脉冲在40Gbit/s系统中传输特性的研究

使用时频域联合分析的方法对光脉冲在40Gbit/s光纤通信系统中的传输特性进行了分析。在进行时频域联合分析时,利用著名的魏格纳分布。利用魏格纳分布的时频域联合分析是在时频交合平面上对光脉冲进行分析,即光脉冲在此平面上同时是时间和频率的二维函数。具体实例证明,这个独有的属性使得基于魏格纳分布的时频域联合分析法能够提供信号的各个频谱分量的时域分布,即提供了各个频谱分量的瞬时特性。为此,利用魏格纳分布的时频联合分析法可以较为全面地描述光脉冲的信息,进而较为全面地描述光纤通信系统的性能。

支持40 Gbit/s路由器的传输技术研究

本文介绍了核心路由器40 Gbit/s高速接口的优点和传输系统为支持40 Gbit/s路由器所做的努力,例如40 Gbit/sWDM(波分复用)传输技术、40 Gbit/sIMUX(反向复用)技术等。在介绍这些技术的发展现状和优缺点的基础上,本文对40 Gbit/s传输技术的发展进行了预测。

400 Gbit/s WDM传输技术及标准化进程

近年来我国以FTTH和4G LTE为代表的固定和移动宽带业务迅猛发展,驱动我国网络基础设施取得跨越式发展,在高速大容量光纤传输技术的发展和应用方面更是领先全球。目前N×100 Gbit/s波分复用(WDM)传输技术已经普及,正在从骨干网向城域网延伸;N×400 Gbit/s WDM传输技术的部署也指日可待;介绍了N×400 Gbit/s WDM传输技术方案和标准制定情况,并对该技术的应用前景和后续发展进行展望。

400 Gbit/s技术及应用探讨

随着100 Gbit/s启动规模商用,400 Gbit/s传输技术成为业界关注热点。本文首先介绍了400 Gbit/s发展背景、400 Gbit/s标准化最新进展,在此基础上详细分析了400 Gbit/s关键技术及方案选择,最后对400 Gbit/s未来应用前景进行了展望。

40 Gbit/s(STM-256)SDH光纤传输设备的研究

随着信息传输需求的迅速增长,40 Gb it/s光传输成为下一代通信网的必然选择。文章阐述了40 Gb it/s(STM-256)SDH光纤传输设备的基本原理和组成结构,分析了实现40 Gb it/s(STM-256)SDH设备需要采用的关键技术,介绍了烽火通信科技股份有限公司40 Gb it/s SDH设备的最新研究成果。

40 Gbit/s(STM-256)设备与系统研究

在光传输网络向超高速、超大容量、超长距离和智能化方向演进的过程中, 40 Gbit／s(STM-256)SDH设备与系统是非常有吸引力和关键的一步。介绍了在国家“十五”科技攻关计划项目中所研发的SDH 40 Gbit／s设备和系统,在非归零码(NRZ)无前向纠错(FEC)的条件下,无再生,在标准的G．652和G．655上分别进行560 km传输试验的情况。

100/400 Gbit/s PAM4光收发模块的技术分析

PAM4(四阶脉冲幅度调制)为100/400Gbit/s以太网提供了一种有效可行的解决方案。介绍了400Gbit/s以太网的技术标准进展和两种400Gbit/s光模块的封装形式,阐述了PAM4光收发模块的基本原理和结构框图,通过分析不同速率的技术方案和参数,表明28GBaud PAM4是实现400Gbit/s以太网传输较好的方案;综述了模块设计所需的器件、芯片、测试仪器和测试方案的现有技术水平,为100/400Gbit/s PAM4光收发模块的设计和实现提供参考。