一种100 Gbit/s/400 Gbit/s光网络低时延FEC编译码的FPGA实现

在超100 Gbit/s光网络中,由于光信噪比恶化导致了误码严重等问题,因此在光网络中普遍使用前向纠错编码。传统的编码器时延大,不能满足目前高速光网络的需求,且与高速编码器相关的研究也非常少;译码器的研究大多集中在关键方程求解算法,针对降低时延方法的研究也较少。文章针对目前光网络中广泛使用的KP4前向纠错编码,即里德-所罗门(RS)(544,514)码,提出了递推并行的编、译码结构,并通过现场可编程门阵列实现,编码器吞吐量超过17 Gbit/s,延时<0.3μs,译码器吞吐量约为66 Gbit/s,延时约为0.17μs。

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。

10 Gbit/s EPON ONU光模块的设计

文章介绍了10 Gbit/s以太网无源光网络(10 Gbit/s EPON)系统中光网络单元(ONU)光模块的关键技术,以及突发式光收发模块的设计。测试结果表明:该模块在突发条件下发射开关延迟短,在宽的温度范围内能保持稳定的光功率和消光比,并且指标满足10 Gbit/s EPON标准IEEE Std.802.3av的要求。

一种10Gbit/s EPON的综合安全方案

设计了一种10Gbit/s EPON(以太网无源光网络)综合安全方案,用于解决其点到多点拓扑结构造成的诸如窃听和伪装对安全敏感类业务的威胁。该方案包括含有密钥交换的双向认证方案及基于时间标签的加密算法。其中,认证方案可在注册过程中验证OLT(光线路终端)及ONU(光网络单元),加密算法可使用帧结构中的时间戳生成时变的密钥。实验结果证明了该综合安全方案的有效性。

基于10Gbit/s-PON接收机25Gbit/s双二进制检测传输性能

IEEE已经成立了100 Gbit/s以太无源光网络(100 Gbit/s-EPON)任务组研究下一代100 Gbit/s PON标准,双二进制检测技术是基带技术选择之一。对基于10 Gbit/s-PON接收机的25 Gbit/s双二进制(DB)检测传输性能进行了实验验证。由于10 Gbit/s-PON接收机带宽受限明显,10 Gbit/s-PON接收机输出的25 Gbit/s双二进制信号会受到码间干扰(ISI)影响。实验结果表明,基于直接判决法的系统接收灵敏度只有-22 dBm,采用最简最大似然序列估计(MLSE)软判决法的系统接收灵敏度能提升到-24.5 dBm。

50 Gbit/s-EPON中基于预测的多波长带宽分配算法

根据IEEE 802.3ca新标准中对50 Gbit/s-以太网无源光网络(EPON)上行链路的说明,网络上行链路中需要对多波长进行动态带宽分配。文章采用长短时记忆神经网络对网络流量进行预测,旨在提高带宽分配的效率;同时,考虑到网络中不同类型业务对网络时延和带宽要求的差别,分别对不同优先级的业务采取不同的分配方案。仿真实验表明,基于神经网络预测的方法可以有效降低网络的延迟;对不同业务采取不同分配方案时,高优先级业务的延迟降低,并且随着网络负载的提高,延迟变化幅度较小。文章所提算法满足了高优先级业务的需求,虽然低优先级业务延迟与之前方式相比有所增大,但考虑到低优先级业务对延迟要求并不高,因此对于网络整体服务质量影响不大。