下一代相干PON关键技术研究进展与展望(特邀)

相比于传统的强度调制/直接检测(IM/DD)系统,相干系统具有更高的容量和功率预算,能更好地满足高容量无源光网络(PON)的需求。近年来,如何将相干应用于PON场景以更好地支撑未来高带宽业务已成为研究热点。文章从系统架构、相干简化、上行突发模式检测以及灵活PON 4个方面对相干PON关键技术研究现状进行了总结,并展望提出了激光共享上下行滤波器组多载波(FBMC)-PON和半导体光放大器(SOA)电流调控灵活PON方案。

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。

ATM-PON系统的突发同步技术

在采用 TDMA协议的无源光网络中 ,突发同步是一项关键技术 ,一般采用基于多相时钟的关键字检测法。本文提出了一种新颖的基于数据延时的突发同步技术 ,采用了高速 FP-GA和 ECL有源延时器的方式实现 1 55Mbit/s突发同步器。由于采用同一主时钟对数据抽样 ,不需要进行相位校准 ,简化了电路的设计 ;相对于传统的 ASIC设计方案 ,该方案具有开发成本低。

APON宽带接入系统的关键技术

以建立基于ATM的无源光网络(ATM PON)宽带接入系统基本模型为基础,阐述传输帧格式,结合媒体接入控制(MAC)协议对传输帧结构内信元构成机理进行深入分析;对APON系统在物理层传输上的测距技术、突发模式同步技术、突发信号的收发技术进行了探讨,同时提出设计的基本框架。

突发模式光接收模块在PON系统的应用

在讨论光信息传输中接收模块将光信号转化为电信号的不同判别方式的基础上 ,首先对突发式光接收模块特点作了详细分析 ,然后介绍了通过采用交流耦合、边沿触发检测技术研制的突发模式光接收模块 ,对它进行了分析 。

ATM-PON中突发模式光发射机设计

本文介绍了ATM-PON系统是一个粗波分复用系统，对突发模式光发射机而言，频率的啁啾不是系统的主要限制因素，消光比和关断光功率是其主要考虑的设计影响因素，光发射机一般采用光源直接调制的方式。对于ATM-PON系统，针对上行传输速率为155Mb／s时，对突发模式光发射机作了电路设计。在电路设计中采用锁相环频率合成器产生155MHz时钟源系统。通过驱动光发射模块NTR-2632，产生光信号，测定出突发光发射机的输出参数：消光比为10dB，发射光功率为-10．5dBm。

基于突发模式的实时OFDM-PON上行链路系统

设计并实现了一个基于突发模式的实时OFDM-PON上行链路系统,该系统使用现有商用器件,采用强度调制和直接检测方法,实现了OFDM信号在PON系统中突发传输。该平台支持7d B的动态范围,并且能够根据信道质量分配子载波调制方式。系统在接收光功率为-14d Bm的信道条件下,能够支持8Gb/s的传输速率,相应的光功率预算为22.5d B。

应用于PON突发模式的数字APC电路设计

设计了一种高性能的PON突发模式平均自动功率电路,该电路采用APC硬件逻辑电路控制,应用在突发模式和非突发模式下,解决了突发无效期间功率控制环问题,并稳定输出功率;采用四级快速启动算法,增加了突发模式下功率调节的速率和精度;解决了功率过度补偿的问题,其仿真满足ITU-T GPON的标准。

Additional Sensitivity Penalty of Burst Mode Receivers in Ethernet PON due to Extinction Ratio

An additional sensitivity penalty of burst mode receivers due to the extinction ratio is analyzed considering the specific transmitter control in Ethernet PON. For an extinction ratio of 6dB, a penalty of 8dB occurs additionally.

千兆以太无源光网络关键技术研究

简要介绍了千兆以太无源光网络这种新型的接入网技术 ,主要对其中的关键技术进行了讨论 ,并提出了解决方案。

突发光信号的误码与光功率测试方案研究

针对GPON系统以其大带宽和高效率,越来越成为光纤宽带接入网的首选方案的现状,对PON系统的突发光信号测试方法进行了研究,通过分析PON系统的突发光信号特点,指出了目前测试技术中存在的一些问题,提出了突发光信号误码测试与光功率测试的具体设计方案。

突发式光发射模块消光比和关断光功率的优化研究

针对突发式光发射模块的特点 ,讨论了突发式发射模块的消光比和关断光功率之间的关系 ,给出了有效的计算方法 ,并在项目研究中就改善突发式光发射模块的性能对消光比和减小关断光功率进行优化 ,提出了电路的设计方法 ,在实验中得到了很好的测试结果 .

突发模式光接收机及其典型应用

简要介绍了突发模式光接收机的原理、结构。

双环功率控制的突发模式激光驱动器

设计了一款应用于无源光网络(PON)的突发模式激光驱动器及其双环功率控制电路。提出一种电荷补偿和动态偏置电路,减小了激光驱动器电流上升和下降时间,提高了输出电流能力;提出一种双环功率控制的反馈电路,解决了平均功率和消光比随温度变化的问题。基于0.18μm RF CMOS工艺完成流片,激光驱动器芯片面积为1 600μm×800μm。测试结果表明,激光驱动器的输出偏置电流和调制电流分别可达90 m A。激光驱动器突发响应开启时间小于2 ns,关断时间小于1 ns,发送数据速率高达2.5 Gbit/s,抖动大小为41 ps。激光驱动器输出平均光功率稳定性为±0.26 d B,消光比稳定性为±1 d B。该激光驱动器满足了PON系统对激光器的输出功率和稳定性要求。

无源光网络中突发光发射机和接收机的设计

本文比较了无源光网络（ＰＯＮ）中突发工作方式的光发射机、接收机与传统的连续工作的光发射机、接收机的差别，分析了其特性，并给出了设计原理图，这些原理图同样适用于其它光纤计算机网络的光发射机、接收机。

E-PON系统突发模式光收发一体模块设计

本文介绍了E-PON系统以及对OLT和ONU收发一体模块的设计要求。讨论了OLT、ONU BiDi突发模式光收 发一体模块的基本原理和设计方法,并给出了实验结果。

交流耦合突发模式光接收机

本文对交流耦合突发模式光接收机进行了理论分析。这种接收机主要用于基于信元的时分复用系统中 ,节省了在直流耦合方式中为调整判决阀值而插入的开销 ,提高了传输效率。但理论分析表明这种接收机引入的灵敏度代价比直流耦合模式接收机高。