光接入網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
隨著用戶帶寬需求不斷增長(zhǎng)，近年來(lái)光接入網(wǎng)技術(shù)發(fā)展十分迅速。EPON、GPON接入技術(shù)已逐漸不能滿足需求，市場(chǎng)開(kāi)始大規(guī)模建設(shè)10G PON網(wǎng)絡(luò)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織IEEE也在進(jìn)行NG-EPON標(biāo)準(zhǔn)制定，ITU-T 對(duì)50G PON標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)立項(xiàng)并開(kāi)始了標(biāo)準(zhǔn)制定。
10G PON之后是采用單波長(zhǎng)速率提升還是多波長(zhǎng)復(fù)用提高系統(tǒng)帶寬，業(yè)界看法不太統(tǒng)一，主要有以下幾種討論方案：?jiǎn)尾ㄩL(zhǎng)25G PON技術(shù)難度相對(duì)較小，相比于10G PON，速率提升幅度較??；50G PON速率提升較大，但實(shí)現(xiàn)PON系統(tǒng)功率預(yù)算存在挑戰(zhàn)，預(yù)計(jì)需要采用放大技術(shù)；單波長(zhǎng)100G PON對(duì)器件要求高，一般考慮通過(guò)4個(gè)25G波長(zhǎng)或2個(gè)50G波長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)100G傳輸。單波長(zhǎng)25G和50G成本是決定哪種技術(shù)路線勝出的關(guān)鍵。
單波50G PON實(shí)現(xiàn)
單波長(zhǎng)50Gbps可以采用NRZ（非歸零碼）或高階調(diào)制實(shí)現(xiàn)，NRZ調(diào)制需要50G光器件，但目前業(yè)界50G光器件仍處于樣品階段；高階調(diào)制有PAM-4（四電平脈沖幅度調(diào)制）、雙二進(jìn)制、DMT（離散多音調(diào)制）等不同調(diào)制方案。PAM-4和雙二進(jìn)制調(diào)制需要采用25G光器件，DMT調(diào)制是一種正交頻分復(fù)用技術(shù)，需要進(jìn)行FFT（快速傅里葉變換）處理，DMT器件帶寬與每個(gè)子載波的調(diào)制階數(shù)有關(guān)，調(diào)制階數(shù)越高則器件帶寬越小，靈敏度變差。靈敏度方面，NRZ最好，雙二進(jìn)制次之，之后是PAM-4，DMT最差。
光接入網(wǎng)的單波長(zhǎng)50Gbps傳輸主要考慮PAM-4調(diào)制或雙二進(jìn)制調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，便于重用已經(jīng)十分成熟的數(shù)據(jù)中心25G器件產(chǎn)業(yè)鏈。
基于PAM-4調(diào)制技術(shù)的單波50G PON
普通的NRZ信號(hào)一個(gè)符號(hào)只有兩個(gè)電平承載1bit信息，而PAM-4信號(hào)一個(gè)符號(hào)有4個(gè)電平承載2bit信息，器件帶寬降為NRZ碼的一半，采用25G器件實(shí)現(xiàn)50Gbps信號(hào)傳輸。PAM-4調(diào)制雖然能夠降低器件帶寬要求，但與NZR信號(hào)相比，接收靈敏度有5~6dB損失。
通常的PAM-4發(fā)射和接收需要DSP（數(shù)字信號(hào)處理）算法處理。要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)入DSP進(jìn)行PAM-4映射，預(yù)均衡處理，DAC（數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器）采樣后送給光發(fā)射機(jī)發(fā)送到光鏈路。接收端信號(hào)經(jīng)過(guò)光接收機(jī)光電轉(zhuǎn)換后，ADC（模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器）信號(hào)采樣后進(jìn)入DSP處理。采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)鐘恢復(fù)，然后進(jìn)行均衡處理，符號(hào)判決解映射后就恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)了。為了降低對(duì)物理層指標(biāo)要求，一般會(huì)在收發(fā)端進(jìn)行FEC（前向糾錯(cuò)）編解碼來(lái)提高傳輸性能。
圖1是50Gbps PAM-4信號(hào)誤碼率曲線，發(fā)射機(jī)采用25G EML（電吸收調(diào)制激光器），分別測(cè)試了APD（雪崩光電二極管）和SOA+PIN（半導(dǎo)體光放大器+光電二極管）兩種接收機(jī)。從圖中可以看出采用里德-索羅蒙編碼RS（255,239） FEC算法時(shí)，接收靈敏度分別為-20dBm和-22dBm。如果要實(shí)現(xiàn)PON系統(tǒng)29dB功率預(yù)算，考慮鏈路傳輸代價(jià)后，發(fā)射光功率分別要達(dá)到10dBm和8dBm以上，發(fā)射機(jī)需要集成SOA放大器。如果采用LDPC（低密度奇偶校驗(yàn)碼）糾錯(cuò)算法將接收機(jī)誤碼率放寬到10E-2時(shí)，接收靈敏度分別為-22.5dBm和-26dBm，發(fā)射機(jī)光功率需要分別大于6.5dBm和3dBm，前者發(fā)射機(jī)需要集成SOA放大器，后者普通激光器即可達(dá)到。
圖2是50Gbps雙二進(jìn)制信號(hào)誤碼率曲線，數(shù)據(jù)恢復(fù)采用DSP均衡，比較了有無(wú)MLSD（最大似然序列檢測(cè)）判決時(shí)的誤碼性能，發(fā)射機(jī)采用25G EML激光器，分別測(cè)試了APD和SOA+PIN兩種接收機(jī)。從圖中可以看出，當(dāng)采用RS（255，239） FEC算法時(shí)，當(dāng)使用MLSD判決時(shí)，APD和SOA+PIN的接收靈敏度分別為-23dBm和-25.5dBm，即采用APD接收時(shí)發(fā)射機(jī)需要達(dá)到6dBm以上才能支持29dB功率預(yù)算，預(yù)計(jì)需要集成SOA放大器才能滿足，如果是SOA+PIN接收機(jī)，普通發(fā)射機(jī)即可達(dá)到要求。如果采用LDPC FEC算法，靈敏度進(jìn)一步提升到-24.5dBm和-28dBm，發(fā)射機(jī)不需要集成放大器就可以滿足要求。
50G PON采用PAM-4或雙二進(jìn)制都需要解決上行突發(fā)傳輸。ONU上行發(fā)射端突發(fā)激光器驅(qū)動(dòng)；OLT上行接收25G線性突發(fā)TIA（跨阻放大器），仍存在技術(shù)難度，需要產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行重點(diǎn)突破?，F(xiàn)有的25G激光器和接收機(jī)難以支持PON系統(tǒng)29dB功率預(yù)算，需要開(kāi)發(fā)更高發(fā)射功率的激光器、更低接收靈敏度的接收機(jī)。速率上升到50Gbps之后，接收機(jī)靈敏度變差，過(guò)載功率不變，接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍減小，如何解決動(dòng)態(tài)范圍較小也是50G PON商用必須克服的困難。
光接入，相比數(shù)據(jù)中心，傳輸距離和功率預(yù)算比數(shù)據(jù)中心指標(biāo)要求高；相比傳送網(wǎng)，傳輸距離短，但ODN使用分光器功率預(yù)算要求高。接入網(wǎng)的終端用戶規(guī)模龐大、成本敏感，50G PON必須在光器件和電器件兩方面進(jìn)行平衡，實(shí)現(xiàn)性價(jià)比最優(yōu)的方案才能推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。數(shù)據(jù)中心采用PAM-4高階調(diào)制方案實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸，對(duì)PAM-4調(diào)制解調(diào)芯片、光收發(fā)機(jī)的設(shè)計(jì)、測(cè)試等技術(shù)積累多，產(chǎn)業(yè)鏈成熟。50G PON采用PAM-4調(diào)制方案可能性更大。突發(fā)傳輸、大動(dòng)態(tài)范圍、高功率預(yù)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案將是未來(lái)50G PON研究的重要方向。
聯(lián)系客服
