1/22/2014,目前，高速率的光纖傳輸技術已廣泛應用於各個主幹網絡中。EPON (乙太網無源光網絡)由於其成本低和技術成熟可靠已經成為相關運營商的首選方案。而10Gbit/s(以下簡稱10G)EPON系統是1G EPON系統的平滑升級，即兼顧1G和10G業務，同時10G EPON對稱OLT(光線路終端)光模塊也是10G EPON非對稱OLT光模塊的升級，它直接將上行速率提升到10.3125 Gbit/s，極大地滿足了用戶對上行帶寬的需求，因此備受運營商的青睞。
在EPON系統中，OLT與多個ONU(光網絡單元)通過POS(無源光分路器)連接。作為EPON的核心，OLT光模塊將直接影響整個10G EPON系統的運行。本文重點介紹一種10G EPON對稱OLT光模塊的設計方案和關鍵技術，並通過實驗驗證方案的可行性。
1、10G EPON對稱OLT光模塊簡介10G EPON對稱OLT光模塊採用的是上行突發接收和下行連續發射模式，主要用於10G EPON系統中光/電轉換。接收部分由TIA(跨阻放大器) 1270/1310nm的APD(雪崩光電二極體)，以及兩個速率分別為1.25和10.3125 Gbit/s的LA(限幅放大器)組成。發射端由一個10G的EML(電吸收調製雷射器)和一個1.25 Gbit/s的DFB(分布反饋雷射器)組成，其發射波長分別為1577和1490nm。驅動電路包括數字APC(自動光功率控制)電路和用於保持10G雷射器發射波長穩定的TEC(溫度補償)電路。發射和接收參數監控是根據SFF-8077iv4.5協議由單片機實現的。
由於OLT光模塊接收端採用的是突發接收，所以接收建立時間就顯得尤為重要。若接收建立時間較長，將對靈敏度產生很大影響，甚至可能導致突發接收無法正常工作。根據IEEE Std802.3av協議的要求，1.25 Gbit/s突發接收的建立時間必須<400 ns，且突發接收靈敏度在誤碼率為10-12的條件下必須
2、10G EPON對稱OLT光模塊設計 2.1 設計方案10G EPON對稱OLT光模塊由Triplexer(單纖三向組件)、發射、接收和監控4部分組成，其中Triplexer部分包括兩個雷射器和一個探測器。發射的光和接收的光通過WDM(波分復用器)集成到光器件中，實現單纖雙向傳輸，其結構如圖1所示。
發射部分由兩個雷射器組成，主要功能是分別將1G和10G電信號轉化為光信號，並通過數字APC電路，在閉環狀態下保持光功率的穩定。與此同時，單片機控制調製電流的大小，進而得到系統所需要的消光比。在10G發射電路中增加了TEC電路，極大地穩定了10G雷射器輸出波長。接收部分採用APD將探測的突發光信號轉換成電信號，放大整形後輸出。為了保證靈敏度能夠達到理想變化範圍，需在不同溫度下對APD提供穩定高壓。單片機通過控制APD高壓電路來實現這一目標。
2.2 雙速率突發接收的實現10G EPON對稱OLT光模塊的接收部分採用的是突發接收方式。它要接收1.25和10.3125 Gbit/s兩種不同速率的突發信號，這就要求接收部分能夠很好地區分這兩種不同速率的光信號，以獲得穩定輸出的電信號。這裡提出兩種實現OLT光模塊雙速率突發接收的方案。
由於輸入光信號採用的是TDMA(時分多址)技術，所以在同一時刻只可能存在一種速率的突發光，可以通過一個1∶2的分光器對輸入信號在光域下進行分離，如圖2所示。或者只使用一個高速探測器，將1G和10G光信號轉化為微弱的電信號，再通過帶寬較大的TIA分離出兩種不同速率的電信號，如圖3所示。
圖2所示的第1種方案，當光通過1∶2的分光器時會帶來一定的插入損耗，這就必須要對輸入的光信號進行放大，因此在分光器前安裝一個光放大器。分離後的光信號再通過不同速率的探測器進行光/電轉換，最後得到穩定的兩種電信號輸出。這套方案最大的缺點是多用了一個光放大器和一個1∶2的分光器，且需要兩個探測器對光信號進行轉換，既增加了實現的複雜度，又提高了成本。
圖3所示的第2種方案，輸入光信號只需通過一個探測器和一個TIA，便可實現在電域下的分離。這套方案的核心在於TIA的選取，它要求TIA具有1~10Gbit/s的帶寬，同時TIA在該帶寬內具有快速的響應度。只有通過TIA的電流參數能夠快速得到響應值，接收靈敏度才能得到很好的保障。這套方案極大地降低了實現的複雜度，並使成本得到了很好的控制。我們在實際設計中一般選取第2種方案來實現雙速率突發接收。
2.3 接收端硬體電路的設計圖4為突發接收部分的硬體電路。當有突發光輸入時，APD把光信號轉換成微弱的電信號送入TIA，該信號經TIA放大成10G或1G的電信號。10G電信號通過TIA的正極交流耦合輸入到10G LA中，1G電信號通過TIA的負極交流耦合輸入到1G LA中。電容C2和C3是用來實現10G和1G交流耦合輸出的耦合電容，選擇使用交流耦合方式是因為它較直流耦合方式簡單。但交流耦合存在電容的充放電，對信號的反應速度受充放電時間常數的影響，即不能對信號進行及時響應。這一特點勢必將損失一定的接收建立時間，所以選取多大的交流耦合電容至關重要。若選取較小的耦合電容，則可以縮短建立時間，在每個時隙中ONU發射的信號能夠完全接收，不會因為接收建立時間過長，導致下個時隙的到來而影響接收效果。但是過小的電容會影響耦合效果，使接收的穩定性大大降低，而較大的電容可以降低系統的抖動，提高接收端的靈敏度。因此為了兼顧接收建立時間和接收靈敏度，需選擇合適的耦合電容C2和C3。另外，為了保證輸入電信號的穩定，在LA的負端接入一個耦合電容和一個阻值為50Ω的匹配電阻。
經10G(1G)LA輸出的差分信號，通過由電阻R4和R5(R6和R7)以及2.0 V的直流電壓源組成LVPECL(低壓正射極耦合邏輯)電路，直流耦合輸出一對10G(1G)電信號。
2.4 發射部分10G EPON對稱OLT光模塊的發射部分主要分為1.25和10G發射兩個部分，分別對下行發送1490和1577 nm波長的信號。以10G發射部分為例，一對10G差分信號進入CDR(時鐘整形)晶片，經交流耦合到10G驅動晶片，最後差分輸入進10G雷射器中。由於溫度變化會對雷射器發射波長產生很大影響，為將波長穩定到協議(協議要求在1575~1580nm)所要求的水平，需調整TEC電路的工作電流，這樣可以很好地控制輸出波長。
3、測試結果及分析10G EPON對稱OLT光模塊的主要測試指標包括探測器的接收建立時間、接收靈敏度和發射眼圖。具體測試如下：
(1) 接收建立時間在上行突發光功率為-24.0 dBm的正常工作環境下，以突發光源發射的光信號為測量起點，模塊接收並建立完全的電信號為測量終點，忽略光在測試光纖中 的時延，測得1G突發接收 建 立 時 間 為76.7 ns，滿足<400 ns的國際標準；10G突發接收建立時間為241.8 ns，也滿足<800 ns的國際標準。
(2) 接收靈敏度採用1.25 Gbit/s、PRBS(偽隨機二進位序列)7 階碼進行突發接收測試，在誤碼率為10-12、溫度分別為0、25和75℃的條件下，測得的靈敏度分別為-31.4、-31.6和-31.1dBm。
採用10.3125 Gbit/s、PRBS31階碼進行突發接收測試，在誤碼率為10-3、溫度分別為0、25和75℃的條件下，測得的靈敏度分別為-29.3、-29.7和-29.2dBm。
(3) 發射的主要指標在全溫範圍內測得1G和10G雷射器發射光眼圖分別如圖5和圖6所示，發射參數分別如表1和表2所示。
測試結果顯示，發射眼圖滿足IEEE Std.802.3av標準中模板的要求，消光比、發射光功率均滿足標準中的規定，並且在全溫度範圍內指標變化較小。
4、結束語本文介紹了10G EPON對稱OLT光模塊的基本構成，重點介紹了雙速率突發接收的兩種方案和10G突發接收部分的硬體電路實現。目前，武漢電信器件有限公司已經研發出10G EPON對稱OLT光模塊，各項測試表明該光模塊性能已能達到國際水平。在不久的將來，它將在10G EPON市場上佔有一席之地。
文/李暢、高繁榮、陳寅、吳君毅(光纖通信技術和網絡國家重點實驗室、武漢電信器件有限公司) 光通信研究
文章來源：OFweek 光通訊網