用于無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的突發(fā)式光模塊概述

1、用于無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的突發(fā)式光模塊概述主要內(nèi)容無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的概念PON的分類和標(biāo)準(zhǔn)突發(fā)式光模塊的工作原理、特點(diǎn)突發(fā)式發(fā)射、突發(fā)式接收的技術(shù)特性O(shè)LT、ONU收發(fā)一體光模塊調(diào)試方法要點(diǎn)無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）通信網(wǎng)絡(luò)中從共享網(wǎng)絡(luò)分配到到最終用戶端的網(wǎng)絡(luò)叫做接入網(wǎng)接入有多種方式 點(diǎn)對點(diǎn)（以太網(wǎng)）、銅線、XDSL、無線（WLAN）、XPON等無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）一直被認(rèn)為是光接入網(wǎng)中頗具應(yīng)用前景的技術(shù)，它打破了傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)解決方法，在解決寬帶接入問題上是一種經(jīng)濟(jì)的、面向未來多業(yè)務(wù)的用戶接入技術(shù) PON自出現(xiàn)以來，已經(jīng)過多年的發(fā)展，形成了APON、BPON、GPON EPON等一系列概念、規(guī)范

2、及產(chǎn)品序列 PON作為一種點(diǎn)到多點(diǎn)的光網(wǎng)絡(luò)，指的是信號的通道從源頭到目的節(jié)點(diǎn)間都是通過無源器件完成的，這些無源的器件包括單模光纖光纜、無源光分束器/耦合器、連接器和接頭等等 PON的發(fā)展歷程1982年英國電信實(shí)驗(yàn)室發(fā)明PON（Passive Optical Network）1987年在英國進(jìn)行了早期試驗(yàn)1993年在德國電信在東德安裝PON1998年日本NTT開始安裝PON1998年國際電信聯(lián)盟（ITU）公布APON標(biāo)準(zhǔn)：1999年美國Bellsouth完成400戶PON試驗(yàn)設(shè)備的安裝測試2003年國際電信聯(lián)盟（ITU）公布GPON標(biāo)準(zhǔn)：2000年IEEE 成立EFM研究組（Ethernet i

3、n First Mile Study Group）專門研究EPON標(biāo)準(zhǔn)2004年IEEE公布EPON標(biāo)準(zhǔn)：IEEE Std 802.3ah-2004 WTD在1998年就已開展PON模塊的研發(fā)工作術(shù) 語PON （Passive Optical Network）無源光網(wǎng)絡(luò)ATM （Asynchronous Transfer Mode）異步轉(zhuǎn)移模式APON （ATM Passive Optical Network）基于ATM的無源光網(wǎng)絡(luò)BPON （Broadband Passive Optical Network ） 寬帶無源光網(wǎng)絡(luò)GPON （Gigabit-capable passive opt

4、ical networks ） 千兆無源光網(wǎng)絡(luò)EPON （Ethernet Passive Optical Network ） 基于千兆以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò),在日本、韓國又稱GEPONOLT （Optical Line Termination）光線路終端,有時又叫局端ONU（Optical Network Unit）光網(wǎng)絡(luò)單元,有時稱做遠(yuǎn)端或用戶端術(shù) 語突發(fā)模式信號（Burst Mode Signal） 初始相位和幅度各不相同的數(shù)據(jù)包（信元）信號防護(hù)時間（Guard Time） 為避免信元沖突，在兩個連續(xù)信元之間提供的時間間隔前置碼（Preamble） 為方便提取相位以獲得比特同步和接收信號幅度

5、恢復(fù)，在信元前部加入前置碼101010定界符（Delimiter） 一種用于指示信元開始的特殊碼型，它可用于執(zhí)行字節(jié)同步連續(xù)相同數(shù)字（CIDConsecutive Identical Digit）APON的結(jié)構(gòu)上行光信號PON技術(shù)特點(diǎn)PON與光模塊有關(guān)的技術(shù)特點(diǎn)：在OLT到ONU 下行方向采用TDM (Time Division Multiplexing ) 方式，以廣播方式送至每一個ONU。OLT的發(fā)送部分和ONU的接收部分都是連續(xù)工作方式ONU到OLT 的上行信號的傳輸采用TDMA (Time Division Multiple Access)技術(shù)。OLT的接收部分和ONU的發(fā)送部分都是突

6、發(fā)模式工作OLT光接收機(jī)必須能夠適應(yīng)不同ONU 信號的不同光功率，接收機(jī)需要有一個很大的動態(tài)范圍，并設(shè)定門限，以最快的速度來判決；OLT光接收機(jī)必須能夠迅速恢復(fù)從不同節(jié)點(diǎn)傳來的每個突發(fā)信號的正確時鐘，在上行信元到達(dá)OLT 的前幾個bits內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速突發(fā)比特同步ONU光發(fā)送機(jī)必須能夠快速開/關(guān)；當(dāng)發(fā)送機(jī)不發(fā)送時只能“泄漏”極小的光功率比接收靈敏度低10dB傳統(tǒng)接入技術(shù)（點(diǎn)對點(diǎn)）與PON接入技術(shù)對比APON/BPONAPON是基于ATM的PON 其標(biāo)準(zhǔn)是G.983.1 工作速率為155Mbps 622Mbps上行光波長為1310nm 下行光波長為1550nm下行速率可達(dá)到BPON即寬帶PON 是在

7、APON基礎(chǔ)上加上動態(tài)帶寬分配(DBA) 在指定了標(biāo)準(zhǔn)；通常下行為622Mbps 上行為155Mbps（或622Mbps）；上行光波長為1310nm下行光波長為1490nm1550nm作為傳輸視頻信號用傳輸碼型為擾碼的不歸零碼，CID抗擾度大于72bit BPON 622Mbit/s下行方向光接口技術(shù)參數(shù)Items UnitSpecificationsOLT發(fā)送Nominal bit rateMbit/s622.08Operating wavelengthnm14801500Line codeScrambled NRZMask of the transmitter eye diagramSee

8、 Figure 6/G.983.1Minimum ORL of ODNdB32ODN ClassClass AClass BClass CMean launched powerdBm-5.5-3-0.5+4-0.5+4Extinction ratio dB10SLM Laser Maximum -20 dB width nm1ONU接收Bit error ratio-10E-10Minimum sensitivitydBm-26.5-26.5-31.5Minimum overloaddBm-6-6-11Consecutive identical digit immunitybit72Jitte

9、r toleranceSee Figure 9/G.983.1Tolerance to the reflected optical powerdB10BPON 622Mbit/s上行方向光接口技術(shù)參數(shù)Items UnitSpecificationsONU發(fā)送Nominal bit rateMbit/s155.52Operating wavelengthnm12601360Line codeScrambled NRZMask of the transmitter eye diagramSee Figure 7/G.983.1Minimum ORL of ODNdB32ODN ClassClass

10、 AClass BClass CMean launched powerdBm-7.5-3-2.5+2-0.5+4Launched optical power without input to the transmitterdBmless than Min sensitivity -10Extinction ratio dB10MLM Laser Maximum RMS widthnm5.8Jitter transferSee Figure 8/G.983.1Jitter generation from 0.5 kHz1.3 MHzUIp-p0.2OLT接收Bit error ratio-10E

11、-10Minimum sensitivitydBm-28.5-28.5-31.5Minimum overloaddBm-8-8-11Consecutive identical digit immunityBit72Jitter toleranceSee Figure 9/G.983.1Tolerance to the reflected optical powerdB10GPONGPON（ Gigabit-capable passive optical networks ）千兆無源光網(wǎng)絡(luò)支持全方位服務(wù)包括話音（TDM、PDH和SONET/SDH）、Ethernet（10/100 Base T）

12、、ATM、專線等等。因此，運(yùn)營商對GPON非常感興趣物理覆蓋至少20公里，邏輯支持范圍60公里支持同一種協(xié)議下的多種速率模式，包括對稱622Mb/s，對稱，以及非對稱的下行，上行及更多（將來可達(dá)到同步）上行光波長為1310nm下行光波長為1490nm1550nm作為傳輸視頻信號用傳輸碼型為擾碼的不歸零碼，CID抗擾度大于72bit ITU已經(jīng)公布GPON標(biāo)準(zhǔn) G.984.1 G.984.2 下行方向光接口技術(shù)參數(shù)ItemsUnitSingle fibreOLT發(fā)送OLT TransmitterNominal bit rateMbit/s1244.16Operating wavelengthnm

13、14801500Line codeScrambled NRZMask of the transmitter eye diagramFigure 2Maximum reflectance of equipment, measured at transmitter wavelengthdBNAODN ClassABCMean launched power MINdBm-4+1+5Mean launched power MAXdBm+1+6+9Extinction ratiodB10SLM Laser Maximum -20dB width nm1SLM Laser Minimum side mod

14、e suppression ratiodB30ONU接收Bit error ratio10E-10ODN ClassABCMinimum sensitivitydBm-25-25-26Minimum overloaddBm-4-4-4Consecutive identical digit immunitybit72Jitter toleranceFigure 5Tolerance to the reflected optical powerdB10上行方向光接口技術(shù)參數(shù)ONU發(fā)送Nominal bit rateMbit/s1244.16Operating wavelength nm126013

15、60Line codeScrambled NRZMask of the transmitter eye diagramFigure 3Minimum ORL of ODNdB32ODN ClassABCMean launched power MINdBm-3-2+2Mean launched power MAXdBm+2+3+7Launched optical power without input to the transmitterdBmLess than Min sensitivity -10Maximum Tx EnableBit16Maximum Tx DisableBit16SLM

16、 Laser Maximum -20 dB widthnm1Jitter transferFigure 4Jitter generation from 4.0 kHz to 10.0 MHz UIp-p0.33OLT接收Bit error ratio10E-10Minimum sensitivitydBm-24-28-29Minimum overloaddBm-3-7-8Consecutive identical digit immunityBit72Tolerance to the reflected optical powerdB10EPON(GEPON)無源光以太網(wǎng)（Ethernet P

17、ON - EPON），就是將信息封裝成以太網(wǎng)幀進(jìn)行傳輸?shù)腜ON。傳輸碼型是8B/10B碼；它的上、下行速率都是；上行光波長是1310nm；下行光波長是1490nm；1550nm波長作為傳輸視頻信號用。 在2000 年12月，成立第一英里以太網(wǎng)(EFM)研究組，包括3Com、Alloptic、Aura Networks CDT/Mohawk、Cisco、DomiNet Systems、Intel、WorldCom和World Wide Packets等69家公司加入了這個研究組(IEEE 802.3ah EFM Study Group )EP0N的標(biāo)準(zhǔn)：EPON是設(shè)備供應(yīng)商所推動的，但是現(xiàn)在運(yùn)營

18、商已經(jīng)越來越積極地推行EPONEPON技術(shù)參數(shù)1000BASE-PX20-D（下行）和 1000BASE-PX20-U（上行）發(fā)送部分技術(shù)特性Description1000BASE-PX20-D1000BASE-PX20-UUnitNominal transmitter typeLongwave LaserLongwave LaserSignaling speed (range)1.25 100 ppm1.25 100 ppmGbit/sWavelength(range)1480150012601360nmRMS spectral width (max)見表60-7nmAverage laun

19、ch power (max)+7+4dBmAverage launch power (min)+2-1dBmExtinction ratio (min)66dBRIN15OMA (max)-115-115dB/HzTransmitter eye mask definition X1, X2, Y1, Y2,Y30.22,0.375,0.20,0.20,0.30UITon (max)N.A.512nsToff (max)N.A.512nsOptical return loss tolerance (max)15dBTransmitter reflectance (max)-10dBEPON技術(shù)參

20、數(shù)1000BASE-PX20-D（下行）和 1000BASE-PX20-U（上行）接收部分技術(shù)特性Description1000BASE-PX20-D1000BASE-PX20-UUnitSignaling speed (range)1.25 100 ppm1.25 100 ppmGbit/sWavelengthb (range)1260136014801500nmBit error ratio (max)10E-12Average receive power (max)-6-3dBmReceive sensitivity (max)-27-24dBmReceiver reflectance

21、(max)-12dBTreceiver_settling (max)400N.A.nsStressed eye jitter (min)0.280.25UIpk-pkJitter corner frequency637637KHz各種PON的工作速率和波長分配APONBPONGPONEPON(GEPON)傳輸方向下行方向速率155.52 Mbit/s622.08 Mb/s155.52 Mbit/s622.08 Mb/s1244.16 Mbit/s1244.16 Mbit/s2488.32 Mbit/s1.25Gbit/s下行方向光波長1550nm1490nm1490nm1490nm上行方向速率

22、155.52 Mbit/s155.52 Mbit/s622.08 Mb/s155.52 Mbit/s622.08 Mbit/s1244.16 Mbit/s2488.32 Mbit/s1.25Gbit/s上行方向光波長1310nm采用標(biāo)準(zhǔn)ITU-T G.983.1 1998ITU-T G.983.1 2003修訂版ITU-T G.984.2 2003IEEE Std 802.3ah 2004 PON的時序要求上行數(shù)據(jù)包（信元）時間參數(shù)APON/BPON：每個信元有56字節(jié)，其中前3字節(jié)（24bits）是開銷（Overhead），后53字節(jié)是凈荷（Payload），3字節(jié)開銷中包括防護(hù)時間、前置碼

23、和定界符；防護(hù)時間為410bitsGPON開銷時間分配：上行速率(Mbit/s) 發(fā)送使能(bits)發(fā)送關(guān)斷(bits)總時間(bits) 防護(hù)時間(bits) 前置碼時間(bits) 定界符時間(bits) 155.52223261016622.0888641628201244.161616963244202488.3232321926410820備 注 最大值 最大值 強(qiáng)制的 最小值 暗示的 暗示的 上行數(shù)據(jù)包（信元）時間參數(shù)EPON傳輸信號8B/10B碼型每8bit插入2bit，使連0或連1不超過5個帶寬從1000Mb變成1250Mb，帶寬利用率下降發(fā)送開關(guān)時間Ton Toff512n

24、s接收建立時間（Settling time）Tlr400ns防護(hù)時間Tg=5001500ns傳統(tǒng)模式光發(fā)送機(jī)突發(fā)模式光發(fā)送機(jī)發(fā)送關(guān)斷時LD偏流Ibias=0，關(guān)斷光功率輸出低于靈敏度10dB(-43-39dBm)偏流快速開關(guān) Ton、Toff12ns傳統(tǒng)的光發(fā)送機(jī)采用平均值監(jiān)測APC，在此處不能用突發(fā)式光發(fā)送機(jī)可以采用數(shù)字式峰值功率控制，或采用開環(huán)功率控制突發(fā)式光發(fā)送機(jī)有兩個輸入信號： 數(shù)據(jù)信號Data 突發(fā)使能信號BEN (Bias Enable) ，開啟（或停止）偏流Ibias突發(fā)式光信號突發(fā)模式光接收機(jī) CPA Clock Phase Alignment突發(fā)式光接收機(jī)特點(diǎn)在APON、BP

25、ON、GPON中OLT接收用的PD不能有光電流拖尾現(xiàn)象出現(xiàn)突發(fā)式TIA不能用傳統(tǒng)方式的AGC，它只能是線性（跨阻）放大器或采同自動閾值控制（ATC）方式突發(fā)式TIA要有足夠的動態(tài)范圍大于21dB在APON、BPON、GPON中，由于防護(hù)時間很短，不同ONU來的信元的直流電平是高速跳變的，大耦合電容的充放電時間常數(shù)遠(yuǎn)大于Tg，所以前放和限放之間只能采用直流耦合ATC技術(shù)ATC技術(shù)（1）ATC- Automatic Threshold Control它是原貝爾實(shí)驗(yàn)室Yusuke Ota在1991年的發(fā)明專利右圖是采用ATC方式的突發(fā)式前置放大器原理圖A2、Tx、CpD組成峰值檢波器，它們?nèi)〕銮胺泡敵鲭妷悍逯档?/2，作為判決電平CpD是一個小電容（幾pF），在每個信元結(jié)束后要加入復(fù)位（Rese