U EPON sistemu, OLT je povezan na više ONU (optičkih mrežnih jedinica) preko POS (pasivni optički razdjelnik).Kao jezgro EPON-a, OLT optički moduli će direktno utjecati na rad cijelog 10G EPON sistema.
1. Uvod u 10G EPON simetrični OLT optički modul
10G EPON simetrični OLT optički modul koristi uplink burst prijem i downlink kontinuirani način prijenosa, koji se uglavnom koriste za optičku/električnu konverziju u 10G EPON sistemima.
Prijemni dio se sastoji od TIA (transimpedansnog pojačala), APD (Avalanche Photodiode) na 1270 / 1310nm, i dva LA (ograničavajuća pojačala) na 1,25 i 10,3125 Gbit/s brzinama.
Predajni kraj se sastoji od 10G EML (elektro-apsorpcioni modulacioni laser) i 1,25 Gbit/s DFB (distribuirani laser povratne sprege), a njegove talasne dužine emisije su 1577 i 1490nm, respektivno.
Pogonski krug uključuje digitalni APC (automatska optička kontrola snage) krug i TEC (temperaturna kompenzacija) krug za održavanje stabilne talasne dužine laserske emisije od 10G.Praćenje parametara odašiljanja i prijema se implementira pomoću mikroračunara s jednim čipom prema protokolu SFF-8077iv4.5.
Budući da prijemni kraj OLT optičkog modula koristi brzi prijem, vrijeme podešavanja prijema je posebno važno.Ako je vrijeme uspostavljanja prijema dugo, to će uvelike utjecati na osjetljivost, pa čak i uzrokovati da rafalni prijem ne radi ispravno.Prema zahtjevima IEEE 802.3av protokola, vrijeme uspostavljanja burst prijema od 1,25 Gbit/s mora biti <400 ns, a osjetljivost burst prijema mora biti <-29,78 dBm sa stopom greške u bitu od 10-12;i 10,3125 Gbit/s Vrijeme podešavanja burstnog prijema mora biti <800ns, a osjetljivost burst prijema mora biti <-28,0 dBm sa stopom greške u bitu od 10-3.
Dizajn 2.10G EPON simetričnog OLT optičkog modula
2.1 Šema dizajna
10G EPON simetrični OLT optički modul se sastoji od tripleksera (trosmjerni modul sa jednim vlaknom), koji odašilje, prijema i nadgleda.Triplexer uključuje dva lasera i detektor.Prenošeno i primljeno svjetlo se integriraju u optički uređaj preko WDM (Multiplekser s podjelom talasa) kako bi se postigao dvosmjerni prijenos sa jednim vlaknom.Njegova struktura je prikazana na slici 1.
Predajni dio se sastoji od dva lasera, čija je glavna funkcija pretvaranje 1G i 10G električnih signala u optičke signale, te održavanje stabilnosti optičke snage u stanju zatvorene petlje putem digitalnog APC kola.Istovremeno, mikrokompjuter sa jednim čipom kontroliše veličinu modulacione struje da bi se dobio omjer ekstinkcije koji je potreban sistemu.TEC kolo je dodat 10G odašiljačkom krugu, koji u velikoj mjeri stabilizira izlaznu valnu dužinu 10G lasera.Prijemni dio koristi APD za pretvaranje detektovanog rafalnog optičkog signala u električni signal, te ga nakon pojačanja i oblikovanja šalje na izlaz.Kako bi se osiguralo da osjetljivost može dostići idealan raspon, potrebno je osigurati stabilan visoki pritisak na APD na različitim temperaturama.Računar sa jednim čipom postiže ovaj cilj kontrolom APD visokonaponskog kola.
2.2 Implementacija rafalnog prijema dvostruke brzine
Prijemni dio 10G EPON simetričnog OLT optičkog modula koristi metodu rafalnog prijema.Potrebno je da prima burst signale dvije različite brzine od 1,25 i 10,3125 Gbit/s, što zahtijeva da prijemni dio može dobro razlikovati optičke signale ove dvije različite brzine kako bi dobio stabilne izlazne električne signale.Ovdje su predložene dvije šeme za implementaciju dvobrzinskog burst prijema OLT optičkih modula.
Budući da ulazni optički signal koristi TDMA (Time Division Multiple Access) tehnologiju, može postojati samo jedna brzina rafalnog svjetla u isto vrijeme.Ulazni signal se može razdvojiti u optičkoj domeni preko optičkog razdjelnika 1:2, kao što je prikazano na slici 2. Ili koristite samo brzi detektor za pretvaranje 1G i 10G optičkih signala u slabe električne signale, a zatim odvojite dva električna signale s različitim brzinama kroz veći propusni opseg TIA, kao što je prikazano na slici 3.
Prva shema prikazana na slici 2 će donijeti određeni gubitak umetanja kada svjetlost prođe kroz optički razdjelnik 1:2, koji mora pojačati ulazni optički signal, pa se ispred optičkog razdjelnika postavlja optičko pojačalo.Razdvojeni optički signali se zatim podvrgavaju optičkoj/električnoj konverziji pomoću detektora različitih brzina, i konačno se dobijaju dvije vrste stabilnih izlaza električnog signala.Najveći nedostatak ovog rješenja je što se koristi optičko pojačalo i optički razdjelnik 1:2, a za konverziju optičkog signala potrebna su dva detektora, što povećava složenost implementacije i poskupljuje.
U drugoj šemi prikazanoj na Sl.3, ulazni optički signal treba samo da prođe kroz detektor i TIA da bi se postiglo razdvajanje u električnoj domeni.Srž ovog rješenja leži u odabiru TIA, koji zahtijeva da TIA ima propusni opseg od 1 ~ 10 Gbit/s, a u isto vrijeme TIA ima brz odziv unutar ovog propusnog opsega.Samo kroz trenutni parametar TIA može se brzo dobiti vrijednost odgovora, osjetljivost prijema može biti dobro zagarantovana.Ovo rješenje uvelike smanjuje složenost implementacije i drži troškove pod kontrolom.U stvarnom dizajnu, obično biramo drugu šemu za postizanje rafalnog prijema dvostruke brzine.
2.3 Dizajn hardverskog kola na prijemnom kraju
Slika 4 je hardversko kolo dijela za prijem rafala.Kada postoji rafalni optički ulaz, APD pretvara optički signal u slab električni signal i šalje ga u TIA.TIA signal pojačava u 10G ili 1G električni signal.10G električni signal se ulazi u 10G LA kroz pozitivnu spregu TIA, a 1G električni signal se ulazi u 1G LA kroz negativnu spregu TIA.Kondenzatori C2 i C3 su kondenzatori za spajanje koji se koriste za postizanje 10G i 1G AC spojenog izlaza.AC-coupled metoda je odabrana jer je jednostavnija od DC-coupled metode.
Međutim, AC spojnica ima punjenje i pražnjenje kondenzatora, a na brzinu odziva na signal utječe vremenska konstanta punjenja i pražnjenja, odnosno na signal se ne može odgovoriti na vrijeme.Ova karakteristika će izgubiti određenu količinu vremena uspostavljanja prijema, tako da je važno odabrati koliki je AC spojni kondenzator.Ako je odabran manji kondenzator za spajanje, vrijeme poravnanja se može skratiti, a signal koji prenosi ONU u svakom vremenskom slotu može se u potpunosti primiti bez utjecaja na učinak prijema jer je vrijeme poravnanja prijema predugo i dolazak sljedećeg vremena slot.
Međutim, premali kapacitet će uticati na efekat spajanja i značajno smanjiti stabilnost prijema.Veći kapacitet može smanjiti podrhtavanje sistema i poboljšati osjetljivost prijemnog kraja.Stoga, kako bi se uzeli u obzir vrijeme uspostavljanja prijema i osjetljivost prijema, potrebno je odabrati odgovarajuće spojne kondenzatore C2 i C3.Osim toga, kako bi se osigurala stabilnost ulaznog električnog signala, spojni kondenzator i odgovarajući otpornik otpora od 50Ω spojeni su na negativni terminal LA.
LVPECL (Low Voltage Positive Emitter Coupling Logic) kolo koje se sastoji od otpornika R4 i R5 (R6 i R7) i izvora napona od 2,0 V DC kroz diferencijalni izlaz signala od 10G (1G) LA.električni signal.
2.4 Odjeljak za lansiranje
Predajni dio 10G EPON simetričnog OLT optičkog modula uglavnom je podijeljen na dva dijela 1,25 i 10G odašiljača, koji šalju signale s talasnom dužinom od 1490 i 1577 nm u downlink.Uzimajući 10G dio za odašiljanje kao primjer, par 10G diferencijalnih signala ulazi u CDR (Clock Shaping) čip, spaja se naizmjeničnom strujom sa 10G upravljačkim čipom i konačno se diferencijalno unosi u 10G laser.Budući da će promjena temperature imati veliki uticaj na talasnu dužinu laserske emisije, kako bi se talasna dužina stabilizovala na nivo koji zahteva protokol (protokol zahteva 1575 ~ 1580nm), radnu struju TEC kola je potrebno podesiti, tako da da se izlazna talasna dužina može dobro kontrolisati.
3. Rezultati ispitivanja i analiza
Glavni indikatori testa 10G EPON simetričnog OLT optičkog modula uključuju vrijeme podešavanja prijemnika, osjetljivost prijemnika i dijagram oka odašiljanja.Specifični testovi su sljedeći:
(1) Prijem vremena podešavanja
U normalnom radnom okruženju uzlazne burst optičke snage od -24,0 dBm, optički signal koji emituje burst svjetlosni izvor koristi se kao početna točka mjerenja, a modul prima i uspostavlja kompletan električni signal kao krajnju tačku mjerenja, zanemarujući vremensko kašnjenje svetlosti u test vlaknu. Izmereno vreme podešavanja 1G rafalnog prijema je 76,7 ns, što zadovoljava međunarodni standard od <400 ns;vrijeme podešavanja 10G burst prijema je 241,8 ns, što također zadovoljava međunarodni standard od <800 ns.
3. Rezultati ispitivanja i analiza
Glavni indikatori testa 10G EPON simetričnog OLT optičkog modula uključuju vrijeme podešavanja prijemnika, osjetljivost prijemnika i dijagram oka odašiljanja.Specifični testovi su sljedeći:
(1) Prijem vremena podešavanja
U normalnom radnom okruženju uzlazne burst optičke snage od -24,0 dBm, optički signal koji emituje burst svjetlosni izvor koristi se kao početna točka mjerenja, a modul prima i uspostavlja kompletan električni signal kao krajnju tačku mjerenja, zanemarujući vremensko kašnjenje svetlosti u test vlaknu.Izmereno vreme podešavanja 1G burst prijema je 76,7 ns, što zadovoljava međunarodni standard od <400 ns;vrijeme podešavanja 10G burst prijema je 241,8 ns, što također zadovoljava međunarodni standard od <800 ns.
