Στο σύστημα EPON, το OLT συνδέεται με πολλαπλά ONU (οπτικές μονάδες δικτύου) μέσω ενός POS (παθητικός οπτικός διαχωριστής).Ως ο πυρήνας του EPON, οι οπτικές μονάδες OLT θα επηρεάσουν άμεσα τη λειτουργία ολόκληρου του συστήματος EPON 10G.
1. Εισαγωγή στη συμμετρική οπτική μονάδα OLT 10G EPON
Η συμμετρική οπτική μονάδα OLT 10G EPON χρησιμοποιεί τις λειτουργίες λήψης ριπής ανερχόμενης ζεύξης και συνεχούς μετάδοσης κατερχόμενης ζεύξης, οι οποίες χρησιμοποιούνται κυρίως για οπτική/ηλεκτρική μετατροπή σε συστήματα EPON 10G.
Το τμήμα λήψης αποτελείται από έναν TIA (ενισχυτή transimpedance), μια APD (Avalanche Photodiode) στα 1270 / 1310nm και δύο LA (περιοριστικούς ενισχυτές) σε ρυθμούς 1,25 και 10,3125 Gbit / s.
Το άκρο εκπομπής αποτελείται από 10G EML (λέιζερ διαμόρφωσης ηλεκτροαπορρόφησης) και DFB 1,25 Gbit/s (κατανεμημένο λέιζερ ανάδρασης) και τα μήκη κύματος εκπομπής του είναι 1577 και 1490 nm, αντίστοιχα.
Το κύκλωμα οδήγησης περιλαμβάνει ένα ψηφιακό κύκλωμα APC (Automatic Optical Power Control) και ένα κύκλωμα TEC (Temperature Compensation) για τη διατήρηση ενός σταθερού μήκους κύματος εκπομπής λέιζερ 10G.Η παρακολούθηση παραμέτρων μετάδοσης και λήψης υλοποιείται από τον μικροϋπολογιστή με ένα τσιπ σύμφωνα με το πρωτόκολλο SFF-8077iv4.5.
Επειδή το άκρο λήψης της οπτικής μονάδας OLT χρησιμοποιεί λήψη ριπής, ο χρόνος ρύθμισης λήψης είναι ιδιαίτερα σημαντικός.Εάν ο χρόνος διευθέτησης της λήψης είναι μεγάλος, θα επηρεάσει σημαντικά την ευαισθησία και μπορεί ακόμη και να προκαλέσει τη μη σωστή λειτουργία της λήψης ριπής.Σύμφωνα με τις απαιτήσεις του πρωτοκόλλου IEEE 802.3av, ο χρόνος δημιουργίας μιας λήψης ριπής 1,25 Gbit / s πρέπει να είναι <400 ns και η ευαισθησία λήψης ριπής πρέπει να είναι <-29,78 dBm με ποσοστό σφάλματος bit 10-12.και 10,3125 Gbit / s Ο χρόνος ρύθμισης λήψης ριπής πρέπει να είναι <800 ns και η ευαισθησία λήψης ριπής πρέπει να είναι <-28,0 dBm με ποσοστό σφάλματος bit 10-3.
Σχεδιασμός οπτικής μονάδας συμμετρικής OLT 2,10G EPON
2.1 Σχέδιο σχεδίασης
Η συμμετρική οπτική μονάδα OLT 10G EPON αποτελείται από ένα τρίπλεξο (μονάδα τριών κατευθύνσεων μονής ίνας), εκπομπής, λήψης και παρακολούθησης.Το triplexer περιλαμβάνει δύο λέιζερ και έναν ανιχνευτή.Το εκπεμπόμενο φως και το λαμβανόμενο φως ενσωματώνονται στην οπτική συσκευή μέσω του WDM (Wavelength Division Multiplexer) για την επίτευξη αμφίδρομης μετάδοσης μιας ίνας.Η δομή του φαίνεται στο σχήμα 1.
Το τμήμα εκπομπής αποτελείται από δύο λέιζερ, των οποίων η κύρια λειτουργία είναι να μετατρέπουν ηλεκτρικά σήματα 1G και 10G σε οπτικά σήματα, αντίστοιχα, και να διατηρούν τη σταθερότητα της οπτικής ισχύος σε κατάσταση κλειστού βρόχου μέσω ενός ψηφιακού κυκλώματος APC.Ταυτόχρονα, ο μικροϋπολογιστής ενός τσιπ ελέγχει το μέγεθος του ρεύματος διαμόρφωσης για να αποκτήσει την αναλογία απόσβεσης που απαιτείται από το σύστημα.Το κύκλωμα TEC προστίθεται στο κύκλωμα εκπομπής 10G, το οποίο σταθεροποιεί σε μεγάλο βαθμό το μήκος κύματος εξόδου του λέιζερ 10G.Το εξάρτημα λήψης χρησιμοποιεί APD για να μετατρέψει το ανιχνευμένο οπτικό σήμα ριπής σε ηλεκτρικό σήμα και το εξάγει μετά την ενίσχυση και τη διαμόρφωση.Προκειμένου να διασφαλιστεί ότι η ευαισθησία μπορεί να φτάσει στο ιδανικό εύρος, είναι απαραίτητο να παρέχεται σταθερή υψηλή πίεση στο APD σε διαφορετικές θερμοκρασίες.Ο υπολογιστής ενός τσιπ επιτυγχάνει αυτόν τον στόχο ελέγχοντας το κύκλωμα υψηλής τάσης APD.
2.2 Εφαρμογή λήψης ριπής διπλού ρυθμού
Το τμήμα λήψης της συμμετρικής οπτικής μονάδας OLT 10G EPON χρησιμοποιεί μια μέθοδο λήψης ριπής.Χρειάζεται να λαμβάνει σήματα ριπής δύο διαφορετικών ρυθμών 1,25 και 10,3125 Gbit/s, κάτι που απαιτεί από το τμήμα λήψης να μπορεί να διακρίνει καλά τα οπτικά σήματα αυτών των δύο διαφορετικών ρυθμών για να λαμβάνει σταθερά ηλεκτρικά σήματα εξόδου.Εδώ προτείνονται δύο σχήματα για την υλοποίηση λήψης ριπής διπλού ρυθμού των οπτικών μονάδων OLT.
Επειδή το οπτικό σήμα εισόδου χρησιμοποιεί τεχνολογία TDMA (Time Division Multiple Access), μπορεί να υπάρχει μόνο ένας ρυθμός ριπής φωτός ταυτόχρονα.Το σήμα εισόδου μπορεί να διαχωριστεί στον οπτικό τομέα μέσω ενός οπτικού διαχωριστή 1: 2, όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Ή χρησιμοποιήστε μόνο έναν ανιχνευτή υψηλής ταχύτητας για να μετατρέψετε οπτικά σήματα 1G και 10G σε ασθενή ηλεκτρικά σήματα και στη συνέχεια να διαχωρίσετε δύο ηλεκτρικά σήματα με διαφορετικούς ρυθμούς μέσω ενός TIA μεγαλύτερου εύρους ζώνης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.
Το πρώτο σχήμα που φαίνεται στο Σχήμα 2 θα φέρει μια ορισμένη απώλεια εισαγωγής όταν το φως περάσει από τον οπτικό διαχωριστή 1: 2, ο οποίος πρέπει να ενισχύσει το οπτικό σήμα εισόδου, έτσι ώστε ένας οπτικός ενισχυτής να εγκατασταθεί μπροστά από τον οπτικό διαχωριστή.Τα διαχωρισμένα οπτικά σήματα στη συνέχεια υποβάλλονται σε οπτική/ηλεκτρική μετατροπή από ανιχνευτές διαφορετικών ρυθμών και τελικά λαμβάνονται δύο είδη σταθερών εξόδων ηλεκτρικού σήματος.Το μεγαλύτερο μειονέκτημα αυτής της λύσης είναι ότι χρησιμοποιείται ένας οπτικός ενισχυτής και ένας οπτικός διαχωριστής 1: 2 και χρειάζονται δύο ανιχνευτές για τη μετατροπή του οπτικού σήματος, γεγονός που αυξάνει την πολυπλοκότητα της υλοποίησης και αυξάνει το κόστος.
Στο δεύτερο σχήμα που φαίνεται στο ΣΧ.3, το οπτικό σήμα εισόδου χρειάζεται μόνο να περάσει μέσα από έναν ανιχνευτή και ένα TIA για να επιτευχθεί διαχωρισμός στον ηλεκτρικό τομέα.Ο πυρήνας αυτής της λύσης βρίσκεται στην επιλογή της TIA, η οποία απαιτεί η TIA να έχει εύρος ζώνης 1 ~ 10 Gbit / s, και ταυτόχρονα η TIA έχει γρήγορη απόκριση σε αυτό το εύρος ζώνης.Μόνο μέσω της τρέχουσας παραμέτρου του TIA μπορείτε να λάβετε την τιμή απόκρισης γρήγορα, η ευαισθησία λήψης μπορεί να είναι καλά εγγυημένη.Αυτή η λύση μειώνει σημαντικά την πολυπλοκότητα της υλοποίησης και διατηρεί το κόστος υπό έλεγχο.Στην πραγματική σχεδίαση, επιλέγουμε γενικά το δεύτερο σχήμα για να επιτύχουμε λήψη ριπής διπλού ρυθμού.
2.3 Σχεδιασμός του κυκλώματος υλικού στο άκρο λήψης
Το Σχ. 4 είναι το κύκλωμα υλικού του τμήματος λήψης ριπής.Όταν υπάρχει οπτική είσοδος ριπής, το APD μετατρέπει το οπτικό σήμα σε αδύναμο ηλεκτρικό σήμα και το στέλνει στο TIA.Το σήμα ενισχύεται από το TIA σε ηλεκτρικό σήμα 10G ή 1G.Το ηλεκτρικό σήμα 10G εισάγεται στο 10G LA μέσω της θετικής σύζευξης του TIA και το ηλεκτρικό σήμα 1G εισάγεται στο 1G LA μέσω της αρνητικής σύζευξης του TIA.Οι πυκνωτές C2 και C3 είναι πυκνωτές ζεύξης που χρησιμοποιούνται για την επίτευξη 10G και 1G συζευγμένης εξόδου AC.Η μέθοδος AC-coupled επιλέχθηκε επειδή είναι απλούστερη από τη μέθοδο DC-coupled.
Ωστόσο, η σύζευξη εναλλασσόμενου ρεύματος έχει τη φόρτιση και την εκφόρτιση του πυκνωτή και η ταχύτητα απόκρισης στο σήμα επηρεάζεται από τη σταθερά χρόνου φόρτισης και εκφόρτισης, δηλαδή, το σήμα δεν μπορεί να ανταποκριθεί εγκαίρως.Αυτή η λειτουργία είναι βέβαιο ότι θα χάσει ένα ορισμένο χρονικό διάστημα καθίζησης λήψης, επομένως είναι σημαντικό να επιλέξετε πόσο μεγάλο είναι ο πυκνωτής σύζευξης AC.Εάν επιλεγεί ένας μικρότερος πυκνωτής σύζευξης, ο χρόνος καθίζησης μπορεί να μειωθεί και το σήμα που μεταδίδεται από το ONU σε κάθε χρονική θυρίδα μπορεί να ληφθεί πλήρως χωρίς να επηρεαστεί το αποτέλεσμα λήψης, επειδή ο χρόνος καθίζησης λήψης είναι πολύ μεγάλος και η άφιξη της επόμενης φοράς θυρίδα.
Ωστόσο, η πολύ μικρή χωρητικότητα θα επηρεάσει το φαινόμενο σύζευξης και θα μειώσει σημαντικά τη σταθερότητα της λήψης.Η μεγαλύτερη χωρητικότητα μπορεί να μειώσει το jitter του συστήματος και να βελτιώσει την ευαισθησία του άκρου λήψης.Επομένως, για να ληφθεί υπόψη ο χρόνος καθίζησης λήψης και η ευαισθησία λήψης, πρέπει να επιλεγούν οι κατάλληλοι πυκνωτές ζεύξης C2 και C3.Επιπλέον, για να εξασφαλιστεί η σταθερότητα του ηλεκτρικού σήματος εισόδου, στον αρνητικό ακροδέκτη του LA συνδέονται ένας πυκνωτής σύζευξης και μια αντίσταση που ταιριάζει με αντίσταση 50Ω.
Κύκλωμα LVPECL (Low Voltage Positive Emitter Coupling Logic) που αποτελείται από αντιστάσεις R4 και R5 (R6 και R7) και μια πηγή τάσης 2,0 V DC μέσω της εξόδου διαφορικού σήματος κατά 10G (1G) LA.ηλεκτρικό σήμα.
2.4 Ενότητα εκκίνησης
Το τμήμα εκπομπής της συμμετρικής οπτικής μονάδας OLT 10G EPON χωρίζεται κυρίως σε δύο μέρη εκπομπής 1,25 και 10G, τα οποία αντίστοιχα στέλνουν σήματα με μήκος κύματος 1490 και 1577 nm στην κατερχόμενη ζεύξη.Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το τμήμα εκπομπής 10G, ένα ζεύγος διαφορικών σημάτων 10G εισέρχεται σε ένα τσιπ CDR (Clock Shaping), συνδέεται με AC σε ένα τσιπ οδηγού 10G και, τέλος, εισάγεται διαφορικά σε ένα λέιζερ 10G.Επειδή η αλλαγή θερμοκρασίας θα έχει μεγάλη επίδραση στο μήκος κύματος εκπομπής λέιζερ, προκειμένου να σταθεροποιηθεί το μήκος κύματος στο επίπεδο που απαιτείται από το πρωτόκολλο (το πρωτόκολλο απαιτεί 1575 ~ 1580 nm), το ρεύμα εργασίας του κυκλώματος TEC πρέπει να ρυθμιστεί. ότι το μήκος κύματος εξόδου μπορεί να ελεγχθεί καλά.
3. Αποτελέσματα δοκιμών και ανάλυση
Οι κύριες ενδείξεις δοκιμής της συμμετρικής οπτικής μονάδας OLT 10G EPON περιλαμβάνουν τον χρόνο ρύθμισης του δέκτη, την ευαισθησία του δέκτη και το οφθαλμικό διάγραμμα μετάδοσης.Τα συγκεκριμένα τεστ είναι τα εξής:
(1) Λήψη χρόνου ρύθμισης
Κάτω από το κανονικό περιβάλλον εργασίας οπτικής ισχύος ριπής ανερχόμενης ζεύξης -24,0 dBm, το οπτικό σήμα που εκπέμπεται από την πηγή φωτός ριπής χρησιμοποιείται ως σημείο εκκίνησης μέτρησης και η μονάδα λαμβάνει και καθιερώνει ένα πλήρες ηλεκτρικό σήμα ως τελικό σημείο μέτρησης, αγνοώντας το Χρονική καθυστέρηση φωτός στην ίνα δοκιμής. Ο μετρούμενος χρόνος ρύθμισης λήψης ριπής 1G είναι 76,7 ns, που πληροί το διεθνές πρότυπο <400 ns.ο χρόνος ρύθμισης λήψης ριπής 10G είναι 241,8 ns, ο οποίος πληροί επίσης το διεθνές πρότυπο <800 ns.
3. Αποτελέσματα δοκιμών και ανάλυση
Οι κύριες ενδείξεις δοκιμής της συμμετρικής οπτικής μονάδας OLT 10G EPON περιλαμβάνουν τον χρόνο ρύθμισης του δέκτη, την ευαισθησία του δέκτη και το οφθαλμικό διάγραμμα μετάδοσης.Τα συγκεκριμένα τεστ είναι τα εξής:
(1) Λήψη χρόνου ρύθμισης
Κάτω από το κανονικό περιβάλλον εργασίας οπτικής ισχύος ριπής ανερχόμενης ζεύξης -24,0 dBm, το οπτικό σήμα που εκπέμπεται από την πηγή φωτός ριπής χρησιμοποιείται ως σημείο εκκίνησης μέτρησης και η μονάδα λαμβάνει και καθιερώνει ένα πλήρες ηλεκτρικό σήμα ως τελικό σημείο μέτρησης, αγνοώντας το χρονική καθυστέρηση του φωτός στην ίνα δοκιμής.Ο μετρημένος χρόνος ρύθμισης λήψης ριπής 1G είναι 76,7 ns, ο οποίος πληροί το διεθνές πρότυπο <400 ns.ο χρόνος ρύθμισης λήψης ριπής 10G είναι 241,8 ns, ο οποίος πληροί επίσης το διεθνές πρότυπο <800 ns.
