U EPON sustavu, OLT je povezan s više ONU-ova (optičkih mrežnih jedinica) preko POS-a (pasivni optički razdjelnik).Kao jezgra EPON-a, OLT optički moduli izravno će utjecati na rad cijelog 10G EPON sustava.
1. Uvod u 10G EPON simetrični OLT optički modul
10G EPON simetrični OLT optički modul koristi uplink burst prijam i downlink kontinuirane načine prijenosa, koji se uglavnom koriste za optičko/električnu pretvorbu u 10G EPON sustavima.
Prijemni dio sastoji se od TIA (transimpedancijsko pojačalo), APD (Lavinska fotodioda) na 1270 / 1310nm i dva LA (ograničavajuća pojačala) na brzinama od 1,25 i 10,3125 Gbit/s.
Kraj odašiljanja sastoji se od 10G EML (elektroapsorpcijski modulacijski laser) i 1,25 Gbit/s DFB (laser s distribuiranom povratnom spregom), a njegove valne duljine emisije su 1577 odnosno 1490 nm.
Pogonski krug uključuje digitalni krug APC (Automatic Optical Power Control) i krug TEC (Temperature Compensation) za održavanje stabilne valne duljine laserske emisije od 10G.Praćenje odašiljačkih i prijemnih parametara provodi mikroračunalo s jednim čipom prema protokolu SFF-8077iv4.5.
Budući da prijemni kraj OLT optičkog modula koristi rafalni prijem, vrijeme postavljanja prijema je posebno važno.Ako je vrijeme uspostavljanja prijema dugo, to će uvelike utjecati na osjetljivost i čak može uzrokovati nepravilan rad rafalnog prijema.Prema zahtjevima protokola IEEE 802.3av, vrijeme uspostavljanja burst prijema od 1,25 Gbit/s mora biti <400 ns, a osjetljivost burst prijema mora biti <-29,78 dBm sa stopom pogreške bita od 10-12;i 10,3125 Gbit/s Vrijeme postavljanja burst prijema mora biti <800ns, a osjetljivost burst prijema mora biti <-28,0 dBm sa stopom pogreške bita od 10-3.
2.10G EPON dizajn simetričnog OLT optičkog modula
2.1 Shema dizajna
10G EPON simetrični OLT optički modul sastoji se od tripleksera (trosmjerni modul s jednim vlaknom), odašiljanja, primanja i nadzora.Triplexer uključuje dva lasera i detektor.Odašiljano svjetlo i primljeno svjetlo integrirani su u optički uređaj putem WDM-a (multipleksora s dijeljenjem valnih duljina) kako bi se postigao dvosmjerni prijenos s jednim vlaknom.Njegova struktura prikazana je na slici 1.
Odašiljački dio sastoji se 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 kroz digitalni APC krug.U isto vrijeme, mikroračunalo s jednim čipom kontrolira veličinu modulacijske struje kako bi se dobio omjer ekstinkcije koji je potreban sustavu.TEC krug je dodan 10G odašiljačkom krugu, koji uvelike stabilizira izlaznu valnu duljinu 10G lasera.Prijemni dio koristi APD za pretvaranje detektiranog praska optičkog signala u električni signal i šalje ga nakon pojačanja i oblikovanja.Kako bi se osiguralo da osjetljivost može doseći idealni raspon, potrebno je osigurati stabilan visoki tlak za APD na različitim temperaturama.Računalo s jednim čipom postiže ovaj cilj kontroliranjem APD visokonaponskog kruga.
2.2 Implementacija dual-rate burst prijema
Prijemni dio 10G EPON simetričnog OLT optičkog modula koristi metodu burst prijema.Treba primati burst signale dviju različitih brzina od 1,25 i 10,3125 Gbit/s, što zahtijeva da prijemni dio može dobro razlikovati optičke signale te dvije različite brzine kako bi se dobili stabilni izlazni električni signali.Ovdje su predložene dvije sheme za implementaciju dual-rate burst prijema OLT optičkih modula.
Budući da ulazni optički signal koristi TDMA (Time Division Multiple Access) tehnologiju, u isto vrijeme može postojati samo jedna brzina burst svjetla.Ulazni signal može se odvojiti u optičkoj domeni putem optičkog razdjelnika 1:2, kao što je prikazano na slici 2. Ili upotrijebite samo detektor velike brzine za pretvaranje 1G i 10G optičkih signala u slabe električne signale, a zatim odvojite dva električna signale s različitim brzinama kroz TIA veće propusnosti, kao što je prikazano na slici 3.
Prva shema prikazana na slici 2 dovest će do određenog unesenog gubitka kada svjetlost prolazi kroz optički razdjelnik 1:2, koji mora pojačati ulazni optički signal, pa se ispred optičkog razdjelnika postavlja optičko pojačalo.Odvojeni optički signali se zatim podvrgavaju optičkoj/električnoj pretvorbi pomoću detektora različitih brzina, i na kraju se dobivaju dvije vrste stabilnih izlaza električnog signala.Najveći nedostatak ovog rješenja je što se koristi optičko pojačalo i optički razdjelnik 1:2, a za pretvorbu optičkog signala potrebna su dva detektora, što poskupljuje implementaciju i poskupljuje.
U drugoj shemi prikazanoj na Sl.3, ulazni optički signal samo treba proći kroz detektor i TIA kako bi se postiglo odvajanje u električnoj domeni.Srž ovog rješenja leži u odabiru TIA-e, što zahtijeva da TIA ima propusnost od 1 ~ 10 Gbit/s, au isto vrijeme TIA ima brz odziv unutar ove propusnosti.Samo pomoću trenutnog parametra TIA-e može se brzo dobiti vrijednost odgovora, osjetljivost prijema može biti dobro zajamčena.Ovo rješenje uvelike smanjuje složenost implementacije i drži troškove pod kontrolom.U stvarnom dizajnu, općenito odabiremo drugu shemu kako bismo postigli dvostruki rafalni prijem.
2.3 Dizajn hardverskog kruga na prijemnom kraju
Slika 4 je hardverski sklop dijela za primanje praska.Kada postoji burst optički ulaz, APD pretvara optički signal u slabi električni signal i šalje ga TIA.TIA pojačava signal u 10G ili 1G električni signal.10G električni signal ulazi u 10G LA kroz pozitivnu spregu TIA, a 1G električni signal ulazi u 1G LA kroz negativnu spregu TIA.Kondenzatori C2 i C3 su spojni kondenzatori koji se koriste za postizanje 10G i 1G AC-spregnutog izlaza.Odabrana je AC-spregnuta metoda jer je jednostavnija od DC-spregnute metode.
Međutim, AC spoj 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 značajka sigurno će izgubiti određenu količinu vremena uspostavljanja prijema, pa je važno odabrati koliko je velik AC sprežni kondenzator.Ako je odabran manji spojni kondenzator, vrijeme smirivanja može se skratiti, a signal koji odašilje ONU u svakom vremenskom utoru može se u potpunosti primiti bez utjecaja na učinak prijema jer je vrijeme smirivanja prijema predugo i dolazak sljedećeg vremena utor.
Međutim, premali kapacitet će utjecati na učinak spajanja i uvelike smanjiti stabilnost prijema.Veći kapacitet može smanjiti podrhtavanje sustava i poboljšati osjetljivost prijemnog kraja.Stoga, kako bi se uzeli u obzir vrijeme mirovanja prijema i osjetljivost prijema, potrebno je odabrati odgovarajuće sprežne kondenzatore C2 i C3.Dodatno, kako bi se osigurala stabilnost ulaznog električnog signala, spojni kondenzator i odgovarajući otpornik s otporom od 50Ω spojeni su na negativni priključak LA.
LVPECL (Low Voltage Positive Emitter Coupling Logic) sklop sastavljen od otpornika R4 i R5 (R6 i R7) i izvora istosmjernog napona od 2,0 V kroz izlaz diferencijalnog signala od 10G (1G) LA.električni signal.
2.4 Odjeljak za pokretanje
Odašiljački dio 10G EPON simetričnog OLT optičkog modula uglavnom je podijeljen na dva dijela odašiljanja 1,25 i 10G, koji redom šalju signale valne duljine od 1490 i 1577 nm prema dolaznoj vezi.Uzimajući 10G odašiljački dio kao primjer, par 10G diferencijalnih signala ulazi u CDR (Clock Shaping) čip, spaja se AC-om na 10G pogonski čip i na kraju se diferencijalno unosi u 10G laser.Budući da će promjena temperature imati veliki utjecaj na valnu duljinu laserske emisije, kako bi se valna duljina stabilizirala na razinu koju zahtijeva protokol (protokol zahtijeva 1575 ~ 1580 nm), treba prilagoditi radnu struju TEC kruga, tako da da se izlazna valna duljina može dobro kontrolirati.
3. Rezultati ispitivanja i analiza
Glavni testni pokazatelji 10G EPON simetričnog OLT optičkog modula uključuju vrijeme postavljanja prijemnika, osjetljivost prijemnika i dijagram odašiljačkog oka.Specifični testovi su sljedeći:
(1) Vrijeme postavljanja prijema
U normalnom radnom okruženju uzlazne burst optičke snage od -24,0 dBm, optički signal koji emitira burst svjetlosni izvor koristi se kao početna točka mjerenja, a modul prima i uspostavlja kompletan električni signal kao krajnju točku mjerenja, zanemarujući vremensko kašnjenje svjetlosti u ispitnom vlaknu. Izmjereno vrijeme postavljanja burst prijema 1G je 76,7 ns, što zadovoljava međunarodni standard od <400 ns;vrijeme postavljanja burst prijema 10G je 241,8 ns, što također zadovoljava međunarodni standard od <800 ns.
3. Rezultati ispitivanja i analiza
Glavni testni pokazatelji 10G EPON simetričnog OLT optičkog modula uključuju vrijeme postavljanja prijemnika, osjetljivost prijemnika i dijagram odašiljačkog oka.Specifični testovi su sljedeći:
(1) Vrijeme postavljanja prijema
U normalnom radnom okruženju uzlazne burst optičke snage od -24,0 dBm, optički signal koji emitira burst svjetlosni izvor koristi se kao početna točka mjerenja, a modul prima i uspostavlja kompletan električni signal kao krajnju točku mjerenja, zanemarujući vremensko kašnjenje svjetlosti u ispitnom vlaknu.Izmjereno vrijeme postavljanja burst prijema 1G iznosi 76,7 ns, što zadovoljava međunarodni standard od <400 ns;vrijeme postavljanja burst prijema 10G je 241,8 ns, što također zadovoljava međunarodni standard od <800 ns.
