EPON システムでは、OLT は POS (パッシブ光スプリッタ) を介して複数の ONU (光ネットワーク装置) に接続されます。EPON の中核となる OLT 光モジュールは、10G EPON システム全体の動作に直接影響します。
1.10G EPON対称型OLT光モジュールの紹介
10G EPON対称OLT光モジュールは、主に10G EPONシステムの光/電気変換に使用されるアップリンクバースト受信モードとダウンリンク連続送信モードを使用します。
受信部は、TIA (トランスインピーダンス アンプ)、1270 / 1310nm の APD (アバランシェ フォトダイオード)、および 1.25 および 10.3125 Gbit/s レートの 2 つの LA (リミット アンプ) で構成されます。
送信側は10G EML(電界吸収変調レーザー)と1.25Gbit/s DFB(分布帰還レーザー)で構成され、発光波長はそれぞれ1577nmと1490nmです。
駆動回路にはデジタルAPC（自動光パワー制御）回路と安定した10Gレーザー発光波長を維持するTEC（温度補償）回路を搭載。送受信パラメータ監視は、SFF-8077iv4.5 プロトコルに準拠したシングルチップマイコンによって実装されています。
OLT 光モジュールの受信側はバースト受信を使用するため、受信セットアップ時間は特に重要です。受信整定時間が長いと感度に大きな影響を与え、バースト受信が正常に動作しなくなる場合があります。IEEE 802.3av プロトコルの要件によれば、1.25Gbit/s バースト受信の確立時間は 400 ns 未満である必要があり、バースト受信感度は 10 ～ 12 のビット誤り率で -29.78 dBm 未満である必要があります。バースト受信セットアップ時間は 800ns 未満、バースト受信感度はビット誤り率 10-3 で -28.0 dBm 未満である必要があります。
2.10G EPON 対称 OLT 光モジュール設計
2.1 設計スキーム
10G EPON 対称 OLT 光モジュールは、送信、受信、監視のトリプレクサ (単芯 3 ウェイ モジュール) で構成されます。トリプレクサには 2 つのレーザーと 1 つの検出器が含まれています。送信光と受信光は WDM (波長分割多重化装置) を介して光デバイスに統合され、単心双方向伝送を実現します。その構造を図 1 に示します。
送信部は2つのレーザーで構成され、主な機能はそれぞれ1Gと10Gの電気信号を光信号に変換し、デジタルAPC回路を通じて閉ループ状態で光パワーの安定性を維持することです。同時に、シングルチップマイコンが変調電流の大きさを制御し、システムに必要な消光比を実現します。10G送信回路にTEC回路を追加し、10Gレーザーの出力波長を大幅に安定化しました。受信部は、検出したバースト光信号をAPDにより電気信号に変換し、増幅・整形して出力します。感度が理想的な範囲に到達することを保証するには、さまざまな温度で安定した高圧を APD に提供する必要があります。ワンチップ コンピュータは、APD 高電圧回路を制御することでこの目標を達成します。
2.2 デュアルレートバースト受信の実装
10G EPON対称型OLT光モジュールの受信部はバースト受信方式を採用しています。1.25Gbit/sと10.3125Gbit/sの2つの異なるレートのバースト信号を受信する必要があり、安定した出力電気信号を得るために受信部がこれら2つの異なるレートの光信号をうまく区別できる必要があります。ここでは、OLT 光モジュールのデュアルレート バースト受信を実装するための 2 つの方式を提案します。
入力光信号は TDMA (時分割多元接続) テクノロジーを使用しているため、同時に存在できるバースト光のレートは 1 つだけです。入力信号は、図 2 に示すように、1:2 光スプリッタを介して光領域で分離できます。または、高速検出器のみを使用して 1G および 10G 光信号を弱い電気信号に変換し、その後 2 つの電気信号を分離します。図 3 に示すように、より広い帯域幅 TIA を通じて異なるレートの信号を送信します。
図2に示す最初の方式では、光が1:2光スプリッタを通過するときに一定の挿入損失が発生します。この光スプリッタは入力光信号を増幅する必要があるため、光アンプは光スプリッタの前に設置されます。分離された光信号は、レートの異なる検出器によって光／電気変換され、最終的に2種類の安定した電気信号出力が得られます。このソリューションの最大の欠点は、光アンプと 1:2 光スプリッタが使用され、光信号を変換するために 2 つの検出器が必要なため、実装が複雑になり、コストが増加することです。
図３に示す第２のスキームでは、図３に示すように、入力光信号は、電気領域での分離を達成するために検出器とＴＩＡを通過するだけでよい。このソリューションの核心は TIA の選択にあり、TIA には 1 ～ 10Gbit/s の帯域幅が必要であり、同時に TIA はこの帯域幅内で高速な応答を実現します。TIA の現在のパラメータを通じてのみ応答値を迅速に取得でき、受信感度は十分に保証されます。このソリューションにより、実装の複雑さが大幅に軽減され、コストが抑制されます。実際の設計では、通常、デュアル レート バースト受信を実現するために 2 番目の方式を選択します。
2.3 受信側のハードウェア回路の設計
図4はバースト受信部のハードウェア回路です。バースト光入力がある場合、APD は光信号を弱い電気信号に変換し、TIA に送信します。信号は TIA によって 10G または 1G 電気信号に増幅されます。１０Ｇ電気信号はＴＩＡの正結合を介して１０Ｇ ＬＡに入力され、１Ｇ電気信号はＴＩＡの負結合を介して１Ｇ ＬＡに入力される。コンデンサ C2 および C3 は、10G および 1G の AC 結合出力を実現するために使用される結合コンデンサです。AC 結合方式が選択されたのは、DC 結合方式よりも簡単だからです。
しかし、ACカップリングにはコンデンサの充放電があり、信号に対する応答速度は充放電の時定数に影響され、信号の応答が間に合わなくなります。この機能により、ある程度の受信整定時間が失われることになるため、AC カップリング コンデンサの大きさを選択することが重要です。より小さい結合コンデンサを選択すると、セトリング時間を短縮でき、受信セトリング時間が長すぎて次回の受信時間が長すぎるため、受信効果に影響を与えることなく、各タイムスロットで ONU によって送信された信号を完全に受信できます。スロット。
ただし、静電容量が小さすぎると結合効果に影響し、受信の安定性が大幅に低下します。静電容量を大きくすると、システムのジッターが減少し、受信側の感度が向上します。したがって、受信セトリング時間と受信感度を考慮して、適切なカップリングコンデンサ C2、C3 を選択する必要があります。また、入力電気信号の安定性を確保するため、LAのマイナス端子には50Ωのカップリングコンデンサとマッチング抵抗が接続されています。
LVPECL (Low Voltage Positive Emitter Coupling Logic) 回路は、抵抗 R4 と R5 (R6 と R7) と、10G (1G) LA によって出力される差動信号を介した 2.0 V DC 電圧源で構成されます。電気信号。
2.4 起動セクション
10G EPON対称OLT光モジュールの送信部分は主に1.25送信と10G送信の2つの部分に分かれており、それぞれ1490nmと1577nmの波長の信号をダウンリンクに送信します。10G 送信部分を例にとると、一対の 10G 差動信号が CDR (クロック シェーピング) チップに入り、10G ドライバー チップに AC 結合され、最終的に 10G レーザーに差動入力されます。温度変化はレーザーの発光波長に大きな影響を与えるため、波長をプロトコルで要求されるレベル（プロトコルでは1575～1580nmが必要）に安定させるには、TEC回路の動作電流を調整する必要があります。出力波長が適切に制御できることを確認します。
3. 試験結果と分析
10G EPON 対称 OLT 光モジュールの主なテスト指標には、受信セットアップ時間、受信感度、送信アイ ダイアグラムが含まれます。具体的なテストは次のとおりです。
(1) 受信セットアップ時間
-24.0 dBm のアップリンク バースト光パワーの通常の動作環境下では、バースト光源から放射された光信号が測定開始点として使用され、モジュールは完全な電気信号を受信して測定終了点として確立します。テストファイバー内の光の遅延時間。測定された 1G バースト受信セットアップ時間は 76.7 ns で、国際標準の <400 ns を満たしています。10G バースト受信セットアップ時間は 241.8 ns で、国際標準の 800 ns 未満も満たしています。
3. 試験結果と分析
10G EPON 対称 OLT 光モジュールの主なテスト指標には、受信セットアップ時間、受信感度、送信アイ ダイアグラムが含まれます。具体的なテストは次のとおりです。
(1) 受信セットアップ時間
-24.0 dBm のアップリンク バースト光パワーの通常の動作環境下では、バースト光源から放射された光信号が測定開始点として使用され、モジュールは完全な電気信号を受信して測定終了点として確立します。テストファイバー内の光の時間遅延。測定された 1G バースト受信セットアップ時間は 76.7 ns で、400 ns 未満の国際標準を満たしています。10G バースト受信セットアップ時間は 241.8 ns で、国際標準の 800 ns 未満も満たしています。
