W systemie EPON OLT jest podłączony do wielu jednostek ONU (jednostek sieci optycznej) poprzez POS (pasywny rozdzielacz optyczny).Jako rdzeń EPON, moduły optyczne OLT będą bezpośrednio wpływać na działanie całego systemu EPON 10G.
1. Wprowadzenie do symetrycznego modułu optycznego OLT 10G EPON
Symetryczny moduł optyczny OLT 10G EPON wykorzystuje tryb odbioru seryjnego łącza w górę i tryb ciągłej transmisji łącza w dół, które są używane głównie do konwersji optycznej/elektrycznej w systemach 10G EPON.
Część odbiorcza składa się z TIA (wzmacniacza transimpedancyjnego), APD (fotodiody lawinowej) przy 1270/1310 nm i dwóch LA (wzmacniaczy ograniczających) przy szybkościach 1,25 i 10,3125 Gbit/s.
Koniec nadawczy składa się z 10G EML (laser z modulacją elektroabsorpcji) i DFB 1,25 Gbit/s (laser z rozproszonym sprzężeniem zwrotnym), a jego długości fali emisji wynoszą odpowiednio 1577 i 1490 nm.
Obwód sterujący obejmuje cyfrowy obwód APC (automatyczna kontrola mocy optycznej) i obwód TEC (kompensacja temperatury) w celu utrzymania stabilnej długości fali emisji lasera 10G.Monitorowanie parametrów nadawania i odbioru realizowane jest przez mikrokomputer jednoukładowy zgodny z protokołem SFF-8077iv4.5.
Ponieważ strona odbiorcza modułu optycznego OLT wykorzystuje odbiór impulsowy, czas konfiguracji odbioru jest szczególnie ważny.Jeśli czas ustalania odbioru jest długi, będzie to miało duży wpływ na czułość, a nawet może spowodować, że odbiór seryjny nie będzie działał prawidłowo.Zgodnie z wymaganiami protokołu IEEE 802.3av, czas ustanowienia odbioru serii 1,25 Gbit/s musi wynosić < 400 ns, a czułość odbioru serii musi wynosić <-29,78 dBm z bitową stopą błędu 10-12;i 10,3125 Gbit/s. Czas konfiguracji odbioru serii musi wynosić <800 ns, a czułość odbioru serii musi wynosić <-28,0 dBm z bitową stopą błędu 10-3.
Symetryczna konstrukcja modułu optycznego OLT 2.10G EPON
2.1 Schemat projektu
Symetryczny moduł optyczny OLT 10G EPON składa się z tripleksera (jednowłóknowego modułu trójdrożnego), transmisji, odbioru i monitorowania.Triplekser składa się z dwóch laserów i detektora.Przesyłane i odbierane światło jest integrowane w urządzeniu optycznym za pomocą WDM (multipleksera z podziałem długości fali), aby osiągnąć dwukierunkową transmisję w jednym włóknie.Jego strukturę pokazano na rysunku 1.
Część nadawcza składa się z dwóch laserów, których główną funkcją jest konwersja sygnałów elektrycznych 1G i 10G odpowiednio na sygnały optyczne oraz utrzymywanie stabilności mocy optycznej w stanie zamkniętej pętli za pośrednictwem cyfrowego obwodu APC.Jednocześnie mikrokomputer jednoukładowy kontroluje wielkość prądu modulacji, aby uzyskać współczynnik ekstynkcji wymagany przez system.Obwód TEC jest dodawany do obwodu nadawczego 10G, co znacznie stabilizuje wyjściową długość fali lasera 10G.Część odbiorcza wykorzystuje APD do konwersji wykrytego impulsowego sygnału optycznego na sygnał elektryczny i wysyła go po wzmocnieniu i ukształtowaniu.Aby zapewnić, że czułość osiągnie idealny zakres, konieczne jest zapewnienie APD stabilnego wysokiego ciśnienia w różnych temperaturach.Komputer jednoukładowy osiąga ten cel poprzez sterowanie obwodem wysokiego napięcia APD.
2.2 Implementacja dwustopniowego odbioru seryjnego
Część odbiorcza symetrycznego modułu optycznego OLT 10G EPON wykorzystuje metodę odbioru impulsowego.Musi odbierać sygnały impulsowe o dwóch różnych szybkościach 1,25 i 10,3125 Gbit/s, co wymaga, aby część odbiorcza była w stanie dobrze rozróżnić sygnały optyczne o tych dwóch różnych szybkościach, aby uzyskać stabilne wyjściowe sygnały elektryczne.Zaproponowano tutaj dwa schematy realizacji dwuprzepływowego odbioru impulsowego modułów optycznych OLT.
Ponieważ wejściowy sygnał optyczny wykorzystuje technologię TDMA (Time Division Multiple Access), w tym samym czasie może występować tylko jedna szybkość błysku światła.Sygnał wejściowy można rozdzielić w domenie optycznej za pomocą rozdzielacza optycznego 1:2, takiego jak pokazano na rysunku 2. Można też użyć wyłącznie szybkiego detektora do konwersji sygnałów optycznych 1G i 10G na słabe sygnały elektryczne, a następnie oddzielić dwa sygnały elektryczne sygnały o różnych szybkościach w większym paśmie TIA, jak pokazano na rysunku 3.
Pierwszy schemat pokazany na rysunku 2 przyniesie pewną stratę wtrąceniową, gdy światło przechodzi przez rozdzielacz optyczny 1:2, który musi wzmacniać wejściowy sygnał optyczny, dlatego przed rozdzielaczem optycznym instaluje się wzmacniacz optyczny.Oddzielone sygnały optyczne są następnie poddawane konwersji optyczno-elektrycznej przez detektory o różnych szybkościach, w wyniku czego uzyskuje się dwa rodzaje stabilnych wyjściowych sygnałów elektrycznych.Największą wadą tego rozwiązania jest to, że stosuje się wzmacniacz optyczny i rozdzielacz optyczny 1:2, a do konwersji sygnału optycznego potrzebne są dwa detektory, co zwiększa złożoność realizacji i zwiększa koszt.
Na drugim schemacie pokazanym na FIG.3, wejściowy sygnał optyczny musi jedynie przejść przez detektor i TIA, aby osiągnąć separację w domenie elektrycznej.Istotą tego rozwiązania jest dobór TIA, który wymaga od TIA przepustowości 1 ~ 10Gbit/s, a jednocześnie TIA charakteryzuje się szybką odpowiedzią w tym paśmie.Tylko poprzez bieżący parametr TIA można szybko uzyskać wartość odpowiedzi i można zagwarantować czułość odbioru.Rozwiązanie to znacznie zmniejsza złożoność wdrożenia i pozwala zachować koszty pod kontrolą.W rzeczywistym projekcie zazwyczaj wybieramy drugi schemat, aby uzyskać odbiór impulsowy z podwójną szybkością.
2.3 Projekt obwodu sprzętowego po stronie odbiorczej
Fig. 4 przedstawia obwód sprzętowy części odbierającej impulsy.Kiedy na wejściu pojawia się impuls optyczny, APD przekształca sygnał optyczny na słaby sygnał elektryczny i wysyła go do TIA.Sygnał jest wzmacniany przez TIA do postaci sygnału elektrycznego 10G lub 1G.Sygnał elektryczny 10G jest wprowadzany do 10G LA poprzez dodatnie sprzężenie TIA, a sygnał elektryczny 1G jest wprowadzany do 1G LA poprzez ujemne sprzężenie TIA.Kondensatory C2 i C3 to kondensatory sprzęgające stosowane do uzyskania mocy wyjściowej 10G i 1G ze sprzężeniem AC.Wybrano metodę ze sprzężeniem prądu przemiennego, ponieważ jest prostsza niż metoda ze sprzężeniem prądu stałego.
Jednak w przypadku sprzężenia AC ładuje się i rozładowuje kondensator, a na prędkość reakcji na sygnał wpływa stała czasowa ładowania i rozładowania, to znaczy, że na sygnał nie można zareagować w odpowiednim czasie.Ta funkcja wiąże się z utratą pewnej ilości czasu ustalania odbioru, dlatego ważne jest, aby wybrać wielkość kondensatora sprzęgającego AC.W przypadku wybrania mniejszego kondensatora sprzęgającego czas ustalania można skrócić, a sygnał nadawany przez ONU w każdym przedziale czasowym może zostać całkowicie odebrany bez wpływu na efekt odbioru, ponieważ czas ustalania odbioru jest zbyt długi i nadejście kolejnego razu otwór.
Jednak zbyt mała pojemność wpłynie na efekt sprzęgania i znacznie zmniejszy stabilność odbioru.Większa pojemność może zmniejszyć drgania systemu i poprawić czułość strony odbiorczej.Dlatego, aby uwzględnić czas ustalania odbioru i czułość odbioru, należy dobrać odpowiednie kondensatory sprzęgające C2 i C3.Dodatkowo, aby zapewnić stabilność wejściowego sygnału elektrycznego, do ujemnego zacisku LA podłącza się kondensator sprzęgający i rezystor dopasowujący o rezystancji 50 Ω.
Obwód LVPECL (Logvolt Positive Emitter Coupling Logic) składający się z rezystorów R4 i R5 (R6 i R7) oraz źródła napięcia stałego 2,0 V poprzez wyjściowy sygnał różnicowy przez 10G (1G) LA.sygnał elektryczny.
2.4 Sekcja uruchamiania
Część nadawcza symetrycznego modułu optycznego OLT 10G EPON jest podzielona głównie na dwie części nadawcze 1,25 i 10G, które odpowiednio wysyłają sygnały o długości fali 1490 i 1577 nm do łącza w dół.Biorąc za przykład część nadawczą 10G, para sygnałów różnicowych 10G wchodzi do układu CDR (Clock Shaping), jest sprzężona prądem zmiennym z układem sterownika 10G, a na koniec jest wprowadzana różnicowo do lasera 10G.Ponieważ zmiana temperatury będzie miała duży wpływ na długość fali emisji lasera, aby ustabilizować długość fali do poziomu wymaganego przez protokół (protokół wymaga 1575 ~ 1580nm), należy dostosować prąd roboczy obwodu TEC, tak że długość fali wyjściowej może być dobrze kontrolowana.
3. Wyniki badań i analiza
Główne wskaźniki testowe symetrycznego modułu optycznego OLT 10G EPON obejmują czas konfiguracji odbiornika, czułość odbiornika i schemat oka nadawczego.Konkretne testy są następujące:
(1) Odbierz czas konfiguracji
W normalnym środowisku pracy, w którym moc optyczna impulsu sygnału w górę wynosi -24,0 dBm, sygnał optyczny emitowany przez źródło światła impulsu jest używany jako punkt początkowy pomiaru, a moduł odbiera i ustala kompletny sygnał elektryczny jako punkt końcowy pomiaru, ignorując opóźnienie czasowe światła w światłowodzie testowym. Zmierzony czas konfiguracji odbioru serii 1G wynosi 76,7 ns, co spełnia międzynarodowy standard <400 ns;czas konfiguracji odbioru serii 10G wynosi 241,8 ns, co również spełnia międzynarodowy standard <800 ns.
3. Wyniki badań i analiza
Główne wskaźniki testowe symetrycznego modułu optycznego OLT 10G EPON obejmują czas konfiguracji odbiornika, czułość odbiornika i schemat oka nadawczego.Konkretne testy są następujące:
(1) Odbierz czas konfiguracji
W normalnym środowisku pracy, w którym moc optyczna impulsu sygnału w górę wynosi -24,0 dBm, sygnał optyczny emitowany przez źródło światła impulsu jest używany jako punkt początkowy pomiaru, a moduł odbiera i ustala kompletny sygnał elektryczny jako punkt końcowy pomiaru, ignorując opóźnienie czasowe światła w światłowodzie testowym.Zmierzony czas konfiguracji odbioru serii 1G wynosi 76,7 ns, co spełnia międzynarodowy standard <400 ns;czas konfiguracji odbioru serii 10G wynosi 241,8 ns, co również spełnia międzynarodowy standard <800 ns.
