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5G网络中回传关键光模块技术方案

[来源:纤亿通]  [日期:2019-02-19]  [点击数:200] 
第五代移动通信(5G)技术即将迈入商用化进程,其新型业务特性和更高指标要求对承载网络架构及各层技术方案均提出了新的挑战。光模块是5G网络物理层的基础构成单元,广泛应用于无线及传输设备,其成本在系统设备中的占比不断增高,部分设备中甚至超过50~70%,是5G低成本、广覆盖的关键要素。

一、         25Gb/s双纤双向灰光模块

40km的25Gb/s双纤双向光模块需采用25G波特率的EML激光器和APD探测器。IEEE 802.3cc 已定义10km/40km 25GbE单模光纤接口,CCSA已完成相关标准制定工作,预计2019年报批。

二、         50Gb/s单纤双向/双纤双向灰光模块

50Gb/s光模块的典型传输距离在40km及以内,技术方案主要基于25G波特率的光芯片和脉幅调制(PAM4)调制格式,对高线性度激光器驱动器和跨阻放大器要求较高。目前IEEE 802.3cd已经规范了传输距离为10km的单通道50Gb/s光接口,IEEE802.3cn正在规范传输距离为40km的50Gb/s光接口。50Gb/s 10km光模块可采用25G波特率的DFB激光器和PIN探测器实现;40km光模块需采用25G波特率的EML激光器和APD探测器实现。

对上下行时延对称性要求较高的应用场景可采用50Gb/s BiDi光模块,相关标准IEEE 802.3cp正在规范,拟采用WDM技术方案,结合方案成本与供应链成熟度考虑,具体波长对选择建议如表1所示。

1  50Gb/s BiDi光模块波长对建议


考虑光纤类型、传输距离、激光器波长与温度漂移等因素,白皮书分别对10km和40km BiDi光模块的收发路径时延抖动进行了测算分析。以G.652D光纤为传输介质, 10km BiDi光模块在波长极限偏移条件(±10nm)下的时延差最大变化量为2.96191ns,如表2所示。

2 10km Bidi 光模块波长偏移引入的时延抖动


40km BiDi光模块由于激光器采用温度控制,波长偏移范围略小,时延差最大变化量为1.23670ns,如表3所示。

3  40km Bidi 光模块波长偏移引入的时延抖动


三、         100/200/400Gb/s灰光模块

100/200/400Gb/s光模块的典型传输距离为40km~80km,其中100Gb/s主要采用基于25G波特率芯片的NRZ或PAM4调制格式,200Gb/s和400Gb/s主要采用25G或50G波特率的PAM4调制格式。IEEE 802.3ba、802.3bs、以及PSM4、 CWDM4、4WDM等MSA已规范100/200/400GbE单模光纤传输500m、2km、10km,以及100GbE单模光纤传输20/40km的光接口指标,技术方案及相关产品已基本成熟,其中,100/200GbE已实现规模商用,400GbE预计在2019年下半年逐步商用。IEEE 802.3cn/ct目前正在制定200GbE和400GbE 40km及以上、100GbE 80km及以上传输距离的光接口指标,预计2020年左右制定完成。

四、         低成本高速相干光模块

低成本相干光模块的典型传输距离为80km及以上,主要速率包括100/200/400Gb/s,典型实现方案发送侧采用偏振复用(PD)n-QAM调制格式,接收侧采用基于DSP的相干接收等技术。100/200Gb/s相干可插拔光模块(CFP/CFP2-DCO)已逐步在传送网和数据中心互联(DCI)设备中规模商用。OIF在2018年10月正式发布了CFP2-DCO规范,目前正在制订针对80~120km传输距离的400ZR标准,另外ITU-T SG15 Q6的G.698.2标准正在开展基于200/400Gb/s相干技术的80km和450km量级传输距离规范制定。

五、         非相干50/100Gb/s彩光模块

非相干DWDM彩光模块的典型传输距离为40km及以内,目前主流方案采用PAM4技术。非相干50/100Gb/s光模块采用固定波长DWDM激光器和PAM DSP芯片,相对于相干光模块具有一定的成本优势,两者关键器件的比较如表4所示。

相干与非相干光模块用关键器件比较


当传输距离大于15~20km时,非相干光模块需外置光放大器和色散补偿模块(DCM),这将一定程度上增加线路成本和维护复杂度,具体应用前景待研究。




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