100G城域DWDM光模块

100G城域DWDM光模块一100G城域DWDM光通信网络体系架构通常分为三层：骨干网，城域网以及接入网。近几年，应用于骨干网的100G技术发展很快。这主要得益于标准的统一，各运营商，设备商，模块、器件、芯片厂商的热情参与及支持。城域网桥接着接入网和骨干网，其本身并没有统一的定义，一般可认为分成三种类型：城域区域网，城域核心网和城域接入网。城域区域网和城域核心网分别覆盖500~1000km和100~500km的传输距离，城域网通常包括大量的可重构光上下复用器（ROADM）节点以及衰减较大的旧光纤，对传输系统的要求较高。在城域网铺设新光纤成本较高，所以对光纤带宽利用率也有较高的要求[1]。随着接入网速率的提升及骨干网100G的大量应用，城域网对100G的需求也变得越来越迫切。据OVUM预测，100GDWDM城域网将在2014年开始部署，2015年以后大规模应用。之所以说城域网是今后几年的一个发展热点，主要体现在以下几个方面：（1）城域网市场规模大，一般是骨干网的两到三倍；（2）城域网传输距离较短，多采用低成本的解决方案；（3）城域网可以借鉴骨干网的成熟技术；反过来，城域网技术的进步也可推动、促进骨干网及下一代网络技术的发展，两者相辅相成。二城域DWDM光模块类型目前可获得的100G城域DWDM光模块主要分为相干CFP和非相干CFP两种类型。其中，非相干CFP又分为两类：一类采用ODB调制格式，另一类采用OOK调制格式+最大似然序列估计算法接收。具体类型见表一。表一：100G城域DWDM光模块类型类型说明一相干CFP二非相干ODB调制格式CFP三非相干ODB调制格式CFP四非相干，OOK调制格式+最大似然序列估计算法接收CFP三光模块解决方案考虑到尺寸及功耗，100G城域DWDM光模块都采用CFP封装，但各家具体的解决方案并不相同。3.1类型一解决方案：（1）相干技术；（2）DP-QPSK调制方式，以保证较远的传输距离；（3）自主研发的低功耗DSP芯片；（4）单个激光器兼顾发射激光器和本地振荡器的功能，以降低功耗和成本；（5）MZ调制器和光相干接收机集成在一个封装，以减小尺寸。（6）采用OTNFramer芯片，支持OTU4传输，具有FEC功能。3.2类型二解决方案：（1）非相干技术；（2）ODB调制方式；（3）TunableTOSA，可调波长激光器和MZ调制器集成在一个封装；（4）采用OTNFramer芯片，支持100GE和OTU4传输，具有FEC功能，可简化系统单板设计。（5）信号流程：输入光模块的10路10G差分信号通过148pin接口进入OTNFramer芯片进行处理，Framer输出电信号进入到10:4MUX，变成4路25G/28G（分别对应100GE/OTU4）电信号输出，再经过4路driver放大后进入到4路TunableTOSA，完成4路ODB信号的调制。接收端通过PIN/TIA将4路25G/28G光信号转换成电信号，4路电信号通过4：10DEMUX变成10路10G差分信号，经过OTNFramer芯片处理后从148pin输出。模块示意图如图1所示：图1：类型二城域DWDM光模块示意图3.3类型三的解决方案和类型二相差不大。都是ODB调制方式。最大的区别是类型二具有FEC功能，类型三没有采用OTNFramer芯片，不具备FEC功能。3.4类型四解决方案：（1）非相干技术；（2）EML调制方式；（3）采用10Gdriver，10GTOSA/ROSA发射和接收信号。其中driver具有低噪声及线性放大功能；（4）采用集成高速模数转换ADC，数字信号处理DSP以及4:10DEMUX的芯片进行解码，其中，DSP基于最大似然序列估计（MLSE）算法进行解码。实验表明，对于存在色度色散CD及偏振模色散PMD的光纤链路，MLSE能延长系统的传输距离[2]。（5）信号流程：输入到模块的10路10G信号经过10:4MUX变成4路28G高速电信号。4路电信号经过10G带宽的线性driver放大后进入到4路10GEML调制器，这样就完成了信号的调制。接收端将4路10G光信号通过PIN/TIA转换成电信号，经过4路ADC采样后输入到DSP进行解码，解码后的信号经过4:10DEMUX变成10路10G信号输出。图2是模块示意图。4×2810×1010×104×284×28SPI3.3VMDIO10×10148pin10:4MUXDriverTunableTOSAPIN/TIA4：10DEMUXTXRXOTNFramerFPGAPowerMCU图2：类型四城域DWDM光模块示意图3.5解决方案小结类型波长封装调制格式功能TX主要器件RX主要器件一C波段CFPDP-QPSK支持OTU4传输，具有FEC功能MUX+driver+MZ调制器相干接收机+自制DSP二ODB支持100GE和OTU4传输，具有FEC功能MUX+driver+可调波长TOSAPIN/TIA+DEMUX三ODB支持100GE和OTU4传输，不具有FEC功能MUX+driver+可调波长TOSAPIN/TIA+DEMUX四OOK支持OTU4传输，不具有FEC功能，使用10G带宽的器件MUX+10Gdriver+10GTOSA10GPIN/TIA+DSP+DEMUX四性能评估容量，距离及速率是传输系统的三大要素。所以就从这三个方面对上述城域DWDM光模块进行性能评估。类型容量距离速率一单光纤100G较远，支持80公里无放大应用单光纤最高112Gbit/s二4根光纤100G，可采用光合波器合成单光纤100G适中，400km（使用FEC）4根光纤最高112Gbit/s三适中，400km（使用FEC）四较短，25km（不使用FEC）五小结（1）相干解决方案适合城域区域网，节约光纤资源，传输距离较长。但需要使用低成本低功耗的DSP芯片，目前这种DSP芯片全球供应商非常少。（2）ODB调制格式解决方案适合城域核心网，传输距离适中（需结合FEC使用）；波长可调，节约DWDM网络成本；需要使用波长可调的TOSA，目前该种25G速率，波长可调的TOSA同样供应商较少。（3）OOK调制格式解决方案适合城域接入网，主要采用10G器件及MLSE算法接收，传输距离较短，光模块成本较低。需要使用具有MLSE算法的DSP芯片，目前这种DSP芯片全球只有一家供应商。10×104×2810×104×104×10148pin10:4MUX10GDriver10GEMLMODADCADCADCADC10GPIN/TIA4：10DEMUXDSPTXRX进行100G城域DWDM网络建设时，需要从传输距离，成本，接口速率以及兼容性等方面综合考虑，选取最优的光模块解决方案。