50G-PON物理层传输技术研究

发布时间：2020-06-10 17:16

【摘要】：随着4K/8K视频、VR/AR、5G移动网络、云计算等带宽饥饿业务的快速发展,用户对光接入网带宽有着迫切需求。下一代PON技术希望将单波长的速率提高到50 Gb/s。若仍沿用10G光器件来传输50 Gb/s信号,由于带宽限制比较严重,需要采用复杂的DSP算法。而这些算法用硬件实现起来较为困难而且成本大幅度提高。随着25G光收发器件工艺的逐渐成熟,本文采用25G光器件来传输50 Gb/s信号,旨在为单路50 Gb/s的传输提供更实用且更易于实现的方案参考。本文采用25G EML和APD完成了50 Gb/s NRZ信号的25 km标准单模光纤(SSMF)传输。由于信道带宽限制,NRZ被转化成部分响应双二进制信号的形式。采用最大似然序列估计(MLSE)算法进行均衡时,引入了自适应的信道估计过程,相对于之前的固定信道系数的算法,提高了误码率性能,同时也提高了MLSE对于色散的容忍度,光灵敏度达到了-24.7 dBm。采用前向反馈均衡(FFE)和判决反馈均衡(DFE)算法时,在背靠背和25 km SSMF传输情况下,分别研究了FFE、DFE的抽头系数对系统性能的影响。最终在使用最佳的FFE-5+DFE-1的均衡方案时,光灵敏度能够达到-22.5 dBm,只比MLSE差了2.2 dB。本文采用25G EML和PIN完成了50 Gb/s PAM4信号的25 km SSMF传输。采用MLSE算法进行均衡时,通过二次信道估计的方式来提高MLSE的误码率性能,光灵敏度达到-12 dBm。针对PAM4信号及其两路合成信号MSB、LSB的传输性能进行了比较,并分别在背靠背和25 km SSMF传输情况下,给出了三组信号的误码率曲线。此外,本文针对适合多电平信号传输的25G光收发模块进行了研究,对EML的EAM调制器反向偏压进行了调优实验,并分析了EAM反向偏压对接收机误码率性能的影响。
【图文】：

接入网的流量需求不断增加，特别是一些高带宽新业务的驱动 4K/8K 超高清视频、AR/VR、5G 移动前传网络、物联网、云数据中心等网的流量正在以爆炸性的速度增长，这也就对光接入网的带宽提出了更求[1]。根据 Cisco 对用户数据的统计和估计，，每人每月的平均流量将从 2 27.2 GB 增长到 2020 年的 66.5 GB[2-3]。2015 年，每个月全球互联网流72.5 EB。而到 2020 年，每月的全球互联网流量预计将达到 194.4 EB (1es)，并且继续保持着每年近 30%的增长速度。成本是光纤到户(Fiber-To-The-Home, FTTH)网络中最重要的因素[4]。基分配的无源光网络(Passive Optical Network, PON)是一种重要的网络体，它以一种经济有效的方式为用户提供高带宽性能的光纤接入服务。如 所示，为 PON 技术的架构示意图以及相关术语。下行指光线路终端(O网络单元(ONU)端传输；反之，上行代表从 ONU 到 OLT 的传输。

上海大学硕士学位论文到现在为止，几乎所有商业部署的 PON 都是时分复用的 TDM-PON[5-7]，使用非归零码(NRZ)作为调制格式。目前，已经商用的 PON 技术均由国际电信联盟电信标准局(International Telecommunications Union, ITU)或者美国电气与电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) 制定了相关标准。如图 1-2 所示，从 2003 年开始大规模部署 APON[8]和 BPON[9]（下行速率622 Mb/s，上行155 Mb/s）。目前已经部署了10 Gb/s级的PON，而对10 Gb/s以上低成本的下一代 PON 技术的研究已经开始进行[10]。
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1

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本文编号：2706601