Page 30 - 网络电信2024年7月刊
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光通信
超100 Gbit/s相干PON系统关键技术研究
李明，胡荣
烽火通信科技股份有限公司宽带业务产出线
摘要：50 Gbit/s无源光网络(PON)标准已趋于完善，后50 关键词：相干技术；50 Gbit/s无源光网络；时分复用；突发模式
Gbit/s PON时代的技术标准尚属空白，亟待开展相关研究以推
动整个产业链从系统、模块和芯片等方面提前进行布局。文章 引言
判断单波长200 Gbit/s速率和相干技术将会是继50 Gbit/s PON
之后下一代PON系统的两大关键特征。单波长200 Gbit/s速率对 无源光网络(Passive Optical Network, PON)因其低成本
运营商具备更大的吸引力，而强度调制/直接检测(IM/DD)技术 的特性，获得了运营商广泛的青睐。目前，单波长10、25和50
难以持续满足200 Gbit/s速率下系统对Class C+等级功率预算 Gbit/s的PON技术方案主要都是基于O波段的强度调制/直接检
的要求，需要采用灵敏度更高的相干技术。然而PON系统是一种 测(Intensity Modulation and Direct Detection, IM/DD)架
典型的点对多点(P2MP)拓扑架构，将相干技术下沉到PON还有许 构。随着相干光模块在骨干网和城域网中的大规模应用，相干
多关键技术需要攻克，其中，涉及PON系统设备和媒体访问控制 光接收技术正逐步下沉到数据中心等短距离光纤传输网络中。
(MAC)芯片的架构重构、相干PON光模块的单纤双向(Bi-Di)技术 在2019年到2021年连续3届美国光通信大会( Optical Fiber
改造、突发模式的相干发送与接收技术以及相干PON系统的波长 Communications Conference and Exhibition, OFC)上，学
管控技术。时分复用(TDM)仍然是实现P2MP传输的推荐方式，在 术界和产业界都针对相干PON技术作了专题讨论。为了进一步
TDM基础之上可以叠加新的复用维度，例如子载波复用(SCM)。 提升接入速率，中国通信标准化协会(China Communications
新复用维度的引入给PON系统带来了灵活性，但同时也增加了设 Standards Association, CCSA)已立项“相干技术及器件在
计的复杂度，将会颠覆当前的PON系统架构。叠加了SCM的相干 后50 Gbit/s PON时代的应用分析”研究课题，国际电信联
PON系统将不再采用数字化接口方式与光模块进行连接，光模 盟(ITU,International Telecommunications Union)已立项
块本身需要具备高度线性驱动和调制能力。此外，用户侧光模 G.SUP.VHSP标准，均旨在探索超100 Gbit/s PON系统的技术路
块需要具备瞬时开关能力，以避免对其他用户造成干扰，因此 线。相干光接收技术可以探测多维度(幅度、相位、偏振)调制
需要开发新型的支持突发控制功能的相干光芯片。考虑到上行 信号，在不增加器件带宽的条件下可以极大提升信号的接入速
P2MP的突发相干接收环境，需要从系统层面实现对多个用户激 率。在相干光接收过程中，本振光和信号光通过拍频的方式对
光器的波长管控，避免上行方向因多用户波长快速切换造成的 信号光进行放大，可以进一步提升系统的接收灵敏度。相干光
局端频偏估算偏差问题。综上，将相干技术应用于PON将会是一 接收技术可以得到光场的全部信息，这意味着光纤色散和非线
个全新的复杂系统工程，难以直接继承现有相干系统架构，需 性畸变等链路损伤可以通过数字信号处理技术来进行补偿。因
要匹配P2MP的应用需求，从芯片、模块和设备多个方面实现技 此，相干光接入系统可以工作在C波段，以缓解当前频谱资源的
术创新。 紧张状况。同时也可以利用已经成熟的C波段光电器件，对系统
成本进行控制，并具有易于维护和升级的优点。相比于IM/DD的
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