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Y11T153 PON网络发展趋势以及核心光器件光芯片

更新时间:2025-06-02 08:06:52 阅读量:55

今天有个时长一小时的议题,LPO光模块。主要是为了试一下腾讯会议。

这周六6月7号是一整天的任务,上午三小时下午三小时,围绕着PON网络聊一下光模块光器件和光芯片的技术与趋势。


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PON,是无源光网络的意思,也就是家里的宽带网络通过一个无源节点而非有源交换机的方式与局端连接,实现上网的功能。

无源接入,最核心的目的是降低用户接入成本。



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基于PON的网络架构在应用中也区分很多类别,比如FTTO,fiber to the office,FTTB fiber to the Building光纤到楼,FTTH fiber to the home光纤到户,FTTR fiber to the room光纤到屋,FTTD fiber to the desk光纤到桌面,FTTM fiber to the machine(工业PON)的光纤到机器……

有时候我们把PON与FTTx几乎划了一个等号。

从速率上来说,最早的PON是APON,互联网刚刚起来的时候,产业就定义了无源接入的方式,那个时代考虑了异步通信的方式。

异步通信很早就升级到同步通信了,这个ATM的异步方式,已经久远到淡出了产业的记忆。



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从1996年开始,互联网进入快速增长的时代,一年翻几番的流量增加,像极了现在的AI与800G光模块。2000年,互联网流量进入了一个小高峰,因为这是历史,接下来的泡沫破裂咱们都知道了。

PON从APON向BPON迭代,B是宽带的意思,也就是在那个年代155M,622M的接入光模块速率是比APON高很多的。



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BPON在中国几乎没有部署量,在北美有一些量。 

2004年泡沫破裂后的互联网流量恢复期,定义了EPON与GPON,光模块有了1.25G(也就是千兆网络),2.5G的速率,EPON和GPON算是咱们真正意义的第一代用于产业规模部署的PON, 2008年开始起量,2016年进入顶峰时代,迄今为止仍有部署。



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在EPON/GPON标准完成后,产业就开始了更高速的一代技术探讨与研究,2008年的10G PON开始逐步完成标准化工作,2019年起量,2023年是峰值,现在当然是有部署的。

10G技术形成了PON的多个系列,10GEPON、XGPON、XGSPON、Combo-PON(包括G+XG,或G+XG+XGS),X就是10的意思,是希腊数字,咱们很多手表的表盘依然能看到这种希腊数字的表示。



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在10G之后,有一个标准就是TWDM PON,基于4x10G的WDM波分复用再叠加传统的TDM时分复用方式形成TDM+WDM的TWDM PON,网络架构复杂,需要可调谐发射与可调谐接收技术,部署成本很高。

在中国的PON代际技术中选择跨过4x10G这一代,北美有些厂家如Verizon有想使用这种网络拓扑。



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咱们在10GPON后选择了50GPON,2022年基本完成标准化工作,2024年底进入商用初期,预计2028-2030年左右进入部署高峰。



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50GPON之后,具体选择什么样的技术作为再下一代的PON主流技术,产业现在是过河摸石头的阶段,一边摸索一边讨论一边看成本,为未来用户选择提供产业技术基础。



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AI组网的光模块头疼的是带宽、速率和功耗。

相干通信的光模块头疼的是带宽、格式和频谱。

PON光模块则头疼的是成本、突发、和功率预算(发射功率越来越大,接收灵敏度越来越苛刻)。

各种低成本技术



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突发特性的设计与测试



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功率预算是PON很头疼的一件事,发射功率越来越大,接收灵敏度越来越苛刻才能满足日益增长的功率预算提高的要求。



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不断提高分支比,可以接入更多用户,但需要提高功率预算,提高发射功率与灵敏度的指标要求。

不断的提高速率,可以支持用户上网更快,但需要提高功率预算,提高发射功率与灵敏度的指标要求。

平滑升级可以兼容不同代际的用户,但需要考虑兼容设计的损耗如何弥补,当然是用更大的发射功率与更好的接收灵敏度。

而如何增大发射功率与提高接收灵敏度,已经让这些光芯片厂家进入到物理极限的地狱挑战难度。

在EML上集成SOA,可以提高Tx的输出功率。



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EML集成SOA,基于传统波导结构的设计方式,现在输出功率依然不满足PON网络的需求,还需要优化改进波导设计结构,如锥形结构,来进一步提高发射功率。



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可SOA的增益越大,对于信号来说是好事,对于噪声来说就是灾难。SOA的光学放大,并不识别信号还是噪声,比如以前习惯的端面镀膜工艺在无SOA集成时挺好用,现在有了SOA,镀膜的些许反射光在SOA作用下成为强噪声,需要额外处理。



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类似的反射与噪声的关系,还有隔离器,以及取消隔离器后的一些抗反射技术的讨论。



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发射端逐步采用了SOA的半导体光放大技术,接收端的APD,用的则是雪崩放大的技术,雪崩是电学放大,APD是在光学芯片PD里插入了一层电学放大层,成为雪崩放大二极管。

APD的灵敏度与响应度、雪崩增益、暗电流和k因子这几个参数有关,响应度与雪崩增益起到了控制信号幅度的作用,而暗电流与k因子则是对噪声的表述。比如超晶格的材料生长方式可以优化k因子,台阶结构可以优化暗电流……



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