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文献资料

40G以上10km以内光通信PMD层标准(光模块标准3)

[   时间:2016-11-28 15:35:56   人气:  ]

之前提到了光模块封装标准,主要定义了光模块的机械结构、电气性能和管理接口部分,如果你问别人有没有QSFP28...



之前提到了光模块封装标准,主要定义了光模块的机械结构、电气性能和管理接口部分,如果你问别人有没有QSFP28、CFP4等光模块卖,别人肯定要问你需要传多少距离,什么波段的,单模还是多模。那么这些指标由哪些标准规范的呢?这就是今天要聊的PMD层标准。

PMD(Physical Medium Dependent)物理介质相关层,属于物理层的一个子层,主要实现的功能就是将上一个层次(PMA,物理介质连接子层)传来的信号,转换成适合在特定介质(单模/多模光纤)中传播的信号,并通过介质相关接口(如LC/MPO连接器)发送出去,或者反过来接收传输介质中的信号转换成PMA可接收处理的信号。如果把货物比作信号,货物可以船运也可以飞机运输(传输介质),那么PMD层就好比码头和机场。



PMD标准主要了包含发射端光学指标,接收端光学指标,光学指标测试方法,传输介质接口,数据输入与输出管理等规范。

只有将PMD层应用到某个具体的光模块封装标准上,才构成了一个完整的光模块,比如常常见到的QSFP28 SR4、CFP4 LR4、QSFP+ PSM4等等。末尾的SR4/LR4/PSM4就是由PMD层定义的,有了这些代号,就基本上知道了这个光模块的所有光学指标标准。

40G-100G-400G 短距离(10km及以下)光通信PMD层主要在IEEE802.3中规范,其他MSA组织做了补充定义。

IEEE802.3中的PMD层代号代表什么含义呢,以100GBase LR4为例,100G代表了传输比特率(还有40G/200G/400G),Base代表基带,R代表了编码方式为64B/66B(还有X/W/P等),R前面的L代表了传输介质和传输距离(K背板传输至少1m,C铜缆传输至少7m,S多模光纤传输至少100m,D单模光纤传输至少500m,F单模光纤传输至少2km,L单模光纤传输至少10km,E单模光纤传输至少40km),最后的数字4代表了通道数目。

现在随便给个代号,就可以很容易解读了吧。例如100GBase SR10,可以解读为10x10Gb/s,64B/66B编码方式,多模光纤传输距离超过100m的并行传输PMD标准。



按照传输介质是多模光纤传输还是单模光纤,是一根光纤波分复用传输还是多路光纤并行传输,PMD可做如下分类:



按照传输距离和速率,分类如下:



标准太多了把每个标准的指标列出来没必要,这里按照分类抽几个常用的标准简单介绍一下:

发射端:主要定义发射平均光功率上下限、光调制幅度上下限、色散代价、消光比、发射眼图模板

接收端:主要定义接收平均光功率上下限、灵敏度(幅度)、压力灵敏度等

1.多路并行多模光纤代表:100G-SR4

发射端:4路VCSEL,波长范围840~860nm,每路速率25.78125Gb/s

(每路净速率25Gb/s,经过64B/66B编码后要求速率25*66/64=25.78125)

接收端:4路PIN

光接口:12芯多模MPO

传输距离:OM3光纤大于70m,OM4光纤大于100m

40G-SR4,400G-SR16原理框图都是类似的



2.多路波分多模光纤代表:40G-SWDM4

原理框图(图片来自http://www.swdm.org/

与SR4相同点:

1. 都是四路VCESL和四个PIN,都是多模光纤。

不同点:

  1. SR4四个激光器在同一波段,而SWDM4四个VCSEL分别为850nm、880nm、910nm、940nm

  2. SR4无须合波/分波单元,直接通过MPO并行传输,比较耗费光纤;SWDM4需要一个合波和一个分波器,会带来额外插损,但光纤用量是SR4的1/6。

3.    SR4需要WBMMF光纤的支持,才能达到最佳性能。 


3.多路并行单模光纤代表:100G-PSM4

和SR4很像,都是四路并行传输,不同在于SR4使用850nm波段的VSCEL在多模光纤上传输100m左右,而PSM4使用1310nm波段的DML在单模光纤上传输。1310波段在单模光纤传输,的插损和色散更小,因此PSM4可以支持到500m。



4.多路波分单模光纤代表:100G-CWDM4与100G-LR4

CWDM4和LR4原理框图是一样的,都是四路不同波长,合波或分波,在一根单模光纤中传输。

不同点在于

1. 100G CWDM4采用CWDM波长,中心波长为1271,1291,1311,1331nm;100G LR4需要传输10km,因此采用了零色散点附近的4个LAN-WDM波长中心波长点为1295.56,1300.05,1304.58,1309.14nm



光路实现方式(这可不是标准的内容)

1 SR的光路实现方式

1.1 用塑料制作一个反射棱镜,反射棱镜的进光面和出光面集成有透镜,多模光纤进来的光依次经过第一透镜、反射面、第二透镜聚焦到PD上;反过来VCSEL的经过相反的路径耦合进入多模光纤。



1.2

直接将多模光纤的端面抛光成45°左右,多模光纤进来的光被反射,并被光纤外包层的柱形面聚焦到PD上表面;同样地VSCEL的光经过相反的路径耦合进多模光纤。


2  PSM4光路实现方法(非标准内容)

2.1



2.2 硅光集成方案(硅光号称PSM4杀手,自从硅光插进来捣了一脚,PSM4乱的不行)

发射端:发射端用四路25G DML激光器太贵了,硅光方案中只需要一路或者两路大功率激光器(速率无所谓),通过耦合器分成4路,每路采用外调制(MZ或者EA调制器),发射眼图超级好的。

接收端:芯片上集成锗硅探测器

光输入输出:一个12芯MPO连接器,中间四路不用,两边四路各做成一个4通道FA,与硅光芯片耦合起来。有人笑称硅光芯片就是个连接器,只用把它和FA或者光纤连接起来就OK,这个说法还是很形象的。



3. CWDM与LAN-WDM光路实现方式

3.1 AWG/TFF方案 请翻看前几期的混合集成

3.2 硅光方案(图片来自macom网站)


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