（光学工程专业论文）电色散补偿技术在10gepon系统中的研究.pdf

学科、专业：工学光学工程 研究方向：光纤通信及其接入技术 作者： 2 q q 2 级研究生陵逸盘指导教师：造 题 目：电色散补偿技术在1 0 g e p o n 系统中的研究 英文题目：t h er e s e a r c ho fe l e c t r o n i cd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o ni n lo g e p o n 主题词：1 0 g - e p o n ，i e e e8 0 2 3 a v ，f t t x ，色散，电色散补偿 k e y w o r d s ： 10 g e p o n ，i e e e8 0 2 3 a v ，f t t x ，d i s p e r s i o n ， e l e c t r o n i cd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n 南京邮电人学硕i ：研究生论文 摘要 摘要 光进铜退，f 1 丌x 成为了接入网的发展方向，e p o n 作为f t t x 的解决方案得到了运 营商的规模部署。然而，随着下一代应用对带宽要求的不断增加( 包括i p t v 、h d t v 、视 频会议、视频监控、在线游戏等) ，1 ge p o n 将很难满足服务质量和带宽的需求，有必要 研究新的高容量、低成本的e p o n 系统。 作为下一代e p o n 技术，1 0 g e p o n 是很有吸引力的解决方案。1 ge p o n 的研究方向 主要集中在动态带宽分配算法及安全性等方面，1 0 g e p o n 与之相比传输速率提高了1 0 倍，对传输链路的性能要求更加苛刻，色散成为制约其通信质量的重要因素。在此背景下， 本文对10 g e p o n 的物理层传输链路性能进行研究，提出一个经济合理的基于电色散补偿 ( e d c ) 技术的解决方案，它将有助于实现1 ge p o n 到1 0 g e p o n 的平滑过渡。 本文首先介绍了1 0 g e p o n 和e d c 技术的发展概况，并对色散理论和e d c 技术的基 本原理进行研究，为最后的方案设计提供了理论依据。接着从i e e e8 0 2 3 a v 出发，归纳分 析了标准中区别于1 ge p o n 的关键技术。在此基础上，对1 0 g e p o n 的上、下行传输链 路进行详细的设计，并通过o p t i s y s t e m 仿真分析了损耗和色散对传输链路的影响。仿真结 果表明：系统下行链路的功率预算和色散容限均在可接受范围之内，而上行链路的色散会 导致传输距离受限，改变o n u 的光发送机类型可消除色散对上行链路的影响，但同时会 带来系统成本增加。 为了解决上行链路的色散问题，并控制系统成本，本文提出一种新的结合e d c 技术 的解决方案：无需改变激光器类型，将电色散补偿模块引入o l t 接收端。方案有效地均衡 了上行链路的色散，并能限制成本增加。本文通过仿真验证了方案的可行性，比较了不同 结构均衡器的补偿性能，优化了均衡器参数，采用前后抽头系数分别为4 和1 的判决反馈 均衡器( d f e ( 4 ，1 ) ) 可实现补偿性能和设备复杂度之间的平衡。最后针对不同用户的业务 需求，本文提出了四种1 0 g e p o n 的建网方案，并对建网方案中是否引入e d c 模块进行 了讨论。 关键词：1 0 g e p o n ，i e e e8 0 2 3 a v ，f t t x ，色散，电色散补偿 南京邮电人学硕。t ：研究生学位论文 a b s t m d a b s t r a c t i nt o d a y sa c c e s sn e t w o r k s f t t xi sb e c o m i n gt h et e n d e n c yo fm a s sd e p l o y m e n t b ys e r v i c e p r o v i d e r ss o a st or e d u c et h o s ec o p p e rc a b l eb a s e dn e t w o r k sw i t hl i m i t e dp e r f o r m a n c ea n d h i g h e rp r i c i n g w i t ht h ee v e r - i n c r e a s i n gd e m a n d sf o rb a n d w i d t h si nt h en e x tg e n e r a t i o n a p p l i c a t i o n s ，i n c l u d i n gi p t vh d t v , v i d e oc o n t b r e n c i n gs y s t e m ，v i d e om o n i t o r i n gn e t w o r k s y s t e m ，o n l i n eg a m i n g ，e t c t h el e g a c yg e p o nw i l lh a r d l ym e e tt h eb a s i cr e q u i r e m e n t so n b a n d w i d t hp r o v i s i o na n ds e r v i c eq u a l i t y 10 g e p o ni sa na t t r a c t i v es o l u t i o nt ot h en e x tg e n e r a t i o na c c e s sn e t w o r k sw i t he n h a n c e d e p o nt e c h n o l o g i e s t h er e s e a r c ho f1ge p o nf o c u s e so nt h ed e s i g no fd y n a m i cb a n d w i d t h a l l o c a t i o na l g o r i t h ma n ds e c u r i t yi nc o n t r a s tw i t h1g e p o n ，t h er a t eo f10 g e p o ni n c r e a s e s n i n e f o l d ，s ot h ep e r f o r m a n c eo ft r a n s m i s s i o nl i n kn e e d sh a r s h e rd e m a n dc a u s i n gt h ed i s p e r s i o n t ob e c o m eas i g n i f i c a n tf a c t o ra f f e c t i n gt h eq u a l i t yo fc o m m u n i c a t i o n u n d e rs u c ha c i r c u s t a n c e ， t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e st h ep e r f o r m a n c eo ft r a n s m i s s i o nl i n ko f10 g - e p o n ，a n dp r o p o s e sa p r a c t i c a la n de c o n o m i cs o l u t i o nb a s e do ne l e c t r o n i cd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n ( e d c ) t oh e l p s m o o t hm i g r a t i o nf r o m1ge p o nt o10 g e p o n f i r s to fa l l ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eg e n e r a ld e v e l o p m e n to f10 g - e p o na n de d c ，t h e n m a k e sa ni n v e s t i g a t i o no nt h eb a s i cp r i n c i p l e so fd i s p e r s i o na n dt h et e c h n i q u eo fe d c s oa st o s e tu pat h e o r e t i c a lf u n d a m e n tf o rt h ef i n a ld e s i g n f u r t h e r m o r e ，a c c o r d i n gt oi e e e8 0 2 3 a v , i t n o to n l yg e n e r a l i z e s ，b u ta l s oa n a l y z e st h ek e yt e c h i n i q u ed i f f e r i n gf r o m1g e p o ni nt h e s t a n d a r d r e s t i n go nt h ep r e s e n t a t i o na b o v e ，i tf u l l yd e v i s e st h eu p s t r e a ml i n ka n dd o w n s t r e a m l i n k ，a n da n a l y z e st h ei n f l u e n c eo nl o s sa n dd i s p e r s i o nt h r o u g ht h es i m u l a t i o ni no p t i s y s t e ma s w e l l t h er e s u l to ft h i ss i m u l a t i o ns h o w st h a ti nd o w n s t r e a ml i n kt h el o s sb u d g e ta n dd i s p e r s i o n i sw i t h i nt h ea c c e p t a b l er a n g e ，b u tt h ed i s p e r s i o ni nu p s t r e a ml i n kw i l ll e a dt ot h el i m i t a t i o no n t h et r a n s m i s s i o nd i s t a n c e i ta l s oc o r r o b o r a t e st h a tt h ee f f e c to fd i s p e r s i o ni nu p s t r e a ml i n ki s m i t i g a t e db ya l t e r i n gt h et y p eo fl a s e ra tt h eo n u s i d ew h i c hw i l lr a i s et h ec o s to ft h es y s t e ma t t h es a m et i m e i no r d e rt oc o m p e n s a t et h ed i s p e r s i o ni nu p s t r e a ml i n ka n dc o n t r o lt h ec o s to f s y s t e m ，t h i s p a p e rp r o p o s e san e ws o l u t i o nc o m b i n e dw i t he d ct h a tt h et y p eo fl a s e ri no n ur e m a i n st h e 南京邮电人学硕上研究生学位论文 a b s t r a c t s a m ea sb e f o r ea n de d cm o d u l ei sa d d e di n t ot h eo l ts i d e t h i ss o l u t i o n e f f i c i e n t l y c o m p e n s a t e sd i s p e r s i o ni nu p s t r e a ml i n ka n dc o n t a i n st h ec o s t t h i sp a p e rv e r i f i e st h ef e a s i b i l i t y o ft h i ss o l u t i o nb yw a yo ft h es i m u l a t i o n ，c o m p a r e st h ec o m p e n s a t i o np e r f o r m a n c ea m o n g d i f f e r e n ts t r u c t u r e so fe q u a l i z e r s ，a n do p t i m i z e st h ep a r a m e t e ro fe q u a l i z e rw i t hd e c i s i o n f e e d b a c ke q u a l i z e rw h i c ha d o p t s4a n d1 t a pw e i g h t so ft h e f e e d f o r w a r da n df e e d b a c k ( d f e ( 4 ，1 ) ) s t r i k i n gab a l a n c eb e t w e e nc o m p e n s a t i o np e r f o r m a n c ea n dd e v i c ec o m p l e x i t y i nt h e e n d ，c a t e r i n gt ot h eb u s i n e s sr e q u i r e m e n t sf r o md i s t i n c tu s e r s ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r df o u rt y p e s o fn e t w o r k i n gs c h e m e so f10 g - e p o n ，a n db r i e f l yd i s c u s s e sw h e t h e re d cs h o u l db ea d o p t e di n t h e s es c h e m e s k e y w o r d s ：10 g - e p o n ，i e e e8 0 2 3 a v ，f t t x ，d i s p e r s i o n ，e l e c t r o n i cd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n i i i 南京邮电大学硕卜研究生论文 目录 目录 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 论文的研究背景2 1 2 11 0 g e p o n 技术的发展历程与现状2 1 2 2 电色散补偿技术的发展历程与现状5 1 3 论文的研究内容与结构6 1 3 1 研究内容6 1 3 2 论文结构7 第二章光传输系统中的电色散补偿技术8 2 1 光纤中的色散现象8 2 1 1 色散的概念8 2 1 2 色散的原因与种类8 2 1 3 色散对光纤传输的影响9 2 2 传统光域色散补偿技术1 1 2 2 1 色散补偿原理1 l 2 2 2 色散补偿光纤1l 2 2 3 色散补偿光栅法13 2 3 电色散补偿技术1 4 2 3 1 电色散补偿原理1 4 2 3 2 电色散补偿均衡接收模型18 2 3 3 均衡器模块一2 0 2 3 4 自适应算法2 1 2 4 本章小结2 4 第三章1 0 g e p o n 技术分析2 5 3 1 基于以太网的无源光网络2 5 3 21 0 g e p o n 标准的进展一2 6 南京邮电人学硕上研究生论文 目录 3 31 0 g e p o n 技术特点及变化2 7 3 3 1 功率预算2 7 3 3 2 波长分配及10 g 1g 共存问题2 8 3 3 3 突发模式接收2 9 3 3 4 必选的f e c 3 0 3 3 5m p c p 和d b a 3 0 3 4 本章小结3l 第四章1 0 g e p o n 系统设计和传输性能分析3 2 4 1 系统传输性能评价标准3 2 4 1 1 误码率3 2 4 1 2q 因子3 2 4 21 0 g - e p o n 下行链路设计及仿真3 4 4 2 1 系统下行传输链路构建3 4 4 2 2 系统下行传输链路的损耗和功率预算3 6 4 2 3 系统下行传输链路的色散3 7 4 2 4 仿真结果分析3 8 4 31 0 g e p o n 上行链路设计及仿真3 9 4 3 1 系统上行传输链路构建3 9 4 3 2 系统上行传输链路的损耗和功率预算4 l 4 3 3 系统上行传输链路的色散4 2 4 3 4 仿真结果分析4 3 4 4 本章小结4 3 第五章采用e d c 技术的1 0 g e p o n 系统研究4 4 5 1 采用e d c 技术的1 0 g e p o n 系统设计4 4 5 2 引入e d c 模块的系统上行链路仿真分析4 5 5 2 1 补偿性能分析一4 5 5 2 2 均衡器参数优化4 6 5 31 0 g e p o n 系统的应用研究4 8 5 3 1 业务需求分析4 8 v v l 南京邮电人学硕：l 研究生论文 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着科技的进步和经济的发展，以及i n t e r n e t 的迅速普及，网上信息的快速扩充，互 联网得到不断的发展壮大，各种互联网宽带业务不断的涌现，如各种多媒体网页、视频会 议、网络游戏、电子商务等等。网络上形成了一个巨大的网络社会，人们的生活、学习和 工作越来越离不开网络，对网络带宽的需求也在不断提高。因此，传统的电话网也将过渡 到以数据业务特别是i p 业务为中心的下一代网络，宽带化和i p 化将成为这种下一代网络 的基本特征。近年来，i p 骨干网和i p 局域网都得到了迅速的发展，骨干网的带宽可以达 到4 0 g 甚至1 0 0 g 的水平，局域网也可以达到千兆的带宽。与之相比，被称为信息高速公 路“最后一公里”的接入网相对发展缓慢，成为大容量骨干网和局域网之i 、日j 的瓶颈。 接入网的宽带化和i p 化将是接入网发展的主要趋势。基于以太网的无源光网络 ( e p o n ，e t h e r n e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ) 技术被认为是解决“最后一公里”的一种非常 经济的宽带接入解决方案。e p o n 可以提供全业务、高速率的宽带接入，设备上融合了高 带宽低成本的以太网设备，与i p 业务做到了紧密结合实现，实现透明传输。结构上采用无 源光分支器，没有有源节点，节省光线路终端( o l t ，o p t i c a ll i n et e r m i n a l ) 的光接口以 及光纤资源，系统可扩展性好，具有运行维护费用低和易于升级等优点。e p o n 作为三网 融合的理想平台，受到了人们的青睐，日本韩国等国家和地区已经开始大规模进行基于 e p o n 的f t t h 网络建设，中国电信、中国移动的e p o n 部署也达到了一定的商用规模， 并逐步扩大。 随着i p t v 、h d t v 、视频会议以及在线游戏等大流量宽带业务的高速发展，接入带宽 正在驱动着更高的要求，现有的e p o n 只能支持最大1 2 5 g b i t s 的带宽，很难满足未来大流 量宽带业务的发展。1 0 g e p o n 作为下一代e p o n 技术，提供了更高的接入带宽，实现e p o n n l o c e p o n 的平滑过渡，不仅满足了未来综合业务对带宽的需求，也节约了网络扩容所 造成的建设成本。因此，研究e p o n 至0 1 0 g e p o n 的平滑过渡方案，已经成为当今e p o n 研 究的重点问题。 南京邮电人学硕l 研究生论文第一章绪论 1 2 论文的研究背景 1 2 11 0 g e p o n 技术的发展历程与现状 p o n 技术最早出现在9 0 年代初期。1 9 9 6 年，1 3 家大型网络运营商及设备供应商为了 建立p o n 的通用标准，成立了全业务接入网联盟。i t u t 于1 9 9 6 年6 月完成了对第一个 有关p o n 技术的国际建议c t 9 8 2 的标准化，其主要目标是对2 m b i t s 以下接入速率的窄带 p o n 进行了定义。当时，以a t m 为基础的a p o n 技术发展较快，1 9 9 8 年，i t u 。t 通过了 g 9 8 3 1 建议，即基于p o n 系统高速光接入系统，对a p o n 系统进行了详尽的规范。因为 当时a t m 被看作是能够提供各种类型通信的唯一协议，而p o n 又是最经济的宽带光纤解 决方案，g 9 8 3 1 将a t m 协议作为在p o n 这个网络平台之上的第二层帧封装技术。g 9 8 3 1 建议主要规定标称线路速率、光网络要求、测距方法、传输性能要求、网络分层结构、物 理媒质层要求和汇聚层要求等。1 9 9 9 年i t u t 又推出g 9 8 3 2 建议，该建议是a p o n 的光 网络终端管理和控制接口规范，为了实现各个厂商之间的设备互通问题，从网络管理和信 息模型上a p o n 进行了定义。a p o n 能实现网上的设备共享，业务透明，可以支持良好的 网络管理系统，实现多种业务的综合，这使它成为一种比较典型的光纤接入网。但由于 a p o n 存在协议复杂度高和数据传输效率低等问题，始终没有得到广泛的应用。 g p o n 技术最早由f s a n 组织于2 0 0 2 年9 月提出，i t u t 在此基础上于2 0 0 3 年3 月 完成了i t u tg 9 8 4 1 和g 9 8 4 2 的制定，2 0 0 4 年2 月和6 月完成了g 9 8 4 3 的标准化，从 而最终形成了g p o n 的标准簇。g p o n 的主要技术特点是采用全新的传输汇聚层协议“通 用成帧协议 ( g f p ，g e n e r i cf r a m i n gp r o t o c 0 1 ) ，实现多种业务码流的通用成帧规程封装， 另一方面又保持了g 9 8 3 中与p o n 协议没有直接关系的许多功能特性，如运行、管理、维 护( o a m ，o p e r a t i o na d m i n i s t r a t i o na n dm a i n t e n a n c e ) 、动态带宽分配( d b a ，d y n a m i c b a n d w i d t ha l l o c a t i o n ) 等。g p o n 技术的优势包括可以承载有q o s 保障的多业务、强大的 o a m 能力、下行速率达到2 5 g b i t s ，但其设备成本相对较高，目前g p o n 技术主要部署 在欧美及中东等发达地区。 随着以太网技术的快速发展，i e e e 于2 0 0 0 年底成立了“第一英里以太网”( e f m ， e t h e r n e ti nt h ef i r s tm i l e ) 工作组，提出了一种新的接入技术标准e p o n ，并于2 0 0 4 年6 月完成了e p o n 的标准化，发布了e p o n 标准规范i e e e8 0 2 3 a h 。e p o n 的结构与 a p o n 类似，并在g 9 8 3 的基础上，保留了a p o n 的物理层p o n ，而用e t h e r n e t 技术 南京邮电大学硕。f ：研，生论文第一章绪论 代替a t m 技术作为数据链路层协议，构成一个可以提供更高带宽、更低成本和更强 业务能力的新的结合体。e p o n 系统在承载i p 业务时不需要经过复杂的协议转换，而 是可以直接承载到p o n 帧上，从而使其更适合于接入i p 业务。e p o n 的关键技术包 括物理层的突发模式接收技术，数据链路层的带宽分配算法【2 ，3 1 ，以及应用层的安全 性【4 】等等，国内外的研究人员为此做了大量的研究。目前，e p o n 技术已经规模商用， 主要集中在日本，韩国和东南亚地区。我国的电信运营商中国电信和中国移动也已经 开始规模部署e p o n 系统。 为了满足更高带宽的需要，为了寻求低成本高性能的解决方案，i e e e 于2 0 0 6 成立 了新的研究小组，以开展下一代e p o n 技术1 0 g e p o n 标准i e e e8 0 2 3 a v 的研究工作。 8 0 2 3 a v 的原则就是在满足带宽需要的基础上，尽可能减少升级成本，标准主要致力于物理 层的变化，并尽可能减少对原有标准的改动。 自从1 0 g e p o n 提出以来，国内外的研究人员开始对1 0 g e p o n 的相关技术进行研究。 m a r e k h a j d u c z e n i a 、c h a r l e sc h e n 等人在标准制定过程中，对1 0 g e p o n 技术进行了综述分 析，论证了1 0 g e p o n 的市场驱动力，讨论了1 0 g e p o n 模型相对于e p o n 模型的改进，比 较分析了1 0 g e p o n 的技术优势【5 7 1 。 2 0 0 7 年，日本n t t 公司的t a k a s h in a k a n i s h i 等人设计出一种适用于1 0 g e p o n 的a p d 突 发接收机。实验框图如图1 1 所示，光网络单元( o n u ，o p t i c a ln e t w o r ku n i t ) 采用1 3 z r n 的 d f b 激光器，具有3 d b m 的输出和1 0 9 d b 的消光比，a p d 接收机采用倍增因子选择技术，可 以调整每个突发信号的倍增因子，另外将f e c 技术应用于接收机，达到了高灵敏度 ( 3 1 4 d b m ) 以及宽的动态范围( 2 4 4 d b ) ，实验结果可以满足1 0 g e p o n 系统2 9 d b 的损耗预算 【8 】。文献 9 设计的突发模式接收机结构也适用于1 0 g b i t s 的t d mp o n 系统。 | “, p r b s 嗽一一目 臼竺囱眦出髓淡肼纛鲫a ， l 艘曼煦一删棚一鼢 图1 1a p d 接收机实验框图【8 】 在1 0 g e p o n 标准未确定之前，适用于1 0 g e p o n 系统的升级方案选择，也成为研究人 南京邮电大学硕1 ：研究生论文第一章绪论 员的研究重点。文献 1 0 1 提出了一种利用远程中继器的e p o n 速率升级方案。方案框图如图 1 2 所示，一个l x n 的星型耦合器( s c ，s t a rc o u p l e r ) 置于远端节点，通过远程中继器与 o l t 相连，上行信号采用1 3 1 0 n m 波段，1 g 和1 0 g 的下行信号分别使用1 4 9 0 n m 和1 5 5 0 n m 波 段，上下行信号通过中继器两端的c w d m 耦合器耦合和分离，且中继器里每个波长的信号 都具有突发模式接收和突发模式发送模块。系统满足8 0 2 3 a h 的性能要求并实现了1 2 5 g b s 和1 0 g b s 速率的共存。 r e m o t er e p e a t e r 埘哗竿烂 k 吐l 隔。丽 e x t e n d e d f e e d e r 1 0 ge p o no n u k 2 ；r 琵系习 h 爿! 璺三兰 k 1 ；n 百诹 & 爿! 曼二圣i ； 1 ge p o no n u 图1 2 采用地 t j r 1 中继器的1 0 g b sp o n 系统【1 0 】 近年来，国内关于1 0 g e p o n 的研究论文也开始不断出现。早在2 0 0 6 年i e e e 成立 1 0 g e p o n 研究小组之前，华中科技大学的胡保民等人就对1 0 g e p o n 的实现方法进行了探 讨，上行分别基于时分多址和波分多址，并对上行采用波分多址接入的实现方法进行了详 细的分析【l 。武汉烽火的张锦程、北京交通大学的王琳等人在2 0 0 8 年中国通信学会第五届 学术年会上，对e p o n 至u i o g e p o n 演进的关键技术进行了综述分析【1 2 , 1 3 】。暨南大学的熊念 等人在介绍1 0 g e p o n 技术的基础上，提出了三种分别运用在家庭、企业和移动基站上的 组网模型，为1 0 g e p o n 的应用提供了参考【l4 1 。上海大学的韩盛杰、林如俭等人对1 0 g e p o n 系统中的o n u 进行了硬件设计，其f p g a 解决方案可以实现标准规定的o n u 基本功能【”】， 电子科技大学的周宇等人则从安全性角度入手，研究了a e s j j i i 密算法在1 0 g e p o n 中的应 用，并给出了对1 0 g e p o n 下行帧传输的加密解决方梨1 6 】。 i e e e8 0 2 3 a v 于2 0 0 9 年9 月正式发布，对1 0 g e p o n 的物理层参数进行了规范， 1 0 g e p o n 与1 ge p o n 相比传输速率提高了l o 倍，对传输链路的性能要求更加苛刻。其中 上行链路的色散成为制约通信质量的重要因素，需要寻找经济合理的色散补偿方案。由于 电色散补偿模块小型化、低功率和低成本的优势，本文采用电色散补偿技术对色散进行 补偿，下- d , 节将介绍电色散补偿技术的发展概况，第二章将对电色散补偿技术做详细的 4 黜一 一 眦剐 囊 南京邮电人学硕上研究生论文第一章绪论 理论分析。 1 2 2 电色散补偿技术的发展历程与现状 电色散补偿( e d c ，e l e c t r o n i cd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n ) 技术，是一种通过d s p 对信号进行实时计算和数据处理的技术。其基本原理是将传输信道看成是具有定传 输函数的滤波器，均衡器作为接收机的一部分，作为一种特殊的滤波器，通过估计信 道的传递函数，以相反的传输函数抵消传输信道的作用。 在光传输系统中，应用电信号处理的方式对信号的失真进行均衡的思想最早是在 2 0 世纪9 0 年代提出【1 7 】。但由于光信号传输速率高，当时的电色散补偿技术一直受制 于电子处理的瓶颈，直到上世纪术才实现了第一个使用电色散补偿技术的光传输系统 【1 8 】。2 0 0 2 年，s a n t e ln e t w o r k s 宣称经过两年的努力，率先推出商用的e d c 芯片产 品，而在2 0 0 3 年公司却因技术原因淡出通讯市场【”】。近年来，随着微电子技术的进 步，大规模数字集成电路和专用集成电路技术的发展，最基本的信号处理单元模数转 换器速度已经可以达到2 0 gs a m p l e s 以上【2 0 ，2 ，这说明对1 0 g b i t s 速率的信号进行过 采样电均衡已没有实现上的困难。电色散补偿技术又受到了科研和工业领域的广泛关 注。 2 0 0 4 年e c o c 会议上，德国的c o r e o p t i c s 公司首次实现了具有最大似然序列估 计( m l s e ，m a x i m u ml i k e l i h o o ds e q u e n c ee s t i m a t i o n ) 功能的1 0 7 g b i t s 的光接收机。 光接收机使用速率为2 5 g s a m p l e s s ，3 b i t 量化的高速模数变换器，每b i t 采样两次， 使用v i t e r b i 算法对信号进行判决输出。通过对n r z 格式信号的测试，表明该接收机 可以很大程度地提高色散容耐2 2 1 。 2 0 0 5 年o f c 会议上，加拿大的q u a k e 公司推出了具有自适应均衡和时钟数据恢 复功能的1 0 g b i t s 信号接收机，均衡器采用前馈式均衡器( f f e ，f e e df o r w a r de q u a l i z e r ) 加判决反馈式均衡器( d f e ，d e c i s i o nf e e d b a c ke q u a l i z e r ) 的结构，采用0 1 8 朋b i c m o s 技术，芯片采用7 x 7 r a m 2 的p b g a 封装，可均衡3 5 个单位问隔时间的i s i 2 3 1 。b r o a d c o m 公司也在会议上发布了具有e d c 技术的高集成度网络芯片，采用0 1 3 a nc m o s 处 理工艺和仅仅l m w 的功耗，有效的扩展了信号的传输距离2 4 1 。 国内关于电色散补偿技术的研究也不断出现【2 5 , 2 6 。中国科学院半导体研究所的李 堕室! ! ! ! ! 皇盔兰竺：生堕窒生笙苎 笙二皇堕笙 亮等人设计并研制了带电色散补偿功能的1 0 g b s 脉冲转换器，将电色散补偿芯片纳入脉冲 转换器设计中，从而提高了传输距离【2 7 1 。重庆邮电大学的胡庆等人采用数值仿真的方法对 几种使用在1 0 g b s 光通信系统中的电色散补偿均衡器的性能进行了研究，包括判决反馈均 衡器、线性均衡器、最大似然序列估计均衡器，得出了m l s e 性能最好的结论【28 1 。北京邮 电大学的张阳安、同济大学的陈明瑾等人分别将电色散补偿技术引入到多模光纤传输系统 中，补偿多模光纤中的模间色散，研究结果表明电色散补偿对模间色散同样具有良好的补 偿效果，使系统误码率得到改掣2 9 , 3 0 】。 1 3 论文的研究内容与结构 1 3 1 研究内容 1 0 g e p o n 从原有e p o n 系统升级的重要原则之一就是成本控制，寻找一种平滑升级 的解决方案对于1 0 g e p o n 的应用具有很好的实际意义。文献 8 】 9 解决了1 0 g e p o n 中 的突发模式接收机问题，但系统中o n u 使用的激光器类型为d f b 激光器，会导致成本增 加；文献 1 0 】给出了下行1 0 g b i t s 上行1 g b i t s 的非对称模式解决方案，但没有给出上下行 均为1 0 g b i t s 的对称模式解决方案；文献【31 】构建的1 0 g e p o n 系统上行速率达到9 g b i t s 以上，但o n u 的上行波长为1 3 0 9 6 和1 3 0 8 4 n m ，不满足标准舰定的1 2 6 0 1 2 8 0 n m 范围。 本文在跟踪1 0 g e p o n 标准进展的基础上，分析了损耗和色散对系统传输性能的影响，并 根据分析结果，提出将电子色散补偿技术与1 0 g e p o n 技术相结合的设计方案，能够满足 1 0 g e p o n 标准要求，同时使成本尽量降低，方便运营商的升级需要。 本文的主要研究内容包括以下几个方面： 对电色散补偿技术的相关原理进行理论分析，包括色散的基本理论，传统的光域色散 补偿技术，以及电色散补偿技术中的均衡器结构和自适应算法等。 追踪1 0 g e p o n 标准i e e e8 0 2 3 a v 的进展，特别是标准中区别于1 g e p o n 的技术 特点，进行归纳和总结。 分析1 0 g e p o n 的传输链路性能，结合1 0 g e p o n 标准提供的技术参数，对1 0 g e p o n 系统的上、下行传输链路进行了设计，并对损耗和色散的影响进行仿真分析。 提出一个基于电色散补偿技术的1 0 g e p o n 解决方案，通过仿真验证方案的可行性， 并对不同均衡器结构、不同抽头系数电色散补偿模块的补偿性能进行优化分析。 对1 0 g e p o n 的应用进行研究，从业务需求的角度对不同客户的建网方案进行探讨， 6 南京邮电大学硕十研究生论文 第一章绪论 并结合自己提出的解决方案，对它在建网方案中的适用范围提出自己的观点。 1 3 2 论文结构 结合本文的主要研究内容，论文的总体结构如下： 第一章首先对论文工作的研究背景进行了简述，分别介绍了1 0 g e p o n 技术和电色散 补偿技术的发展状况，为后面的研究工作做了铺垫。 第二章介绍了色散的基本理论、传统的光域色散补偿技术，并分析了电子色散补偿技 术的基本原理，为最后的方案设计提供了理论基础。 第三章介绍了e p o n 系统的组成，跟踪了1 0 g e p o n 标准的进展，对1 0 g e p o n 的关 键技术进行了总结和归纳，如功率预算、波长分配、突发模式接收等等，为下一步的研究 提出了方向。 第四章针对1 0 g e p o n 标准i e e e8 0 2 3 a v 所提供的标准参数，对系统进行了详细的 设计，并通过光通信仿真软件o p t i s y s t e m 进行了仿真测试，对1 0 g e p o n 系统的上、下行 传输链路性能进行了仿真与分析，为进一步的设计和优化系统提供了依据。 第五章在前一章分析的基础上，提出了将电子色散补偿技术引入1 0 g e p o n 系统的平 滑升级方案，结合原有的时分复用技术，能够在低成本投入的情况下大大提高现有系统的 容量。通过分析比较不同的电色散补偿模块，测试系统的传输性能指标，得出一个可以满 足1 0 g e p o n 系统性能的优化方案。最后通过对未来业务的需求分析，探讨了1 0 g e p o n 的建网方案，并给出了文中采用e d c 的1 0 g e p o n 系统在建网方案中的适用范围。 第六章对本文进行了总结，并简要说明目前尚待解决的问题，对1 0 g e p o n 的未来进 行了展望。 南京邮电大学硕i ：研究生学位论文第二章光传输系统中的t 乜色散补偿技术 第二章光传输系统中的电色散补偿技术 2 1 光纤中的色散现象 2 1 1 色散的概念 色散是光纤的传输特性之一。在光纤中传输的光信号的不同频率成份或不同的模 式分量以不同的速度传播，到达一定距离后必然产生信号失真，从而引起色散。色散 也可以理解为光脉冲在通过光纤传播期间，其波形在时问上发生了展宽并引起信号畸