直面10G PON測(cè)試挑戰(zhàn)，聯(lián)訊全套方案助力成功

  5G建設(shè)2021年放緩是一個(gè)不爭(zhēng)的現(xiàn)實(shí)，但是寬帶接入市場(chǎng)卻展現(xiàn)了可喜的增長(zhǎng)，寬帶接入網(wǎng)以無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON：Passive Optical Network) 技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，不僅可以提供優(yōu)質(zhì)的用戶體驗(yàn)，同時(shí)能降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

  在即將迅速增長(zhǎng)的接入網(wǎng)10G PON市場(chǎng)中，聯(lián)訊儀器及時(shí)推出了完全國(guó)產(chǎn)化的PON測(cè)試解決方案：針對(duì)ONU光模塊測(cè)試有10GHz采樣示波器;針對(duì)OLT光模塊測(cè)試的多通道10G突發(fā)誤碼儀。本文主要從10GPON光模塊市場(chǎng)、測(cè)試需求、測(cè)試方案三個(gè)方面進(jìn)行介紹。

  PON市場(chǎng)現(xiàn)狀

  2021年3月，工信部發(fā)布《“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)協(xié)同發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》，要求到2021年底，千兆光纖網(wǎng)絡(luò)具備覆蓋2億戶家庭的能力，萬(wàn)兆無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(10G-PON)及以上端口規(guī)模超過(guò)500萬(wàn)個(gè)，千兆寬帶用戶突破1000萬(wàn)戶。國(guó)務(wù)院最新發(fā)布的《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，則提供了更加宏遠(yuǎn)的目標(biāo)。按照規(guī)劃，千兆寬帶用戶數(shù)要從2020年的640萬(wàn)增至2025年的6000萬(wàn)，增長(zhǎng)規(guī)模按近8.3倍。三大運(yùn)營(yíng)商的表現(xiàn)已經(jīng)持續(xù)超出預(yù)期。截止2021年11月底，100Mbps及以上接入速率的固定互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入用戶達(dá)4.96億戶，占總用戶數(shù)的92.6%，占比較上年末提升2.7個(gè)百分點(diǎn);1000Mbps及以上接入速率的固定互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入用戶達(dá)3386萬(wàn)戶，比上年末凈增2746萬(wàn)戶。也就是說(shuō)，三大運(yùn)營(yíng)商用不到1年時(shí)間完成了工信部三年的目標(biāo)。這為國(guó)家《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》的落實(shí)創(chuàng)造了良好的條件。

  LightCounting 2021 最新的數(shù)據(jù)表明，2021年10G PON出貨量同比增長(zhǎng)135%，未來(lái)5年繼續(xù)保持平均47%的增速。Dell'Oro的寬帶接入和家庭網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)VP Jeff Heynen表示，隨著運(yùn)營(yíng)商進(jìn)一步拓展千兆寬帶業(yè)務(wù)，向10G PON升級(jí)已經(jīng)是大勢(shì)所趨，亞太運(yùn)營(yíng)商如今引領(lǐng)全球接入網(wǎng)向10G速率升級(jí)。Omdia的數(shù)據(jù)也揭示，未來(lái)五年，亞洲的PON設(shè)備市場(chǎng)將以17%的CAGR保持增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2025年達(dá)到34億美元。該公司的分析師Jaimie Lenderman表示，固網(wǎng)移動(dòng)網(wǎng)的融合趨勢(shì)非常明顯，他們對(duì)亞太地區(qū)PON設(shè)備市場(chǎng)的成長(zhǎng)預(yù)測(cè)非常有信心。

  PON網(wǎng)絡(luò)由光線路終端 OLT (OpticalLineTerminal)，光網(wǎng)絡(luò)單元 ONU (Optical Network Unit)，光分配網(wǎng)絡(luò) ODN (Optical Distribution Network) 3部分組成。隨著互聯(lián)網(wǎng)接入、4K IPTV 視頻、智能家居業(yè)務(wù)、中小企業(yè)專(zhuān)線、IMS語(yǔ)音、移動(dòng)回傳等越來(lái)越多業(yè)務(wù)承載在PON 網(wǎng)絡(luò)上，對(duì)帶寬的需求和管理的精細(xì)化程度不斷提高。

  實(shí)際上PON應(yīng)用的測(cè)試對(duì)象主要分為兩種：

  1)局端的OLT光模塊；

  2)客戶端的ONU(ONU分為：ONU光收發(fā)模塊和BOSAsonBoard的光貓?jiān)O(shè)備)。

  OLT和ONU作為PON網(wǎng)絡(luò)的核心部件，根據(jù)Light Counting最新預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)表明：

  · GPON/EPONONU光貓的通常采用低成本BOSAsonBoard方案取代ONU光收發(fā)模塊，但是隨著速率的升級(jí)，2020年開(kāi)始，ONU模塊數(shù)量和銷(xiāo)售收入都相對(duì)BOSAsonBoard的呈現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，其主要原因是隨著PON網(wǎng)絡(luò)向10G速率提升，BOSAsonBoard技術(shù)相對(duì)比較適合GPON和XGPON應(yīng)用，而對(duì)于10GXGSPON應(yīng)用，還是ONU光收發(fā)模塊更為成熟。

  · OLT光收發(fā)模塊，因?yàn)樽鳛榫侄四K，出貨量占比不大，但銷(xiāo)售收入占比卻從2021年開(kāi)始超過(guò)50%。其主要原因是PON系統(tǒng)采用單個(gè)局端OLT光模塊接收多個(gè)ONU突發(fā)信號(hào)，技術(shù)門(mén)檻和實(shí)現(xiàn)難度更高。

  1、 PON網(wǎng)絡(luò)ONU測(cè)試需求

  ONU模塊測(cè)試和普通10G及以下速率光收發(fā)模塊基本相同。速率比較低的GPON/EPON以及非對(duì)稱(chēng)的XGPON，ONU 主要還是1G和2.5G速率，主要采用BOSAsonBoard的方案，隨著速率提升，XGS-PON的ONU主要是以光模塊為主，且其數(shù)量和產(chǎn)值會(huì)逐步提升。目前在ONU端，其主要測(cè)試瓶頸是光眼圖測(cè)試。聯(lián)訊儀器2018年研制成功10GHz寬帶光取樣示波器(DCA4201)，其性能已經(jīng)取得了國(guó)外頂級(jí)用戶的認(rèn)可。

  針對(duì)PON ONU光貓測(cè)試，聯(lián)訊儀器的測(cè)試方案如下：

  聯(lián)訊儀器10G光采樣示波器DCA4201基于等時(shí)采樣及重構(gòu)眼圖技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)更高精度且更優(yōu)成本的高速光電數(shù)字信號(hào)的測(cè)量。此技術(shù)也是業(yè)界公認(rèn)的，用以驗(yàn)證光收發(fā)信機(jī)是否符合通信標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)方法。DCA4201 專(zhuān)為大規(guī)模制造測(cè)試應(yīng)用而設(shè)計(jì)，擁有堪比業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的光采樣示波器的測(cè)量精度。

  通過(guò)不同的濾波器選件配置，可以同時(shí)支持10G及以下4個(gè)速率光眼圖測(cè)試。并且DCA4201還具備快速眼圖調(diào)整測(cè)試模式，在此模式下，消光比及平均功率可保持1Hz的刷新速率，從而極大提高了測(cè)試效率，降低了測(cè)試成本。和傳統(tǒng)的主機(jī)加模塊化搭建的采樣示波器不同，DCA4201 是外形小巧，完全集成化的一體設(shè)計(jì)方案。其本底噪聲可低至 5μW，確保了其具有低噪聲、高靈敏度。其經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的參考接收機(jī)(符合行業(yè)容差標(biāo)準(zhǔn))，能夠支持極高的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍。DCA4201 可對(duì) 750nm 到1650nm 波長(zhǎng)的多模和單模信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。為了保持和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)光采樣示波器測(cè)試結(jié)果一致，DCA4201具備消光比修正因子，暗電流自校準(zhǔn)等算法。從而使其測(cè)試結(jié)果和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一致性非常高。CR4201 10G以下速率自適應(yīng)時(shí)鐘恢復(fù)模塊，聯(lián)訊儀器國(guó)產(chǎn)化測(cè)試儀表可以完全滿足10G及以下速率ONU的眼圖測(cè)試的大批量生產(chǎn)測(cè)試需求。

  2、PON網(wǎng)絡(luò)OLT光模塊的測(cè)試需求

  和常規(guī)光通信收發(fā)模塊工作在連續(xù)模式不同，PON應(yīng)用的OLT在接收端工作在突發(fā)模式，這就需要誤碼儀能夠支持突發(fā)模式(產(chǎn)生PON網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)需要的突發(fā)脈沖序列)，同時(shí)為了能夠模擬多個(gè)ONU發(fā)送的不同功率的突發(fā)信號(hào)下OLT接收機(jī)的突發(fā)靈敏度，通常需要多通道的突發(fā)誤碼儀;而且同時(shí)能提供與數(shù)據(jù)通道同步的低速控制信號(hào)通道(ONU激光器使能控制信號(hào)和接收機(jī)Reset控制信號(hào))。聯(lián)訊儀器專(zhuān)注于國(guó)產(chǎn)化高速光通信高端測(cè)試儀器和測(cè)試設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)，于2019年推出了國(guó)產(chǎn)化10G突發(fā)誤碼儀產(chǎn)

  品rBT1250，適應(yīng)中國(guó)用戶對(duì)批量生產(chǎn)成本的要求，目前已經(jīng)全面用于國(guó)內(nèi)OLT模塊知名廠家10G及10G以下速率突發(fā)靈敏度測(cè)試?；趓BT1250多通道突發(fā)誤碼儀，OLT光模塊突發(fā)靈敏度測(cè)試方案更加簡(jiǎn)單和高效，如下圖所示：

  OLT光模塊一定要在突發(fā)模式下才能真正驗(yàn)證模塊性能，目前有一些用戶研發(fā)用突發(fā)誤碼儀測(cè)試驗(yàn)證。但生產(chǎn)為了降低成本，仍采用連續(xù)模式誤碼儀測(cè)試OLT模塊。這是存在巨大風(fēng)險(xiǎn)的，因?yàn)橛行╆P(guān)鍵器件差異或者劣化，會(huì)導(dǎo)致連續(xù)模式根本無(wú)法發(fā)現(xiàn)突發(fā)模式下才能暴漏的潛在問(wèn)題，存在巨大的返工風(fēng)險(xiǎn)和損失。

  如下圖所示的實(shí)際案例，某批次OLT模塊過(guò)載功率在最終用戶OLT系統(tǒng)上不達(dá)標(biāo)，該模塊在連續(xù)模式下驗(yàn)證和原先批次沒(méi)有任何差異，但在rBT1250突發(fā)模式下也發(fā)現(xiàn)了過(guò)載功率異常。采用實(shí)時(shí)示波器監(jiān)控OLT模塊突發(fā)接收電信號(hào)波形，發(fā)現(xiàn)過(guò)在載功率附近，前導(dǎo)碼(Preamble)已經(jīng)發(fā)生畸變，rBT1250和實(shí)際OLT設(shè)備一樣，是從前導(dǎo)碼中提取時(shí)鐘，畸變信號(hào)導(dǎo)致rBT1250突發(fā)誤碼儀提取時(shí)鐘不準(zhǔn)確，從而影響后續(xù)過(guò)載功率的誤碼率結(jié)果。最終，我們通過(guò)調(diào)節(jié)rBT1250的提取時(shí)鐘的位置，幫助用戶排查出異常模塊恢復(fù)了生產(chǎn)。而這個(gè)問(wèn)題最終溯源是該批次OLT模塊內(nèi)的TIA芯片存在缺陷。

  目前也有一些用戶采用OLT設(shè)備進(jìn)行測(cè)試突發(fā)測(cè)試，但是不同廠家的OLT設(shè)備時(shí)序不一樣，其結(jié)果是大批量生產(chǎn)的OLT模塊需要在不同廠家OLT設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證，這也造成了生產(chǎn)成本的提高。聯(lián)訊儀器rBT1250是一臺(tái)通用的測(cè)試儀表，它可以模擬不同的設(shè)備突發(fā)時(shí)序，這極大地方便了大批量生產(chǎn)的OLT模塊測(cè)試的靈活性。

  3、 未來(lái)發(fā)展

  PON網(wǎng)絡(luò)目前面臨的是向10G速率的XG-PON和XGS-PON部署和實(shí)施的爆發(fā)期。相比現(xiàn)在已經(jīng)獲得部署的10G速率的XGS-PON，25G PON可以與之共存，共用現(xiàn)有的光纖資源，這一點(diǎn)對(duì)于運(yùn)營(yíng)商客戶非常有吸引力。不過(guò)也有北美廠商看好50G PON，接入設(shè)備提供商Adtran的CTO Ronan Kelly就認(rèn)為50G PON成本是更有優(yōu)勢(shì)。而且他認(rèn)為，沒(méi)有ITU的標(biāo)準(zhǔn)支持會(huì)是25G PON廠商的一個(gè)大挑戰(zhàn)。

  下一代PON網(wǎng)絡(luò)測(cè)試目前還沒(méi)有非常合適的方案，聯(lián)訊儀器作為國(guó)內(nèi)光電測(cè)試領(lǐng)域的排頭兵，已經(jīng)開(kāi)始提前布局，和國(guó)內(nèi)外最頂尖用戶一起，針對(duì)25GPON突發(fā)誤碼儀及50GPON采樣示波器方面，集中精力力求突破。高端測(cè)試儀表和設(shè)備，技術(shù)門(mén)檻很高，研發(fā)周期、用戶接受和認(rèn)可的時(shí)間都非常長(zhǎng)，也正是這個(gè)原因，這個(gè)細(xì)分領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)就是國(guó)外巨頭測(cè)試公司壟斷的市場(chǎng)。雖然中國(guó)在高端測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域需求達(dá)到全球1/3，但國(guó)內(nèi)相關(guān)測(cè)試測(cè)量公司遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際一流企業(yè)。聯(lián)訊儀器從成立開(kāi)始，就秉持敢為天下先的精神來(lái)踐行我們每個(gè)人心中的“中國(guó)夢(mèng)”，以“第一”為己任—洞悉測(cè)試測(cè)量之道，真正實(shí)現(xiàn)“中國(guó)創(chuàng)造”。聯(lián)訊儀器會(huì)繼續(xù)不忘初心，不斷推出適合中國(guó)及產(chǎn)業(yè)需求的國(guó)產(chǎn)化高端光電測(cè)試解決方案。