直面10G PON測試挑戰(zhàn)，聯(lián)訊全套方案助力成功

  5G建設(shè)2021年放緩是一個不爭的現(xiàn)實，但是寬帶接入市場卻展現(xiàn)了可喜的增長，寬帶接入網(wǎng)以無源光網(wǎng)絡(PON：Passive Optical Network) 技術(shù)進行組網(wǎng)，不僅可以提供優(yōu)質(zhì)的用戶體驗，同時能降低企業(yè)運營成本，提高經(jīng)濟效益。

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

  PON市場現(xiàn)狀

  2021年3月，工信部發(fā)布《“雙千兆”網(wǎng)絡協(xié)同發(fā)展行動計劃》，要求到2021年底，千兆光纖網(wǎng)絡具備覆蓋2億戶家庭的能力，萬兆無源光網(wǎng)絡(10G-PON)及以上端口規(guī)模超過500萬個，千兆寬帶用戶突破1000萬戶。國務院最新發(fā)布的《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》，則提供了更加宏遠的目標。按照規(guī)劃，千兆寬帶用戶數(shù)要從2020年的640萬增至2025年的6000萬，增長規(guī)模按近8.3倍。三大運營商的表現(xiàn)已經(jīng)持續(xù)超出預期。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4.96億戶，占總用戶數(shù)的92.6%，占比較上年末提升2.7個百分點;1000Mbps及以上接入速率的固定互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入用戶達3386萬戶，比上年末凈增2746萬戶。也就是說，三大運營商用不到1年時間完成了工信部三年的目標。這為國家《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》的落實創(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135%，未來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)絡業(yè)務VP Jeff Heynen表示，隨著運營商進一步拓展千兆寬帶業(yè)務，向10G PON升級已經(jīng)是大勢所趨，亞太運營商如今引領(lǐng)全球接入網(wǎng)向10G速率升級。Omdia的數(shù)據(jù)也揭示，未來五年，亞洲的PON設(shè)備市場將以17%的CAGR保持增長，預計到2025年達到34億美元。該公司的分析師Jaimie Lenderman表示，固網(wǎng)移動網(wǎng)的融合趨勢非常明顯，他們對亞太地區(qū)PON設(shè)備市場的成長預測非常有信心。

  PON網(wǎng)絡由光線路終端 OLT (OpticalLineTerminal)，光網(wǎng)絡單元 ONU (Optical Network Unit)，光分配網(wǎng)絡 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、中小企業(yè)專線、IMS語音、移動回傳等越來越多業(yè)務承載在PON 網(wǎng)絡上，對帶寬的需求和管理的精細化程度不斷提高。

  實際上PON應用的測試對象主要分為兩種：

  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的光貓設(shè)備)。

  OLT和ONU作為PON網(wǎng)絡的核心部件，根據(jù)Light Counting最新預測數(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，2020年開始，ONU模塊數(shù)量和銷售收入都相對BOSAsonBoard的呈現(xiàn)明顯的增長趨勢，其主要原因是隨著PON網(wǎng)絡向10G速率提升，BOSAsonBoard技術(shù)相對比較適合GPON和XGPON應用，而對于10GXGSPON應用，還是ONU光收發(fā)模塊更為成熟。

  · OLT光收發(fā)模塊，因為作為局端模塊，出貨量占比不大，但銷售收入占比卻從2021年開始超過50%。其主要原因是PON系統(tǒng)采用單個局端OLT光模塊接收多個ONU突發(fā)信號，技術(shù)門檻和實現(xiàn)難度更高。

  1、 PON網(wǎng)絡ONU測試需求

  ONU模塊測試和普通10G及以下速率光收發(fā)模塊基本相同。速率比較低的GPON/EPON以及非對稱的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)值會逐步提升。目前在ONU端，其主要測試瓶頸是光眼圖測試。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)取得了國外頂級用戶的認可。

  針對PON ONU光貓測試，聯(lián)訊儀器的測試方案如下：

  聯(lián)訊儀器10G光采樣示波器DCA4201基于等時采樣及重構(gòu)眼圖技術(shù)，從而實現(xiàn)更高精度且更優(yōu)成本的高速光電數(shù)字信號的測量。此技術(shù)也是業(yè)界公認的，用以驗證光收發(fā)信機是否符合通信標準的標準方法。DCA4201 專為大規(guī)模制造測試應用而設(shè)計，擁有堪比業(yè)界標準的光采樣示波器的測量精度。

  通過不同的濾波器選件配置，可以同時支持10G及以下4個速率光眼圖測試。并且DCA4201還具備快速眼圖調(diào)整測試模式，在此模式下，消光比及平均功率可保持1Hz的刷新速率，從而極大提高了測試效率，降低了測試成本。和傳統(tǒng)的主機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)過校準的參考接收機(符合行業(yè)容差標準)，能夠支持極高的動態(tài)測量范圍。DCA4201 可對 750nm 到1650nm 波長的多模和單模信號進行測試。為了保持和行業(yè)標準光采樣示波器測試結(jié)果一致，DCA4201具備消光比修正因子，暗電流自校準等算法。從而使其測試結(jié)果和行業(yè)標準一致性非常高。CR4201 10G以下速率自適應時鐘恢復模塊，聯(lián)訊儀器國產(chǎn)化測試儀表可以完全滿足10G及以下速率ONU的眼圖測試的大批量生產(chǎn)測試需求。

  2、PON網(wǎng)絡OLT光模塊的測試需求

  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)絡標準需要的突發(fā)脈沖序列)，同時為了能夠模擬多個ONU發(fā)送的不同功率的突發(fā)信號下OLT接收機的突發(fā)靈敏度，通常需要多通道的突發(fā)誤碼儀;而且同時能提供與數(shù)據(jù)通道同步的低速控制信號通道(ONU激光器使能控制信號和接收機Reset控制信號)。聯(lián)訊儀器專注于國產(chǎn)化高速光通信高端測試儀器和測試設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)，于2019年推出了國產(chǎn)化10G突發(fā)誤碼儀產(chǎn)

  品rBT1250，適應中國用戶對批量生產(chǎn)成本的要求，目前已經(jīng)全面用于國內(nèi)OLT模塊知名廠家10G及10G以下速率突發(fā)靈敏度測試。基于rBT1250多通道突發(fā)誤碼儀，OLT光模塊突發(fā)靈敏度測試方案更加簡單和高效，如下圖所示：

  OLT光模塊一定要在突發(fā)模式下才能真正驗證模塊性能，目前有一些用戶研發(fā)用突發(fā)誤碼儀測試驗證。但生產(chǎn)為了降低成本，仍采用連續(xù)模式誤碼儀測試OLT模塊。這是存在巨大風險的，因為有些關(guān)鍵器件差異或者劣化，會導致連續(xù)模式根本無法發(fā)現(xiàn)突發(fā)模式下才能暴漏的潛在問題，存在巨大的返工風險和損失。

  如下圖所示的實際案例，某批次OLT模塊過載功率在最終用戶OLT系統(tǒng)上不達標，該模塊在連續(xù)模式下驗證和原先批次沒有任何差異，但在rBT1250突發(fā)模式下也發(fā)現(xiàn)了過載功率異常。采用實時示波器監(jiān)控OLT模塊突發(fā)接收電信號波形，發(fā)現(xiàn)過在載功率附近，前導碼(Preamble)已經(jīng)發(fā)生畸變，rBT1250和實際OLT設(shè)備一樣，是從前導碼中提取時鐘，畸變信號導致rBT1250突發(fā)誤碼儀提取時鐘不準確，從而影響后續(xù)過載功率的誤碼率結(jié)果。最終，我們通過調(diào)節(jié)rBT1250的提取時鐘的位置，幫助用戶排查出異常模塊恢復了生產(chǎn)。而這個問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)備進行測試突發(fā)測試，但是不同廠家的OLT設(shè)備時序不一樣，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)備進行驗證，這也造成了生產(chǎn)成本的提高。聯(lián)訊儀器rBT1250是一臺通用的測試儀表，它可以模擬不同的設(shè)備突發(fā)時序，這極大地方便了大批量生產(chǎn)的OLT模塊測試的靈活性。

  3、 未來發(fā)展

  PON網(wǎng)絡目前面臨的是向10G速率的XG-PON和XGS-PON部署和實施的爆發(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，這一點對于運營商客戶非常有吸引力。不過也有北美廠商看好50G PON，接入設(shè)備提供商Adtran的CTO Ronan Kelly就認為50G PON成本是更有優(yōu)勢。而且他認為，沒有ITU的標準支持會是25G PON廠商的一個大挑戰(zhàn)。

  下一代PON網(wǎng)絡測試目前還沒有非常合適的方案，聯(lián)訊儀器作為國內(nèi)光電測試領(lǐng)域的排頭兵，已經(jīng)開始提前布局，和國內(nèi)外最頂尖用戶一起，針對25GPON突發(fā)誤碼儀及50GPON采樣示波器方面，集中精力力求突破。高端測試儀表和設(shè)備，技術(shù)門檻很高，研發(fā)周期、用戶接受和認可的時間都非常長，也正是這個原因，這個細分領(lǐng)域長期以來就是國外巨頭測試公司壟斷的市場。雖然中國在高端測試測量領(lǐng)域需求達到全球1/3，但國內(nèi)相關(guān)測試測量公司遠遠落后于國際一流企業(yè)。聯(lián)訊儀器從成立開始，就秉持敢為天下先的精神來踐行我們每個人心中的“中國夢”，以“第一”為己任—洞悉測試測量之道，真正實現(xiàn)“中國創(chuàng)造”。聯(lián)訊儀器會繼續(xù)不忘初心，不斷推出適合中國及產(chǎn)業(yè)需求的國產(chǎn)化高端光電測試解決方案。