直面10G PON測試挑戰，聯(lián)訊全套方案助力成功

  5G建設2021年放緩是一個(gè)不爭的現實(shí)，但是寬帶接入市場(chǎng)卻展現了可喜的增長(cháng)，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(hù)體驗，同時(shí)能降低企業(yè)運營(yíng)成本，提高經(jīng)濟效益。

  在即將迅速增長(cháng)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(chǎng)、測試需求、測試方案三個(gè)方面進(jìn)行介紹。

  PON市場(chǎng)現狀

  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)計劃》，要求到2021年底，千兆光纖網(wǎng)絡(luò )具備覆蓋2億戶(hù)家庭的能力，萬(wàn)兆無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )(10G-PON)及以上端口規模超過(guò)500萬(wàn)個(gè)，千兆寬帶用戶(hù)突破1000萬(wàn)戶(hù)。國務(wù)院最新發(fā)布的《“十四五”數字經(jīng)濟發(fā)展規劃》，則提供了更加宏遠的目標。按照規劃，千兆寬帶用戶(hù)數要從2020年的640萬(wàn)增至2025年的6000萬(wàn)，增長(cháng)規模按近8.3倍。三大運營(yíng)商的表現已經(jīng)持續超出預期。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(hù)達4.96億戶(hù)，占總用戶(hù)數的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(hù)達3386萬(wàn)戶(hù)，比上年末凈增2746萬(wàn)戶(hù)。也就是說(shuō)，三大運營(yíng)商用不到1年時(shí)間完成了工信部三年的目標。這為國家《“十四五”數字經(jīng)濟發(fā)展規劃》的落實(shí)創(chuàng )造了良好的條件。

  LightCounting 2021 最新的數據表明，2021年10G PON出貨量同比增長(cháng)135%，未來(lái)5年繼續保持平均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(zhù)運營(yíng)商進(jìn)一步拓展千兆寬帶業(yè)務(wù)，向10G PON升級已經(jīng)是大勢所趨，亞太運營(yíng)商如今引領(lǐng)全球接入網(wǎng)向10G速率升級。Omdia的數據也揭示，未來(lái)五年，亞洲的PON設備市場(chǎng)將以17%的CAGR保持增長(cháng)，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(dòng)網(wǎng)的融合趨勢非常明顯，他們對亞太地區PON設備市場(chǎng)的成長(cháng)預測非常有信心。

  PON網(wǎng)絡(luò )由光線(xiàn)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(zhù)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(xiàn)、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，對帶寬的需求和管理的精細化程度不斷提高。

  實(shí)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(hù)端的ONU(ONU分為：ONU光收發(fā)模塊和BOSAsonBoard的光貓設備)。

  OLT和ONU作為PON網(wǎng)絡(luò )的核心部件，根據Light Counting最新預測數據表明：

  · 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(zhù)速率的升級，2020年開(kāi)始，ONU模塊數量和銷(xiāo)售收入都相對BOSAsonBoard的呈現明顯的增長(cháng)趨勢，其主要原因是隨著(zhù)PON網(wǎng)絡(luò )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(xiāo)售收入占比卻從2021年開(kāi)始超過(guò)50%。其主要原因是PON系統采用單個(gè)局端OLT光模塊接收多個(gè)ONU突發(fā)信號，技術(shù)門(mén)檻和實(shí)現難度更高。

  1、 PON網(wǎng)絡(luò )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(chēng)的XGPON，ONU 主要還是1G和2.5G速率，主要采用BOSAsonBoard的方案，隨著(zhù)速率提升，XGS-PON的ONU主要是以光模塊為主，且其數量和產(chǎn)值會(huì )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(hù)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(shí)采樣及重構眼圖技術(shù)，從而實(shí)現更高精度且更優(yōu)成本的高速光電數字信號的測量。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(zhuān)為大規模制造測試應用而設計，擁有堪比業(yè)界標準的光采樣示波器的測量精度。

  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)速率光眼圖測試。并且DCA4201還具備快速眼圖調整測試模式，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(guò)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(dòng)態(tài)測量范圍。DCA4201 可對 750nm 到1650nm 波長(cháng)的多模和單模信號進(jìn)行測試。為了保持和行業(yè)標準光采樣示波器測試結果一致，DCA4201具備消光比修正因子，暗電流自校準等算法。從而使其測試結果和行業(yè)標準一致性非常高。CR4201 10G以下速率自適應時(shí)鐘恢復模塊，聯(lián)訊儀器國產(chǎn)化測試儀表可以完全滿(mǎn)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(luò )OLT光模塊的測試需求

  和常規光通信收發(fā)模塊工作在連續模式不同，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(luò )標準需要的突發(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(shí)能提供與數據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(zhuān)注于國產(chǎn)化高速光通信高端測試儀器和測試設備的研發(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(hù)對批量生產(chǎn)成本的要求，目前已經(jīng)全面用于國內OLT模塊知名廠(chǎng)家10G及10G以下速率突發(fā)靈敏度測試?；趓BT1250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(jiǎn)單和高效，如下圖所示：

  OLT光模塊一定要在突發(fā)模式下才能真正驗證模塊性能，目前有一些用戶(hù)研發(fā)用突發(fā)誤碼儀測試驗證。但生產(chǎn)為了降低成本，仍采用連續模式誤碼儀測試OLT模塊。這是存在巨大風(fēng)險的，因為有些關(guān)鍵器件差異或者劣化，會(huì )導致連續模式根本無(wú)法發(fā)現突發(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(hù)OLT系統上不達標，該模塊在連續模式下驗證和原先批次沒(méi)有任何差異，但在rBT1250突發(fā)模式下也發(fā)現了過(guò)載功率異常。采用實(shí)時(shí)示波器監控OLT模塊突發(fā)接收電信號波形，發(fā)現過(guò)在載功率附近，前導碼(Preamble)已經(jīng)發(fā)生畸變，rBT1250和實(shí)際OLT設備一樣，是從前導碼中提取時(shí)鐘，畸變信號導致rBT1250突發(fā)誤碼儀提取時(shí)鐘不準確，從而影響后續過(guò)載功率的誤碼率結果。最終，我們通過(guò)調節rBT1250的提取時(shí)鐘的位置，幫助用戶(hù)排查出異常模塊恢復了生產(chǎn)。而這個(gè)問(wèn)題最終溯源是該批次OLT模塊內的TIA芯片存在缺陷。

  目前也有一些用戶(hù)采用OLT設備進(jìn)行測試突發(fā)測試，但是不同廠(chǎng)家的OLT設備時(shí)序不一樣，其結果是大批量生產(chǎn)的OLT模塊需要在不同廠(chǎng)家OLT設備進(jìn)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，共用現有的光纖資源，這一點(diǎn)對于運營(yíng)商客戶(hù)非常有吸引力。不過(guò)也有北美廠(chǎng)商看好50G PON，接入設備提供商Adtran的CTO Ronan Kelly就認為50G PON成本是更有優(yōu)勢。而且他認為，沒(méi)有ITU的標準支持會(huì )是25G PON廠(chǎng)商的一個(gè)大挑戰。

  下一代PON網(wǎng)絡(luò )測試目前還沒(méi)有非常合適的方案，聯(lián)訊儀器作為國內光電測試領(lǐng)域的排頭兵，已經(jīng)開(kāi)始提前布局，和國內外最頂尖用戶(hù)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。高端測試儀表和設備，技術(shù)門(mén)檻很高，研發(fā)周期、用戶(hù)接受和認可的時(shí)間都非常長(cháng)，也正是這個(gè)原因，這個(gè)細分領(lǐng)域長(cháng)期以來(lái)就是國外巨頭測試公司壟斷的市場(chǎng)。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(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“中國夢(mèng)”，以“第一”為己任—洞悉測試測量之道，真正實(shí)現“中國創(chuàng )造”。聯(lián)訊儀器會(huì )繼續不忘初心，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。