40Gbit/s技术应用探讨

目前长途通信光缆上广泛使用的是低于10Gb it/s速率的传输系统,但是随着40Gb it/s技术的快速进步,使得高速率的传输系统终于能够走出实验室并投入商用。光设备制造商很快就将能提供商用化的40Gb it/s光网络解决方案,这种方案有助于降低运营成本,并能满足现在和未来的带宽和业务需求。     

40Gbit/s甚短距离光传输系统发送模块的设计与实现

采用Altera公司的Stratix Ⅱ GX FPGA,实现40Gbit/s甚短距离光传输系统发送模块,重点阐述了16∶12转换器芯片的设计.首先基于高速收发器设计高速接口:在接收端采用2种方法实现SFI-5接口的17路数据相位对齐;在发送端由片外时钟驱动发送锁相环,同时增加同步措施,以满足高速收发器时钟管理单元对跨时钟域数据传输的要求,保证收发器的稳定工作.在此基础上,设计出便于后续测试的转换芯片时钟网络.同时设计出基于SDH的帧同步电路、去斜移电路和16∶12映射模块,实现数据从SFI-5接口向VSR-5接口的转换;其中去斜移电路能够动态地去除512bits的斜移量.在Signaltap Ⅱ下的测试结果验证了时序的正确性,误码率也符合小于10-12的设计指标.     

一种用于光纤传输系统的10 Gbit/s SiGe HBT限幅放大器设计

作为光接收机前端的关键部分,限幅放大器要求具有高增益、足够带宽和大动态输入范围。利用IBM公司0．5μmSiGe BiCMOS HBT工艺设计了一种用于10Gbit／s光纤传输系统的限幅放大器。整个系统包括一个输入缓冲级、3个放大单元级、一个用于驱动50Ω传输线的输出缓冲级和一个失调电压补偿回路。模拟结果表明采用3．3V单电源供电时限幅放大器的功耗为200mW,S21小信号增益大于46dB,3dB带宽为8．5GHz,对于输入信号从10mV到1．5V的变化范围内输出信号幅值都可以恒定在800mVpp。     

基于电吸收调制器的新型40 Gbit/s光学3R重生器

全光3R重生技术（重整形、重定时、重放大）是将来高速大容量全光网中的关键技术.提出了一种结构简单而且性能稳定的40 Gbit/s光学3R重生器,它是基于电吸收调制器的2个波长转换器与基于行波电吸收调制器的光钟恢复器构成的,具有造价低、性能稳定等优点,在未来大容量超高速全光网中具有很大的应用潜力.     

基于电吸收调制器的新型40 Gbit/s光学3R重生器

全光3R重生技术（重整形、重定时、重放大）是将来高速大容量全光网中的关键技术。提出了一种结构简单而且性能稳定的40 Gbit/s光学3R重生器，它是基于电吸收调制器的2个波长转换器与基于行波电吸收调制器的光钟恢复器构成的，具有造价低、性能稳定等优点，在未来大容量超高速全光网中具有很大的应用潜力。     

利用普通SMF实现10Gbit/s信号全光长距离传输的研究

数值模拟了强度调制光信号在级联光纤放大器普通单模光纤通信系统中的传输,模拟中主要考虑了自相位调制、群速色散和自发辐射噪声,使用负色散补偿光纤去补偿群速色散和自相位调制。结果表明,若色散得到很好补偿,当放大器间距减少到５０ ｋｍ 时,无误码２ ０５０ ｋｍ 传输是可能的。     

高线性度大摆幅56 Gbit/s PAM4驱动电路设计

面向高速串行接口发送端应用,设计了具有二阶去加重均衡功能的高线性度大摆幅四电平脉冲幅度调制（4 pulse amplitude modulation,PAM4）电压模驱动电路。采用查表的方式对信道损耗进行灵活补偿;在输出端并联两个电阻解决传统电压模驱动电路设计中线性度较低的问题;采用反相器堆叠的推挽式结构实现了高输出摆幅;提出一种新型电平转移电路,解决了连续0或1数字码产生的直流电平漂移问题。仿真结果表明,驱动电路的电平失配率为97.9%,去加重均衡实现6.6 dB、13 dB和19.6 dB三种去加重级数,差分输出摆幅为2 V,功耗效率为2.3 mW/（Gbit/s）。     

10Gbit/s0.18μmCMOS1∶4分接集成电路

研究了万兆以太网接收芯片结构 ,并在此基础上设计、流片和测试了高速 1∶4分接芯片 ,采用 0 .1 8μmCMOS工艺设计的1∶4分接电路 ,实现了满足 1 0GBASE R的 1 0 .31 2 5Gbit/s数据的 1∶4串 /并转换 ,芯片面积 1 1 0 0 μm× 80 0 μm ,在输入单端摆幅为 80 0mV ,输出负载 5 0Ω条件下 ,输出2 .5 78Gbit/s数据信号电压峰峰值为 2 2 8mV ,抖动为 4psRMS ,眼图的占空比为 5 5 .9% ,上升沿时间为 5 8ps .在电源为 1 .8V时 ,功耗为 5 0 0mW .电路最高可实现 1 3.5Gbit/s的 4路分接     

基于DFT的数字基带系统传输特性分析

将离散傅里叶变换(DFT)与反傅立叶变换(IDFT)变换应用到抽样序列分析中,得到适合抽样信号的DFT和IDFT关系.分析了广义基带系统对信号产生的码间串扰作用,得出抽样值无失真的广义基带系统的离散信号时域表示.根据抽样信号的DFT和IDFT关系,导出广义基带系统抽样值无失真的传输条件,并对几种基带系统进行了IDFT变换,分析了它们可能产生的码间串扰程度,讨论了基带系统的带宽与码元速率的对应关系.     

10Gbit/s系统色散的啁啾光纤光栅补偿研究

采用扫描法制作了啁啾光纤光栅,所制作的光栅长度约１０ ｃｍ ,带宽约１ ｎｍ ,边模抑制比约为２２．４ ｄＢ,应用于１０ Ｇｂｉｔ／ｓ的光纤通信系统中补偿１００ ｋｍ Ｇ６５２ 光纤的色散取得了良好效果．     

2.5 Gbit/s PHEMT前置放大器噪声分析与验证

根据OMMIC公司通过测量得到的0.2μm GaAs PHEMT器件参数模型和噪声模型,设计了2.5 Gbit/s的共源跨阻前置放大器.并根据PHEMT晶体管Y参数下的噪声模型,结合Y参数和ABCD参数下的噪声密度矩阵,分析了电路在带有晶体管噪声源情况下整个电路的噪声电压,得出了共源跨阻前置放大器等效输入噪声电流密度的理论公式.实现了芯片制作,并且对芯片进行了噪声参数的测量,测量结果、仿真结果和理论分析结论在6GHz的频率范围内基本符合.     

部分相干径向阵列光束的传输特性

利用广义惠更斯菲涅尔衍射积分方法,推导出部分相干径向阵列光束在相关和非相关叠加下通过薄透镜系统的传输公式。定量分析了光束叠加方式、子光束的空间相干参数、透镜菲涅尔数和阵列参数对部分相干径向阵列传输特性的影响。研究结果表明:经透镜传输的部分相干径向阵列光束的光强分布和最大峰值光强与光束叠加方式、子光束空间相干参数、透镜菲涅耳数以及阵列参数等密切相关。     

相干叠加偏心高斯光束的传输特性

对由两束相对传输的偏心高斯光束相干叠加而成的光束的传输特征进行了研究，结果表明，这种光束的传输因子Ｍ＾２不是常数，而是随传输距离振荡的，为了消除振荡，引篱平均光束传输因子－／Ｍ＾２这一新概念。     

10Gbit/s 0.18μm CMOS1:4分接集成电路

研究了万兆以太网接收芯片结构,并在此基础上设计、流片和测试了高速1∶4分接芯片,采用0.18 μm CMOS工艺设计的1∶4分接电路,实现了满足10GBASE-R的10.312 5 Gbit/s数据的1∶4串/并转换,芯片面积1 100 μm×800 μm,在输入单端摆幅为800 Mv,输出负载50 Ω条件下,输出2.578 Gbit/s数据信号电压峰峰值为228 Mv,抖动为 4 ps RMS, 眼图的占空比为55.9%,上升沿时间为58 ps.在电源为 1.8 V时, 功耗为 500 Mw.电路最高可实现13.5 Gbit/s的4路分接.     

40Gb/s传输的几种主流调制码型应用浅析

核心路由器互联成为40Gb/s的关键驱动力,推动了骨干网DWDM传输系统的40Gb/s调制码型技术的飞速发展。本文简要介绍了几种主流调制码型、应用情况、以及发展趋势。     

低功耗0.18μm 10Gbit/s CMOS 1∶4分接器设计

为了实现光纤通信系统中高速分接器低功耗的需求,采用0.18μm CMOS工艺实现了一个全CMOS逻辑10 Gbit/s 1∶4分接器.整个系统采用半速率树型结构,由1∶2分接单元、2分频器单元以及缓冲构成,其中锁存器单元均采用动态CMOS逻辑电路,缓冲由传输门和反相器实现.在高速电路设计中采用CMOS逻辑电路,不但可以减小功耗和芯片面积,其输出的轨到轨电平还能够提供大的噪声裕度,并在系统集成时实现与后续电路的无缝对接.测试结果表明,在1.8 V工作电压下,芯片在输入数据速率为10 Gbit/s时工作性能良好,芯片面积为0.475 mm×0.475 mm,核心功耗仅为25 mW.     

基于中心化梳状光源的125 Gbit/s全光OFDM-PON接入网架构

基于正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing,OFDM)技术的无源光网络(passive opticalnetwork,PON)因其通信容量大、抗色散能力强等优点,已成为下一代基于PON接入网的解决方案之一.与此同时,40/100 Gbit/s以太网标准的制定也使100 Gbit/s光网络传输实用化成为可能.提出一种基于中心化梳状光源的全光OFDM-PON网络架构,为100 Gbit/s光接入网提供了高效的实现方法.该系统以梳状光谱发生器为中心化光源,实现了全光连续OFDM信号的产生以及低成本的上下行相干检测.最后,对系统进行模拟仿真,并对结果性能进行了分析。     

部分相干平顶光束通过大气湍流的传输特性

基于广义惠更斯菲涅尔理论和矩阵光学方法研究部分相干平顶光束在大气湍流中的传输特性.得到部分相干平顶光束交叉谱密度函数的矩阵解析表达式,通过分析交叉谱密度强度和相干度的变化得到部分相干平顶光对湍流的敏感性与距离传输、阶数的关系,可以看到低阶及远距离传输后的光束敏感性较低,而光束的光源阶数、自身相干特性和传输距离对其相干度的变化影响由于湍流的存在而变小.     

10 Gbit/s 0.18 μm CMOS激光驱动器的集成电路

为了得到低电压、低功耗、高速率的激光驱动器电路,采用0.18 μm CMOS工艺设计了10 Gbit/s的激光驱动器集成芯片.电路的核心单元为两级直接耦合的差分放大器和电流输出电路.为扩展带宽、降低功耗,电路中采用了并联峰化技术和放大级直接耦合技术,整个芯片面积为0.94 mm×1.25 mm.经测试,该芯片在1.7 V电源电压时,最高可工作在11 Gbit/s的速率上;当输入10 Gbit/s、单端峰峰值为0.3 V的信号时,在50 Ω负载上的输出电压摆幅超过1.7 V,电路功耗约为77.4 mW.进一步优化后,该电路可适用于STM-64系统.     

一种10Mbit/s～1Gbit/s速率自适应无线光通信机的研制

无线激光通信是接入网"最后一公里"问题最有效地解决方案之一。设计了基于FPGA的积木式结构的无线光通信机,发送端采用OOK直接调制方式,将调制光信号耦合到光纤中,通过光学发射天线压缩光束发散角;接收端采用乒乓操作以降低数据处理速度,8倍过采样恢复时钟信号。系统传输容量可扩展、功能可重构。对样机进行了测试,结果表明:该系统可以满足同时进行视频、数据、语音的传输和双工通讯,网卡满足10 Mbit/s、100 Mbit/s、1000 Mbit/s自适应。