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《连线》杂志

未来防静电光缆的光接入网:“一个连贯的故事”

Alberto Campos.

Alberto Campos.
伙伴,下一代系统

2017年2月6日

对数据网络容量的需求在年复一年逐渐增长,没有停止迹象。如果过去是未来的指南,电缆行业必须在完全更有效地利用现有的电缆基础设施以满足需求。

今天,网络中最受约束的部分,以及升级最昂贵的部分是头部和光纤节点之间的光纤基础设施,到无线电池无线电或大型商业客户。避免昂贵的光纤重新挖掘需要对网络的这一部分的基本上新的方法。这是连贯技术提供机会的地方。

如果您熟悉连贯的光学元件,那么您就知道该技术已在长途光纤网络中使用数十年。金宝搏188BETCablelabs适用于短途通路网络的技术,并简化了降低成本。它的未来增长能力远远高于今天许多人的HFC网络中使用的模拟光学元件 - 可能的容量超过1000倍!我们已经证明了比模拟光学在80公里的纤维上使用相干光学即可实现的50倍的容量,并且在途中更具改进。

使用传统的模拟光学元件,实现高运输介质质量需要增加光学发射功率水平,这不幸的是,由于光纤非线性效应,光纤可以支持的光学模拟载体的数量减小。图1显示了具有4个模拟光学载体的光纤波长光谱的表示。


图1 - 具有4个模拟载体的光纤谱

对模拟光学传输的这种限制促使电缆行业展示其他架构演进方法。一种解决模拟限制问题的方法,同时还包括在某些集线器中可能存在的空间限制,是分布式架构方法。在分布式架构中,没有射频(RF)通过光学链路传输。光链路没有贡献DOCSIS®RF信号的失真,只有网络的同轴部分负责RF信号的劣化。

如今,这种数字光学链接使用强度调制的直接检测系统,例如10千兆以太网链路和无源光网络(PON)中的那些。在这些非相干系统中,使用的信号调制是开关键控(OOK)。通过简单地关闭激光源,通过关闭和开启激光源来实现。非相干系统以比模拟光学元件的较低功率运行,因此可以更好地利用光纤中的波长谱。图2描绘了具有多个非相干的光学载波的光纤波长谱。


图2 - 具有强度调制的非相干载波的光纤谱

高容量非相干(但数字)光链路可以使用载有10Gbps的10个波长(光学载体)承载100 Gbps。非相干系统是一种合适的近期方法,但在评估长期策略时,必须考虑额外的纤维资源挑战。

HFC网络通常用6到8根光纤将集线器连接到光纤节点。其中的两个光纤用于主要的下游和上游连接,在某些情况下,两个额外的光纤用于冗余目的。剩下的纤维留作将来使用。不幸的是,由于对带宽不断增长的需求,大量的“未来使用”光纤被重新用于业务服务、蜂窝回程、节点拆分和光纤深度架构。在某些情况下,只有提供给光纤节点的两个主要光纤仍然可用于访问传输。

实际上,跨越全双工DOCSIS的架构迁移,努力朝着更对称的传输,依赖于节点加零放大器(N + 0)架构。今天的HFC网络中的典型节点将为500户提供服务。当转换为N + 0架构时,结果是创建12到18更深的N + 0节点。接入网络的光学部分的挑战将提供足够的比特率容量至12-18 n + 0节点,每个节点都能够向住宅用户提供10 gbps。

随着对商业服务和无线回程光纤需求的增加,光纤短缺问题只会加剧。假设要避免从集线器到原始光纤节点的昂贵的光纤再挖槽,就必须找到不同的解决方案来提供所需的容量。这就是连贯技术提供的机会!

相干技术已被用于实现比任何其他光学技术更高的速度。在相干光学中,幅度和相位调制都用于将信息放到光学载体上。这使得能够生成携带信息的正交相移键控(QPSK)和正交幅度调制(QAM)星座。相干信号的性质还允许在两个正交偏振中分离光信号。每个偏振可以独立地携带上述二维星座。在相干系统中使用的信号处理有助于对信号的频谱进行整形,以避免与相邻光载波的干扰。除了低得多的功率要求之外,相干技术允许在光纤波长光谱内的光学载波的高效复用。图3显示了具有2偏振的相干光学载体的光纤波长谱。


图3 - 在正交偏振上有效地包装相干光学载体

相干光学在长途环境中已经使用了30多年。长途环境是一种恶劣的环境,包括非常长的距离,有时高达3000公里。在长途环境中,大量的通道补偿被用来纠正与长途相关的损害,使长途解决方案昂贵。

接入网环境在一个关键方面与长途网络有很大不同,接入网中的光链路通常不超过30公里。这比长途运输短两个数量级。已知的长距离的复杂和昂贵的系统实现不再适用于访问实现。较短的光纤长度导致光信号的色散最小。此外,由于不需要在线放大,非线性失真和噪声显著降低。这增加了链接边际,使实现成本大大降低。这不是你父亲的连贯执行!

在Cablela金宝搏188BETbs®,我们已经重新设计了相干链接以满足接入网络的特殊条件。与长途或地铁环境相比,我们开发了更高的性能和更低的成本。

在实验室中,我们在单个波长上实现了256 Gbps,具有最小的色散补偿。这是在模拟光学载波上完全加载的1.2GHz的DOCSIS 3.1信号所能实现的容量〜26倍。我们已经实现了使用32 GBaud(32 GHz)的符号率,使用16QAM调制(每符号4位)超过2次偏振(32 * 4 * 2 = 256 Gbps)。此外,我们已经多路复用了八个这些波长以实现2048 Gbps。这比4种模拟光学载体的50倍多50倍,每个载波都有10 Gbps的DOCSIS 3.1有效载荷!

光学接入环境可以通过进一步增加符号速率和/或调制顺序来借助于每个波长的容量进一步改善容量。未来的64 QAM调制的成就可以代表光学访问环境的每个波长的效率和容量。人们只能梦想在长途环境中进行此类运输效率。

相干光学非常灵活。在不久的将来,每个目标端点可能不需要每个波长大于256 Gbps的容量。也许100或200 Gbps会这样做。可以改变调制顺序,偏振和符号速率的事实使得在受支持的服务类型中实现了显着的灵活性。较低的符号速率允许复用100或200 Gbps波长到终点。在接入网络中,将单个波长专用于目标端点(订阅者)是有意义的。在访问中,由于波长频率是一种珍贵的商品,因此不应浪费在多个波长上的更高速度,但用于达到更大的目标端点的多样性。这避免了从集线器到原始光纤节点的retrening,以铺设额外的纤维股。理想情况下,运算符只需将更多的光纤从原始光纤节点部署到网络中的更深端点。

随着行业发展到节点+ 0架构,与传统架构相比,与智能节点的光学连接量将增加。因此,互操作性和强大的供应商生态系统是使用相干光学提供低成本解决方案的关键。

由于关键目标是互操作性和供应商多样性,CableLabs打算开发规范,利用上述在接入网中相干光学的好处。m188bet体育金宝搏188BET与以前的规范开发工作类似,相干光学规范将关注接口要求、信号完整性要求、配置和管理。m188bet体育像往常一样,Cabl金宝搏188BETeLabs欢迎供应商社区的参与来开发这些规范。m188bet体育在不久的将来,期待有关建立一个相干光学工作组来开发规范的公告。m188bet体育

在Ca金宝搏188BETblelabs,我们正在开发和指定允许电缆行业支持宽带接入不断增长的技术的技术。来加入我们开发明天的高容量网络解决方案!

Wired Technologies的副总裁Curtis Knittle博士对本文也有贡献。

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