下一代光接入网的核心光电芯片技术.docx

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下一代光接入网的核心光电芯片技术

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陈雷

摘要：50G无源光网络（PON）已经成为下一代光接入网的主要技术。该技术的实现有多种技术途径，采用高阶调制4电平脉冲幅度调制（PAM4）技术和不归零码（NRZ）技术是最重要的2种实现方式。采用高阶调制PAM4技术，可以降低对光芯片的带宽要求，降低光芯片的成本，但需要额外增加具有数字信号处理功能的电芯片。采用NRZ技术，则不需要增加其他功能的电芯片，但需要使用高带宽的激光器和探测器光芯片，这种高带宽的光芯片开发难度大，成本高。

关键词：下一代光接入网;50GPON;PAM4;NRZ

Abstract：50Gpassiveopticalnetwork（PON）hasbecomethemaintechnologyforthenextgenerationofopticalaccessnetwork，andtherearemanytechnicalapproachestoimplement50GPON.Highordermodulation4pulseamplitudemodulation（PAM4）andnon-returntozero（NRZ）arethemostimportanttechnologiesof50GPONimplementation.Byusinghigh-ordermodulationPAM4technology，thebandwidthrequirementandthecostofopticalcanbereduced，buttheelectricchipwithdigitalsignalprocessingfunctionneedstobeadded.NRZtechnologydoesnotneedtoaddelectricalchipswithotherfunctions，butneedstousehigh-bandwidthlasersanddetectoropticalchips，thedevelopmentofwhichisdifficultandcostly.

Keywords：next-generationopticalaccessnetwork;50GPON;PAM4;NRZ

1下一代高速光接入网的发展

近年来，在“三网融合”和“光进铜退”政策的大力推动下，中国光接入网的接入用户数量和产品覆盖率得到了飞速发展。截至2018年，中国大部分中心城市都已经基本实现光纤到户（FTTH）或者光纤到楼（FTTB）。据统计，中国已经成为了全球光接入用户数量最多的国家。由于市场规模效应的驱动，近些年来中国的光接入网产业以及光接入网技术都进入了快速发展的轨道。

光接入网的技术标准是从最早的宽带无源光网络（BPON）开始，2003年国际电信联盟（ITU）制定了吉比特无源光纤网络（GPON）标准。随后，电气和电子工程师协会（IEEE）于2004制定了以太网无源光网络（EPON）标准。经过10余年的发展，到2019年光接入网先后发展形成了10GEPON、非对称10GPON第1阶段（XG-PON1）、40GPON第2阶段（NG-PON2），以及对称10GPON（XGS-PON）4种不同类型的标准，速率分为1.25Gbit/s、10Gbit/s、40Gbit/s。图1是光接入PON的标准演进路线图。除了这些主流的国际标准以外，根据中国市场的特殊需求，还衍生出了一些自定义的标准，例如：混合型无源光网络（COMBOPON）标准。

2015年9月，IEEE成立NG-EPON研究组，确定研究目标为实现25G/50G/100G对称及非对称的下一代100GEPON系统。2015年11月，IEEE802全会成立正式IEEE802.3ca100G-EPON工作组并确定标准时间表。2018年ITU正式发布10GPON之后的下一代PON技术为单波50GPON，50GPON正式成为了各标准组织及企业的主要研究内容。

2下一代光接入网技术路线

实现单波50GPON的技术路线主要分为2种：一种是在光器件带宽受限的条件下，使用高价调制技术;第2种则是延续以前1.25G/10G发展的路线，采用50G不归零码（NRZ）幅度调制技术。

采用高阶调制技术可以降低系统对光电器件的带宽要求，降低光芯片的成本。低带宽的光芯片和电芯片产业链成熟可用，也可以快速形成产品并商用化。当前主