2013CIOE 光通信论坛 光电集成技术在接入网中的应用 李大伟 lidawei@hisense.com 海信宽带多媒体技术有限公司 2013. 09
内容 光接入网发展趋势 光电集成技术在 FTTH 中的应用尝试 光电集成技术在下一代接入网中的应用前景 2
光接入网发展趋势 宽带信息化已成为全球普遍的国家战略, 接入带宽持续提升 宽带业务与应用的发展推动全球的接入带宽不断提升, 继续呈现每 5~6 年带宽提升 10 倍的趋势 目前,10G PON 技术已经成熟, 正在启动规模化应用 同时下一代的接入网络 3 演进与升级技术正在规划和推进中
光通信技术演进路径 带宽需求每 5~6 年增加 10 倍. 同速率接入网部署滞后城域以太网 6~8 年 IEEE802.3bm IEEE802.3ba 核心技术 NG-PON2 IEEE802.3ae ITU G.987 IEEE802.3av IEEE802.3ah ITU G.957 ITU G.984 ITU G.983 海信光通信启动
NG-PON 技术走势 Capacity Co-existence arrows mean to allow gradual migration in the same ODN. Component R&D to enable NG-PON2 NG-PON1 incl. long-reach option WDM option to enable to overlay multiple G/XGPONs NG-PON2 E.g. Higher-rate TDM DWDM Elect. CDM OFDM,Etc. G-PON GE-PON XG-PON (Up: 2.5G to 10G, Down: 10G) Splitter for NG-PON2 (power splitter or something new) Power splitter deployed for Giga PON (no replacement / no addition) Now ~2010 ~2015 NG-PON1 提升 PON 带宽 ; 重用 ODN; 引入 WDM 技术实现 PON 堆叠 NG-PON2 不受现 ODN 限制, 开放式研究 WDM/CDM/OFDM PON 等
FTTX 波长分配 NG-PON Up NG-PON Down 6
光电芯片和器件的差异性 电芯片制造光芯片制造光电模块 电芯片产品 光器件产品
光组件技术演进 由分立器件向集成器件发展 Present discrete OSA Next Next PLC Based OSA Pre-packaged devices connected by fibers Future Integrated OSA Chips and sub-components assembled on silicon bench, and/or metal carriers Chips connected with each other by hybrid or monolithic integration
传统与集成技术的成本趋势 40 成本 (d dollars) 30 20 10 TO 技术 实际状况 理论上的集成技术曲线 0 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 产量
光子集成组件制作流程 光电子集成组件 光子集成芯片设计厂家 A 光集成芯片制造厂家 B 倒装 / 耦合 / 封装厂家 C 模块厂商 传统分离组件 光芯片 TO 封装 BOSA 封装模块
不同材料衬底的成本比较 InP SiO2 Si
光接入网发展趋势 光电集成技术在 FTTH 中的应用尝试 光电集成技术在下一代接入网中的应用前景 12
新一代 NG-PON2 进展 我国分别于 2008 年与 2010 年在全球最早突破了 10G TDM-PON 非对称和对称型光模块 / 系统, 技术与产业达到了全球领先 ; 尽快突破 NG-PON2 的模块核心技术, 成为保持与扩大产业竞争力的关键 TWDM-PON 成为接入网后 10G PON 的发展方向 TWDM-PON 具有兼容现有 xpon 和 10G PON 的优良特点, 可以支持网络的平滑演进 2011 年底, 我国 863 计划三网融合重大项目确立了 TDM-WDM PON 的研究目标 2012 年 4 月,TWDM TWDM-PON 被 FSAN 选为 NG-PON2 的唯一发展方向 TWDM-PON 技术 TWDM-PON 技术是在 10G TDM-PON 技术的基础上, 解决多波长的无色运作问题, 并实现小型化与产业化
TWDM-PON 系统 2013 年初, 海信作为牵头单位, 联合国内十四家光通信器件 模块和设备厂商以及相关高校和研究所的资源, 承担国家 863 863 40Gb/s 光接入核心光电子器件与模块 项目, 研究时分波分堆叠复用 (TWDM TWDM-PON PON) 光接入技术中的核心光电子器件与模块, 及其产业化应用 NG-PON2 OLT 模块 4X10G TWDM OLT 模块,100GHz 信道间隔 ; 目前可提供下行波长 1605~1611nm,100G 100G Hz 间隔, 速率 9.95328Gbps 上行 2.488Gbps/10Gbps 的突发接收 小型化封装 ; 未来计划 : 波长扩展堆叠 ;4in1 集成化模块封装 /WDM 内置 NG-PON2 ONU 模块 4X10G TWDM ONU 模块, 100GHz 信道间隔 ; 可提供上行波长 1528~1544nm,100G 100G Hz 间隔,10Gbps 和 2.488Gbps 可选 ; 小型化封装 未来计划 : 低成本可调 Colorless ONU; 14
TWDM-PON 器件 OLT ONU λd1 λdn λu1 Tunable Tx Tunable Rx TRx1 TRx2 TRx3 λd1 λdn λu1 λun 1:N splitter λd1 λdn λu2 Tunable Tx Tunable Rx TRxn 1:4 splitter WDM 1:N splitter λd1 λdn λun Tunable Tx Tunable Rx 采用波分复用技术堆叠多个 TDM-PON, 支持 4 8 或更多波长 每个波长通道下行 TDM 广播, 上行 TDMA 复用 OLT 收发多个波长增加网络总带宽 ONU 采用可调发射 可调接收技术, 可工作在任意一对上下行波长 可与现有 xpon, 10G PON 共存, 支持按需平滑升级
集成封装技术 将通过突破光电芯片设计 耦合耦合 封装封装 测试几项关键技术, 将光电集成技术应用于 OLT 模块中 光子集成芯片示意图 OLT 光模块结构示意图 激光器芯片阵列
光电子集成工艺 激光器组装工艺 接收端组装工艺
光电集成技术的目标 C20 C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28 C29 C30 C31 C32 C33 C34 C35 C36 C37 0-10 -20 Power (dbm) -30-40 -50-60 -70 1545 1547 1549 1551 1553 1555 1557 1559 1561 1563 1565 Wavelength (nm) 18
总结 在 FTTH 领域, 传统的 TO 封装方案现在依旧是 GPON/EPON 主流技术, 具有光电集成方案难于超越的成本优势 从 2004 年开始, 许多光电集成厂商在 FTTH 领域试图推进集成方案, 但由于价格 成品率和耦合困难等因素, 大部分光子集成厂商已放弃努力 基于光电集成技术的光组件将会应用于下一代光接入网中的 TWDM-PON 和 WDM-PON 中 光子集成技术在高性能 规模化应用中将获得巨大成功 但对低成本 大规模的低端应用需进一步完善与验证
欢迎各位参观海信展台 #1C15 Design for new life! 20