以太网用40G CFP光模块的设计。

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  熊青松、张武平、陈晋敏(光纤通信技术和网络国家重点实验室 武汉电信器件有限公司)《光通信研究》

  为了满足传输容量日益增长的需求和降低通信系统的成本,介绍了一种用于城域网的40Gbit/s CFP(百吉比特可热插拔)光模块,该模块采用波分复用技术来实现4路不同波长的10Gbit/s载波信号在一根光纤中传输。它主要由发射单元、接收单元和控制单元3大部分组成。重点介绍了各个部分的工作原理及具体设计方案,按照IEEE 802.3.ba标准对样机进行了测试,结果表明该模块满足40Gbit/s以太网的应用要求。

  0 引言

  随着高清视频和高速数据业务的迅速发展,人们对带宽的要求越来越高,现有的10Gbit/s以太网已经表现出局限性,下一代高速以太网的出现成为发展的必然趋势。IEEE 802.3ba标准,即40Gbit/s/100Gbit/s以太网标准已于2010年6月17日正式获批,它支持40Gbit/s和100Gbit/s的以太网帧传送,同时确立了主干网络、铜缆布线、多模光纤和单模光纤通信的物理层规范,以减轻未来核心网络带宽的"瓶颈"问题。

  基于IEEE 802.3ba 40GBASE-LR4规格的40Gbit/s CFP(百吉比特可热插拔)光收发模块,适应了如今数据中心日益增加的带宽需求,它在单模光纤上传输的数据是传统10Gbit/s光模块的4倍,传输距离能达到10km。同时,研究40Gbit/s CFP技术也可以更好地为设计100Gbit/s CFP服务。本文从40Gbit/s光收发模块的基本工作原理入手,分析整个模块的硬件电路和软件控制的实现方式。通过对模块的光性能测试验证了40Gbit/s光模块应用于40Gbit/s光传输网络的可行性。

  1.  40Gbit/s CFP光模块的工作原理

  40Gbit/s CFP光模块是可热插拔的客户端光模块,其中40Gbit/s BASE-LR4基于1 310nm CWDM(粗波分复用)技术,在单模光纤上的传输距离达10km。频率间隔基于ITU-T G.694.2规范,使用1270、1290、1310和 330nm 4个波长,每个波长通道的速率为10.312 5Gbit/s。文章后面提到的40Gbit/s CFP光模块均为在单模光纤中传输的模式,支持40Gbit/s以太数据在4个波长上以每个波长10.312 5Gbit/s的速率传输,最后采用WDM(波分复用)技术将4个波长的光信号复合在一根单模光纤上传输。40Gbit/s CFP光模块主要应用于城域网,可将输入的电信号转换成光信号输出,以实现较长距离的传输,同时也能将接收到的光信号转换成电信号输出。

  40Gbit/s CFP光模块主要由3部分组成:发射单元、接收单元和控制单元。它的基本功能框图如图1所示。发射单元由LD(激光器)、LD驱动器和CDR(时钟数据恢复)电路组成。输入模块的4对1 0.3 1 2 5Gbit/s差分电信号经过CDR电路再整形、再定时后,由LD驱动电路接收,驱动LD发出带有数据调制信号的4路不同波长的激光,然后通过WDM 器将4路光信号合为一路输出。接收单元由探测器、二级放大器(主放大器)和CDR电路组成。在模块的接收端,解复用器将一路40Gbit/s光信号分成4路不同波长的10.312 5Gbit/s光信号,并通过探测器将其转换成4路微弱的电信号。微弱的电信号首先经过前置放大器放大,然后由主放大器接收并对前置放大器放大后的信号进行二级放大,输出电信号,从而完成光/电转换。控制电路部分通过内部通信接口实现对激光器的APC(自动功率控制)、消光比补偿、发射部分软关断和接收部分带宽调整的智能控制,通过外部通信接口可以与上位机通信,完成模块的相关工作状态检测量的实时监控上报。

以太网用40G CFP光模块的设计。

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