联讯仪器：10G PON测试方案技术现状及发展
发布时间：2022-01-14 17:24:30 热度：3492
1/14/2022，光纤在线讯，5G建设2021年放缓是一个不争的现实，但是宽带接入市场却展现了可喜的增长，宽带接入网以无源光网络（PON：Passive Optical Network） 技术进行组网，不仅可以提供优质的用户体验，同时能降低企业运营成本，提高经济效益。
在即将迅速增长的接入网10G PON市场中，联讯仪器及时推出了完全国产化的PON测试解决方案：针对ONU光模块测试有10GHz采样示波器；针对OLT光模块测试的多通道10G突发误码仪。本文主要从10G PON光模块市场、测试需求、测试方案三个方面进行介绍。
PON市场状况
2021年3月，工信部发布《“双千兆”网络协同发展行动计划》，要求到2021年底，千兆光纤网络具备覆盖2亿户家庭的能力，万兆无源光网络（10G-PON）及以上端口规模超过500万个，千兆宽带用户突破1000万户。国务院最新发布的《“十四五”数字经济发展规划》，则提供了更加宏远的目标。按照规划，千兆宽带用户数要从2020年的640万增至2025年的6000万，增长规模按近8.3倍。三大运营商的表现已经持续超出预期。截止2021年11月底，100Mbps及以上接入速率的固定互联网宽带接入用户达4.96亿户，占总用户数的92.6%，占比较上年末提升2.7个百分点；1000Mbps及以上接入速率的固定互联网宽带接入用户达3386万户，比上年末净增2746万户。也就是说，三大运营商用不到1年时间完成了工信部三年的目标。这为国家《“十四五”数字经济发展规划》的落实创造了良好的条件。
LightCounting 2021年最新的数据表明，2021年10G PON出货量同比增长135%，未来5年继续保持平均47%的增速。Dell'Oro的宽带接入和家庭网络业务VP Jeff Heynen表示，随着运营商进一步拓展千兆宽带业务，向10G PON升级已经是大势所趋，亚太运营商如今引领全球接入网向10G速率升级。Omdia的数据也揭示，未来五年，亚洲的PON设备市场将以17%的CAGR保持增长，预计到2025年达到34亿美元。该公司的分析师Jaimie Lenderman表示，固网移动网的融合趋势非常明显，他们对亚太地区PON设备市场的成长预测非常有信心。
PON网络的光模块
PON网络由光线路终端OLT（Optical Line Terminal），光网络单元ONU（Optical Network Unit），光分配网络ODN（Optical Distribution Network）3部分组成。随着互联网接入、4K IPTV 视频、智能家居业务、中小企业专线、IMS语音、移动回传等越来越多业务承载在PON 网络上，对带宽的需求和管理的精细化程度不断提高。
实际上PON应用的测试对象主要分为两种：1）客户端的ONU（ONU分为：ONU光收发模块和BOSAs on Board的光猫设备）；2）局端的OLT光模块。 OLT和ONU作为PON网络的核心部件，根据LightCounting最新预测数据表明：
• GPON/EPON ONU光猫的通常采用低成本BOSAs on Board方案取代ONU光收发模块，但是随着速率的升级，2020年开始，ONU模块数量和销售收入都相对BOSAs on Board的呈现明显的增长趋势，其主要原因是随着PON网络向10G速率提升，BOSAs on Board技术相对比较适合GPON和XGPON应用，而对于10G XGSPON应用，还是ONU光收发模块更为成熟。
• OLT光收发模块，因为作为局端模块，出货量占比不大，但销售收入占比却从2021年开始超过50%。其主要原因是PON系统采用单个局端OLT光模块接收多个ONU突发信号，技术门槛和实现难度更高。
PON网络ONU测试
ONU模块测试和普通10G及以下速率光收发模块基本相同。速率比较低的GPON/EPON以及非对称的XGPON，ONU 主要还是1G和2.5G速率，多采用BOSAs on Board的光猫方案，随着速率提升，XGS-PON 的ONU主要是以光模块为主，且其数量和产值会逐步提升。目前在ONU端，其主要测试瓶颈是光眼图测试。联讯仪器2018年研制成功10GHz宽带光采样示波器（DCA4201），其性能已经取得了国外顶级用户的认可。针对PON ONU光猫测试，联讯仪器的测试方案如下：
联讯仪器光采样示波器DCA4201基于等时采样及重构眼图技术，从而实现更高精度且更优成本的高速光电数字信号的测量。此技术也是业界公认的，用以验证光收发信机是否符合通信标准的标准方法。DCA4201 专为大规模制造测试应用而设计，拥有堪比业界标准的光采样示波器的测量精度。通过不同的滤波器选件配置，可以同时支持10G及以下4个速率光眼图测试。并且DCA4201还具备快速眼图调整测试模式，在此模式下，消光比及平均功率可保持1Hz的刷新速率，从而极大提高了测试效率，降低了测试成本。和传统的主机加模块化搭建的采样示波器不同，DCA4201 是外形小巧，完全集成化的一体设计方案。其本底噪声可低至 5μW，确保了其具有低噪声、高灵敏度。其经过校准的参考接收机（符合行业容差标准），能够支持极高的动态测量范围。DCA4201 可对 750nm 到1650nm 波长的多模和单模信号进行测试。为了保持和行业标准光采样示波器测试结果一致，DCA4201具备消光比修正因子，暗电流自校准等算法。从而使其测试结果和行业标准一致性非常高。CR4201 10G以下速率自适应时钟恢复模块，联讯仪器国产化测试仪表可以完全满足10G及以下速率ONU的眼图测试的大批量生产测试需求。
PON网络OLT光模块的测试
和常规光通信收发模块工作在连续模式不同，PON应用的OLT在接收端工作在突发模式，这就需要误码仪能够支持突发模式（产生PON网络标准需要的突发脉冲序列），同时为了能够模拟多个ONU发送的不同功率的突发信号下OLT接收机的突发灵敏度，通常需要多通道的突发误码仪；而且同时能提供与数据通道同步的低速控制信号通道（ONU激光器使能控制信号和接收机Reset控制信号）。
联讯仪器于2019年率先推出了国产化10G突发误码仪产品rBT1250，适应中国用户对批量生产成本的要求，目前已经全面用于国内OLT模块知名厂家10G及10G以下速率突发灵敏度测试。基于rBT1250多通道突发误码仪，OLT光模块突发灵敏度测试方案更加简单和高效，如下图所示：
OLT光模块一定要在突发模式下才能真正验证模块性能，目前有一些用户研发用突发误码仪测试验证。但生产为了降低成本，仍采用连续模式误码仪测试OLT模块。这是存在巨大风险的，因为有些关键器件差异或者劣化，会导致连续模式根本无法发现突发模式下才能暴漏的潜在问题，存在巨大的返工风险和损失。如下图所示的实际案例，某批次OLT模块过载功率在最终用户OLT系统上不达标，该模块在连续模式下验证和原先批次没有任何差异，但在rBT1250突发模式下也发现了过载功率异常。采用实时示波器监控OLT模块突发接收电信号波形，发现过在载功率附近，前导码（Preamble）已经发生畸变，rBT1250和实际OLT设备一样，是从前导码中提取时钟，畸变信号导致rBT1250突发误码仪提取时钟不准确，从而影响后续过载功率的误码率结果。最终，我们通过调节rBT1250的提取时钟的位置，帮助用户排查出异常模块恢复了生产。而这个问题最终溯源是该批次OLT模块内的TIA芯片存在缺陷。
目前也有一些用户采用OLT设备进行测试突发测试，但是不同厂家的OLT设备时序不一样，其结果是大批量生产的OLT模块需要在不同厂家OLT设备进行验证，这也造成了生产成本的提高。联讯仪器rBT1250是一台通用的测试仪表，它可以模拟不同的设备突发时序，这极大地方便了大批量生产的OLT模块测试的灵活性。
未来发展
PON网络目前面临的是向10G速率的XG-PON和XGS-PON部署和实施的爆发期。与此同时，在下一代接入网标准上，以华为为首的中国厂商支持50G PON，而诺基亚公司更倾向于25G PON。相比现在已经获得部署的10G速率的XGS-PON，25G PON可以与之共存，共用现有的光纤资源，这一点对于运营商客户非常有吸引力。不过也有北美厂商看好50G PON，接入设备提供商Adtran的CTO Ronan Kelly就认为50G PON成本是更有优势。而且他认为，没有ITU的标准支持会是25G PON厂商的一个大挑战。这一次的25G PON和50G PON的标准之争，不仅超出了通常的标准化进程，而且还与最近的地缘政治相关。市场研究公司650 Group警告称：“世界将分裂为两个采购阵营：中国和西方。”
下一代PON网络测试目前还没有非常合适的方案，联讯仪器作为国内光电测试领域的排头兵，已经开始提前布局，和国内外最顶尖用户一起，针对25G PON 突发误码仪及50G PON采样示波器方面，集中精力力求突破。高端测试仪表和设备，技术门槛很高，研发周期、用户接受和认可的时间都非常长，也正是这个原因，这个细分领域长期以来就是国外巨头测试公司垄断的市场。虽然中国在高端测试测量领域需求达到全球1/3，但国内相关测试测量公司远远落后于国际一流企业。联讯仪器从成立开始，就秉持敢为天下先的精神来践行我们每个人心中的“中国梦”，以“第一”为己任—洞悉测试测量之道，真正实现“中国创造”。联讯仪器会继续不忘初心，不断推出适合中国及产业需求的国产化高端光电测试解决方案。
关于联讯仪器
苏州联讯仪器有限公司成立于2017年3月，是一家主要从事光通信测试仪器和半导体测试仪器的研发、生产、销售及服务的企业，专业为客户提供高质量、高技术的测试仪器及其整体解决方案。产品主要应用于数据中心、接入网、5G承载网、物联网核心光电芯片、器件、模块测试测量等领域。可以提供的设备包括高速通信测试仪器（光采样示波器、高速误码仪和流量分析仪）、激光器芯片测试设备（激光器芯片测试机，激光器晶圆测试机）和半导体芯片测试设备（高精度数字源表，半导体芯片测试机）等，实现了对光电测试细分领域产品线全产业链覆盖，并填补了国内高端测试装备的诸多空白。
科技创新是联讯仪器的立足之本。公司以“不断填补中国高端光电测试仪表和设备空白, 打破国际垄断”为使命，经过持续的自主研发和独立创新，逐步成为国内专业的覆盖光通信芯片→器件→模块→设备光通信测试全产业链的综合供应商，赢得了百余家国内外知名客户的认可，已成为国内在该领域国产替代的主力。公司先后获评国家创新人才推进计划科技创新创业人才企业、中国潜在独角兽企业、江苏省专精特新小巨人企业、江苏省“双创计划”等诸多资质荣誉。2022伊始，联讯荣膺“融资中国2021年度中国最具成长性企业TOP30”，继续领跑光通信测试。
作者：联讯仪器 胡海洋
在即将迅速增长的接入网10G PON市场中，联讯仪器及时推出了完全国产化的PON测试解决方案：针对ONU光模块测试有10GHz采样示波器；针对OLT光模块测试的多通道10G突发误码仪。本文主要从10G PON光模块市场、测试需求、测试方案三个方面进行介绍。
PON市场状况
2021年3月，工信部发布《“双千兆”网络协同发展行动计划》，要求到2021年底，千兆光纤网络具备覆盖2亿户家庭的能力，万兆无源光网络（10G-PON）及以上端口规模超过500万个，千兆宽带用户突破1000万户。国务院最新发布的《“十四五”数字经济发展规划》，则提供了更加宏远的目标。按照规划，千兆宽带用户数要从2020年的640万增至2025年的6000万，增长规模按近8.3倍。三大运营商的表现已经持续超出预期。截止2021年11月底，100Mbps及以上接入速率的固定互联网宽带接入用户达4.96亿户，占总用户数的92.6%，占比较上年末提升2.7个百分点；1000Mbps及以上接入速率的固定互联网宽带接入用户达3386万户，比上年末净增2746万户。也就是说，三大运营商用不到1年时间完成了工信部三年的目标。这为国家《“十四五”数字经济发展规划》的落实创造了良好的条件。
LightCounting 2021年最新的数据表明，2021年10G PON出货量同比增长135%，未来5年继续保持平均47%的增速。Dell'Oro的宽带接入和家庭网络业务VP Jeff Heynen表示，随着运营商进一步拓展千兆宽带业务，向10G PON升级已经是大势所趋，亚太运营商如今引领全球接入网向10G速率升级。Omdia的数据也揭示，未来五年，亚洲的PON设备市场将以17%的CAGR保持增长，预计到2025年达到34亿美元。该公司的分析师Jaimie Lenderman表示，固网移动网的融合趋势非常明显，他们对亚太地区PON设备市场的成长预测非常有信心。
PON网络的光模块
PON网络由光线路终端OLT（Optical Line Terminal），光网络单元ONU（Optical Network Unit），光分配网络ODN（Optical Distribution Network）3部分组成。随着互联网接入、4K IPTV 视频、智能家居业务、中小企业专线、IMS语音、移动回传等越来越多业务承载在PON 网络上，对带宽的需求和管理的精细化程度不断提高。
实际上PON应用的测试对象主要分为两种：1）客户端的ONU（ONU分为：ONU光收发模块和BOSAs on Board的光猫设备）；2）局端的OLT光模块。 OLT和ONU作为PON网络的核心部件，根据LightCounting最新预测数据表明：
• GPON/EPON ONU光猫的通常采用低成本BOSAs on Board方案取代ONU光收发模块，但是随着速率的升级，2020年开始，ONU模块数量和销售收入都相对BOSAs on Board的呈现明显的增长趋势，其主要原因是随着PON网络向10G速率提升，BOSAs on Board技术相对比较适合GPON和XGPON应用，而对于10G XGSPON应用，还是ONU光收发模块更为成熟。
• OLT光收发模块，因为作为局端模块，出货量占比不大，但销售收入占比却从2021年开始超过50%。其主要原因是PON系统采用单个局端OLT光模块接收多个ONU突发信号，技术门槛和实现难度更高。
PON网络ONU测试
ONU模块测试和普通10G及以下速率光收发模块基本相同。速率比较低的GPON/EPON以及非对称的XGPON，ONU 主要还是1G和2.5G速率，多采用BOSAs on Board的光猫方案，随着速率提升，XGS-PON 的ONU主要是以光模块为主，且其数量和产值会逐步提升。目前在ONU端，其主要测试瓶颈是光眼图测试。联讯仪器2018年研制成功10GHz宽带光采样示波器（DCA4201），其性能已经取得了国外顶级用户的认可。针对PON ONU光猫测试，联讯仪器的测试方案如下：
联讯仪器光采样示波器DCA4201基于等时采样及重构眼图技术，从而实现更高精度且更优成本的高速光电数字信号的测量。此技术也是业界公认的，用以验证光收发信机是否符合通信标准的标准方法。DCA4201 专为大规模制造测试应用而设计，拥有堪比业界标准的光采样示波器的测量精度。通过不同的滤波器选件配置，可以同时支持10G及以下4个速率光眼图测试。并且DCA4201还具备快速眼图调整测试模式，在此模式下，消光比及平均功率可保持1Hz的刷新速率，从而极大提高了测试效率，降低了测试成本。和传统的主机加模块化搭建的采样示波器不同，DCA4201 是外形小巧，完全集成化的一体设计方案。其本底噪声可低至 5μW，确保了其具有低噪声、高灵敏度。其经过校准的参考接收机（符合行业容差标准），能够支持极高的动态测量范围。DCA4201 可对 750nm 到1650nm 波长的多模和单模信号进行测试。为了保持和行业标准光采样示波器测试结果一致，DCA4201具备消光比修正因子，暗电流自校准等算法。从而使其测试结果和行业标准一致性非常高。CR4201 10G以下速率自适应时钟恢复模块，联讯仪器国产化测试仪表可以完全满足10G及以下速率ONU的眼图测试的大批量生产测试需求。
PON网络OLT光模块的测试
和常规光通信收发模块工作在连续模式不同，PON应用的OLT在接收端工作在突发模式，这就需要误码仪能够支持突发模式（产生PON网络标准需要的突发脉冲序列），同时为了能够模拟多个ONU发送的不同功率的突发信号下OLT接收机的突发灵敏度，通常需要多通道的突发误码仪；而且同时能提供与数据通道同步的低速控制信号通道（ONU激光器使能控制信号和接收机Reset控制信号）。
联讯仪器于2019年率先推出了国产化10G突发误码仪产品rBT1250，适应中国用户对批量生产成本的要求，目前已经全面用于国内OLT模块知名厂家10G及10G以下速率突发灵敏度测试。基于rBT1250多通道突发误码仪，OLT光模块突发灵敏度测试方案更加简单和高效，如下图所示：
OLT光模块一定要在突发模式下才能真正验证模块性能，目前有一些用户研发用突发误码仪测试验证。但生产为了降低成本，仍采用连续模式误码仪测试OLT模块。这是存在巨大风险的，因为有些关键器件差异或者劣化，会导致连续模式根本无法发现突发模式下才能暴漏的潜在问题，存在巨大的返工风险和损失。如下图所示的实际案例，某批次OLT模块过载功率在最终用户OLT系统上不达标，该模块在连续模式下验证和原先批次没有任何差异，但在rBT1250突发模式下也发现了过载功率异常。采用实时示波器监控OLT模块突发接收电信号波形，发现过在载功率附近，前导码（Preamble）已经发生畸变，rBT1250和实际OLT设备一样，是从前导码中提取时钟，畸变信号导致rBT1250突发误码仪提取时钟不准确，从而影响后续过载功率的误码率结果。最终，我们通过调节rBT1250的提取时钟的位置，帮助用户排查出异常模块恢复了生产。而这个问题最终溯源是该批次OLT模块内的TIA芯片存在缺陷。
目前也有一些用户采用OLT设备进行测试突发测试，但是不同厂家的OLT设备时序不一样，其结果是大批量生产的OLT模块需要在不同厂家OLT设备进行验证，这也造成了生产成本的提高。联讯仪器rBT1250是一台通用的测试仪表，它可以模拟不同的设备突发时序，这极大地方便了大批量生产的OLT模块测试的灵活性。
未来发展
PON网络目前面临的是向10G速率的XG-PON和XGS-PON部署和实施的爆发期。与此同时，在下一代接入网标准上，以华为为首的中国厂商支持50G PON，而诺基亚公司更倾向于25G PON。相比现在已经获得部署的10G速率的XGS-PON，25G PON可以与之共存，共用现有的光纤资源，这一点对于运营商客户非常有吸引力。不过也有北美厂商看好50G PON，接入设备提供商Adtran的CTO Ronan Kelly就认为50G PON成本是更有优势。而且他认为，没有ITU的标准支持会是25G PON厂商的一个大挑战。这一次的25G PON和50G PON的标准之争，不仅超出了通常的标准化进程，而且还与最近的地缘政治相关。市场研究公司650 Group警告称：“世界将分裂为两个采购阵营：中国和西方。”
下一代PON网络测试目前还没有非常合适的方案，联讯仪器作为国内光电测试领域的排头兵，已经开始提前布局，和国内外最顶尖用户一起，针对25G PON 突发误码仪及50G PON采样示波器方面，集中精力力求突破。高端测试仪表和设备，技术门槛很高，研发周期、用户接受和认可的时间都非常长，也正是这个原因，这个细分领域长期以来就是国外巨头测试公司垄断的市场。虽然中国在高端测试测量领域需求达到全球1/3，但国内相关测试测量公司远远落后于国际一流企业。联讯仪器从成立开始，就秉持敢为天下先的精神来践行我们每个人心中的“中国梦”，以“第一”为己任—洞悉测试测量之道，真正实现“中国创造”。联讯仪器会继续不忘初心，不断推出适合中国及产业需求的国产化高端光电测试解决方案。
关于联讯仪器
苏州联讯仪器有限公司成立于2017年3月，是一家主要从事光通信测试仪器和半导体测试仪器的研发、生产、销售及服务的企业，专业为客户提供高质量、高技术的测试仪器及其整体解决方案。产品主要应用于数据中心、接入网、5G承载网、物联网核心光电芯片、器件、模块测试测量等领域。可以提供的设备包括高速通信测试仪器（光采样示波器、高速误码仪和流量分析仪）、激光器芯片测试设备（激光器芯片测试机，激光器晶圆测试机）和半导体芯片测试设备（高精度数字源表，半导体芯片测试机）等，实现了对光电测试细分领域产品线全产业链覆盖，并填补了国内高端测试装备的诸多空白。
科技创新是联讯仪器的立足之本。公司以“不断填补中国高端光电测试仪表和设备空白, 打破国际垄断”为使命，经过持续的自主研发和独立创新，逐步成为国内专业的覆盖光通信芯片→器件→模块→设备光通信测试全产业链的综合供应商，赢得了百余家国内外知名客户的认可，已成为国内在该领域国产替代的主力。公司先后获评国家创新人才推进计划科技创新创业人才企业、中国潜在独角兽企业、江苏省专精特新小巨人企业、江苏省“双创计划”等诸多资质荣誉。2022伊始，联讯荣膺“融资中国2021年度中国最具成长性企业TOP30”，继续领跑光通信测试。
作者：联讯仪器 胡海洋
