Automatic calibration systems for NG-PON2 transceivers

Abstract

The current society is increasingly dependent on communication services, requiring better and faster connections, predicting in a near future connections in the order of hundreds of Gbit/s. During the data transmissions, the increase of speed reflects an increase of the error ratio due to factors such as noise, reductions of signal or jitter, which for low speed these were not emphasized so much. This project involves the development of a BER test system for both continuous and Burst mode of the transmission, demonstrating the viability of communication over the next-generation technology, NG-PON2, which uses high transmission rates (10 Gbit/s). For this purpose, an FPGA architecture was implemented that allows for long distances in the optical network, high transmission rates. This choice reflects a more economical alternative in relation to commercial equipment and has several advantages, such as the flexibility to reprogram and prepare the architecture according to the needs of the user. To achieve the proposed requirements, the project was divided into three parts. In the first part an architecture was developed that allows to obtain the error rate during a continuous mode transmission. In order to obtain the real-time viability of the communication referred and to have control over the system, an interface was developed between the computer and the FPGA to change certain characteristics of the communication channel. This is the second part of the project. The last part of the project has an architecture similar to the previous one, that is, instead of the transmission to be done in continuous mode, it is performed in mode Burst, being this the requirement with more interest to the technology NG-PON2. Finally, proof of concept was performed through an optical network provided by the company PICadvanced that allowed the validation of the different parts of the project. These validations will allow the development of new modules that will later contribute to the main project that is under development in the company PICadvanced, which aims at the construction of an automatic calibration board for the XFP transceivers.

A sociedade atual depende cada vez mais dos serviços de comunicação, exigindo melhores ligações e mais rápidas, prevendo-se num futuro próximo a necessidade de ligações na ordem das centenas de Gbit/s. O aumento dos ritmos de transmissão refletem um aumento no que se refere à taxa de erro (BER), uma vez que o impacto associado a fatores como ruı́do ou interferência entre sı́mbolos, é maior do que para baixos ritmos. Este trabalho foca-se no desenvolvimento de um sistema de teste BER, tanto para uma transmissão contı́nua como para transmissão em rajadas, que demonstre a viabilidade da comunicação sobre a tecnologia da próxima geração, Next Generation Passive Optical Network 2 (NG-PON2), que utiliza débitos de transmissão elevados (10 Gbit/s). Para este efeito foi implementado uma arquitetura em Field-programmable gate array (FPGA) que possibilita para longas distâncias na rede ótica, elevados ritmos de transmissão. Esta escolha reflete uma alterativa mais económica em relação aos equipamentos comerciais e apresenta vantagens tais como a flexibilidade de reprogramar e preparar a arquitetura de acordo com as necessidades do utilizador. Para cumprir os requisitos propostos o projeto dividiu-se em três partes. Numa primeira parte do projeto desenvolveu-se uma arquitetura que permite adquirir a taxa de erros durante uma transmissão contı́nua. Com o intuito de analisar a viabilidade em tempo real da comunicação em questão, bem com o utilizador ter controlo sobre o sistema, alterando certas caracterı́sticas do canal de comunicação, desenvolveu-se numa segunda parte do projeto uma interface entre o computador e a FPGA. Numa última parte do projeto desenvolveu-se uma arquitetura semelhante à anterior, na qual se permite igualmente adquirir a taxa de erros com transmissão em rajadas (Burst), sendo este um dos requisitos de maior interesse na tecnologia NG-PON2. Por fim, a prova de conceito foi realizada através de uma rede ótica disponibilizada pela empresa PICadvanced, que permitiu a validação das diversas partes do projeto. Estas validações vão permitir a conceção de novos módulos que posteriormente vão contribuir para o projeto fonte que está em desenvolvimento na empresa PICadvanced, que visa a implementação de uma placa de calibração automatizada para os transceptores 10 Gigabit Small Form Factor Pluggables (XFP).