Characterization and optimization of transceivers for XGS-PON and NG-PON2

Abstract

Selecting the most suitable transmission method has become extremely important due to the unstoppable growth of services, both in number and quality. This leads to the imposition of new challenges regarding the implementation of passive optical networks (PON), where are integrated the transceivers that need to operate as efficiently as possible (the management of the cost/performance ratio has become essential). The work presented in this document focuses on the study of the three most common techniques of modulation in an optical transmitter, EML (Externally Modulated Laser), DML (Directly Modulated Laser) and CML (Chirp Managed Laser). In this dissertation, a general analysis of the implementation of PONs is presented, followed by the study of the most essential optical components necessary to perform an optical communication through fiber. Here, the three modulation topologies used in transmitters are presented, which are subsequently tested, either by simulation or through experimental tests. The most detailed characterization was performed considering the CML architecture since it is both the less common and the less studied from the three, while at the same time presents a high potential with good performances associated with low implementation costs. Regarding the experimental tests, commercial XFPs (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) were used for the study of EML and DML, while for the study of CML, BOSAs (Bidirectional Optical Sub-Assemblies) prototypes under development were used. From this dissertation, it was possible to characterize and prove the expected performance by the different transceivers. The simulation results were, generally, supported by the experimental tests performed for the three modulation methods under study. Additionally, it was also possible to demonstrate the feasibility in the development of transceivers by PICadvanced, SA, that operate with the CML topology. One of the tested transceivers was already capable of reaching the requirements imposed by the XGS-PON standard, demonstrating the capacity of expansion and integration of this type of optical transmitter in PONs.

A escolha do método de transmissão mais adequado tem-se revelado de extrema importância devido ao contínuo crescimento dos serviços, tanto em número como em qualidade. Isto leva à imposição de novos desafios relativamente à implementação de redes óticas passivas (PON), da qual fazem parte os transceivers que necessitam de operar da forma mais eficiente possível (a gestão da relação custo/desempenho tornou-se essencial). O trabalho apresentado neste documento foca-se no estudo de três técnicas de modulação de um transmissor ótico mais comuns, EML (Externally Modulated Laser), DML (Directly Modulated Laser) e CML (Chirp Managed Laser). Nesta dissertação é então apresentada uma análise geral da implementação das redes óticas passivas, seguida do estudo dos componentes óticos essenciais para realizar uma comunicação por fibra ótica. Desta forma, são apresentadas as três topologias de modulação usadas nos transmissores que são testadas posteriormente, quer por simulação, quer através de testes experimentais. A caracterização mais detalhada foi efetuada para a arquitetura CML, uma vez que esta é a menos explorada das três e ao mesmo tempo apresenta elevado potencial com bons desempenhos associados a um baixo custo de implementação. Relativamente aos testes experimentais, para o estudo de EML e DML foram usados XFPs (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) comerciais, já quanto ao estudo de CML foram usados protótipos de BOSAs (Bidirectional Optical Sub-Assemblies) que estão de momento a ser desenvolvidos. Com esta dissertação foi possível caracterizar e comprovar o desempenho dos diferentes transceivers. Os resultados de simulação foram, de forma geral, corroborados pelos testes experimentais efetuados para as três técnicas de modulação estudadas. Além disso, foi também possível demonstrar a viabilidade do desenvolvimento de transceivers a operar com a tipologia CML que se encontram em desenvolvimento por parte da PICadvanced, SA. Um dos transceivers em teste foi já capaz de cumprir todos os requerimentos impostos pelo standard XGS-PON, demonstrando a capacidade de expansão e integração deste tipo de transmissor ótico nas PONs.