摘 要

随着信息技术的快速崛起，100G光模块在光通信中占有举足轻重的地位，其性能的好坏很大程度上影响着整个光传输的质量。在已有的10G和40G模块中，绝大多数都已不能满足当代大数据的需求。所以，在通信业务的蓬勃发展中，100G光模块扮演着越来越重要的作用。该类模块可以实现“网络通信加速、应用效能提升”的效果，同时完成频宽管理、快取、压缩、路径最佳优化及协议加速等功能。由于100G光模块对稳定性能的要求较高，对一些技术提出了新的门槛，因此对模块需要深入的了解。

近年来，随着一些关键技术的突破，100G光模块的样式越来越多样，目前有按照数据传输速率、协议、封装方式、距离和波长等一系列方式对100G光模块进行分类，本文中着重对封装方式这种分类进行研究。本文首先从100G光模块的角度出发，对目前的国内外现状进行研究，对光模块进行大致了解。接着从目前几种主流的模块下手进行分析，对光模块由浅入深的掌握，目前主流的模块有CXP、CFP/CFP2/CFP4和QSFP28等。然后在掌握几种100G光模块的性能和主要工作原理的前提下，对模块测试所需的数据进行研究和讨论，从数据的测试方法和可能影响该数据性能的方面进行探讨，针对可能受影响的情况提出了一种性能测试的设计方案。同时使用模块的数据测试结果对设计方案的可行性进行验证，最后分析系统电眼图和光眼图的相关数据得出结论。

关键词：光模块；调制方式；眼图；消光比；平均光功率

Abstract

With the rapid rise of information technology, 100G optical module plays an important role in optical communication, and its performance greatly affects the quality of the whole optical transmission. Most of the existing 10G and 40G modules can no longer meet the needs of modern big data. Therefore, in the booming development of communication business, 100G optical module plays an increasingly important role. This kind of module can realize the effect of "network communication acceleration and application efficiency improvement", and also complete the functions of bandwidth management, fast access, compression, optimal path optimization and protocol acceleration. Because 100G optical module requires high stability performance, new thresholds are proposed for some technologies. Therefore, in-depth understanding of modules is required.

In recent years, with the breakthrough of some key technologies, the patterns of 100G optical modules are becoming more and more diverse. At present, 100G optical modules are classified according to data transmission rate, protocol, encapsulation mode, distance and wavelength. This paper focuses on the classification of packaging mode. Starting from the angle of 100G optical module, this paper studies the current situation at home and abroad, and gives a general understanding of optical modules. Then from the current several mainstream modules to carry out analysis, the light module from the shallow to grasp, the mainstream of the current modules CXP,CFP/CFP2/CFP4 and QSFP28 and so on. Then, on the premise of mastering the performance and main working principle of several 100G optical modules, we study and discuss the data required for the module testing, and discuss the data testing methods and the possible aspects that may affect the performance of the data, and propose a design scheme for the performance test for the possible affected situation. At the same time, the feasibility of the design is verified by the data test results of the module. Finally, the relevant data of the system electric eye diagram and the light eye diagram are analyzed, and the conclusion is drawn.

Key Words：Optical module; modulation mode; Eye diagram; The extinction ratio; Average optical power

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题研究的目的与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 论文内容安排 3

第2章 模块测试的需求分析 4

2.1 功能与指标 4

2.2 光模块内部结构分析 4

2.2.1 光模块发射端内部结构 4

2.2.2 光模块接收端内部结构 5

2.3 光模块相关协议 6

2.4 测试内容 7

2.4.1 平均光功率 7

2.4.2 消光比 7

2.4.3 眼图 8

2.4.4 接收灵敏度 8

2.5 本章小结 9

第3章 100G模块测试方案设计 10

3.1 发射模块方案设计 10

3.2 接收模块方案设计 11

3.3 本章小结 12

第4章 性能测试的硬件设计 13

4.1 硬件需求分析 13

4.2 直流稳压电源设计 13

4.3 电流检测电路的设计 14

第5章 测试结果分析 16

5.1 光发射端测试结果 16

5.2 光接收端测试结果 17

第6章 总结与展望 19

6.1 总结 19

6.2 展望 19

参考文献 20

致谢 21

第1章 绪论

1.1课题研究的目的与意义

所谓100G光模块就是光信号传输速率为100Gbit/s的光器件，它能够实现光信号和电信的高速转换，由光接收器、光发射器、激光器和检测器等功能模块构成^[1]，其结构示意图如图1.1所示。

图1.1 光模块结构示意图

近年来随着物联网、互联网、云计算等多种新技术的发展及应用，人类已经步入信息时代的新纪元，Internet可以让人们获取各种信息，IP类数据和视频早已经超越语音成为通信网络的主要业务，这类业务的喷井的式增长，占用了大量的宽带，通信网络面临着从未有过的严酷挑战。用户业务流量的持续增长趋势客观上直接驱动了相关技术的不断创新，现有的10G/40G系统不能满足骨干网对大量数据传输的需求，随着100G标准的完善和技术的逐步成熟，100G模块逐渐登上了历史的舞台^[2]。

大约从2004年开始，100Gbps技术逐步开始萌芽，经过光传输及技术的发展和相关标准化工作的完善，100G技术在2013年开始逐步规模商用。目前100Gbps技术使用范围进一步的扩大及时解决了云计算、物联网、互联网等诸多宽带业务发展需求。当然100G的快速发展也带来了一些问题，由于在整个传输过程中对100G稳定性和可靠性要求较高，因此目前需要做的不仅仅是扩容，还需要提高网络效率，设备提供商也需要保证网络系统的稳定性，提高设备的兼容性；同时承载的多种业务信息流的增长，相应传输网络的组网安全及管理安全需要进一步加强。

1.2 国内外研究现状

在2009年，思博伦公司首次推出第一款100G测试的模块。随着TOSA，ROSA和GearBoxIC的发展，CFPMSA逐渐进化到CFP4类型。2013年9月，Finisa公司展示了第一个100GE-SR4CFP4光模块。2014年3月11日，思博伦公司推出了一款支持CFP光模块的4端口DX2100G测试模块，该模块支持100Gbit/s光接口应用，满足当时以及未来通信网络对超高带宽的要求。在2014年以太网联盟的展台上，Finisar公司将100GE-SR4-CFP4光模块插在思博伦公司的DX2100GCFP4测试模块上，无错误的光传输展现出CFP4技术的成熟^[3]。

由于国内VR技术、云计算、大数据的飞速发展，2010年以电信为代表的运营商开始了对100Gbps实验室评估性研究，从2011年年底，我国三大运营商移动、联通和电信都加快了对100G引进的步伐，并相继整体上完成了100G技术实验室规模测试验证，随后移动公司率先开展了实验室测试并且从多方面验证了100G系统的不同的性能测试指标以及主要设备供给商的设备优劣，特别注重对于OTN等功能支持情况的考察，同时也测试验证了100G路由器以及路由器和WDM的互通等功能。结合实验室研究测试和现网试点方式的结果，运营商开始了100G的招标，并逐步启动100Gbps商用，标志着100G在国内规模商用的正式启动。