10Gbit/s小型トランスポンダの開発 [782KB]

10Gbit/s小型トランスポンダの開発
藤咲 芳春 横山 修司 曽野 昌樹 堀尾 丈夫
q橋 智和 北脇 仁史 q木 秀樹
近年,インターネットに代表されるデータ通信の急速
OAT1041,OAT1043,OAT104B,OAT1049である。
な普及により,大容量のネットワークインフラの整備が
OAT1041,OAT1043,OAT104Bの各トランスポンダ
急務になっている。基幹系の伝送速度は2.5Gbit/sから
は,業界で主流になっているSFF(Small Form Factor)
10Gbit/sへと達しており,小型かつ安価な高速光トラン
サイズ(2.2×3×0.53 inch)を実現している。特に
スポンダの供給が望まれている。
OAT1041,OAT1043の2×3 inchフットプリントは世
なかでも10Gbit/sトランスポンダは最も活況な分野の
一つであり,2001年の300pinMSAを皮切りに,
界最小である。
以下,各トランスポンダについて個別に詳述する。
XENPAK,XPAK,X2,XFPなど,さまざまなMSAが
発表されている。このようなMSAが普及することにより,
OAT1041(SR-1トランスポンダ)
他社製品との互換性が確保され,開発スピードが上がる
OAT1041はSR-1準拠(SR: Short Reach)のトラン
利点があるが,反面競合が激しくなるため,我々ベンダ
スポンダである。最大伝送距離は12kmとなっており,主
サイドとしてはいかに差別化を図るかが鍵となる。
に基地局の内部配線,短距離伝送への用途を想定している。
シグマ・リンクスではこれまでSONET/SDH系の事実
上の業界標準となっている300pinMSAに注力してきた。
その仕様を表2に,ブロック図を図1にそれぞれ示す。
OAT1041では,送信部に直接変調レーザを使用して
300pinMSA準拠のトランスポンダは,光送受信機能に加
いる。直接変調は波長分散に弱いために長距離伝送には
え16:1のMUX,1:16のDEMUXを内蔵しており,
向かないが,波長分散の小さい1.31μm帯の波長を採用
622Mbit/s×16のパラレルインタフェースを備える特徴
することで,12kmの伝送距離を確保している。またペル
を持つ。現在,我々は距離・用途に応じて4種の300pin
チェ冷却素子を使用しないタイプのレーザを採用してい
トランスポンダを開発している。そのラインナップを表1
るため,低消費電力を実現している。
に,写真を写真1にそれぞれ示す。写真は左から順に
表2 OAT1041(SR-1トランスポンダ)の仕様
表1
品名
OAT1041
OAT1043
OAT104B
OAT1049
10Gbit/s 300pinトランスポンダラインナップ
SONET
GR-253
区分
SR-1
IR-2
LR(EA)
LR(LN)
距離
サイズ
12km
40km
80km
80km
2×3×0.45 (inch)
2×3×0.53 (inch)
2.2×3×0.43 (inch)
3.5×4.5×0.69 (inch)
全体
ビットレート
電源
消費電力
動作温度範囲
サイズ
送信部
光出力パワー
波長
消光比
受信部
最小受光感度
最大受光感度
伝送距離
9.95328∼10.709Gbit/s
+3.3V, +1.8V, -5.2V
3.8W typ. 4.8W max.
0∼70℃
2×3×0.45 (inch)
-6∼-1dBm
1290∼1330nm
6.0dB min.
-14dBm max.
-1dBm min.
12km (40ps/nm)
MSA(Multi Source Agreement)
写真1
トランスポンダのラインナップ
106 沖テクニカルレビュー
2004年1月/第197号Vol.71 No.1
マルチ・ソース・アグリーメント。複数の企業が集まり統一した仕様
を策定し,
それに準拠した製品を提供する形態を指す。
ネットワーク特集 ●
表3 OAT1043(IR-2トランスポンダ)の仕様
622Mbit/s
×16ch
16:1
MUX
Driver
1:16
DEMUX
TIA
16
622Mbit/s
×16ch
16
Tx
DFBレーザ
Rx
PIN
フォトダイオード
300pin
コネクタ
図1
ブロック図(OAT1041)
全体
ビットレート
電源
消費電力
動作温度範囲
サイズ
送信部
光出力パワー
波長
消光比
受信部
最小受光感度
最大受光感度
伝送距離
9.95328∼10.709Gbit/s
+3.3V, +1.8V, -5.2V
4W typ. 7.5W max.
-5∼70℃
2×3×0.53 (inch)
-1∼+2dBm
1530∼1565nm
8.2dB min.
-15dBm max.
+1dBm min.
40km (800ps/nm)
EA
0℃
25℃
図2
70℃
送信波形 (OAT1041)
16
16:1
MUX
16
1:16
DEMUX
622Mbit/s
×16ch
10-4
Tc= 0degC
Tc=25degC
Tc=70degC
-5
10
ビット誤り率
622Mbit/s
×16ch
Tx
DFBレーザ
Driver
Rx
TIA
PIN
フォトダイオード
300pin
コネクタ
10-6
図5 ブロック図(OAT1043)
-7
10
10-8
OAT1041
Spec.
-9
10
-10
10
-11
10
-12
10
-20
-18
-16
-14
SR-1
Spec.
-12
-10
受信強度
(dBm)
図3
25℃
図6
70℃
送信波形 (OAT1043)
受信特性(OAT1041)
-4
10
OAT1043(IR-2トランスポンダ)
Tc= 0degC
Tc=25degC
Tc=70degC
-5
10
ビット誤り率
-5℃
OAT1043はIR-2準拠(IR: Intermediate Reach)の
-6
トランスポンダである。最大伝送距離は40kmとなって
-7
おり,主にメトロ系の用途を想定している。その仕様を
-8
表3に,ブロック図を図5にそれぞれ示す。
10
10
10
-9
10
-10
10
-11
10
-12
10
OAT1043では,送信部にDFBレーザ集積型のEA変調
器を使用している。波長分散に強い外部変調器を採用し
-20
-18
-16
-14
-12
-10
受信強度
(dBm)
図4
伝送後の受信特性(OAT1041)
たことで,800ps/nmの分散耐力(1.55μm帯の波長で
40km)を確保している。
図6はローパスフィルタ通過後の送信波形である。消光
比は典型値で10dB程度,また全ての温度において,10%
図2はローパスフィルタ通過後の送信波形である。消光
比は典型値で7.0dB程度,また全ての温度において5%以
上のマスクマージンを確保している。
以上のマスクマージンを確保している。
図7は受信特性である。最小受光感度は−18dBm以下
と,IR-2のスペックに対して十分のマージンを確保して
図3は受信特性である。ビット誤り率=10-12 を満たす
いる。また図8に40km伝送後の受信特性(800ps/nm相
受信強度(最小受光感度)は−17dBm以下と,SR-1の
当)を示す。パスペナルティは0.4∼0.7dBと,スペック
スペックに対して十分なマージンを確保している。また
(2dB)を満たしている。
図4に12km伝送後の受信特性(40ps/nm相当)を示す。
パスペナルティは0.1dB以下と,スペック(1dB)を満
たしている。
OAT104B(LRトランスポンダ)
OAT104BはLR準拠(LR: Long Reach)のトランス
沖テクニカルレビュー
2004年1月/第197号Vol.71 No.1
107
10-4
Tc=-5degC
Tc=25degC
Tc=70degC
-5
-6
10
-5℃
図10
10-8
IR-2
Spec.
-9
10
-10
10
-11
10
-12
10
70℃
OAT1043
Spec.
-20
-18
-16
図7
-12
-10
受信特性(OAT1043)
10-6
OAT104B
Spec.
-7
10
10-8
LR
Spec.
-9
10
-10
10
-11
10
-12
10
10-4
Tc=-5degC
Tc=25degC
Tc=70degC
10
Tc=-5degC
Tc=25degC
Tc=70degC
-5
10
-14
-5
送信波形 (OAT104B)
10-4
受信強度
(dBm)
-30
-28
10-6
-7
10
図11
10-8
表4
受信特性(OAT104B)
10
Tc=-5degC
Tc=25degC
Tc=70degC
-5
10
-20
-18
-16
-14
-12
-10
受信強度
(dBm)
図8
-24
-4
-9
10
-10
10
-11
10
-12
10
-26
受信強度
(dBm)
ビット誤り率
ビット誤り率
25℃
-7
10
ビット誤り率
ビット誤り率
10
伝送後の受信特性(OAT1043)
-7
10
10-8
-9
10
-10
10
-11
10
-12
10
OAT104B(LRトランスポンダ)の仕様
全体
ビットレート
電源
消費電力
動作温度範囲
サイズ
送信部
光出力パワー
波長
消光比
受信部
最小受光感度
最大受光感度
伝送距離
10-6
9.95328∼10.709Gbit/s
+3.3V, +1.8V, -5.2V
4.5W typ. 8W max.
-5∼70℃
2.2×3×0.43 (inch)
-30
-28
-26
-24
受信強度(dBm)
図12
-2∼+2dBm
1530∼1565nm
10dB min.
伝送後の受信特性(OAT104B)
実現している。
受信部では,ファイバ80km分のロスに対応するため,
-26dBm max.
-5dBm min.
80km (1600ps/nm)
PINフォトダイオードと比べて感度の良いアバランシェ
フ ォトダイオード(APD)を使用し,ロスバジェット
24dBを確保している。
EA
622Mbit/s
×16ch
16:1
MUX
16
622Mbit/s
×16ch
16
1:16
DEMUX
Tx
DFBレーザ
光比は典型値で10.5dB程度,また全ての温度において,
Driver
10%以上のマスクマージンを確保している。
図11は受信特性である。最小受光感度は−26.5dBm以
Rx
TIA
APD
下と,LRのスペックを満足している。また図12に80km
伝送後の受信特性(1600ps/nm相当)を示す。パスペナ
300pin
コネクタ
図9
図10はローパスフィルタ通過後の送信波形である。消
ブロック図(OAT104B)
ルティは1.2∼1.8dBと,スペック(2dB)を満たして
いる。
ポンダである。最大伝送距離は80kmとなっており,主に
長距離の単一波長システムへの用途を想定している。そ
の仕様を表4に,ブロック図を図9にそれぞれ示す。
OAT1049(LRトランスポンダ)
OAT1049はLR準拠のトランスポンダである。
送信部はOAT1043と同じ構成であるが,長距離用の
OAT104Bと同様に最大伝送距離は80kmとなっているが,
EA変調器を採用したことで,1600ps/nmの分散耐力を
OAT1049ではWDMシステムへの用途を想定している。
108 沖テクニカルレビュー
2004年1月/第197号Vol.71 No.1
ネットワーク特集 ●
OAT1049(LRトランスポンダ)の仕様
全体
ビットレート
電源
消費電力
動作温度範囲
サイズ
送信部
光出力パワー
波長
波長安定度
消光比
受信部
最小受光感度
最大受光感度
伝送距離
9.95328∼11.1Gbit/s
+3.3V, -5.2V
7W typ. 10W max. (Tunableは13Wmax.)
-5∼70℃
3.5×4.5×0.69 (inch)
+4∼+7dBm
ITUグリッド (1500.46∼1625.77nm)
±0.1nm (Tunableは±20pm)
10dB min.
10-4
Tc=-5degC
Tc=25degC
Tc=70degC
-5
10
ビット誤り率
表5
10-6
-7
10
10-8
-9
10
-10
10
-11
10
-12
10
-24dBm max.
-5dBm min.
80km (1600ps/nm)
-30
LN
16
1:16
DEMUX
622Mbit/s
×16ch
-24
受信特性(OAT1049)
10
Tx
Tc=-5degC
Tc=25degC
Tc=70degC
DFBレーザ
-5
10
Driver
Rx
TIA
APD
300pin
コネクタ
図13
-26
-4
ビット誤り率
16
16:1
MUX
OAT1049
Spec.
受信強度
(dBm)
図15
622Mbit/s
×16ch
-28
LR
Spec.
10-6
-7
10
10-8
-9
10
-10
10
-11
10
-12
10
ブロック図(OAT1049)
-30
-28
-26
-24
受信強度
(dBm)
図16 伝送後の受信特性(OAT1049)
-5℃
25℃
70℃
図14 送信波形 (OAT1049)
その仕様を表5に,ブロック図を図13にそれぞれ示す。
(300pinMSA)について紹介した。冒頭でも述べたよ
うに,MSAビジネスは競合が激しく,顧客からの要求も
益々厳しいものになってきている。今後は更なる高性能
送信部はDFBレーザ+LN変調器の構成をとる。DFB
化,低価格化を進めるとともに,XENPAK,XFPなど他
レーザを交換することで,1500.46∼1625.77nmの幅広
のMSAへの展開も視野に入れ,市場要求にマッチした製
い波長に対応可能である。またチューナブルレーザに交
品開発をしていく予定である。
◆◆
換することで,50GHz間隔で8波の波長チューニング,波
長安定度の向上(±20pm)が可能になる。LN変調器は
チャープ0.7のz-cutタイプを使用しており,1600ps/nm
の分散耐力を実現している。
受信部ではOAT104Bと同様にAPDを使用し,ロスバ
ジェット28dBを確保している。
図14はローパスフィルタ通過後の送信波形である。LN
変調器特有の高品質な波形が得られている。消光比は典
型値で12.5dB程度,また全ての温度において,10%以上
のマスクマージンを確保している。
図15は受信特性である。最小受光感度は−27dBm以
下と,スペックを十分に満足している。また図16に80km
伝送後の受信特性(1600ps/nm相当)を示す。パスペナ
ルティは0.5∼1.0dBと,スペック(2dB)を満たしてい る。
●筆者紹介
藤咲芳春:Yoshiharu Fujisaku.株式会社シグマ・リンクス 開
発部 第2プロジェクト
横山修司:Shuji Yokoyama.株式会社シグマ・リンクス 開発部
第2プロジェクト
堀尾丈夫:Takeo Horio.株式会社シグマ・リンクス 開発部 第2プ
ロジェクト
曽野昌樹:Masaki Sono.株式会社シグマ・リンクス 開発部 第2
プロジェクト
0橋智和:Tomokazu Takahashi.株式会社シグマ・リンクス
開発部 第2プロジェクト
北脇仁史:Hitoshi Kitawaki.株式会社シグマ・リンクス 開発部
第2プロジェクト
0木秀樹:Hideki Takagi.株式会社シグマ・リンクス 開発部 第2
プロジェクトリーダ
ま と め
弊社で開発している10Gbit/s小型トランスポンダ
沖テクニカルレビュー
2004年1月/第197号Vol.71 No.1
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