5 Gb/s burst-mode clock phase aligner for gigabit passive optical networks

Fiber to the Home (FTTH) has been proven to be an efficient medium for voice, audio, and video transfer. Passive Optical Networks (PONs) are being studied as an upgradeable and low-cost solution to the problem of limited bandwidth in local access networks in the medium of FTTH. In PONs, multiple use...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Zeng, Ming
Other Authors: David V Plant (Internal/Supervisor)
Format: Others
Language:en
Published: McGill University 2009
Subjects:
Online Access:http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=40692
Description
Summary:Fiber to the Home (FTTH) has been proven to be an efficient medium for voice, audio, and video transfer. Passive Optical Networks (PONs) are being studied as an upgradeable and low-cost solution to the problem of limited bandwidth in local access networks in the medium of FTTH. In PONs, multiple users share the fiber infrastructure in a pointto- multipoint (P2MP) network topology. The P2MP nature of networks cause the data packets from each user to undergo different amplitude, phase, and frequency variations – resulting in burst-mode traffic at the receiving end of the network. This consequently creates new challenges for the design of optical receivers. We design and experimentally demonstrate a 5 Gb/s burst-mode clock phase aligner (BM-CPA) featuring automatic phase acquisition with forward-error correction using (64, 57) Hamming codes. This BM-CPA is implemented with commercially available evaluation boards and provides instantaneous (0-bit) phase acquisition with packet loss ratio < 10^6 and bit error rate < 10^10 for any phase step (±2pi rads) between consecutive packets. Implementation of a Reed-Solomon(255, 239) code is also investigated. Our design is based on an oversampling algorithm and can be operated in two configurations: BM-CPA with a SONET CDR and BM-CPA with a local oscillator. We conclude by discussing various possible extensions to the device, based on the promising results. === La fibre optique jusqu’au domicile (“fiber-to-the-home” - FTTH) s’avère être un médiumefficace pour le transert de la voix, du son et de la vidéo. Les réseaux optiques passifs(“passive optical network” - PON) sont présentement à l’étude pour s’attaquer au problèmede la bande passante limitée dans les réseaux locaux sur base de FTTH, puisqu’ils constituentune solution bon marché et peuvent facilement être mise à jour dans le futur. Dansun PON, des utilisateurs multiples se partagent l’infrastructure de fibre optique dans unetopologie de réseau point à multipoint (P2MP). La nature P2MP des réseaux fait en sorteque les paquets de données provenant de chaque utilisateur subissent des variations de leuramplitude, de leur phase et de leur fréquence, ce qui crée un trafic par paquet (“burst-modetraffic”) atteignant la portion réceptrice du réseau. Ceci entraîne de nouveaux défis pour laconception de récepteurs optiques.Nous présentons le design et la démonstration expérimentale d’un circuit pouvant alignerla phase de l’horloge pour les données en paquet (“burst-mode clock phase aligner” -BM-CPA) s’exécutant à une vitesse de 5 Gb/s avec acquisition automatique de la phaseet correction d’erreur sans voie de retour (“forward-error correction” - FEC) via des codesHamming (64,57). L’implémentation de ce BM-CPA est accomplie avec des cartes d’évaluationdisponibles sur le marché et permet l’acquisition de phase instantanée avec un taux depaquets perdus < 10^6 et un taux de bits erronés < 10^10 pour toute phase de -2pi à +2piradians entre paquets consécutifs. L’implémentation d’un code Reed-Solomon (239,255) estaussi étudiée. Notre concept est basé sur un algorithme de suréchantillonage qui peut êtreopéré de deux façons : un BM-CPA avec un SONET CDR ou un BM-CPA accompagnéd’un oscillateur local. Nous concluons l’étude en discutant de possibles voies futures pourla continuation