淺談WDM PON關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

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　　寬帶接入網(wǎng)發(fā)展非常迅速，也帶動(dòng)了WDM-PON技術(shù)的飛速前行，也許好多人還不了解WDM-PON技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)方向，沒(méi)有關(guān)系，看完本文你肯定有不少收獲，希望本文能教會(huì)你更多東西。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)PON技術(shù)在這兩年受到了業(yè)界的極大關(guān)注，由于其在寬帶接入網(wǎng)性能上的優(yōu)越和在資源利用率上的優(yōu)勢(shì)，在FTTx技術(shù)取得長(zhǎng)足發(fā)展的今天得到了廣泛應(yīng)用。

　　眾所周知，現(xiàn)行的EPON和GPON標(biāo)準(zhǔn)都屬于TDM PON的一種，TDM PON在單個(gè)波長(zhǎng)超過(guò)10G速率后，要實(shí)現(xiàn)光的突發(fā)接收和發(fā)送，在技術(shù)難度和成本上將大幅提高。為了解決這一難題，WDM PON技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，WDM PON采用波分技術(shù)，技術(shù)難度相對(duì)較小，成本相對(duì)較低，且WDM PON具有眾多的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，比如可以進(jìn)一步節(jié)約主干光纖和OSP費(fèi)用，WDM PON系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單纖32~40波長(zhǎng)，并可以進(jìn)一步擴(kuò)展至80波;WDM PON系統(tǒng)對(duì)速率、業(yè)務(wù)完全透明，無(wú)需任何封裝協(xié)議，各波長(zhǎng)相互獨(dú)立工作;WDM PON系統(tǒng)具有極高的安全性，同一PON口下所有ONU物理隔離;在系統(tǒng)的維護(hù)上，WDM PON系統(tǒng)可以避免OTDR由于高插入損耗對(duì)光纖線路測(cè)量等的限制，從而更易進(jìn)行維護(hù)等。

　　一、WDM PON基本原理及主要特點(diǎn)

　　1. WDM PON基本原理

　　WDM PON(Wavelength Division Multiplexing PON,波分復(fù)用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò))采用波分復(fù)用作為接入技術(shù)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)。是未來(lái)接入網(wǎng)的最終方向。WDM-PON有三種方案：第一種是每個(gè)ONU分配一對(duì)波長(zhǎng)，分別用于上行和下行傳輸，從而提供了OLT到各ONU固定的虛擬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙向連接;第二種是ONU采用可調(diào)諧激光器，根據(jù)需要為ONU動(dòng)態(tài)分配波長(zhǎng)，各ONU能夠共享波長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)具有可重構(gòu)性;第三種是采用無(wú)色ONU(colorless ONU)，即ONU與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)方案。還有一種是下行使用WDM-PON,上行使用TDM-PON的混合PON.

　　下行方向，多個(gè)不同的波長(zhǎng)ld1……ldn在局端OM/OD合波后傳送到OWDN,按照不同波長(zhǎng)分配到各個(gè)ONU中。上行方向，不同用戶 ONU發(fā)射不同的光波長(zhǎng)lu1……lun到OWDN中，在OWDN的PRN處合波，然后傳送到OLT.完成光信號(hào)的上下行傳送。其中，下行波長(zhǎng)ldn和上行波長(zhǎng)lun可工作在相同波段，也可工作在不同波段。

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　　圖1、典型的WDM-PON框圖[center]

　　2.WDM PON的主要特點(diǎn)

　　采用波分復(fù)用技術(shù)的PON技術(shù)主要特點(diǎn)有：

　　1)更長(zhǎng)的傳輸距離。由于WDM PON中AAWG的插入損耗比傳統(tǒng)的TDM PON系統(tǒng)中光功率分路器的插入損耗要小，因此在OLT或 ONU激光器輸出功率相等的情況下，WDM PON傳輸距離更遠(yuǎn)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍更大。

　　2)更高的傳輸效率。在WDM PON中上行傳輸時(shí)，每個(gè)ONU均使用獨(dú)立的、不同的波長(zhǎng)通道，不需要專門(mén)的MAC協(xié)議，故系統(tǒng)的復(fù)雜度有很大的降低，傳輸效率也得到了大幅提高。

　　3)更高的帶寬。WDM PON是典型的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，每個(gè)用戶獨(dú)享一個(gè)波長(zhǎng)通道的帶寬，不需要帶寬的動(dòng)態(tài)分配，其能夠在相對(duì)低的速率下為每個(gè)用戶提供更高的帶寬。

　　4)更具安全性。每個(gè)ONU獨(dú)享各自的波長(zhǎng)通道帶寬，所有ONU在物理層面上是隔離的，不會(huì)相互產(chǎn)生影響，因此更具安全性。

　　5)對(duì)業(yè)務(wù)、速率完全透明。由于電信號(hào)在物理層光路不做任何處理，無(wú)需任何封裝協(xié)議。

　　6)成本更低。由于WDM PON中光源無(wú)色技術(shù)的應(yīng)用，使得ONU所用光模塊完全相同，解決了器件的存儲(chǔ)問(wèn)題的同時(shí)，也降低了OPEX和CAPEX.且單纖32波~40波，可擴(kuò)展至80波，節(jié)約主干光纖和OSP費(fèi)用。

　　7)更易維護(hù)。避免OTDR由于高插入損耗對(duì)光纖線路等測(cè)量限制。另外，無(wú)色光源技術(shù)的應(yīng)用，使得維護(hù)更方便。

　　二、WDM PON關(guān)鍵技術(shù)

　　WDM PON技術(shù)的規(guī)模商用首先需要解決光模塊的互換性，尤其是ONU側(cè)光模塊。固定波長(zhǎng)光源的方案難以應(yīng)用于商用的WDM PON中，因此"無(wú)色"光源技術(shù)是WDM PON系統(tǒng)攻關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。

　　目前，無(wú)色ONU方案包括但不限于此三種：可調(diào)激光器、注入鎖定FP-LD和波長(zhǎng)重用RSOA方式，其技術(shù)特點(diǎn)分析如下。

　　可調(diào)激光器作為無(wú)色ONU的方案，即可調(diào)激光器工作在特定波長(zhǎng)，可通過(guò)輔助手段對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)諧，使用激光器發(fā)射不同的波長(zhǎng)。采用此種方案的系統(tǒng)不需要種子光源，且可調(diào)激光器的調(diào)諧范圍較寬，可達(dá)50nm.采用直接調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)2.5Gb/s以上的傳輸速率，若采用外調(diào)制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)10Gb/s的傳輸速率，且傳輸距離大于 20km,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性好。但不足之處在于，系統(tǒng)需要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制，需要對(duì)ONU波長(zhǎng)控制，增加了ONU設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，且目前成本較高。

　　注入鎖定FP-LD方式作為無(wú)色ONU的方案，即FP-LD在自由運(yùn)行時(shí)為多縱模輸出，當(dāng)有適當(dāng)?shù)耐獠糠N子光注入時(shí)，被激發(fā)鎖模輸出與種子光波長(zhǎng)相一致的光信號(hào)，F(xiàn)P-LD鎖定輸出的工作波長(zhǎng)與種子光源和波分復(fù)用/解復(fù)用的通道波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)。采用此方案的系統(tǒng)無(wú)需制冷控制，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡(jiǎn)單。不足之處在于受限于傳輸速率和傳輸距離，且成本較高。由于鎖模器件FP-LD調(diào)制速率低，理論帶寬為0.2Ghz-4Ghz,且器件模間噪聲大，不宜于高速率的傳輸系統(tǒng)。另外，系統(tǒng)中需要兩個(gè)種子光源，若用在混合PON中，上行信號(hào)對(duì)種子光源的要求更高，高功率的種子光源存在安全問(wèn)題。由于種子光源的問(wèn)題，使得傳輸距離受限于20km,且系統(tǒng)不宜于擴(kuò)展。

　　波長(zhǎng)重用RSOA方式作為無(wú)色ONU的方案，即種子光源經(jīng)過(guò)頻譜分割后注入到局端RSOA內(nèi)，激發(fā)RSOA輸出與種子光波長(zhǎng)相一致的光信號(hào)。此光信號(hào)具有兩個(gè)用途，既作為下行方向的信號(hào)光，又作為上行方向信號(hào)的種子光。當(dāng)作為上行方向的種子光時(shí)，激發(fā)ONU內(nèi)RSOA輸出與種子光波長(zhǎng)一致的光信號(hào)。采用此方案系統(tǒng)無(wú)需制冷控制，且網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡(jiǎn)單。不足之處在于傳輸距離受限。系統(tǒng)中需要種子光源，具有較強(qiáng)的后向反射，系統(tǒng)以易于擴(kuò)展，且價(jià)格較高。

　　三、WDM PON應(yīng)用

　　WDM PON是邏輯層面點(diǎn)到點(diǎn)，物理層面點(diǎn)到多點(diǎn)的連接，具有對(duì)協(xié)議和速率透明的特性，具有良好的可擴(kuò)展性，因此應(yīng)用也非常靈活。目前，WDM-PON可應(yīng)用于以下多種場(chǎng)合。

　　1.WDM-PON直接用于FTTx

　　WDM PON可作為FTTH、 FTTB、FTTC的實(shí)現(xiàn)方案，并可同時(shí)為商業(yè)用戶、單個(gè)家庭用戶、多家庭用戶等多種類型的用戶提供服務(wù)，如圖2.在這種場(chǎng)合下，WDM PON每波長(zhǎng)提供的巨大帶寬直接為用戶所用，對(duì)于國(guó)內(nèi)規(guī)模部署的 FTTB、FTTC網(wǎng)絡(luò)升級(jí)、無(wú)線WLAN覆蓋、商業(yè)VIP 客戶接入等來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的選擇。

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　　圖2、 WDM-PON用于FTTx