淺談WDM PON關鍵技術及應用 - 全文

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　　寬帶接入網(wǎng)發(fā)展非常迅速，也帶動了WDM-PON技術的飛速前行，也許好多人還不了解WDM-PON技術的發(fā)展現(xiàn)狀和未來方向，沒有關系，看完本文你肯定有不少收獲，希望本文能教會你更多東西。無源光網(wǎng)絡PON技術在這兩年受到了業(yè)界的極大關注，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，在FTTx技術取得長足發(fā)展的今天得到了廣泛應用。

　　眾所周知，現(xiàn)行的EPON和GPON標準都屬于TDM PON的一種，TDM PON在單個波長超過10G速率后，要實現(xiàn)光的突發(fā)接收和發(fā)送，在技術難度和成本上將大幅提高。為了解決這一難題，WDM PON技術應運而生，WDM PON采用波分技術，技術難度相對較小，成本相對較低，且WDM PON具有眾多的技術優(yōu)勢，比如可以進一步節(jié)約主干光纖和OSP費用，WDM PON系統(tǒng)可以實現(xiàn)單纖32~40波長，并可以進一步擴展至80波;WDM PON系統(tǒng)對速率、業(yè)務完全透明，無需任何封裝協(xié)議，各波長相互獨立工作;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)的維護上，WDM PON系統(tǒng)可以避免OTDR由于高插入損耗對光纖線路測量等的限制，從而更易進行維護等。

　　一、WDM PON基本原理及主要特點

　　1. WDM PON基本原理

　　WDM PON(Wavelength Division Multiplexing PON,波分復用無源光網(wǎng)絡)采用波分復用作為接入技術的無源光網(wǎng)絡。是未來接入網(wǎng)的最終方向。WDM-PON有三種方案：第一種是每個ONU分配一對波長，分別用于上行和下行傳輸，從而提供了OLT到各ONU固定的虛擬點對點雙向連接;第二種是ONU采用可調諧激光器，根據(jù)需要為ONU動態(tài)分配波長，各ONU能夠共享波長，網(wǎng)絡具有可重構性;第三種是采用無色ONU(colorless ONU)，即ONU與波長無關方案。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，多個不同的波長ld1……ldn在局端OM/OD合波后傳送到OWDN,按照不同波長分配到各個ONU中。上行方向，不同用戶 ONU發(fā)射不同的光波長lu1……lun到OWDN中，在OWDN的PRN處合波，然后傳送到OLT.完成光信號的上下行傳送。其中，下行波長ldn和上行波長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

　　采用波分復用技術的PON技術主要特點有：

　　1)更長的傳輸距離。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，網(wǎng)絡覆蓋范圍更大。

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

　　3)更高的帶寬。WDM PON是典型的點對點的網(wǎng)絡架構，每個用戶獨享一個波長通道的帶寬，不需要帶寬的動態(tài)分配，其能夠在相對低的速率下為每個用戶提供更高的帶寬。

　　4)更具安全性。每個ONU獨享各自的波長通道帶寬，所有ONU在物理層面上是隔離的，不會相互產生影響，因此更具安全性。

　　5)對業(yè)務、速率完全透明。由于電信號在物理層光路不做任何處理，無需任何封裝協(xié)議。

　　6)成本更低。由于WDM PON中光源無色技術的應用，使得ONU所用光模塊完全相同，解決了器件的存儲問題的同時，也降低了OPEX和CAPEX.且單纖32波~40波，可擴展至80波，節(jié)約主干光纖和OSP費用。

　　7)更易維護。避免OTDR由于高插入損耗對光纖線路等測量限制。另外，無色光源技術的應用，使得維護更方便。

　　二、WDM PON關鍵技術

　　WDM PON技術的規(guī)模商用首先需要解決光模塊的互換性，尤其是ONU側光模塊。固定波長光源的方案難以應用于商用的WDM PON中，因此"無色"光源技術是WDM PON系統(tǒng)攻關的關鍵技術。

　　目前，無色ONU方案包括但不限于此三種：可調激光器、注入鎖定FP-LD和波長重用RSOA方式，其技術特點分析如下。

　　可調激光器作為無色ONU的方案，即可調激光器工作在特定波長，可通過輔助手段對波長進行調諧，使用激光器發(fā)射不同的波長。采用此種方案的系統(tǒng)不需要種子光源，且可調激光器的調諧范圍較寬，可達50nm.采用直接調制可以實現(xiàn)2.5Gb/s以上的傳輸速率，若采用外調制技術可實現(xiàn)10Gb/s的傳輸速率，且傳輸距離大于 20km,整個網(wǎng)絡擴展性好。但不足之處在于，系統(tǒng)需要網(wǎng)絡協(xié)議控制，需要對ONU波長控制，增加了ONU設計的復雜度，且目前成本較高。

　　注入鎖定FP-LD方式作為無色ONU的方案，即FP-LD在自由運行時為多縱模輸出，當有適當?shù)耐獠糠N子光注入時，被激發(fā)鎖模輸出與種子光波長相一致的光信號，F(xiàn)P-LD鎖定輸出的工作波長與種子光源和波分復用/解復用的通道波長相對應。采用此方案的系統(tǒng)無需制冷控制，網(wǎng)絡架構簡單。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)中需要兩個種子光源，若用在混合PON中，上行信號對種子光源的要求更高，高功率的種子光源存在安全問題。由于種子光源的問題，使得傳輸距離受限于20km,且系統(tǒng)不宜于擴展。

　　波長重用RSOA方式作為無色ONU的方案，即種子光源經(jīng)過頻譜分割后注入到局端RSOA內，激發(fā)RSOA輸出與種子光波長相一致的光信號。此光信號具有兩個用途，既作為下行方向的信號光，又作為上行方向信號的種子光。當作為上行方向的種子光時，激發(fā)ONU內RSOA輸出與種子光波長一致的光信號。采用此方案系統(tǒng)無需制冷控制，且網(wǎng)絡架構簡單。不足之處在于傳輸距離受限。系統(tǒng)中需要種子光源，具有較強的后向反射，系統(tǒng)以易于擴展，且價格較高。

　　三、WDM PON應用

　　WDM PON是邏輯層面點到點，物理層面點到多點的連接，具有對協(xié)議和速率透明的特性，具有良好的可擴展性，因此應用也非常靈活。目前，WDM-PON可應用于以下多種場合。

　　1.WDM-PON直接用于FTTx

　　WDM PON可作為FTTH、 FTTB、FTTC的實現(xiàn)方案，并可同時為商業(yè)用戶、單個家庭用戶、多家庭用戶等多種類型的用戶提供服務，如圖2.在這種場合下，WDM PON每波長提供的巨大帶寬直接為用戶所用，對于國內規(guī)模部署的 FTTB、FTTC網(wǎng)絡升級、無線WLAN覆蓋、商業(yè)VIP 客戶接入等來說是一個很好的選擇。

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　　圖2、 WDM-PON用于FTTx

　　2.WDM-PON與TDM-PON構成HPON

　　WDM-PON與TDM-PON構成混合網(wǎng)絡，如圖3所示，共同為用戶提供服務。用戶通過分路器共享一對波長，由位于CO的具有多波長光源的EPON OLT進行資源調度。此種組網(wǎng)模式適用于接入主干光纖資源緊張和EPON網(wǎng)絡帶寬升級等場合。

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　　圖3、 WDM-PON與TDM-PON構成HPON

　　3.WDM-PON用于本地匯聚傳輸

　　WDM-PON與TDM-PON以級聯(lián)的方式連接可實現(xiàn)本地匯聚傳輸，如圖4.用戶業(yè)務首先通過TDM-PON進行匯聚，然后再由 WDM PON系統(tǒng)傳輸?shù)奖镜?a target="_blank">中心局。在早期只有部分商業(yè)客戶或少量其他用戶需要大帶寬時，這種架構可提供靈活的接入選擇，例如為大客戶分配單獨的波長，而密集居住的普通小區(qū)用戶通過級聯(lián)的TDM-PON共享一個波長。

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　　圖4、 WDM-PON用于本地匯聚傳輸

　　4. 基站回傳

　　隨著移動基站回傳所需帶寬的不斷增加，對基站回傳網(wǎng)絡也提出了新的挑戰(zhàn)。WDM-PON提供了豐富的帶寬，能很好的滿足3G、LTE基站回傳的帶寬需求，可以作為移動基站回傳的主要技術選擇之一。WDM-PON用于基站回傳的網(wǎng)絡結構與圖2相似。

　　四、863 計劃

　　我國"十一五"863計劃啟動了"低成本的多波長以太網(wǎng)綜合接入系統(tǒng)(λ-EMD)"的研究。該項目的牽頭單位烽火科技與合作單位通過刻苦鉆研，攻克了多項電信級λ-EMD系統(tǒng)關鍵技術，包括基于TDM與WDM的混合模式PON結構、支持三網(wǎng)融合業(yè)務的受控傳送、可擴展的開放系統(tǒng)架構和高可用性等，成功地研制出了系列化的λ-EMD綜合接入設備和自主知識產權的光收發(fā)模塊，可滿足低成本化應用要求。通過該項目的實施，烽火科技已全面掌握了一系列具有自主知識產權的相關核心技術，申請或取得了十多項國家發(fā)明專利，牽頭完成了中國通信標準化協(xié)會(CCSA)標準類技術報告《接入網(wǎng)技術要求-采用基于波長可調方式密集波分復用技術的無源光網(wǎng)絡》的起草，進一步凸顯了烽火科技在光接入領域的技術領先地位。

　　烽火科技研制出的WDM-TDM PON系統(tǒng)是業(yè)界第一款單纖32波，每波支持1:64分路，傳輸距離達20公里以上的xPON系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用業(yè)界首個局遠端雙"無色"光模塊設計，具有業(yè)界最高的單纖接入速率(對稱40G)以及業(yè)界最高的業(yè)務單板端口密度;采用WDM和TDM混合模式的PON結構，可以兼容現(xiàn)有的1G/2.5G /10G EPON、GPON和P2P等多種光纖接入技術;通過WDM方式可以承載現(xiàn)有CATV業(yè)務，方便實現(xiàn)"三網(wǎng)融合"業(yè)務接入，實現(xiàn)了我國下一代光纖接入技術研究的新跨越。

　　五、結束語

　　隨著用戶對帶寬和速率的要求越來越高，WDM PON越來越顯示出它獨特的優(yōu)勢。日前，烽火科技聯(lián)合中國電信集團公司、清華大學和北京郵電大學共同承擔的國家"十一五"863重大項目課題"低成本的多波長以太網(wǎng)綜合接入系統(tǒng)(λ-EMD)"已取得重大進展，攻克了多項關鍵技術，成功完成上海未來寬帶技術及應用工程研究中心有限公司基于國家863柔性試驗床進行的全面測試。