（电磁场与微波技术专业论文）多业务汇聚的集中光源wdmpon系统研究.pdf

多业务汇聚的集中光源w d m p o n 系统研嘉y 1 758027iijiifli j f f f l l li j lii iiiii ii i ； j i 姓名：佴炜 导师：忻向军 本论文工作受到如下项目的资助： 国家自然科学基金 ( 项目编号：6 0 9 7 7 0 0 2 ，6 0 9 7 7 0 4 6 ) 教育部归国人员教学、科研经费建设项目 国家8 6 3 计划 ( 项目编号：2 0 0 9 a a o l z 2 2 0 ) 国家9 7 3 计划 ( 项目编号：2 0 1 0 c b 3 2 8 3 0 0 ) 教育部新世纪优秀人才计划 ( 项目编号：n c e t - 0 7 0 1 1 1 ) 教育部高等学校博士学科点专项科研基金 ( 项目编号：2 0 0 8 0 0 1 3 1 0 0 2 1 ) 北京邮电大学 2 0 1 0 年1 月 北京邮电大学硕士论文多业务汇聚的集中光源w d m p o n 系统研究 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：j 年 日期：立型旦立l 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名：ut 人毒锄 v 劢 围，适用本授权书。 日期： 日期： 伊c 侈1 京邮电大学硕士论文多业务汇聚的集中光源w d m i o n 系统研究 多业务汇聚的集中光源w d m p o n 系统研究 多业务汇聚的集中光源w d m p o n 系统研究 摘要 随着数字时代的到来，用户不但要求互联网络具有更高速率和更 大带宽，对网络多业务功能的需求也日益提高。在这种背景下，基于 超大带宽容量的w d m p o n 接入技术开发多业务服务正逐渐成为研 究热点。目前，针对o l t 端提供多种下行业务服务的研究提出了诸如 对数据进行时分复用，增加独立光源或采用副载波复用等方案，然而 上述方案或需精密定时设备，或需增加光源，不但系统建设的复杂度 高，需要昂贵的建设成本，而且会造成部分带宽资源的浪费；而针对 o n u 端上行数据加载业务的研究则集中在使用本地光源或本地放大 器实现方案上，这些方案也需要较高的建设成本。 本论文提出了一种在o l t 利用正交调制技术提供下行多业务服 务，并利用再调制技术将光源集中在o l t 以降低系统建设成本的新型 w d m p o n 实现方案。该方案在o l t 将1 g b s 下行f s k 广播信号同 1 0 g b s 下行d p s k 点对点数据信号进行正交调制，在o n u 则将下行信 号的部分功率分离作为载波与1 0 g b s 上行o o k 信号进行再调制。根据 提出的方案搭建了o l t 与o n u 间距为2 0 k m 的w d m p o n 仿真系统，并 对其性能进行了仿真分析。 本论文所提出w d m p o n 系统实现了用户端本地无光源的设计， 符合无色o n u 的建网理念，既节约了建设成本，又利于全网的维护与 升级。此外，由于系统在物理层采用正交调制和再调制技术，使得在 o l t 为o n u 分配的每一独立波长内可同时实现两种下行业务和一个 上行业务的信号传输，用较少的光源和器件满足了多业务需求，极大 程度利用了资源。通过分析，证明了所提出系统实现方案的可行性并 给出了相应技术指标，所得结论对于未来多业务集中光源w d m p o n 网络的建设具有积极的指导意义。 关键字波分复用无源光网络多业务集中光源正交调制 再调制 、 北京邮电大学硕士论文多业务汇聚的集中光源w d m p o n 系统研究 北京邮电大学硕士论文 多业务汇聚的集中光源w d m i o n 系统研究 r e s e a r c ho nm u l t i s e r v i c e sc o n v e r g e dw d m p o ns y s t e m w i t hc e n t r a l i z e dl i g h t w a v e a b s t r a c t w i t ht h ea d v e n to ft h ed i g i t a la g e ，u s e r sn o to n l ya s ki n t e r n e tf o r h i g h e r t r a n s m i s s i o nb i tr a t ea n dl a r g e r c a p a c i t y , b u t a l s o r e q u i r e m u l t i s e r v i c e sm o r ea n dm o r es t r o n g l y i nt h i sc o n t e x t ，d e v e l o p i n g m u l t i s e r v i c e sb a s e do nh u g eb a n d w i d t hc a p a c i t yw d m p o ns y s t e m ，i s b e c o m i n gah o ts p o to fo p t i c a la c c e s sr e s e a r c h c u r r e n t l y ，t h er e s e a r c h e s o np r o v i d i n gm u l t i s e r v i c e si no l tg i v es o m es c h e m e ss u c ha su s i n g t d m t e c h n i q u e ，a d d i n ge x t r ao p t i c a ls o u r c e s ，o ru s i n go p t i c a ls u b c a r r i e r m u l t i p l e x i n gt e c h n i q u e ，t h e s e s c h e m e sn e e de i t h e r p r e c i s i o nt i m i n g d e v i c e s ，o re x t r al i g h ts o u r c e s ，w o u l db ev e r yc o m p l i c a t e dw h e nt h e ya r e c o n s t r u c t e da n dw o u l dc o s tal o t ，a n dw o u l dw a s t ep a r to ft h eb a n d w i d t h i ns o m ec a s e s ；t h er e s e a r c h e so nl o a d i n gu p s t r e a mi no n um o s t c o n c e n t r a t ei ns c h e m e so fu s i n gl o c a lo p t i c a ls o u r c e s0 1 l o c a la m p l i f i e r ， b u tt h e s es c h e m e sa l s on e e dh i g hc o n s t r u c t i o nc o s t t h i sp a p e rp r o p o s e dan o v e lw d m p o ns c h e m e ，w h i c hu s e da n o r t h o g o n a lm o d u l a t i o nf o r m a tt oc a r r ym u l t i p l es e r v i c e si n0 l t a n du s e d t h ec o s te f f e c t i v er e m o d u l a t i o nt e c h n o l o g yi no n ut oc e n t r a l i z et h e l i g h t w a v e n i ss c h e m ee m p l o y e d1 0 g b sd o w n s t r e a md p s ks i g n a la n d 1g b sd o w n s t r e a mf s ks i g n a lt oc a r r yp o i n t t o - p o i n td a t as e r v i c ea n d b r o a d c a s ts e r v i c er e s p e c t i v e l y a to n u ，t h es c h e m es e p a r a t e dp a r to f d o w n s t r e a ms i g n a la sc a r r i e rt ob em o d u l a t e db yu p s t r e a mo o k s i g n a l f i n a l l y , w ed i d2 0 k mt r a n s m i s s i o ns i m u l a t i o nb e t w e e no l ta n do n u a n da n a l y z e dt h ep e r f o r m a n c eb ys o f t w a r es i m u l a t i o n n es c h e m et h i sp a p e rp r o p o s e dr e a l i z e dad e s i g nt h a th a sn ol o c a l o p t i c a ls o u r c e si nc l i e n t w h i c ha g r e e dw i t ht h ec o n c e p to fc o l o r l e s so n u ， t h es c h e m ec o u l dn o to n l ys a v et h ec o s to fs y s t e mc o n s t r u c t i o n ，b u te a s e t h ew o r ko fs y s t e mm a i n t e n a n c ea n du p g r a d ea sw e l l r i l a tw a sm o r e ， t h a n k st ot h eo r t h o g o n a lm o d u l a t i o na n dr e m o d u l a t i o nt e c h n o l o g yu s e d 北京邮电大学硕士论文 多业务汇聚的集中光源w d m p o n 系统研究 i np h y s i c a ll a y e r ，t h e r ec o u l db et w ok i n d so fd o w n s t r e a ms e r v i c e sa n d o n ek i n do fu p s t r e a ms e r v i c eb e t w e e no l ta n do n ui ni u s to n es i n g l e w a v e l e n g t hw i n d o w , t h a tm e a n tt h i ss c h e m ec o u l dr e a l i z em u l t i s e r v i c e s b yf e w e ro p t i c a ls o u r c e sa n dd e v i c e s b ya n a l y s i s ，t h ef e a s i b i l i t yo ft h i s s c h e m ew a sp r o v e da n daf e wo ft e c h n i q u ei n d i c a t o r sr e l a t e dw a sg i v e n t h ec o n c l u s i o no ft h i sp a p e rw o u l db e n e f i tt h ec o n s t r u c t i o no fc e n t r a l i z e d l i g h t w a v em u l t i - s e r v i c e s 、m d m p o ng r e a t l yi nt h ef u t u r e k e yw o r d s ：w d m p o n m u l t i s e r v i c e sc e n t r a l i z e dl i g h t w a v e o r t h o g o n a lm o d u l a t i o n r e m o d u l a t i o n 北京邮电大学硕士论文多业务汇聚的集中光源w d m p o n 系统研究 目录 第一章绪论。l 1 1 课题背景1 1 1 1 传统接入技术1 1 1 2x p o n 接入技术。1 1 1 3w d m p o n 接入技术。4 1 2w d m p o n 系统关键技术8 1 2 1o l t 多波长光源实现8 1 2 2 波长路由器选择9 1 2 3 无色o n u 实现。9 1 3w d m p o n 系统的多业务发展1 0 1 3 1 何为多业务发展。1 0 1 2 2 多业务发展对w d m p o n 系统的要求1 1 1 2 3 多业务发展背景下w d m p o n 系统设计思路1 1 1 4 课题意义1 2 1 5 主要工作及取得成果1 2 1 6 论文组织架构。1 3 第二章多业务汇聚的集中光源w d m p o n 系统模型搭建1 5 2 1w d m p o n 系统o l t 的设计1 5 2 1 1 下行多业务信号技术实现1 5 2 1 2 下行多业务信号器件产生1 6 2 2 w d m p o n 系统o n u 的设计2 2 2 2 1 下行多业务信号解调2 2 2 2 2 上行再调制信号加载2 3 2 3 多业务汇聚的集中光源w d m p o n 系统整体架构设计2 4 第三章多业务汇聚的集中光源w d m p o n 系统下行信号传输性能分析。2 6 3 1 系统设计参数2 6 3 2 系统性能指标2 7 3 3 非线性效应影响2 8 3 4 色散影响。3 1 3 5 各信道功率代价3 2 3 6 本章小结3 6 北京邮电大学硕士论文多业务汇聚的集中光源w d m 。p o n 系统研究 第四章多业务汇聚的集中光源w d m p o n 系统上行信号传输性能分析3 7 4 1 耦合器分光比影响3 7 4 2 再调制器消光比影响3 8 4 3 各信道功率代价3 9 4 4 系统工作距离4 2 4 5 本章小结4 3 第五章总结与展望4 4 参考文献4 6 附录：缩略语5 4 攻读学位期间发表学术论文。5 6 致谢! ；7 北京邮电大学硕士论文多业务汇聚的集中光源w d m 1o n 系统研究 1 1 课题背景 1 1 1 传统接入技术 第一章绪论 在如今这样一个科学技术日新月异，各类信息飞速更新的时代，信息化浪潮 正以更加迅猛的势头席卷全球。当今的信息社会，一方面，人们通过计算机、通 信网络及各种数字媒体等渠道进行通信和获取信息，以适应当代社会并在其中谋 求生存与发展；另一方面，正是因为不断有对获取信息媒介的依赖性，以及对通 信更高质量与容量的需求，反过来又促使各种网络建设也在不断更新换代，并力 求形成一个完备的体系来以适应并支撑人类的需求i m l 。 多年以来，计算机、通信等各类网络建设技术发生了多次革命性变化。然而， 受益于这些技术变革的多为核心网络，相比之下，从骨干网络到用户终端之间， 耗资多，成本敏感，运行环境复杂，被称为“最后一公里一问题的接入网部分相 关技术变革则显得颇为缓慢【3 1 。目前，在国内大部分家庭和办公场所内，传统的 基于铜缆的接入网配置依然占据主导地位。 目前，无论是电信网、互联网的核心部分还是有线电视( c a t v ，c o m m u n i t y a c c e s st e l e v i s i o n ) 网的骨干部分都向着高速、高带宽的方向发展。网络传输的 业务种类越来越多，带宽需求越来越宽，交互性也越来越强。而传统的铜缆接入 技术由于电通信的故有特性，存在容量小，带宽升级困难，不易实现数字化，无 法适应未来各类带宽新业务的缺点。因此，如何经济、高效地构建满足用户需要 的接入网已经成为业内人士关注的焦点。 1 1 2x p o n 接入技术 接入网数字化、光纤化可以利用光纤丰富的带宽资源，相比传统电缆接入具 有更高的通信质量，同时还具有良好的可扩展性。基于上述优势，光纤接入已逐 渐成为接入网的主流技术，并被人们认为是解决用户接入问题的最佳方案和必然 趋势【侧。 随着光通信技术的进步、发展，光器件的制作工艺的日臻成熟，各种新型光 通信系统结构的相继提出与应用直接或间接促进了光纤接入网成本的进一步降 低。为实现在家庭用户中推广光纤接入技术，根据不同需求，人们提出了包含多 种光纤接入网系统结构实现方案的肌概念体系，如光纤到小区楼群路边 ( f t r c ，f i b e rt ot h ec u r b ) 、光纤到楼( f t r b ，f i b e rt ot h eb u i l d i n g ) 及光纤 北京邮电大学硕士论文多业务汇聚的集中光源w d m p o n 系统研究 到户( 咖，f i b e rt ot h eh o m e ) 。f i t x 概念可将光纤接入落实到小区楼群、 路边、楼房建筑甚至用户家庭中，为用户提供真正的高速接入。 光纤接入网主要可以分为有源光网络和无源光网络( p o n ，p a s s i v eo p t i c a l n e t w o r k ) 两大类。由于p o n 在光配线网( o d n ，o p t i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k ) 中无需应用贵重的电子电源设备，而是全部由光分路器( s p l i t t e r ) 等无源器件组 成，具有网络建设成本低，接入速率高，便于维护，可满足多业务需求且对各种 业务透明，系统维护方便，可扩展性强等优点，相比有源光网络更具发展优势。 p o n 技术的一经问世就备受关注，并被业内人士认为是解决“最后一公里”瓶 颈及平滑过渡至f t t x 的最具吸引力的技术，可见其代表了光纤接入网的发展方 向【1 1 2 1 。 典型的p o n 结构由光线路终端( o l t ，o p t i c a ll i n et e r m i n a l ) 和o d n ，及 光网络单元( o n u ，0 p t i c a ln e t w o r ku n i t ) 三部分组成，其中o l t 处于局端， 经馈线光纤和o d n 相连，o d n 又通过配线光纤和分布在局端辖区内的各个o n u 相连，如图1 - 1 所示嗡1 3 - 1 4 1 。 o n u 电脑 图1 - 1p o n 结构示意图 局端的o l t 处于基站中心站的地位，它上接城域网和骨干网，下通o d n ， 并通过o d n 和位于用户所在地的o n u 。在p o n 概念提出之前，有源光纤接入 结构多采用o n u 和o l t 间直接利用有源设备相连接的形式进行设计，这样就使 得o l t 和o n u 设备之间存在多条链路，并且使局端的设备不容易管理，布线也 易产生混乱；而从图1 - 1 可见，在典型p o n 网络结构中引入了o d n 节点，它向 上同处于基站中心站地位的o l t 相连，向下则同位于用户所在地的o n u 相连。 这样的设计不但解决局端设备、布线复杂的问题，同时由于o d n 多座落在距离 o n u 较近的地方，因此还大幅节约了光纤使用量，同时提高了系统的可靠性。 o d n 因自身不含任何有源器件，有着极高的运行稳定性，不需要像维护有源设 北京邮电大学硕士论文多业务汇聚的集中光源w d m p o n 系统研究 备那样时常对其进行维护，又可被灵活地放置在如楼道、仓库等低成本场所，甚 至楼顶、户外等环境恶劣的地点，从系统的建设和运营方面都节约了开支。 目前，正在商用的p o n 技术主要是以太无源光网络( e p o n ，e t h e m e tp a s s i v e o p t i c a ln e t w o r k ) 和吉比特容量无源光网络( g p o n ，g i g a b i t - c a p a b l ep a s s i v e o p t i c a ln e t w o r k ) 。这两类p o n 技术可以被统称为功率分割型无源光网络( p s p o n ，p o w e rs p l i t t i n gp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ) x , t s l ，它们的共同特点是o l t 和o n u 之间通过o d n 中的光分路器分配光信号，上下行信号采用不同的固定波长进行 传输，其中下行信号采用广播方式发至各个o n u ，由各个o n u 选择各自需要接 收的数据，如图1 2 所示；而上行信号则采用时分复用( t d m ，t i m ed i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 时分多址( t d m a ，t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) 技术，由o l t 测距后动态分配给各个o n u 相应的时隙位置，当数据汇合到公共光纤时，从各 个o n u 发来的信息包不会互相干扰，实现带宽资源的共享，如图1 3 所示。因 此，上述p o n 技术又可被统称为时分复用无源光网络( t d m p o n ，t i m ed i v i s i o n m u l t i p l e x i n gp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ) 技术1 5 电1 4 1 6 1 。 下行广播方式 o l t o d n 厂垭m 崦卢书 l o n u 用户1 j 皿u 崦一 ? 胪2 l 且l 崦卜炒刈y 3 y 图1 - 21 d m p o n 下行广播方式原理图 上行t i ) m t d m a 方式 o l t o d n o n u 用户l 时隙o n u 用户2 o n u 用户n 图1 3t d m p o n 上行t d m 厂i d m a 方式原理图 1 4 9 0 n m 波长处，速率为1 g b s ；上行信号则位于1 3 1 0 h m 波长处，以突发以太网 包的方式发送数据流，其速率最高也可达1 g b s 左右，同时能够提供如动态带宽 分配等运行、管理和维护( o a m ，o p e r a t i o n a d m i n i s t r a t i o na n dm a i n t e n a n c e ) 功 斛1 s - 2 0 。考虑到放大波长在1 5 5 0 n m 的光放大器成本相对比较低廉，可有效补偿 功率衰减，e p o n 的设计还留出了1 5 5 0 n m 波长段用于损耗较大的模拟掣t v 视 频信号的承载。应该看到，e p o n 具备同时传输t d m 、i p 数据和视频广播的能 力，并继承了以太网技术协议简单、组网灵活的特点，加之其本身业已成熟的发 展态势，已成为近年来光接入热门技术并在接入网中大量应用【1 2 1 。 国际电信联盟( n u ，i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n su n i o n ) 在e p o n 后 又提出了g p o n 的概念。g p o n 集成了e p o n 的动态带宽分配等o a m 机制， 在物理层，其上下行信号波长及传输方式也与e p o n 相同。但g p o n 的二层协 议不采用以太网，而是采用与通用成帧规程( g f p ，g e n e r i cf r a m i n gp r o c e d u r e ) 类似的g p o n 封装成帧法( g e m ，g p o ne n c a p s u l a t i o nm e t h o d ) 封装方式1 2 1 - 2 2 ， 同t d m 标准几乎无缝对接，主要用于封装长度可变的数据信号和t d m 业务。 g p o n 系统能够提供1 2 5 g b s 和2 5 g b s 两种下行速率和所有标准的上行速率。 目前最常见的p s p o n 技术不外乎e p o n 和g p o n 两种，从传输效率来看， g p o n 与e p o n 都是吉比特级的p o n 系统，但从服务用户的角度出发，力求简 单原则的e p o n 就比更注重多业务实现和业务质量( q o s ，q u a l i t yo fs e r v i c e ) 的g p o n 逊色不少【1 7 。1 8 2 3 l 。因此，g p o n 技术实际上更受运营商的青睐。 1 1 3w d m p o n 接入技术 由于x p o n 系统中的o d n 引入了光分路器，带来了较大光衰减，所以在传 输距离和分路比方面都受到了限制。同时，尽管g p o n 可达g b s 传输速率，但 北京邮电大学硕士论文 多业务汇聚的集中光源w d m io n 系统研究 由于共享上行带宽，各o n u 所获得的实际带宽依然有限【弘翻，仍旧无法满足传 输h d t v 等高带宽业务的需求。为进一步满足人们对通信速率和带宽的需求， 将光波分复用( w d m ，w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 技术应用到接入网中， 构建波分复用无源光网络( w d m p o n ，w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n gp a s s i v e o p t i c a ln e t w o r k ) 的概念被提出。在p o n 的拓扑结构上引入w d m 技术，犹如 为其运转加上了一对翅膀，这种用户非共享波长、单线具备更高传输速率和更大 带宽的w d m p o n 接入技术将成为提供h d t v 、高清视频点播等高带宽业务需 求，实现兀r 的最终解决方案 2 c , - 2 s l 。 按照光信号的分配方式，每个o n u 独占一个波长的w d m p o n 可同p s p o n 相对应；而按照信号复用方式，上下行传输引入波分复用技术的w d m p o n 又 刚好同t d m p o n 相对应。从概念体系上也不难看出，w d m p o n 概念的提出， 同p s p o n 及t d m p o n 的代表技术x p o n 相比，是p o n 系统设计思想的重要 变革，在p o n 技术发展过程中也具有划时代意义。 虽然w d m p o n 在近年来才得到越来越多来自学术界和产业界的关注，但 其实贝尔实验室早在9 0 年代中期就已经提出了相关概念1 6 1 0 , 2 9 - 3 0 。由于当时没有 任何业务有非常高的带宽要求，加之光器件工艺尚不成熟，成本居高不下，因此 w d m p o n 并未引起人们的重视来进行商业化。然而多年以来，各方面情况都 发生了改变，w d m p o n 已逐步开始了商业化进程，其中韩国走在了世界前列， 韩国电信( k t ，k o r e at e l e x o m ) 就将w d m p o n 接入技术投入运营，从最早在 光州的试点开始，至今其部署的系统已超过1 0 万线【4 ，1 8 刎。 1 1 3 1w d m p o n 基本结构及工作原理 w d m p o n 基本结构也基于p o n 网络拓扑结构，但其工作原理同其它p o n 有 很大不同。w d m p o n t 作原理示意图和详图分别如图1 4 和图1 5 所示。o l t 端 通过多波长光源可同时输出n 路( n 为系统线数即o n u 数) 不同波长的光信号， 并在其上加载发往不同用户端的信息，通过波长复用器将各路信息复用在一起， 并通过馈线光纤传输至远端结点( 1 讯：r e m o t en o d e ) 且p o d n 。r n 利用波长解 复用器按不同波长分配信号，并通过配线光纤传输至目的o n u 。o n u 通过解调 获得所分配波长的下行信号并送至用户终端【3 1 1 。上行信号的调制同下行信道刚好 相反，各o n u 将用户信号调制到其对应波长的光信号上，在r n 通过波长复用器 复用，并经馈线光纤传输回n o l t 解复用，并由接收机阵列进行接收【4 】。不难看 出，w d m p o n 系统相当于为o l l 和每个o n u 之间建立了虚拟的点对点双向传输 链路【蟠l ，其中关键的波长复用解复用器件多采用阵列波导光栅( a w g ：a r r a y e d w a v e g u i d eg r a t i n g ) 来实现i l o l 。 o n u 图1 4w d m p o n 原理示意图 图1 - 5w d m p o n 结构示意图 1 1 3 2 w d m p o n 的特点及优势 w d m - p o n 系统作为x p o n 技术革命性的升级版本，在速率带宽性能、网 络安全性、协议透明性、前向兼容、扩容等方面都有无与伦比的优势，被认为是 光接入网的最终解决方案【1 0 ，1 2 3 2 】。具体分析，w d m p o n 具有以下主要优点： 1 ) 性能提升。首先，w d m p o n 中每个用户独享一个波长信道，o l t 和 o n u 间的每条虚拟点对点传输链路理论传输速率可达目前骨干传输网中单波长 北京邮电大学硕士论文多业务汇聚的集中光源w d m p o n 系统研究 信道传输速率，即4 0 g b s 以上。此外，系统中a w g 插入损耗要远低于t d m p o n 中的光分路器，相同激光器输出功率可使信号传输更远的距离，覆盖更大网络范 围【1 7 1 。再次，点对点连接方式为用户提供了比t d m p o n 共享带宽中信号加密 更可靠的隐私保密安全性能。 2 ) 对协议透明。上行传输的每个特定波长可工作在不同速率下，因此不需 要定时和网络同步，降低了媒体访问控制层( m a c ，m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 ) 协 议的复杂度，提高了传输效率；此外，w d m 的物理层可承载任意的二层协议， 将数据分组直接映射至波长信道，使网管、保护等任务相对简单，并可提供强大 的o a m 功能【6 1 7 捌。 3 ) 前向兼容性好，升级容易。w d m p o n 不同用户间不共享信息，因而不 需对低层结构进行重大改变就能充分利用光纤的巨大带宽资源，它可以在不改变 物理基础设备的情况下升级带宽，扩容线数，将稀疏波分复用( c w d m ：c o a r s e w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 平滑过渡到密集波分复用( d w d m ，d e n s e w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 1 1 , 1 4 ，2 5 , 3 3 1 。 尽管w d m p o n 具备诸多优势，但到目前为止尚未得到大规模应用，是因 其受到了很多因素的限制。在以e p o n g p o n 为代表的t d m p o n 标准成熟度 很高的历史形势下，在大多国家还处于实验室研究阶段且依然没有其相对应标准 的w d m p o n 发展还未彻底起飞：同时，尽管相关光通信器件制造工艺日臻成 熟，小波数的w d m 技术已经在接入网中尝试实践，但相比于e p o n g p o n ， w d m p o n 系统实现成本仍然略显昂贵，也极大限制了w d m p o n 走向实用化。 然而毋须否认的是，w d m p o n 能够为用户提供几乎无限量的带宽，同时 考虑到接入网作为国家信息基础结构的重要组成部分，具有长远的生命力的 w d m p o n 技术必将成为主流的光接入技术1 4 - 6 , 9 - 1 4 , 1 7 , 2 5 - 2 8 , 3 1 - 3 5 。 1 1 3 3w d m p o n 同x p o n 的比较 e p o n g p o n 作为当前引领x p o n 发展的主流技术，代表着x p o n 技术的发 展水平。本段就以e p o n g p o n 为代表，对x p o n 和w d m p o n 两类p o n 技术 进行横向对比【1 2 弦3 7 1 ，见表1 - 1 。 表1 - 1w d m p o n 同x p o n 的比较 x p o nw d m p o n 信号传输方式上行t d m ，下行广播上下行带宽对称，即时上传 光特性功率分配型波分复用型 带宽模式共享独享 速率 1 2 5 g b s 以上很难支持单通道上下行均已超4 0 g b s 北京邮电大学硕士论文多业务汇聚的集中光源w d m p o n 系统研究 续表 x p o nw d m p o n 已有成熟节点测距及即时分单根光纤传输多个波长，非常 o a m 配的维护方案易于维护 业务数据、语音、视频三种更多高带宽业务 系统安全性一般( 编码加密)高( 通道物理隔离) 系统可靠性一般( 通道间关联性)高( 通道间独立性) 业务精细度一般( 共享带宽)很高( 可单通道多业务混合) 高带宽业务差( 很难支持h d t v 等) 支持 成本中两 可扩容性一般( 增加通道数)强( 增加通道数) 商用规模实现或即将实现规模商用小规模商用 发展前景受限广阔 1 2w d m p o n 系统关键技术 p o n 的关键技术主要集中在上行信道复用方式及信号封装上；而对协议透 明的w d m p o n 的关键技术则集中在光器件方面，器件因素也导致w d m p o n 的系统建设成本较高，极大限制了其商业化进程。w d m p o n 建设中一些重要 技术环节如o l t 中多波长光源实现，r n 中波长路由器( 即波分复用解复用器) 将其产品化和商用的最终目标。 1 2 1o l t 多波长光源实现 由于w d m p o n 系统的o l t 要具备提供多波长通道的能力以满足各个o n u 信息收发，因此o l t 端多波长光源就成为了系统成功与否的关键部件。特别是 在未来系统通道可能会相当密集的情形下，该多波长光源必须具备发光波长精 确、稳定的性能，且有与之配套的波长监测与稳定技术，便于集成、可靠性高， 成本也应在合理范围。 基于上述要求，采用多个分立分布式反馈( d f b ，d i s t r i b u t e df e e db a c k ) 激 光器实现多波长激光的产生，其造价显然过于昂到6 】；而采用d f b 激光器阵列 则由于d f b 激光器本身输出波长随波导有效折射率变化，精确控制输出光谱与 波长路由器信道间隔匹配是相当困难的【n j ；利用大功率发光二极管( l e d ，l i g h t e m i t t i n gd i o d e ) 的宽频谱分割获取多波长光源的方法虽然造价低廉，但频谱分 北京邮电大学硕士论文多业务汇聚的集中光源w d m p o n 系统研究 割导致光功率损耗较大，信道间串扰也较为严重【3 7 l 。 通过n 个光放大器和1 个l x n 构型a w g 集成的多频激光器( m f l ，m u l t i f r e q u e n c yl a s e r ) 可通过直接调制各放大器偏置电流产生多波长下行信号，产生 波长由a w g 滤波特性决定，波长间隔则由a w g 中波导长度差决定，可精确控 制。m f l 造价相对合理，其产生的各波长可通过温控统一调节，还有利于波长 监控，被看作理想的o l t 光源。当然，如能进一步解决放大器和a w g 间构成 的光学腔长较长，调制速率受限的缺陷i 弼j ，完善制作工艺并降低成本，有理由看 好其在实际w d m p o n 系统的应用前景。 已在k t 商用并实现f t r h 的w d m p o n 系统可在多波长光源的选择方面 也可给人以有益的启示。该系统的o l t 中引入了一组造价低廉的法布里珀罗激 光二极管( f p l d ，f a b e r yp e r ol a s e rd i o d e ) 产生多波长激光，先由无调谐宽带 光源产生波束较窄的信号光注入a w g ，由a w g 将其分成几束不同波长的窄带 光并使每束光进入对应的f p l d ，从中激励出波长均匀分布的多束单波长激光。 由于具有周期性，a w g 又可用于上行信号的接收【嬲捌。该设计方案o l t 端为每 个用户固定了波长通道，拓扑结构相对死板，但造价低廉，且运营质量可靠，成 功商用也表明了该设计可以成为o l t 光源的有效解决方案。 1 2 2 波长路由器选择 w d m p o n 系统r n 中的波长路由器不但要负责下行信号的解复用，将信号 分配到指定o n u ，还要承担将上行信号复用至馈线光纤以发送至o l t 的任务。 其中插入损耗、信道间距、偏振敏感性和温度敏感性等因素都是选择器件时须考 虑的因素。a w g 由于尺寸小、易集成、通道间距窄、性能稳定成为了当前实现 r n 功能主要考虑使用的器件。考虑到r n 放置场所的环境因素，a w g 信道波长 受温度影响不能过大1 6 1 4 m , 3 7 1 。随着温度不敏感a w g 器件制造工艺的逐渐成熟， r n 的构建成本也将趋于合理。 1 2 3 无色o n u 实现 在w d m p o n 系统中，每个o n u 无需对特定波长信道作单独设计，而是在 内部结构完全一样的情况下能够实现波长自适应，完成任一波长的信息收发，即 称这样的系统实现了无色o n u 。w d m p o n 系统中o n u 的巨大数量决定了在 商用化进程中对其成本进行严格控制的必要性1 5 ，1 1 3 9 4 1 l 。欲实现o n u 设备的大众 化生产，简易的管理维护，以及便捷的升级，就必须实现无色o n u 2 5 , 3 2 1 。 无色o n u 实现需要在协议层和物理层两个方面对其进行支撑【4 2 删。对于协 议层而言，随系统用户数量不断增加，小区用户数终将超过可配给波长窗口数， 北京邮电大学硕士论文多业务汇聚的集中光源w d m p o n 系统研究 这就需要协议层具备为o n u 动态分配波长的能力；即便在波长数可满足用户数 的固定配给，o n u 相对空闲的情况下，固定