（电磁场与微波技术专业论文）光源集中wdmpon关键技术研究.pdf

姓名：张为峰 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 0 1 2 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 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： 塾塑蝤 日期：丝堡：三：! 圣 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) 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 广 、 摘要 随着人们对接入网传输速率和网络质量要求的不断提高，基于 p o n 结构的光接入技术得到了飞速的发展。目前能够提供g b i t s 传 输速率的e p o n g p o n 等技术已经得到了商用，而能够更高接入速率、 更好网络升级性的w d m - p o n 技术则由于系统中使用的器件较多，网络 建设和维护成本较高等因素而未能够得到很好的应用。本文针对传统 w d m p o n 系统所存在的限制因素，提出了光源集中w d m - p o n 系统。在 该系统中通过对系统中所使用的光源进行集中，可以减少系统中所需 要的光源数量，从而简化系统结构，降低成本，有助于w d m p o n 技术 早日走向实用。 文章主要对以下内容进行了研究： 1 、文章首先提出了一种新型的基于超连续谱光源的光源集中 w d m p o n 系统，文章研究了该集中式w d m - p o n 系统中各重要工 作点信号的状态，系统的工作距离，以及梳状滤波器的输出带 宽对于系统性能的影响等。通过仿真研究，验证了该系统具有 很好的可行性。 2 、文章随后提出了另外一种光源集中w d m - p o n 系统，在该系统中 上行信号是通过对下行光信号再调制来加载，并将此光信号再 传输回到o l t 端。文章仿真研究了系统中上下行链路在背靠背 系统中及经过2 0 k m 光纤传输后收端光功率与误码率的关系，分 析了使用再调制技术对于系统误码性能的影响。研究结果表明 在系统中只需要对上行信号进行光放大就可以有效地延长系统 工作距离。 3 、 文章还针对基于d q p s k - o o k 再调制的光源集中w d m - p o n 光接入 系统结构，考察了系统的升级性能。将该系统中下行信号传输 速率提高到4 0 g b s 时系统的性能，验证了该系统具有很好的可 升级性。 文章研究了两类光源集中w d m - p o n 系统，这两种系统中光源都得 到了一定程度的集中，并能够简化系统结构，减少系统中使用的器件， i i i 降低系统成本。同时通过仿真研究了他们的系统性能，验证了他们的 实用性。同时针对基于d q p s k - o o k 再调制的光源集中w d m p o n 光接入 系统结构仿真研究了其可升级性。这些研究有助于w d m p o n 系统走向 实用。 关键词：波分复用无源光源网络光源集中超连续谱光源 d q p s k - o o k 再调制 i v 。， k e yt e c h n o l o g yr e s e a r c ho f 、d m p o i n n t hc e n t r a l i z e dl i g h t - 硷v e a b s t r a c t a st h ei n c r e a s i n gr e q u i r e m e n t so ft h eb a n d w i d t ha n dq u a l i t yo ft h e a c c e s sn e t w o r kf r o me n t e r p r i s e sa n dh o u s e h o l d s d a t ar a t e so fb r o a d b a n d a c c e s sn e t w o r kw i l lb er e q u i r e d t h eo p t i c a la c c e s st e c h n o l o g yb a s e do n t h es t r u c t u r eo fp o nh a sb e e nr a p i dd e v e l o p m e n t s oo p t i c a la c c e s s t e c h n o l o g i e sc a np r o v i d em o r et h a ng b i t | st r a n s m i s s i o nr a t es u c ha s e p o na n dg p o nh a v eb e g u nt ob ec o m m e r c i a l l yu s e d b u tf o rt h e 、d m p o nt e c h n o l o g y , a l t h o u g hi tc a i lp r o v i d ew i d e rb a n d w i d t ha n d b e c o m e so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tc a n d i d a t e so ft h en e x tg e n e r a t i o n a c c e s sn e t w o r ki sn o tw i d e l yu s e di nc o m m e r c e ，b e c a u s ei tc o n t a i n st o o m a n yd e v i c e sa n dt h ec o s to ft h es y s t e mi sv e r yh i g h t h ep a p e r s p r o p o s e da n dd e m o n s t r a t e dt w ok i n d so f 、d m p o nw i t hc e n t r a l i z e d l i g h t w a v ea r c h i t e c t u r e s t h e s en e w 1 d m p o na r c h i t e c t u r e sc a nr e d u c e t h en u m b e ro fl i g h ts o u r c e su s e di nt h es y s t e m ，s i m p l i f yt h es y s t e m s t r u c t u r ea n dr e d u c et h ec o s t ，s oc o n t r i b u t et h ew d m p o nt op r a c t i c a l t h et h e s i sm a i n l ys t u d i e st h ef o l l o w i n gc o n t e n t s ： 1 t h et h e s i sf i r s tp r o p o s e da n dd e m o n s t r a t e dt h ew d m p o nw i t h c e n t r a l i z e dl i g h t w a v eb a s e do ns u p e r - c o n t i n u u ml i g h ts o u r c e t h et h e s i ss t u d i e st h es i g n a ls t a t ei nt h em a jo rp o i n to ft h es y s t e m a n dt h ew o r kd i s t a n c eo ft h es y s t e m t h ep a p e ra l s oi n v e s t i g a t e s h o wt h e p a r a m e t e r sa f f e c t t h e s y s t e mp e r f o r m a n c em a i n l y i n c l u d i n gh o wt h eo u t p u to fc o m bf i l t e rb a n d w i d t ha f f e c tt h e s y s t e mp e r f o r m a n c e ，a n ds oo n t h es i m u l a t i o ns t u d i e ss h o wt h e f e a s i b i l i t ya n dp r a c t i c a lo ft h es y s t e m 2 t h et h e s i s a l s op r o p o s e dan e ws t y l e m p o na r c h i t e c t u r e w i t hc e n t r a l i z e d l i g h t w a v e i nt h i sa r c h i t e c t u r e d q p s k m o d u l a t e ds i g n a l sa t10 g b sa r eu t i l i z e df o rd o w n s t r e a m v t r a n s m i s s i o n a to p t i c a ln e t w o r ku n i t ( o n u ) t h ed o w n s t r e a m s i g n a li sr e m o d u l a t e df o ru p s t r e a mo n o 行k e y i n g ( o o k ) d a t aa t 1o g b s t h et h e s i si n v e s t i g a t e st h er e l a t i o no ft h er e c e i v e dp o w e r a n db e rf o rt h ed o w n s t r e a ma n du p s t r e a mi nb a c kt ob a c ka n d 2 0 k mf i b e rt r a n s m i s s i o ns y s t e m t h ep a p e ra l s os t u d i e st h e i m p a c to fr e m o d u l a t i o nt ot h es y s t e ma n df i n d st h a tb yu s i n g e d f ai nt h eu p s t m a m ，t h i ss y s t e mc a l le x t e n dt h ew o r k i n g d i s t a n c ei ne v i d e n c e 3 t h et h e s i sa l s os t u d i e st h es c a l a b i l i t yp e r f o r m a n c e so ft h e w d m p o na r c h i t e c t u r eo fd o p s k o o kr e m o d u l a t i o nw i t h c e n t r a l i z e dl i g h t w a v e t h ep a p e ri n v e s t i g a t e st h ep e r f o r m a n c eo f t h es y s t e mw h e nt h eb i tr a t eo ft h ed o w n s t r e a mi su p d a t e dt o 4 0 g b s t h es y s t e ms h o w sg o o ds c a l a b i l i t y s ot h ep a p e rs h o w st w ok i n d so fw d m p o na r c h i t e c t u r e sw i t h c e n t r a l i z e dl i g h t w a v e t h e s et w os t r u c t u r e sa l ea b l et os i m p l i f yt h e s y s t e ms t r u c t u r ea n dr e d u c et h ec o s to fs y s t e m 、胁i l et h ep a p e ra l s o s t u d y t h ep e r f o r m a n c eo ft h e s y s t e m s a n dv e r i f yt h ep r a c t i c a l i t y c h a r a c t e r s t h ep a p e ra l s os t u d i e st h es c a l a b i l i t yo ft h ew d m p o nw i t h d o p s k o o kr e m o d u l a t i o na r c h i t e c t u r e ，a n dt h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w i ti s s e a l a b i l i t y t h e s es t u d i e sw i l lc o n t r i b u t e 1 d m p o ns y s t e mt o p r a c t i c a lu s e a ss o o na sp o s s i b l e k e yw o r d s ：w d m p o nc e n t r a l i z e dl i g h t - w a v e s u p e r - c o n t i n u u m d q p s k - o o k r e m o d u l a t i o n 目录 第一章背景知识及研究内容1 1 - 1 接入网发展趋势1 1 2 各类p o n 接入技术比较2 1 - 2 1p o n 结构3 1 - 2 2e p o n g p o n 接入技术4 1 2 3w d m p o n 接入技术6 1 2 4 三类p o n 接入技术比较8 1 3 本文研究意义。9 1 4 主要工作及取得成果。9 第二章基于超连续谱的光源集中w d m p o n 系统研究1 1 2 1 超连续谱的产生1 1 2 2 系统结构1 2 2 2 1 系统对于超连续谱光源的要求1 2 2 2 2 系统中超连续谱的产生1 2 2 2 - 3 基于超连续谱的光源集中w d m - p o n 系统示意图1 6 2 3 系统分析1 6 2 3 1 系统中各点性能分析及眼图1 7 2 3 2 系统工作距离。1 8 2 - 3 3 滤波器带宽对系统影响1 9 2 4 总结1 9 第三章基于d q p s k - o o k 再调制的光源集中w d m - p o n 技术研究2 1 3 1 光d q p s k 调制2 l 3 2 系统结构及仿真系统2 2 3 2 1 系统结构。2 2 3 2 2 仿真系统2 3 3 - 3 系统仿真数据分析2 4 3 3 1 系统各点信号时域图与眼图2 4 3 3 2 各信道功率代价2 5 3 3 3 非线性影响2 7 3 3 3 系统工作距离2 8 3 4 总结2 9 v i i 第四章基于d q p s k - o o k 再调制的光源集中系统升级性能分析3 1 4 1 系统升级方案3 1 4 2 系统性能分析3 1 4 2 1 下行信道色散对系统性能的影响3 2 4 2 2 下行信道功率代价3 2 4 2 3 上行信道功率代价3 3 4 3 总结3 4 第五章总结。3 5 参考文献。3 6 致谢一3 8 攻读学位期间发表的学术论文3 9 v i i i ， 随着社会的发展，人们对信息量的需求不断增加，而通过网络人们能够实时 准确获得大量的信息，因而网络就成为了人们获取信息的主要渠道。传统的基于 铜线的接入网络的方式逐渐难以满足人们的需求，因此近年来能够为用户提供高 速稳定接入速率的光接入技术得到了飞速发展。在本章中首先介绍了接入网的发 展趋势，即各类基于无源光网络( p o n ) 的光接入技术，随后介绍了三类重要的 p o n 结构：e p o n ，g p o n 和w d m - p o n 以及它们各自的工作原理，随后对这三类技术 做了一个简单比较，介绍各自优劣势；最后介绍了文章的研究内容以及取得的成 果。 1 1 接入网发展趋势 随着社会的进步，人们逐渐由工业社会步入进了信息社会。在信息社会里， 信息总量呈爆炸性增长，大量的信息能够准确而又全面地体现人们的生活状态， 真实地反映出社会发展的节奏和脉搏。这就意味着，信息在社会生活中已经占据 了主导地位，人们只有能够及时、准确地得到自己所关注的信息，才能够跟随社 会的节奏，从而更容易地走向成功。因此，处于信息社会中的人们对于信息的需 要越来越多，对信息的依赖程度也越来越大。随着通信、互联网技术的飞速发展， 基于网络技术发展起来的互联网技术能够满足人们对于信息准确性、实时性的要 求。互联网技术能够为人们提供了信息查询能力，人们从互联网中几乎能够任何 他们所关注的信息，因此互联网成为了人们获取信息的主要渠道。人们从互联网 中获取信息需要通过各种网络接入技术接入到整个网络中。这部分位于骨干网络 与家庭用户之间部分的网络就是接入网部分。 接入网又叫本地接入网。顾名思义，它是工作在用户驻地部分的网络。接 入网是为了满足用户对于网络带宽需求而出现的一种网络技术，从网络结构上来 定义，它是指位于骨干网或者城域网与最终用户之间部分的网络。接入网是用户 与整个网络相连接的桥梁，所有在骨干网、城域网中传输的信息都必须通过接入 网才能够最终提供给客户，因此接入网的容量和质量直接控制了用户可以使用的 网络流量和速度，进而影响到用户的信息获取能力。长时间以来，考虑到接入网 部分成本昂贵等因素，所建设网络的大多是基于铜线的x d s l ，l a n 等接入方式。 基于光纤的光传输系统虽然传输速率很高，系统性能更好，但由于系统成本很高， 主要在骨干网、城域网部分得到了应用，而在接入部分并没有得到大规模应用。 l 对于整个网络，由于骨干网、城域网中的信息传输速率很高，而在接入网部分信 息传输速率又很低，这二者之间相差过于悬殊，造成了通信网中“最后一公里修 瓶颈现象的出现。 随着光通信技术的进一步发展，光器件的制作工艺不断成熟，同时各种新型 的高性能，低成本的光通信系统结构也逐渐得到发展，从而使得光通信系统成本 得到了进一步降低。同时由于用户对于接入网部分信号传输质量和网络传输性能 需求的进一步提高，光纤接入方式由于良好的可扩展性及高质量保证而逐渐成为 了接入网的主流技术。在接入网中，只要部分或者全部是了光纤进行传输，就可 以称之为光接入网。光接入网有多种方式，最早的光接入技术的基于p d h ，s d h 等技术的专线接入方式，但这种方式网络建设成本昂贵，能够为用户提供的接入 速率有限，难以在家庭用户中进行推广。 随着技术的进一步发展，综合考虑网络建设成本，系统接入速率，网络可扩 展性多方面因素，根据用户需求、用户环境等因素的不同，提出了多种光接入系 统结构，一般来说有f t t c ，f t t b ，f t t h 等多种方式，统称为f t t x 方式。f t t x 可以很方便地将光纤接入到各小区，建筑以及用户家庭中，能够为用户提供高速 率、高质量的接入。实现f 1 t x 的方式具有很多种，但其中最为看好，也是现阶 段逐渐开始大规模应用的就是p o n 技术。 目前p o n 技术正处于飞速发展阶段，它能够很方便地为用户提供低成本、高 速接入，能够满足用户的多业务需求，同时网络又具有很强的扩展性，因此p o n 技术代表了目前接入网的发展方向。 1 2 各类p o n 接入技术比较 为了进一步提供用户的接入速率，近几年来基于光纤的接入技术逐渐得到了 应用。目前能够为用户提供上gb i t s 接入速率的e p o n ，g p o n 已走向实用，它 能够为用户提供较高的接入速率，基本能够满足人们目前的需求，但是还有一种 能够为用户提供几乎无限制接入速率的w d m - p o n 技术则受到系统成本等因素限 制而在近几年发展缓慢。而随着人们对于接入速率的进一步需求，可以预见在不 远的将来，w d m - p o n 技术必将最主流的接入技术，因此在现阶段，如何有效地降 低w d m - p o n 系统成本，促进其更快地走向实用化，就成为了当今的研究热点，也 是本文的研究意义所在。 在p o n 结构中，多个用户共用一段光纤进行信息传输，在用户端，采用功率 分束器、波长分束器等光分配单元将信息分配到各用户设备处，再对信息进行处 理。在整个p o n 系统结构中，从中心局到用户端，中间不需要使用任何有源器件， 因此可以降低整个系统的成本，增加系统可靠性，减少人工维护成本。 2 1 2 1p o n 结构 p o n 结构包括光线路终端( o l t ) 、光分配单元( o d n ) 和光网络单元( 0 n u ) 三部分，其中o l t 处于中心站，o n u 分布在用户驻地，如图1 - 1 所示跚。 卜馈线光纤+ 配线光纤卜电缆部分 图1 - 1p o n 结构示意图 在p o n 结构中，o l t 位于中心站，它的上联网络为骨干网或者城域网，因此 通过它可以将信息送到城域网，也可以从城域网中获取信息提供给最终用户。o n u 位于用户驻地，它的主要作用是接收下行信号并将其转化为用户设备可以识别的 信号，同时将用户信息转化为系统可识别的光信号，传输给o l t 端。 在p o n 结构中还有一个很重要的设备，就是o d n 设备，o d n 主要实现信号功 率分配与信号汇聚的作用。传统的采用光接入技术的网络结构中，用户到中心局 都是采用光纤之间连接，如果所用的用户都和中心局直接连接，那么对中心局的 设备处理能力要求就很高，同时整个系统中所使用的光纤数量也是很惊人的。而 在p o n 结构中，由于采用了o d n 设备，在网络规划时一般将o d n 尽量靠近用户处， 这样o l t 与o d n 之间的长距离只需要采用一根( 对) 光纤来连接，因此采用p o n 结构可以大大节约光纤的使用量。 在p o n 结构中，o l t 到o d n 部分的光纤是馈线光纤，o d n 到o n u 部分光纤是 配线光纤。馈线光纤相当于p o n 结构中的骨干光纤，一般只有一条( 采用单纤双 向传输) 或者一对( 采用双纤双向传输) ，而配线光纤取决于o n u 数量，有很条 ( 对) 。在p o n 结构中，一般来说希望o d n 部分尽可能地靠近所有o n u ，这样就 可以延长馈线光纤长度，而减少配线长度，这样就可以大量降低成本。同时由于 o d n 设备是个无源设备，可以放置在在楼道里或者野外而设备稳定性可以保证， 3 而且可以不需要考虑断电等因素的影响，减少系统维护需求。 p o n 技术在发展过程中先后出现了a p o n ，b p o n ，e p o n ，g p o n ，w 1 ) m - p o n 五类 p o n 结构。p o n 结构按照对光信号的分配方式可以功率分割型无源光网络( p s p o n ) 和波分复用型无源光网络( w 1 ) m - p o n ) 嘲。在上面提到的五类p o n 结构中，前四 类都是属于p s p o n ，在这种结构中，o d n 设备采用星型功率耦合器。在这些系统 中，下行信号采用广播方式，o d n 将o l t 传输过来的信号按功率分配到各用户端， 每一个用户都能够完全接收到o l t 输出的下行信息，各o n u 选择接收自己的信息， 上行信号采用时分复用( t d m ) 方式，从而实现上行信道带宽的共享。w d m - p o n 结构为波分复用型，系统中每一个o n u 独占一个波长，o l 的下行信号为多路 波分复用的光信号，在o d n 部分采用按光信号波长将各路下行信号分配到对应的 o n u ，系统中各o n u 上传信息所采用的光载波波长也不同，经过o d n 汇聚成一路 波分复用的信号传输至o l t 。 a p o n 和b p o n 都是基于a t m 技术的，a t m 技术目前已经基本被s d h ，i p 等技 术所代替，因此a p o n 和b p o n 已经基本上没有了应用，e p o n 技术和g p o n 技术成 为了目前的主流p o n 接入形式，而w d m - p o n 由于成本较高，技术标准不成熟，目 前依旧处于研究阶段，距离应用尚有一定距离。下面将对e p o n ，g p o n 以及w d m - p o n 三类p o n 技术做详细介绍并简单对比。 1 2 2e p o n g p o n 接入技术 e p o n g p o n 的基本结构就是图1 - 1 中所展示的基本p o n 结构。e p o n 是基于以 太网技术发展起来的p o n 接入技术，它在网络侧采用g e ( g 比特以太网) 速率， 整个网络结构遵循8 0 2 3 a h 标准。e p o n 中下行信号使用载波为1 4 9 0 h m 波长的光 信号，上行信号使用1 3 1 0 n m 波长。1 5 5 0 n m 波长主要考虑应用于电视信号传输， 尤其是用于承载i p t v 业务。这是因为目前在p o n 网络中承载电视信号多是将模 拟信号直接在光纤中传输，因此信号损耗比较大，而放大波长在1 5 5 0 n m 波段的 光放大器成本比较低廉，可以有效补偿功率衰减。因此在e p o n 标准中，定义使 用此波长来承载视频信号。 e p o n 中下行信号采用广播方式共用下行信道，上行信号采用t d m 方式共用 上行信道。e p o n 是一种支持点到多点应用的光接入技术，又具有同时传输t d m 、 i p 数据和视频广播的能力，其中t d m 和i p 数据采用i e e e s 0 2 3 以太网的格式 进行传输，再辅以电信级的网管系统，足以保证传输质量。由于e p o n 具有以太 网技术的协议简单，组网灵活的特点，因此近年来成为了热门光接入技术h 1 。 g p o n 的基本结构同样是图卜1 所示的p o n 结构，它的上下行信号所使用的 光信号波长与e p o n 相同，同样，它也是下行信号采用广播，上行信号采用t d m 4 方式。g p o n 与e p o n 的不同之处在于，g p o n 符合i t ug 9 8 4 标准，并在数据链路 层引入了g e m ( g p o ne n c a p s u l a t i o nm e t h o d ) 封装方式啼1 。g e m 是为g p o n 量身 定做的一种新型的封装结构，它来源于s o n e t s d h 通用成帧协议g f p ，通过g e m 封装，能够对全业务进行映射封装并穿越g p o n 网络。g e m 作为一种新的封装结 构，主要用于封装那些长度可变的数据信号和t o m 业务。g p o n 能提供1 2 5 g b p s 和2 5 g b p s 两种下行速率和所有标准的上行速率，并具有强大的o a m 功能。 在g p o n 中，在上行方向g e m 结构的数据帧通过封装在g e m 块中传输到o n u ， o n u 对接收到的g e m 帧进行解压，然后利用g e m 帧头中的识别码对其进行过滤， 并使含有正确识别码的g e m 帧到达g e m 客户端。在上行方向，g e m 传输模式和 a t m 传输模式类似。 在e p o n g p o n 中，从o l t 到多个o n u 下行传输数据的过程采用数据广播方式 发送，信息都发送到各个o n u ，由o n u 选择接收数据，如图1 - 2 所示。上行数据 传输采用时分复用技术，o l t 对o n u 上行数据分配上传时隙，使得在数据汇合到 馈线光纤的时候，从o n u 来的各路信息之间不会互相干扰。上行下行传输原理 分别如图1 - 2 ，1 - 3 所示： 图1 - 2e p o n g p o n 下行传榆原理 图1 - 3e p o n g p o n 上行原理 在e p o n g p o n 上行信道中，由于各个o n u 到o d n 距离不同，信号在传输过程 中的时延不同，因此如何恰当分配各o n u 上传信号的时间就很重要。在e p o n g p o n 5 中，是通过o l t 的测距来实现对上传时隙的控制的。o l t 通过测量各o n u 到o l t 的距离，计算出各o n u 信号到o l t 的时间，再考虑此时间的前提下进行时隙分配， 就可以避免各o n u 信号之间发生冲突。 1 2 3w d m p o n 接入技术 在e p o n g p o n 中，下行链路采用广播的方式，用户选择自己的内容接收，其 他部分抛弃，在上行链路每一个用户使用自己的时隙上传数据。在e p o n g p o n 中，每一个用户实际可用带宽与系统的总容量以及用户数量有关的，因此用户的 实际可用带宽也受到了一定的限制。目前e p o n g p o n 系统中能够提供的1 g b i t s 的下行带宽，当o l t 下挂的o n u 数量为3 2 或者6 4 个时，如果用户同时在线使用， 那么每一个用户能够使用的带宽仅为十几兆或者三十几兆，上行速率也同样受到 限制。 o l ，r 入3 入2 入1 习田厅 入1i1lo n u1 团 入2 i2lo n u 2 l2 下行 _ _ l - - _ _ _ l _ - _ _ _ _ 上行 卜- _ _ l - - _ 。 趴，三圉掣雕 入1 用户 入2 用户 入3 用户 图卜4w d m - p o n 工作原理 w d m - p o n 虽然基本网络结构方式上与e p o n ，g p o n 相同，都是基于图卜1 所 示的的p o n 结构，但在工作原理上与e p o n ，g p o n 有很大差距。在w d m - p o n 光接 入系统中，o l t 同时输出n 路( n 为o n u 数量) 波分复用光信号，在用户驻地处 利用解复用器对光信号进行分路，将每一路光信号按波长分配到对应的o n u ，每 一路o n u 独享一个波长资源。用户通过解调获得此波长上的下行信号，再将上行 信号调制到此波长上，实现波长的再利用。w d m - p o n 及结构原理图如图1 - 4 所示。 实际可用的w 1 ) m - p o n 的系统结构如图1 - 5 所示。在o l t 端多路不同波长的光 信号加载发往不同用户端的信息，通过光复用器将各路信息复用在一起，通过馈 线部分传输至o d n ，o d n 部分为波长解复用器，将各波长光信号按照不同的波长 分配到各用户o n u 处，o n u 对信号进行解调，通过最终的短距离铜线部分到达最 终用户。其上行信道与下行信道相反，也是各o n u 信号调制到不同的波长的光信 号上，首先通过波长复用器耦合，将多路光信号耦合成为一路波分复用的光信号 经馈线光纤传输回到o l t 。 6 ：o l t：o d n o n u i l l 九i 念八 i九i ；7 汲 同凡2 港： i l 2 f 2 l 波 同同同长： 长 i 复 l 九2xn解i、矽 i 复： i 用 i 用： 刁o n c t j ； n i 3 l 器 下行信道 ： 器。 ji 九n i 念c i ：； v叼 i ：卅： ： xi 。 气； i波i ： 2长 i i 解 ： i i 长i i 复 i 复 用 i 用 上行信道 器 i + l n 器， i 7 l i h 卅，i 】h 址。m ， 目从4 知、加 图卜5w d m - p o n 结构示意图 w d m - p o n 系统与以往的t d m - p o n 相比，具有以下一些优点：首先，w d m p o n 中每一个用户独享一个波长信道，在o l t 和o n u 都有与信道对应波长的光收发器， 相当于在信道内采用点对点的传输。目前在骨干传输网中单波长信道传输速率已 经达到了4 0 gb s ，因此理论上w d m - p o n 中单信道传输速率能够达到4 0 g b s 以 上，而随着研究的继续升入，单信道的传输速率将会进一步得到提升，这些技术 都可以用于w d m - p o n 系统中用于提升单信道传输速率，因此在w d m - p o n 系统中， 几乎能够为用户提供近乎无限制的传输速率；其次，w d m - - p o n 系统的信息安全 性好，在t d m p o n 系统中，由于下行数据采用广播方式发送给与此相连接的所有 o n u ，其信息的安全性必然不是很好，必须对下行信号进行加密，尽管如此，它 的保密性也不如单独使用一个接收波长的w d m - - p o n 系统好；第三，w d 波分复 用解复用器的插入损耗要比光分配器的小，在激光器输出功率相等的情况下， 传输距离更远，网络覆盖范围更大；第四，在上行传输时，每个o n u 使用一个特 定的波长，因此不需要定时和网络同步，降低了m a c 协议的复杂度，提高了传输 效率；最后，w d m 系统将数据分组直接映射至波长信道而无需t d m 复用器的处 理，使得对各种协议和速率透明，这将使网管、保护等任务相对简单，可以提供 强大的o a m 功能。 当然，w d m p o n 没有能够得到大规模应用也是有一定因素的。首先，e p o n 和g p o n 是目前成熟度很高的p o n 标准，而w d m - p o n 目前依旧处于实验室研究阶 段，尚未建立相对的标准，其次，目前w d m - p o n 系统实现成本比较昂贵，是目前 w d m p o n 走向实用化最重要的限制因素。但w d m p o n 几乎能够为用户提供几乎无 7 限量的带宽，因此随着用户对于带宽需要的进一步增加，w d m - p o n 必将会成为主 流的光接入技术。 1 2 4 三类p o n 接入技术比较 目前主流的p o n 技术有e p o n ，g p o n 和w d m - p o n 三大类，它们主要的特性如 表1 - 1 所示1 表1 - 1 三类主流p o i q 结构性能 e p o n g p o nw d m p o n 下行o l t 采用广播，o l t 采用广播，o n u每个o n u 对于一个特 o n u 选择接收选择接收有波长 上行o l t 分配给o n uo l t 分配给o n u 固随时可以上传 固定时隙，用于上传定时隙，用于上传 用户使用视下行速率和用 视下行速率和用户视单信道传输速率 速率户数量而定，中数量而定，中 而定，高 传输速率中中高 升级性 建成后运已有成熟的维护已有成熟的维护方同一根光纤传输多 维管理能力方案案个波长，节约备件，非常 ( o a m ) 易于维护 信号格式以太网格式 g e m 信号格式不限 商用规模正在实现规模商正在实现规模商用极小规模商用 用 标准速率下行i1 g ，1 0 g下行：2 5 6 ， 1 0 6 下行：暂无规定 上行：1 g ，1 0 6上行速率：1 2 5 g ，上行：暂无规定 2 5 g ，1 0 g 研究系统中上下行 最高速率均已超过4 0 6 系统安全 依靠时分编码来依靠时分编码来保用户享有唯一波长， 性保证安全性证安全性各用户之间信息安全性 高，保密性好 业务精细共享带宽，精细共享带宽，精细度单波道多业务混合 度度一般一般能力，精细度很高 标准 8 0 2 3 a hi t ug 9 8 4 暂无标准 成本中中高 8 w d m - p o n 与前两类相比，能够提供更高的接入速率，提供更好的可升级性， 其主要的缺点在于使用了更多的光源，造成系统成本较高，因此如何有效地降低 w d m - p o n 结构的成本，就成为了目前的研究热点。 1 3 本文研究意义 从上文的分析和介绍中可以看出，e p o n 和g p o n 技术由于提出时间长，技术 标准成熟，而且目前所提供的接入速率基本能够满足用户需求，网络建设成本又 低于w d m - p o n ，这两类网络接入技术已经具备了成熟的产业链，国内外多家电信 运营商正在进行大规模商业应用，走进了千家万户。w d m - p o n 技术虽然在提供接 入速率，系统性能，系统可扩展性等诸多方面更加优异，但由于目前技术标准依 旧在建立过程中，整个技术的产业链不成熟，系统成本依旧居高不下等因素，还 需要进一步发展，从而能够降低系统成本，走向实用化。 随着光通信技术的进一步发展，出现了很多新型的低成本的光通信技术及系 统结构，在本文中主要通过对w d m - p o n 系统引入这些新型光通信技术，来减少系 统中所使用的器件数量，简化系统结构，从而降低w d m p o n 系统的成本，促进 w d m - p o n 能够早日走向商用。 本文主要考虑将利用超连续谱来同时产生多路w d m - p o n 光源，以及光正交调 制技术引入到w d m - p o n 系统中，这两种光通信技术都能够将系统中所使用的光源 进行集中化，因此得到了两类新型光源集中w d m - p o n 系统。其中基于超连续谱技 术来产生多路光源应用在w d m - p o n 系统中的o l t 端，从而可以大大减少o l t 端所 需要的光源数量，而光正交调制技术引用在o n u 端，通过对下行光信号进行光正 交调制，再回传至o l t 端，这样就可以将o n u 端得光源完全取消。因此在光源集 中的w d m - p o n 系统中，通过对系统中所使用的光源进行集中，从而可以减少系统 中所使用的光源数量，从而简化系统结构，方便系统维护，降低系统成本。 1 4 主要工作及取得成果 本文首先提出了一种基于超连续谱的光源集中w d m - p o n 系统。在w d m p o n 系统中，由于各路下行信号采用波分复用技术，因此每一路信号都需要使用一路 光信号，同时各路光信号的波长及功率都需要进行严格管理，以便与系统中所使 用的信道相匹配。因此在w d m - p o n 系统中，对o l t 端使用的主要激光器性能要求 严格，提高了系统的成本。在所提出的基于超连续谱的光源集中w d m - p o n 系统中， 在o l t 端采用一段超连续谱光源经过梳状滤波器滤波后用作各信道光源，这样只 要保证超连续谱发生器输出光信号性能良好，就可以保证下行