成长中的无源光网络技术WDM-PON.doc

成长中的无源光网络技术WDM-PON张继军1 吴向军21.武汉邮电科学研究院 武汉 4300742.华中科技大学 武汉 430074摘要：分析了WDM-PON的基本实现与分类，概括比较了不同WDM-PON实现方案的主要应用特性，并简单介绍了混合WDM/TDMA-PON的实现方式。关键词：PON WDM-PON WDM/TDMA-PON1 引言在已经出现的多种P O N 技术中，只有EPON（IEEE 802.3a h）和GPON（ITU-T G.984）这两种时域多接入（TimeDomain Multiple Access，TDMA）技术得到了较为广泛的应用。EPON和GPON这两种较为成熟的接入技术均有各自的特点和优势，但从发展角度看，它们也存在着TDMAPON技术所固有的一些问题。（ 1 ） 带宽问题。即使总的上行速率已经增长到10 Gbit/s（如采用10 Gbi t/sEPON），TDMA PON也难以持续满足不断增长的带宽需求。（2）系统可允许的光功率预算有限。有限的功率预算将限制PON的分路能力和有效覆盖范围（即OLT和ONU之间的距离）。WDM-PON作为一种成长中的PON技术，可以较好地解决上述问题。通过独占单个波长，ONU可以获得更高的接入带宽；通过与TDMA PON技术结合，构成混合WDM/TDMA-PON方案，能够使光分路比达到1:1 000，甚至更多，方案的可扩展性大幅提高；通过使用标准的宽带光放大技术，可以很好地延伸接入网络的覆盖范围等。2 WDM-PON的实现与分类图13分别示意了3种典型的WDM-PON实现架构。在多波长光源方面，可以使用固定波长激光器阵列或多频激光器（Mul ti-Frequency Laser，MFL）。采用图1架构实现的PON称为广播选择型WDM-PON，下行信号在经过1:N无源光分路器的所有下行波长内广播，各ONU通过滤波器选择一路下行波长，并使用另一个独立的波长承载上行信号。上行波长经1:N无源耦合器合路，发往OLT。采用这种架构的WDMPON受无源分路/合路器的插损影响大，而且存在广播方式固有的安全问题。此外，不同ONU波长配置不同，增加了PON的维护难度。可以通过两方面改进来解决广播选择型WDM-PON存在的问题，如图2所示。首先， 使用阵列波导光栅（Arrayed Waveguide Grating，AWG）波长路由器替代无源分路/合路器。AWG的典型插损为5 dB，且与波长数无关，由此降低了插损对系统设计的影响。同时，ONU也无需再使用独立的波长选择接收机，简化了ONU的设计。其次是采用无色ONU设计。目前，无色ONU的设计方案主要有两种：一种是基于ONU超宽带光源（如LED、SLD等）的设计方案， 如图2 所示； 另一种是基于OLT种子光源的设计方案，如图3所示。在基于ONU超宽带光源的无色ONU设计中，如果宽带光源的光谱足够宽，上行信号经过AWG后，除每个输出端口的信号谱均携带有ONU调制信息外，输出波长也是特定的，且对应于AWG与宽带光源相连接的输入端口，即在上行方向AWG输出波长与ONU一一对应。在基于OLT种子光源的设计方案中，ONU无内置光源，仅利用来自OLT的种子光源（可以是OLT单独提供的光源，也可以利用承载有下行数据的信号光），使用调制器加载ONU上行信号，再向OLT发送。调制的实现可以采用反射式半导体光放大器（Reflective SOA，RSOA）、注入锁定法布里珀罗（Injection-LockedFabry-Perot，IL-FP）激光器以及反射式电吸收调制（REAM）。根据具体关注的方案实现细节的不同，WDM-PON可以有不同的分类：l 广播选择型WDM-PON，波长路由型WDM-PON；l 共享上行（下行）WDMPON，专用上行（下行）WDMPON；l 单纤工作WDM-PON，双纤工作WDM-PON；l 有色ONU，无色ONU；l 无色ONU 的设计方案包括基于ONU超宽带光源的WDMPON和基于OLT种子光源的WDMPON；l OLT种子光源方案中的不同ONU实现方式有RSOA、REAM或IL-FP；l 无色ONU 的调制方案有OOK、OOK/FSK；l 无放大WDM-PON，有放大WDM-PON（光放大方案的具体设计还有差异）；l 无保护WDM-PON，有保护WDM-PON（保护的区段设计也可存在差异）；l DWDM-PON，CWDMPON。无论采用何种技术分类，实现方案的成本和性能（如单用户的接入带宽、分路比、最大覆盖范围等）才是最基本的方案评价标准。各主要实现方案的典型应用特性比较见表1。3 混合WDM/TDMA-PON所有的W DM-P O N 均可以和TDMA PON技术（如EPON、GPON）结合使用，构成所谓的WDM/TDMA-PON，如图4所示，即为基于RSOA的混合WDM/TDMA-PON实现架构。在WDM/TDMA-PON的实现方案中，EPON/GPON运行在一对由DWDM或CWDM提供的波长上，而非使用“标准”的上行/下行波长或单独的光纤。这一变化意味着PON系统承载的业务流量将可能同时流经WDM滤波器（或广播选择型WDM-PON中的分路器）和TDMA分路器。采用混合WDM/TDMA-PON技术，可以在保证充足的单用户接入带宽的前提下大幅提高系统的光分路比，有效降低分摊到每个用户的建设与维护成本。与此同时，由于系统具有更大的累积部件插损，需要采用接收灵敏度更高的APD接收机来代替原来成本较低的PIN接收机或集成额外的光放大器。例如，在未采用严格的功率预算限制或未使用额外的光放大器时，CWDM/TDMA-PON的分路比通常不超过64，而DWDM/TDMA-PON的分路比通常不超过160。在图4的WDM/TDMA-PON架构中，一个可行的添加光放大的方案是采用遥泵EDF A，即在图4中位置插入一段掺铒光纤EDF（实验中光纤长度为6 m，Er3+浓度为800 ppm），同时在位置增加一个1 480 nm的泵浦激光器，通过一个WDM耦合器将泵浦光引入发送光纤，实现遥泵EDFA。此外，由于WDM/TDMA-PON通常采用多级结构实现ODN，使网络设计人员可以采用更灵活的ODN组网方式，根据接入用户的实际分布，方便地构成树型、环型等网络拓扑。4 结束语与现有的TDMA-PON技术