波分复用的无源光网络翻译.doc

波分复用的无源光网络6. 网络用户用来上传数据的发射机在一个波分复用的无源光网络（WDM-PON）里，每个用户都能通过上行波长将数据发给OLT。因此，每个用户都必须有一个光源来进行上行传输。产生的上行波长必须满足各自在RN处的WDM路由的滤波带通，因为波长漂移再加上滤波效应，会使功率损耗极大，并使波形变形，所以我们要对波长进行监测及稳定。但这样系统会变得复杂，并且需要很大的成本去维护具有精确波长的用户端激光光源。因此，我们提出了在OLT端使用集中式光源的WDM-PONs理念，这样所有用来上行传输的光源都是属于OLT的。因为在用户端没有使用激光光源，所以成本就可以控制得很低。另外一种方法是不在用户端区分波长，即用户的波长无关性。6.1光源有精确波长的ONU通常在WDM-PON中的每个ONU处安装一个波长精确的相干光源，例如分布式反馈（DFB）激光二极管，FP激光二极管或者VCSEL。为了能与上行路径中的RN、OLT处的波分复用器的滤波器带通相匹配，我们必须正确选择上行发射机的发射波长，因此必须对这些波长进行稳定或者锁定。6.2 光源无精确波长的ONU6.2.1 宽带光源的光谱分割上行发射机可以通过在每个ONU处安装一个宽带光源（BLS）来实现，比如LED等等，然后通过位于RN处的波分复用器（WDM）对其进行光谱分割即可得到上行波长。因此我们需要WDM的滤波通带并且上行光源波长之间的不匹配。由于BLS不相干的特点，系统的性能就会受到限制。图11和12显示的是WDM-PON的两个例子，它们是应用LED光谱分割作为ONU处的上行发射机。图11 OLT和ONU处LED光源双向光谱分割的WDM-PON 图12 WDM-PON将ONU处LED光源分割来上行发射及RN处使用AWG作为WDM路由6.2.2 注入锁定FP激光二极管在每个ONU（网络用户单元）处可以安装直接调制的FP激光二极管来作为低损耗的上行发射机，它可以通过注入锁定的技术工作在准单纵模模式下。我们有多个方法来产生FP激光二极管的外部注入波长，例如，可以通过对来自OLT（光线路终端）的EDFA（掺铒光纤放大器）的自发辐射谱进行光谱分割得到。FP激光器可用的波长范围约为40nm，为了提高注入效率和输出功率，我们在前端镀了一层抗反膜来使其反射率减小到1%，得到传输比特率为155Mb/s，同时可以在一个宽温度范围内进行操作。同样的技术可以用来实现OLT端的下行发射机。正如图13所示，位于不同带（C带和L带）的两个BLSs被光谱分割然后注入OLT和ONU处的FP激光器。在82中，位于ONU处的FP激光器是通过其光功率部分反射回自己的腔内来进行自注入锁定的，反射器是布拉格光栅（FBG），放在RN处。这种方法不需要BLS，传输比特率为1.25Gb/s。在83，84中，OLT使用的是一个超连续光谱源，光谱宽度为130nm，来作为BLS，然后将这个光谱进行分割再注入位于ONU和OLT处的FP激光二极管，见图14。C带下行波长和L带上行波长的传输比特率显示均为622Mb/s。类似的，在85中，一个脉冲形式的超连续光源被用作BLS然后注入锁定位于ONU的FP激光二极管。图13 WDM-PON运用波长锁定的FP激光二极管图14 WDM-PON运用CW超连续光源作为宽带光源来注入锁定FP激光器在86中，位于OLT的一组DFB（分布式反馈）激光二极管产生一个连续种子波长，然后该波长被分配给ONUs来注入锁定位于ONUs的FP激光二极管。由于种子光源高度相干，所以上行传输速率显示为10Gb/s。在87，88中，下行承载数据的波长被用来作为FP激光二极管的注入信号，这样就可以通过上行数据直接强度调制ONU端的FP激光二极管。下行调制格式选择的是：消光比变小的非归零码（NRZ），有恒定强度包络（见图15）的差分相移键控（DPSK），或者反归零码（IRZ）。下行信号中相对低的强度波动并没有使叠加的上行数据发生太多的相干。图15 WDM-PON 的ONU处使用FP激光二极管运用DPSK下行数据和OOK上行数据，ONU通过下行波长注入锁定6.2.3 注入锁定的垂直腔面发射激光器（VCSEL）在90中，ONU是用一个注入锁定的单模VCSEL来作为低花费的上行发射机。类似于87-89里面所说，VCSEL用2.5Gb/s调制的下行波长来注入锁定，用2.5Gb/s上行数据直接调制。然而，由于激光器腔长相对较短，所以可用的腔模式数很小。对于波长无关操作，我们可以在ONUs处放置相同的可调谐的VCSELs，波长调谐范围为1530nm到1620nm。6.2.4 有种子波长的反射型半导体光放大器（RSOA）在每一个ONU处安装一个直接调制的单端口RSOA来作为低价格的上行发射机。因为RSOA是自发辐射宽带光谱，所以上行波长可以利用下行波长作为种子波长来产生的。这样的实现机制可以通过多种方法，在74，75，93-95中，位于ONUs处的RSOAs种子波长是通过将BLS（比如发光二级管LED或者EDFA的自发辐射光谱ASE）进行光谱分割得到的。正如图16所示，基于LED种子波长的RSOA是由1.25Gb/s或者2.5Gb/s的上行数据直接调制并且可以在高温（80摄氏度）下进行操作。由于种子信号之间不相干，所以系统的性能受到限制，但是可以通过使用前向纠错（FEC）来改善。在96和97中，种子波长分别是来自于分布式反馈（DFB）激光器或者FP激光器的相干光源，它们各自的上行传输比特率分别是1.25Gb/s和2.5Gb/s。在98-102中是用增益饱和的RSOAs作为ONUs处的上行传输机，它是将调制好的下行波长来作为种子波长。然而，下行的非归零码数据的消光比必须保持在低状态，以便在上行数据被直接调制在下行波长上之前能通过增益饱和促使下行波长的强度波动被压制。图17阐明的是在SOA中通过增益饱和来对下行波长进行数据压缩的原理，通过使用负波长解调方法来进行选择性的光谱滤波，这样就可以对剩余的“1”层次的下行部分的抑制进一步加强。另外一方面，下行非归零码数据的消光比减小可能会遭到系统的处罚，然而这可以通过在检测之前使用FP校准器来缓解，以便能其改善消光比，反之来改善ONU处下行数据的接收性能。图16 WDM-PON中LED被光谱分割作为基于RSOA的OLT和ONU的种子波长图17 使用增益饱和的SOA对下行波长进行数据抑制的原理在103-105中，位于ONU的RSOA的输出功率被光谱分割，然后通过反射其中一部分功率到激光腔里来作为种子波长。图18所说的就是一个运用这种机制的WDM-PON的例子，其上行传输比特率为1.25Gb/s。在106中提出了一种WDM-PON，通过副载波调制（SCM）的下行数据被调制到每个下行波长上。在RN处用了一个共享的干涉滤波器以便能同时分开载波功率部分和所有下行波长的SCM边带，如图19所示。提取出来的载波功率部分是作为直接调制的RSOA的种子信号，而SCM边带被接收为每个ONU的下行数据。当上行数据在基带光谱处进行调制时，可以避免其与反向散射的下行SCM数据在同一根光纤上发生干涉。在107中报导了一个类似的利用下行光单边带（SSB）的方法：通过周期性的光刻滤波器来提取所有下行波长的载波部分。在108，109中，SCM技术被用来将上行和下行数据加载到相同波长上，并且相互之间不会发生干涉。在线路终端处（OLT）的下行数据（在被注入到ONU处的RSOA之前）可以被调制在下行波长的通带或者基带上，然后ONU的上行数据可以分别被直接调制在光谱的基带或者通带上。图20显示了108中的例子。图18 WDM-PON运用直接调制的RSOA图19 基于RSOA的WDM-PON用共享的干涉滤波器将载波复用于上行传输图20 基于双向RSOA的WDM-PON使用SCM信号和基带信号下行上行在112中，下行数据和上行载波通过OLT时间复用到一个突发模式中，如图21所示。第一个突发部分是下行数据，然后经过一个保护间距后，再发送一个用于上行调制的未调制载波。在每个ONU处的RSOA都作为一个下行数据的光电探测器以及直接调制的上行发射机，该发射机是以突发模式进行时间复用，与ONU各自的下行发射机同步。上行和下行两个方向均可以进行1.25Gb/s的速率操作。除此之外还有其他技术能够实现WDM-PONs(用的是基于RSOA的ONUs)。在113-115中，下行数据是通过光频移键控（FSK）进行调制的，然后调制好的下行波长被注入RSOA里，而上行数据是直接通过强度调制。因为光FSK调制拓宽了激光光谱，减少了光相干性，所以就减少了瑞利散射带来的串扰。在116中选用了曼彻斯特（Manchester）编码形式对下行波长进行调制，然后注入RSOA。因