WDM-PON接入技术.ppt

宽带光接入技术 原荣编著 1 WDM PON接入技术 ONU波长固定WDM PONONU波长可调WDM PONONU无色WDM PONWDM TDM混合无源光网络WDM PON与PS PON的技术比较 宽带光接入技术 原荣编著 2 WDM PON和TDM PON 目前的PON技术主要有APON EPON和GPON 它们都是TDM PON APON承载效率低 在ATM层上适配和提供业务复杂 EPON存在两大致命的缺陷 即带宽利用率低和难以支持以太网之外的业务 特别是承载话音 TDM业务时会引起QoS问题 GPON虽然能克服上述的缺点 但上下行均工作在单一波长 各用户通过时分的方式进行数据传输 这种在单一波长上为每用户分配时间片的机制 既限制了每用户的可用带宽 又大大浪费了光纤自身的可用带宽 不能满足不断出现的宽带网络应用业务的需求 在这种背景下 人们就提出了WDM PON的技术构想 WDM PON能克服上面所述的各种PON缺点 宽带光接入技术 原荣编著 3 WDM PON的分类 WDM PON有三种方案 第一种是每个ONU分配一对波长 分别用于上行和下行传输 从而提供了OLT到各ONU固定的虚拟点对点双向连接 第二种是ONU采用可调谐激光器 根据需要为ONU动态分配波长 各ONU能够共享波长 网络具有可重构性 第三种是采用无色ONU colorlessONU 即ONU与波长无关方案 本章将介绍WDM PON的有关技术问题 宽带光接入技术 原荣编著 4 7 1ONU波长固定WDM PON 7 1 1波长固定WDM PON系统结构7 1 2WGR温度漂移的解决办法 宽带光接入技术 原荣编著 5 波长固定WDM PON 波长固定WDM PON是一种点对多点 PTM 系统 下行复用采用WDM方式 上行接入采用WDMA技术 它与功率分配PON PS PON 的根本区别在于 在ODN中用无源波长路由器取代了无源分路器 从而解除了ONU进行时域或频域解复用的负担 结果是既获得了PTM拓扑的光纤增益 又通过OLT和ONU之间专用波长连接得到了PTP系统结构的优点 因此 WDM PON有可能胜过PON和PTP结构 宽带光接入技术 原荣编著 6 7 1 1波长固定WDM PON系统结构 a 波长固定单纤WDM PON图7 1 1波长固定WDM PON OLT中有多个不同波长的光源 每个ONU也使用特定波长的光源 各点对点连接都按预先设计的波长进行配置和工作 多个不同波长同时工作 宽带光接入技术 原荣编著 7 双纤波长固定WDM PON在OLT有N个分立的激光器输出N个不同的波长光 复用后进入馈线光纤 而各ONU的激光器则有唯一的上行波长 b 波长固定双纤WDM PON 宽带光接入技术 原荣编著 8 7 1 2WGR温度漂移的解决办法 1 波长跟踪波长跟踪是调谐所有光源和OLT接收机中的WGR解复用器来保证它们与远端WGR的高斯通带中心对准 2 设定后不管如果信道间距足够宽 比如400GHz 并将光源调至WGR温度范围的中央 就无需波长跟踪 3 温度不敏感路由器现在已有利用无源技术降低温度敏感度的先进WGR设计方案 但相对于传统的无补偿路由器 这一功能的实现增加了额外的成本 宽带光接入技术 原荣编著 9 7 2ONU波长可调WDM PON ONU波长可调WDM PON 其下行传输与固定波长方案相同 但上行方案不同 它是根据需要为ONU动态分配波长 各ONU能够波长共享 网络具有可重构性 上行传输时 ONU先使用控制信道向OLT发送传输申请 OLT调度为ONU分配波长和时隙 并在下行帧中通知ONU ONU收到分配信息后 调谐到分配给的波长上 在给定的时隙发送数据 在这种方案中 ONU需要配置一个用于控制信道的固定发射机和一个用于发送数据的可调波长发射机 其优点是上行波长动态分配 能够支持更多的ONU 提高了波长信道的利用率 宽带光接入技术 原荣编著 10 图7 2 1ONU波长可调LDWDM PON上行部分 可调谐激光器工作在特定波长 但可通过电调谐 温度调谐或机械调谐使其改变波长 如果网络中的分路器只是WDM器件 例如AWG WDM器件的通道间隔和LD的调谐范围将决定系统可支持的ONU数量 宽带光接入技术 原荣编著 11 7 3ONU无色WDM PON 7 3 1ONU采用宽谱光源WDM PON7 3 2ONU无光源WDM PON 宽带光接入技术 原荣编著 12 7 3 1ONU采用宽谱光源WDM PON a ONU宽谱光源WDM PON系统的上行部分图7 3 1ONU宽谱光源光谱分割WDM PON系统 尽管所有ONU都采用同一个光源 但由于它们接在AWGWDM合波器的不同端口上 所以每个ONU分切到的是同一个光源的不同光谱 即每个通道 ONU 得到的是不同的波长信号 宽谱光源可采用SLED ASE EDFA和ASE RSOA 自发辐射反射半导体光放大器 等 宽带光接入技术 原荣编著 13 b 双纤 分别用于上行和下行 光谱分割WDMA PON 由于使用相对便宜的LED作为宽谱光源 频谱分割技术非常吸引人 如果波长路由器是一只WGR 它的周期特性可以放宽对光源中心波长的要求 宽带光接入技术 原荣编著 14 宽谱光源WDM PON存在的问题 宽谱光源发出的光中只有很窄的一部分谱线被用作承载上行信号上 而其他大量的能量都被浪费了 因此 这种光谱分割的损耗非常大 甚至比1 N分路器的损耗还要大 如果系统要达到较高的比特率 传统的LED提供的功率是不够的 所以要采用昂贵的大功率LED或者在ONU使用光放大 使光源提供足够强的光功率 频谱分割会引起较大的线性串扰 限制了系统的动态范围 宽带光接入技术 原荣编著 15 7 3 2ONU无光源WDM PON WDM PON另一种方案是在ONU处无光源 系统中所有的ONU共用的宽谱光源置于OLT处 并通过WGR进行光谱分割 然后向每个ONU提供波长互不相同的光信号 而ONU直接对此光信号进行调制 以产生上行信号 如图7 3 2 a 所示 根据上行光信号的路径 该方案也叫基于反射的无色ONU 在这种方案中 OLT宽谱光源发出的光经WGR分波后提供给不同的ONU作为上行光源 因此没有光信号的浪费 宽谱光源仍可选用SLED ASE EDFA和ASE RSOA等 被称作种子光源 宽带光接入技术 原荣编著 16 图7 3 2ONU中无光源WDM PON ONU处无光源 系统中所有的ONU共用的宽谱光源置于OLT处 并通过WGR进行光谱分割 然后向每个ONU提供波长互不相同的光信号 而ONU直接对此光信号进行调制 以产生上行信号 宽带光接入技术 原荣编著 17 在ONU接收机的前端分离出部分下行光 用上行数据对其调制 然后环回到上行通道中 这样波长控制和ONU光源都可以省掉 b 双纤光环回系统 图7 3 2ONU中无光源WDM PON 宽带光接入技术 原荣编著 18 图7 3 3ONU反射光WDM PON系统 图7 3 3表示ONU反射光WDM PON系统 该图中 ONU有一个反射光的调制器 图中除表示出系统的上行结构外 也画出系统的下行结构 宽带光接入技术 原荣编著 19 光环回存在的问题 光环回的最大缺点是增加了下行光源的负担 因为现在下行光源不仅要提供足够的功率驱动下行路径传输 而且还要提供足够强的功率驱动上行环回路径传输 其次 光环回需要采用某种时间压缩复用 TCM 机制 把下行光分为下行及上行两部分 或者采用某种叠加调制技术 但这会带来其他的代价 或者提供一个独立的下行波长专门用于上行调制 但这会使波长数目又成倍增加 总而言之 如果在OLT及ONU处没有光放大器的话 在OLT处便不能得到维持较高比特率所必需的功率 这个方案的另一个缺点是上行和下行采用了相同的梳状波 除非OLT的光源是非相干的 否则便要使用不同的上行和下行光纤 以避免由相干瑞利反向散射所带来的不可接收的干扰 宽带光接入技术 原荣编著 20 7 4WDM TDM混合无源光网络 即使解决了无色ONU的波长控制问题 但是由于WDM PON的高损耗及串扰 光环回和光谱分割WDMA技术仍然受到很大的使用限制 克服这些限制的唯一办法就是采用先进的光器件 在WDM PON和PS PON之间有一种折衷的方案 那就是下行传输采用WDM PON 上行传输采用功率分配 PS 的TDMA PON 如图7 4 1所示 这种方案称为混合无源光网络 CPON WDM TDM光网络结合了波分无源光网络和时分无源光网络的优点 非常适合从时分无源光网络到波分无源光网络过渡的部署 宽带光接入技术 原荣编著 21 图7 4 1复合WDM PON 图7 4 1是一种双纤的结构 下行采用1550nm的DWDM 用AWG波长路由器 WGR 对各个用户波长解复用 然后分别馈送各波长信号到相应的ONU 上行采用1310nm的TDMA 所以OLT接收机要采用突发式光接收机 CPON特别适用于满足住宅区典型的非对称带宽要求 另外 在下行使用波长路由 不仅解决了PS PON的私密问题 而且还可以采用波长可选OTDR来远程定位分支光纤的故障状况在OLT侧 用一个突发模式接收机取代了波分解复用器和接收机阵列 宽带光接入技术 原荣编著 22 图7 4 2由RSOA构成无色ONU的WDM TDMA混合无源光网络 宽带光接入技术 原荣编著 23 RSOA构成的无色ONUWDM TDMA混合无源光网络 该网络OLT使用1 25Gb s商用器件作为突发模式接收机 ONU使用中心波长1550nm 带宽40nm的RSOA作为无色ONU的光发射机 RSOA的最大增益19dB 噪声指数为9dB RSOA光放大器调制并反射从OLT分布反馈激光器 DFB 发送来的连续光波 在PON的馈线上距OLT20km处使用一个32信道的阵列波导光栅 AWG 用来对OLT的WDM信号解复用 解复用后的单波长信号又经一个1 N分路器分光 送给各个ONU 在上行方向 1 N分路器使用TDMA技术复用N个ONU的突发信号 该AWG的频率间距为0 8nm 插入损耗为4dB 在实验中使用粗波分复用器对上行和下行信号分开 宽带光接入技术 原荣编著 24 7 5WDM PON与PS PON的技术比较 第一 WDM PON系统的信息安全性好 在TDM PON系统中 由于下行数据采用广播式发送给与此相连接的所有ONU 为了信息安全 必须对下行信号进行加密 这在G 983 1建议中已经作了规定 见4 3 5节 尽管如此 它的保密性也不如单独使用一个接收波长的WDM PON系统 第二 OLT由于是多波长发射和接收 工作速率与ONU的数目无关 可与ONU的工作速率相同 第三 电路实现相对较简单 因为不需要8 3节介绍的难度很大的高速突发光接收机 第四 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 宽带光接入技术 原荣编著