WDM無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )關(guān)鍵技術(shù)研究

1　引言

無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )（PON）提供光線(xiàn)路終端（OLT）和多個(gè)光網(wǎng)絡(luò )單元（ONU）的連接，共享OLT到遠端節點(diǎn)（RN）之間的光纖媒質(zhì)，具有成本低、便于維護、對各種業(yè)務(wù)透明等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)PON能夠平滑地過(guò)渡到FTTH，因而具有美好的發(fā)展前景。PON可以分為功率分割型無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )（PSPON）和波分復用型無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )（WDMPON）。PSPON采用星型耦合器分路，上/下行傳送采用TDMA/TDM方式實(shí)現共享信道帶寬，加上功率分路，從而限制了ONU數量。WDM技術(shù)使用多個(gè)波長(cháng)信道增加系統容量，具有支持大量ONU的能力。同時(shí)考慮到接入網(wǎng)作為國家信息基礎結構的重要組成部分，WDM技術(shù)具有長(cháng)遠的生命力，并且質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的WDM器件將不斷出現，因此，把WDM技術(shù)引入接入網(wǎng)是一個(gè)發(fā)展趨勢。

2WDM-PON的原理

在PON中引入WDM技術(shù)有兩種方案，一種是為每個(gè)ONU分配一對波長(cháng)，分別用于上行和下行傳輸，這樣就提供了OLT到各ONU固定的虛擬點(diǎn)對點(diǎn)雙向連接。另一種是根據需要為ONU動(dòng)態(tài)分配波長(cháng)，各ONU能夠波長(cháng)共享，網(wǎng)絡(luò )具有可重構性。

OLT 中使用多波長(cháng)光源，下傳給ONU1、ONU2……ONUn的數據以直接調制或外調制方式，加到波長(cháng)為λ1、λ2、……λn的光載波上發(fā)送，通過(guò)波長(cháng)路由把信號分配給目的ONU，完成下行傳輸。上行傳輸時(shí)，ONU間采用WDMA解決信道爭用問(wèn)題，每個(gè)ONU使用一個(gè)特定的波長(cháng)，因而不需要定時(shí)和網(wǎng)絡(luò )同步。上行信號通過(guò)波長(cháng)路由器復用到一跟光纖上，傳到OLT接收端，由WDM接收機接收。

另一種方案稱(chēng)為可重構WDM- PON，其下行傳輸與第一種方案相同，上行傳輸時(shí)，ONU先使用控制信道向OLT發(fā)送傳輸申請，OLT調度申請為ONU分配波長(cháng)和時(shí)隙，并在下行幀中通知 ONU，ONU收到分配信息后，調諧到分配到波長(cháng)上，在給定的時(shí)隙發(fā)送數據。在這種方案中，ONU需要配置一個(gè)固定發(fā)射機（控制信道）和一個(gè)可調發(fā)射機（數據信道），其優(yōu)點(diǎn)是上行波長(cháng)動(dòng)態(tài)分配，能夠支持更多的ONU，提高了波長(cháng)信道的利用率。
　　
　　3WDM-PON的關(guān)鍵技術(shù)

3.1多波長(cháng)光源

目前有多種方法構造多波長(cháng)光源。一種方法是選擇一組波長(cháng)接近的、離散的、可調諧的DFB激光器，利用溫度調諧產(chǎn)生多波長(cháng)的下行信號。由于各個(gè)波長(cháng)獨立調節，需要監控每個(gè)波長(cháng)，系統變的非常復雜。集成DFB激光器陣列輸出光譜可以通過(guò)控制溫度統一調諧，易于實(shí)現波長(cháng)監控。但由于DFB激光器輸出波長(cháng)隨波導有效折射率變化，精確控制輸出光譜與波長(cháng)路由器信道間隔相當匹配困難。

第二種方法是采用多頻激光器（MFL）。MFL包含N個(gè)光放大器和一個(gè)1''''N的陣列波導光柵，陣列波導光柵的每個(gè)輸入端集成一個(gè)光放大器。在光放大器和陣列波導光柵輸出端之間形成一個(gè)光學(xué)腔，如果放大器提供足夠的增益克服腔內的損耗，則有激光輸出，輸出波長(cháng)由陣列波導光柵的濾波特性決定。通過(guò)直接調制各個(gè)放大器的偏置電流，就可以產(chǎn)生多波長(cháng)的下行信號。MFL的波長(cháng)間隔由陣列波導光柵中的波導長(cháng)度差決定，可以精確控制，各波長(cháng)可以通過(guò)控制同一個(gè)溫度統一調節，便于波長(cháng)監控，是理想的OLT光源。16信道間隔為200GHz和20信道間隔為 400GHz的MFL已有報道，直接調制速率為622Mbit/s。

3.2波分復用器

在WDM -PON中，波分復用器通常稱(chēng)為波長(cháng)路由器，它解復用下行信號，并分配給指定的OUN，同時(shí)把上行信號復用到一根光纖，傳輸到OLT。它的主要指標有插入損耗、串音、信道間距、偏振依賴(lài)性和溫度敏感性等。目前已有多種結構的器件，如薄膜干涉濾光片、聲光濾波器、光纖光柵、陣列波導柵等。最近幾年發(fā)展的陣列波導光柵具有尺寸小、易于集成、通道間距窄、性能穩定等優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)了WDM-PON的發(fā)展。由于石英玻璃的折射率隨溫度變化而發(fā)生變化，陣列波導光柵的信道波長(cháng)受溫度影響。為解決這一問(wèn)題，已報道了幾種對溫度不敏感的波導型復用器，其中采用溫度補償方法的復用器對0-85℃范圍內的溫度變化不敏感，具有良好的性能，有望得廣泛應用。

3.3WDM接收機

WDM接收機由解復用器和接收機陣列組成。在WDM接收機中，需考慮解復用器處的線(xiàn)性串音。

3.4波長(cháng)監控

由于WDM-PON中采用多個(gè)波長(cháng)，而且由于波長(cháng)路由器一般放在露天，并且沒(méi)有溫度控制，因此，溫度對于波長(cháng)路由器通帶變化的影響非常重要。一般說(shuō)來(lái)，波長(cháng)路由器的溫差范圍為-40--85℃，通帶偏移率為0.011nm/℃。因此，在這樣的溫差下，波長(cháng)將有1.4nm的偏移。這樣的偏移將與WDM的波長(cháng)間隔同數量級（100GHz-200GHz），將嚴重影響WDM-PON的工作。因此，需要OLT中進(jìn)行波長(cháng)的檢測與調諧工作?；蛘呖梢圆捎肧et- and -forget的方法，讓各復用波長(cháng)之間的間隔足夠大（400GHz-500GHz），這樣可以不對波長(cháng)進(jìn)行調整而使溫度變化導致的通帶偏移在允許范圍內而不對系統性能發(fā)生不良影響。但是占用的寬光譜不僅僅使資源浪費，而且會(huì )使光譜大于正常EDFA的放大范圍。另一種方法是采用對溫度不敏感的波長(cháng)路由器，可以不需要或簡(jiǎn)化波長(cháng)監控。