WDM無源光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究

1　引言

無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）提供光線路終端（OLT）和多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）的連接，共享OLT到遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)（RN）之間的光纖媒質(zhì)，具有成本低、便于維護(hù)、對(duì)各種業(yè)務(wù)透明等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)PON能夠平滑地過渡到FTTH，因而具有美好的發(fā)展前景。PON可以分為功率分割型無源光網(wǎng)絡(luò)（PSPON）和波分復(fù)用型無源光網(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(xiàn)共享信道帶寬，加上功率分路，從而限制了ONU數(shù)量。WDM技術(shù)使用多個(gè)波長(zhǎng)信道增加系統(tǒng)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(guó)家信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，WDM技術(shù)具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的生命力，并且質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的WDM器件將不斷出現(xiàn)，因此，把WDM技術(shù)引入接入網(wǎng)是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

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(duì)波長(zhǎng)，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(duì)點(diǎn)雙向連接。另一種是根據(jù)需要為ONU動(dòng)態(tài)分配波長(zhǎng)，各ONU能夠波長(zhǎng)共享，網(wǎng)絡(luò)具有可重構(gòu)性。

OLT 中使用多波長(zhǎng)光源，下傳給ONU1、ONU2……ONUn的數(shù)據(jù)以直接調(diào)制或外調(diào)制方式，加到波長(zhǎng)為λ1、λ2、……λn的光載波上發(fā)送，通過波長(zhǎng)路由把信號(hào)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(zhēng)用問題，每個(gè)ONU使用一個(gè)特定的波長(zhǎng)，因而不需要定時(shí)和網(wǎng)絡(luò)同步。上行信號(hào)通過波長(zhǎng)路由器復(fù)用到一跟光纖上，傳到OLT接收端，由WDM接收機(jī)接收。

另一種方案稱為可重構(gòu)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(qǐng)，OLT調(diào)度申請(qǐng)為ONU分配波長(zhǎng)和時(shí)隙，并在下行幀中通知 ONU，ONU收到分配信息后，調(diào)諧到分配到波長(zhǎng)上，在給定的時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)。在這種方案中，ONU需要配置一個(gè)固定發(fā)射機(jī)（控制信道）和一個(gè)可調(diào)發(fā)射機(jī)（數(shù)據(jù)信道），其優(yōu)點(diǎn)是上行波長(zhǎng)動(dòng)態(tài)分配，能夠支持更多的ONU，提高了波長(zhǎng)信道的利用率。
　　
　　3WDM-PON的關(guān)鍵技術(shù)

3.1多波長(zhǎng)光源

目前有多種方法構(gòu)造多波長(zhǎng)光源。一種方法是選擇一組波長(zhǎng)接近的、離散的、可調(diào)諧的DFB激光器，利用溫度調(diào)諧產(chǎn)生多波長(zhǎng)的下行信號(hào)。由于各個(gè)波長(zhǎng)獨(dú)立調(diào)節(jié)，需要監(jiān)控每個(gè)波長(zhǎng)，系統(tǒng)變的非常復(fù)雜。集成DFB激光器陣列輸出光譜可以通過控制溫度統(tǒng)一調(diào)諧，易于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)監(jiān)控。但由于DFB激光器輸出波長(zhǎng)隨波導(dǎo)有效折射率變化，精確控制輸出光譜與波長(zhǎng)路由器信道間隔相當(dāng)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(dǎo)光柵，陣列波導(dǎo)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(dǎo)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(nèi)的損耗，則有激光輸出，輸出波長(zhǎng)由陣列波導(dǎo)光柵的濾波特性決定。通過直接調(diào)制各個(gè)放大器的偏置電流，就可以產(chǎn)生多波長(zhǎng)的下行信號(hào)。MFL的波長(zhǎng)間隔由陣列波導(dǎo)光柵中的波導(dǎo)長(zhǎng)度差決定，可以精確控制，各波長(zhǎng)可以通過控制同一個(gè)溫度統(tǒng)一調(diào)節(jié)，便于波長(zhǎng)監(jiān)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(bào)道，直接調(diào)制速率為622Mbit/s。

3.2波分復(fù)用器

在WDM -PON中，波分復(fù)用器通常稱為波長(zhǎng)路由器，它解復(fù)用下行信號(hào)，并分配給指定的OUN，同時(shí)把上行信號(hào)復(fù)用到一根光纖，傳輸?shù)絆LT。它的主要指標(biāo)有插入損耗、串音、信道間距、偏振依賴性和溫度敏感性等。目前已有多種結(jié)構(gòu)的器件，如薄膜干涉濾光片、聲光濾波器、光纖光柵、陣列波導(dǎo)柵等。最近幾年發(fā)展的陣列波導(dǎo)光柵具有尺寸小、易于集成、通道間距窄、性能穩(wěn)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(dǎo)光柵的信道波長(zhǎng)受溫度影響。為解決這一問題，已報(bào)道了幾種對(duì)溫度不敏感的波導(dǎo)型復(fù)用器，其中采用溫度補(bǔ)償方法的復(fù)用器對(duì)0-85℃范圍內(nèi)的溫度變化不敏感，具有良好的性能，有望得廣泛應(yīng)用。

3.3WDM接收機(jī)

WDM接收機(jī)由解復(fù)用器和接收機(jī)陣列組成。在WDM接收機(jī)中，需考慮解復(fù)用器處的線性串音。

3.4波長(zhǎng)監(jiān)控

由于WDM-PON中采用多個(gè)波長(zhǎng)，而且由于波長(zhǎng)路由器一般放在露天，并且沒有溫度控制，因此，溫度對(duì)于波長(zhǎng)路由器通帶變化的影響非常重要。一般說來，波長(zhǎng)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(zhǎng)將有1.4nm的偏移。這樣的偏移將與WDM的波長(zhǎng)間隔同數(shù)量級(jí)（100GHz-200GHz），將嚴(yán)重影響WDM-PON的工作。因此，需要OLT中進(jìn)行波長(zhǎng)的檢測(cè)與調(diào)諧工作。或者可以采用Set- and -forget的方法，讓各復(fù)用波長(zhǎng)之間的間隔足夠大（400GHz-500GHz），這樣可以不對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整而使溫度變化導(dǎo)致的通帶偏移在允許范圍內(nèi)而不對(duì)系統(tǒng)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(fèi)，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(duì)溫度不敏感的波長(zhǎng)路由器，可以不需要或簡(jiǎn)化波長(zhǎng)監(jiān)控。