WDM無源光網(wǎng)絡關鍵技術研究

1　引言

無源光網(wǎng)絡（PON）提供光線路終端（OLT）和多個光網(wǎng)絡單元（ONU）的連接，共享OLT到遠端節(jié)點（RN）之間的光纖媒質(zhì)，具有成本低、便于維護、對各種業(yè)務透明等優(yōu)點，同時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（PSPON）和波分復用型無源光網(wǎng)絡（WDMPON）。PSPON采用星型耦合器分路，上/下行傳送采用TDMA/TDM方式實現(xiàn)共享信道帶寬，加上功率分路，從而限制了ONU數(shù)量。WDM技術使用多個波長信道增加系統(tǒng)容量，具有支持大量ONU的能力。同時考慮到接入網(wǎng)作為國家信息基礎結(jié)構(gòu)的重要組成部分，WDM技術具有長遠的生命力，并且質(zhì)優(yōu)價廉的WDM器件將不斷出現(xiàn)，因此，把WDM技術引入接入網(wǎng)是一個發(fā)展趨勢。

2WDM-PON的原理

在PON中引入WDM技術有兩種方案，一種是為每個ONU分配一對波長，分別用于上行和下行傳輸，這樣就提供了OLT到各ONU固定的虛擬點對點雙向連接。另一種是根據(jù)需要為ONU動態(tài)分配波長，各ONU能夠波長共享，網(wǎng)絡具有可重構(gòu)性。

OLT 中使用多波長光源，下傳給ONU1、ONU2……ONUn的數(shù)據(jù)以直接調(diào)制或外調(diào)制方式，加到波長為λ1、λ2、……λn的光載波上發(fā)送，通過波長路由把信號分配給目的ONU，完成下行傳輸。上行傳輸時，ONU間采用WDMA解決信道爭用問題，每個ONU使用一個特定的波長，因而不需要定時和網(wǎng)絡同步。上行信號通過波長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，ONU先使用控制信道向OLT發(fā)送傳輸申請，OLT調(diào)度申請為ONU分配波長和時隙，并在下行幀中通知 ONU，ONU收到分配信息后，調(diào)諧到分配到波長上，在給定的時隙發(fā)送數(shù)據(jù)。在這種方案中，ONU需要配置一個固定發(fā)射機（控制信道）和一個可調(diào)發(fā)射機（數(shù)據(jù)信道），其優(yōu)點是上行波長動態(tài)分配，能夠支持更多的ONU，提高了波長信道的利用率。
　　
　　3WDM-PON的關鍵技術

3.1多波長光源

目前有多種方法構(gòu)造多波長光源。一種方法是選擇一組波長接近的、離散的、可調(diào)諧的DFB激光器，利用溫度調(diào)諧產(chǎn)生多波長的下行信號。由于各個波長獨立調(diào)節(jié)，需要監(jiān)控每個波長，系統(tǒng)變的非常復雜。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，易于實現(xiàn)波長監(jiān)控。但由于DFB激光器輸出波長隨波導有效折射率變化，精確控制輸出光譜與波長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個光放大器和一個1''''N的陣列波導光柵，陣列波導光柵的每個輸入端集成一個光放大器。在光放大器和陣列波導光柵輸出端之間形成一個光學腔，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，輸出波長由陣列波導光柵的濾波特性決定。通過直接調(diào)制各個放大器的偏置電流，就可以產(chǎn)生多波長的下行信號。MFL的波長間隔由陣列波導光柵中的波導長度差決定，可以精確控制，各波長可以通過控制同一個溫度統(tǒng)一調(diào)節(jié)，便于波長監(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已有報道，直接調(diào)制速率為622Mbit/s。

3.2波分復用器

在WDM -PON中，波分復用器通常稱為波長路由器，它解復用下行信號，并分配給指定的OUN，同時把上行信號復用到一根光纖，傳輸?shù)絆LT。它的主要指標有插入損耗、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(wěn)定等優(yōu)點，促進了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受溫度影響。為解決這一問題，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(nèi)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性串音。

3.4波長監(jiān)控

由于WDM-PON中采用多個波長，而且由于波長路由器一般放在露天，并且沒有溫度控制，因此，溫度對于波長路由器通帶變化的影響非常重要。一般說來，波長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，波長將有1.4nm的偏移。這樣的偏移將與WDM的波長間隔同數(shù)量級（100GHz-200GHz），將嚴重影響WDM-PON的工作。因此，需要OLT中進行波長的檢測與調(diào)諧工作?；蛘呖梢圆捎肧et- and -forget的方法，讓各復用波長之間的間隔足夠大（400GHz-500GHz），這樣可以不對波長進行調(diào)整而使溫度變化導致的通帶偏移在允許范圍內(nèi)而不對系統(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，而且會使光譜大于正常EDFA的放大范圍。另一種方法是采用對溫度不敏感的波長路由器，可以不需要或簡化波長監(jiān)控。