浅谈WDM PON关键技术及应用

 

　　宽带接入网发展非常迅速，也带动了WDM-PON技术的飞速前行，也许好多人还不了解WDM-PON技术的发展现状和未来方向，没有关系，看完本文你肯定有不少收获，希望本文能教会你更多东西。无源光网络PON技术在这两年受到了业界的极大关注，由于其在宽带接入网性能上的优越和在资源利用率上的优势，在FTTx技术取得长足发展的今天得到了广泛应用。

　　众所周知，现行的EPON和GPON标准都属于TDM PON的一种，TDM PON在单个波长超过10G速率后，要实现光的突发接收和发送，在技术难度和成本上将大幅提高。为了解决这一难题，WDM PON技术应运而生，WDM PON采用波分技术，技术难度相对较小，成本相对较低，且WDM PON具有众多的技术优势，比如可以进一步节约主干光纤和OSP费用，WDM PON系统可以实现单纤32~40波长，并可以进一步扩展至80波;WDM PON系统对速率、业务完全透明，无需任何封装协议，各波长相互独立工作;WDM PON系统具有极高的安全性，同一PON口下所有ONU物理隔离;在系统的维护上，WDM PON系统可以避免OTDR由于高插入损耗对光纤线路测量等的限制，从而更易进行维护等。

　　一、WDM PON基本原理及主要特点

　　1. WDM PON基本原理

　　WDM PON(Wavelength Division Multiplexing PON,波分复用无源光网络)采用波分复用作为接入技术的无源光网络。是未来接入网的最终方向。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(colorless ONU)，即ONU与波长无关方案。还有一种是下行使用WDM-PON,上行使用TDM-PON的混合PON.

　　下行方向，多个不同的波长ld1……ldn在局端OM/OD合波后传送到OWDN,按照不同波长分配到各个ONU中。上行方向，不同用户 ONU发射不同的光波长lu1……lun到OWDN中，在OWDN的PRN处合波，然后传送到OLT.完成光信号的上下行传送。其中，下行波长ldn和上行波长lun可工作在相同波段，也可工作在不同波段。

　　

 

　　图1、典型的WDM-PON框图[center]

　　2.WDM PON的主要特点

　　采用波分复用技术的PON技术主要特点有：

　　1)更长的传输距离。由于WDM PON中AAWG的插入损耗比传统的TDM PON系统中光功率分路器的插入损耗要小，因此在OLT或 ONU激光器输出功率相等的情况下，WDM PON传输距离更远，网络覆盖范围更大。

　　2)更高的传输效率。在WDM PON中上行传输时，每个ONU均使用独立的、不同的波长通道，不需要专门的MAC协议，故系统的复杂度有很大的降低，传输效率也得到了大幅提高。

　　3)更高的带宽。WDM PON是典型的点对点的网络架构，每个用户独享一个波长通道的带宽，不需要带宽的动态分配，其能够在相对低的速率下为每个用户提供更高的带宽。

　　4)更具安全性。每个ONU独享各自的波长通道带宽，所有ONU在物理层面上是隔离的，不会相互产生影响，因此更具安全性。

　　5)对业务、速率完全透明。由于电信号在物理层光路不做任何处理，无需任何封装协议。

　　6)成本更低。由于WDM PON中光源无色技术的应用，使得ONU所用光模块完全相同，解决了器件的存储问题的同时，也降低了OPEX和CAPEX.且单纤32波~40波，可扩展至80波，节约主干光纤和OSP费用。

　　7)更易维护。避免OTDR由于高插入损耗对光纤线路等测量限制。另外，无色光源技术的应用，使得维护更方便。

　　二、WDM PON关键技术

　　WDM PON技术的规模商用首先需要解决光模块的互换性，尤其是ONU侧光模块。固定波长光源的方案难以应用于商用的WDM PON中，因此"无色"光源技术是WDM PON系统攻关的关键技术。

　　目前，无色ONU方案包括但不限于此三种：可调激光器、注入锁定FP-LD和波长重用RSOA方式，其技术特点分析如下。

　　可调激光器作为无色ONU的方案，即可调激光器工作在特定波长，可通过辅助手段对波长进行调谐，使用激光器发射不同的波长。采用此种方案的系统不需要种子光源，且可调激光器的调谐范围较宽，可达50nm.采用直接调制可以实现2.5Gb/s以上的传输速率，若采用外调制技术可实现10Gb/s的传输速率，且传输距离大于 20km,整个网络扩展性好。但不足之处在于，系统需要网络协议控制，需要对ONU波长控制，增加了ONU设计的复杂度，且目前成本较高。

　　注入锁定FP-LD方式作为无色ONU的方案，即FP-LD在自由运行时为多纵模输出，当有适当的外部种子光注入时，被激发锁模输出与种子光波长相一致的光信号，FP-LD锁定输出的工作波长与种子光源和波分复用/解复用的通道波长相对应。采用此方案的系统无需制冷控制，网络架构简单。不足之处在于受限于传输速率和传输距离，且成本较高。由于锁模器件FP-LD调制速率低，理论带宽为0.2Ghz-4Ghz,且器件模间噪声大，不宜于高速率的传输系统。另外，系统中需要两个种子光源，若用在混合PON中，上行信号对种子光源的要求更高，高功率的种子光源存在安全问题。由于种子光源的问题，使得传输距离受限于20km,且系统不宜于扩展。

　　波长重用RSOA方式作为无色ONU的方案，即种子光源经过频谱分割后注入到局端RSOA内，激发RSOA输出与种子光波长相一致的光信号。此光信号具有两个用途，既作为下行方向的信号光，又作为上行方向信号的种子光。当作为上行方向的种子光时，激发ONU内RSOA输出与种子光波长一致的光信号。采用此方案系统无需制冷控制，且网络架构简单。不足之处在于传输距离受限。系统中需要种子光源，具有较强的后向反射，系统以易于扩展，且价格较高。

　　三、WDM PON应用

　　WDM PON是逻辑层面点到点，物理层面点到多点的连接，具有对协议和速率透明的特性，具有良好的可扩展性，因此应用也非常灵活。目前，WDM-PON可应用于以下多种场合。

　　1.WDM-PON直接用于FTTx

　　WDM PON可作为FTTH、 FTTB、FTTC的实现方案，并可同时为商业用户、单个家庭用户、多家庭用户等多种类型的用户提供服务，如图2.在这种场合下，WDM PON每波长提供的巨大带宽直接为用户所用，对于国内规模部署的 FTTB、FTTC网络升级、无线WLAN覆盖、商业VIP 客户接入等来说是一个很好的选择。

　　

 

　　图2、 WDM-PON用于FTTx

　　2.WDM-PON与TDM-PON构成HPON

　　WDM-PON与TDM-PON构成混合网络，如图3所示，共同为用户提供服务。用户通过分路器共享一对波长，由位于CO的具有多波长光源的EPON OLT进行资源调度。此种组网模式适用于接入主干光纤资源紧张和EPON网络带宽升级等场合。

　　

 

　　图3、 WDM-PON与TDM-PON构成HPON

　　3.WDM-PON用于本地汇聚传输

　　WDM-PON与TDM-PON以级联的方式连接可实现本地汇聚传输，如图4.用户业务首先通过TDM-PON进行汇聚，然后再由 WDM PON系统传输到本地中心局。在早期只有部分商业客户或少量其他用户需要大带宽时，这种架构可提供灵活的接入选择，例如为大客户分配单独的波长，而密集居住的普通小区用户通过级联的TDM-PON共享一个波长。

　　

 

　　图4、 WDM-PON用于本地汇聚传输

　　4. 基站回传

　　随着移动基站回传所需带宽的不断增加，对基站回传网络也提出了新的挑战。WDM-PON提供了丰富的带宽，能很好的满足3G、LTE基站回传的带宽需求，可以作为移动基站回传的主要技术选择之一。WDM-PON用于基站回传的网络结构与图2相似。

　　四、863 计划

　　我国"十一五"863计划启动了"低成本的多波长以太网综合接入系统(λ-EMD)"的研究。该项目的牵头单位烽火科技与合作单位通过刻苦钻研，攻克了多项电信级λ-EMD系统关键技术，包括基于TDM与WDM的混合模式PON结构、支持三网融合业务的受控传送、可扩展的开放系统架构和高可用性等，成功地研制出了系列化的λ-EMD综合接入设备和自主知识产权的光收发模块，可满足低成本化应用要求。通过该项目的实施，烽火科技已全面掌握了一系列具有自主知识产权的相关核心技术，申请或取得了十多项国家发明专利，牵头完成了中国通信标准化协会(CCSA)标准类技术报告《接入网技术要求-采用基于波长可调方式密集波分复用技术的无源光网络》的起草，进一步凸显了烽火科技在光接入领域的技术领先地位。

　　烽火科技研制出的WDM-TDM PON系统是业界第一款单纤32波，每波支持1:64分路，传输距离达20公里以上的xPON系统。该系统采用业界首个局远端双"无色"光模块设计，具有业界最高的单纤接入速率(对称40G)以及业界最高的业务单板端口密度;采用WDM和TDM混合模式的PON结构，可以兼容现有的1G/2.5G /10G EPON、GPON和P2P等多种光纤接入技术;通过WDM方式可以承载现有CATV业务，方便实现"三网融合"业务接入，实现了我国下一代光纤接入技术研究的新跨越。

　　五、结束语

　　随着用户对带宽和速率的要求越来越高，WDM PON越来越显示出它独特的优势。日前，烽火科技联合中国电信集团公司、清华大学和北京邮电大学共同承担的国家"十一五"863重大项目课题"低成本的多波长以太网综合接入系统(λ-EMD)"已取得重大进展，攻克了多项关键技术，成功完成上海未来宽带技术及应用工程研究中心有限公司基于国家863柔性试验床进行的全面测试。