1、成长中的无源光网络技术 WDM-PON张继军 1 吴向军 21.武汉邮电科学研究院 武汉 4300742.华中科技大学 武汉 430074摘要：分析了 WDM-PON 的基本实现与分类，概括比较了不同 WDM-PON 实现方案的主要应用特性，并简单介绍了混合 WDM/TDMA-PON 的实现方式。关键词：PON WDM-PON WDM/TDMA-PON1 引言在已经出现的多种 P O N 技术中，只有 EPON（IEEE 802.3a h）和 GPON（ITU-T G.984）这两种时域多接入（TimeDomain Multiple Access，TDMA）技术得到了较为广泛的应用。EPON
2、和 GPON 这两种较为成熟的接入技术均有各自的特点和优势，但从发展角度看，它们也存在着 TDMAPON 技术所固有的一些问题。（ 1 ） 带宽问题。即使总的上行速率已经增长到 10 Gbit/s（如采用 10 Gbi t/sEPON），TDMA PON 也难以持续满足不断增长的带宽需求。（2）系统可允许的光功率预算有限。有限的功率预算将限制 PON 的分路能力和有效覆盖范围（即 OLT 和 ONU 之间的距离）。WDM-PON 作为一种成长中的 PON 技术，可以较好地解决上述问题。通过独占单个波长，ONU 可以获得更高的接入带宽；通过与 TDMA PON 技术结合，构成混合 WDM/TDM
3、A-PON 方案，能够使光分路比达到 1:1 000，甚至更多，方案的可扩展性大幅提高；通过使用标准的宽带光放大技术，可以很好地延伸接入网络的覆盖范围等。2 WDM-PON 的实现与分类图 13 分别示意了 3 种典型的 WDM-PON 实现架构。在多波长光源方面，可以使用固定波长激光器阵列或多频激光器（Mul ti-Frequency Laser，MFL）。采用图 1 架构实现的 PON 称为广播选择型 WDM-PON，下行信号在经过 1:N 无源光分路器的所有下行波长内广播，各 ONU 通过滤波器选择一路下行波长，并使用另一个独立的波长承载上行信号。上行波长经 1:N 无源耦合器合路，发往
4、 OLT。采用这种架构的 WDMPON受无源分路/合路器的插损影响大，而且存在广播方式固有的安全问题。此外，不同 ONU 波长配置不同，增加了 PON 的维护难度。可以通过两方面改进来解决广播选择型 WDM-PON 存在的问题，如图 2 所示。首先， 使用阵列波导光栅（Arrayed Waveguide Grating，AWG）波长路由器替代无源分路/合路器。AWG 的典型插损为 5 dB，且与波长数无关，由此降低了插损对系统设计的影响。同时，ONU 也无需再使用独立的波长选择接收机，简化了 ONU 的设计。其次是采用无色 ONU 设计。目前，无色 ONU 的设计方案主要有两种：一种是基于 O
5、NU超宽带光源（如 LED、SLD 等）的设计方案， 如图 2 所示； 另一种是基于 OLT 种子光源的设计方案，如图 3 所示。在基于 ONU 超宽带光源的无色 ONU 设计中，如果宽带光源的光谱足够宽，上行信号经过 AWG 后，除每个输出端口的信号谱均携带有 ONU 调制信息外，输出波长也是特定的，且对应于 AWG 与宽带光源相连接的输入端口，即在上行方向 AWG 输出波长与 ONU 一一对应。在基于 OLT 种子光源的设计方案中，ONU 无内置光源，仅利用来自 OLT 的种子光源（可以是 OLT 单独提供的光源，也可以利用承载有下行数据的信号光），使用调制器加载ONU 上行信号，再向 O
6、LT 发送。调制的实现可以采用反射式半导体光放大器（Reflective SOA，RSOA）、注入锁定法布里珀罗（Injection-LockedFabry-Perot，IL-FP）激光器以及反射式电吸收调制（REAM）。根据具体关注的方案实现细节的不同，WDM-PON 可以有不同的分类： 广播选择型 WDM-PON，波长路由型 WDM-PON； 共享上行（下行）WDMPON，专用上行（下行）WDMPON； 单纤工作 WDM-PON，双纤工作 WDM-PON； 有色 ONU，无色 ONU； 无色 ONU 的设计方案包括基于 ONU 超宽带光源的 WDMPON 和基于 OLT 种子光源的WDMP
7、ON； OLT 种子光源方案中的不同 ONU 实现方式有 RSOA、REAM 或 IL-FP； 无色 ONU 的调制方案有 OOK、OOK/FSK； 无放大 WDM-PON，有放大 WDM-PON（光放大方案的具体设计还有差异）； 无保护 WDM-PON，有保护 WDM-PON（保护的区段设计也可存在差异）； DWDM-PON，CWDMPON。无论采用何种技术分类，实现方案的成本和性能（如单用户的接入带宽、分路比、最大覆盖范围等）才是最基本的方案评价标准。各主要实现方案的典型应用特性比较见表1。3 混合 WDM/TDMA-PON所有的 W DM-P O N 均可以和 TDMA PON 技术（如
8、 EPON、GPON）结合使用，构成所谓的WDM/TDMA-PON，如图 4 所示，即为基于 RSOA 的混合 WDM/TDMA-PON 实现架构。在WDM/TDMA-PON 的实现方案中，EPON/GPON 运行在一对由 DWDM 或 CWDM 提供的波长上，而非使用“标准”的上行/下行波长或单独的光纤。这一变化意味着 PON 系统承载的业务流量将可能同时流经 WDM 滤波器（或广播选择型 WDM-PON 中的分路器）和 TDMA 分路器。采用混合 WDM/TDMA-PON 技术，可以在保证充足的单用户接入带宽的前提下大幅提高系统的光分路比，有效降低分摊到每个用户的建设与维护成本。与此同时，
9、由于系统具有更大的累积部件插损，需要采用接收灵敏度更高的 APD 接收机来代替原来成本较低的 PIN 接收机或集成额外的光放大器。例如，在未采用严格的功率预算限制或未使用额外的光放大器时，CWDM/TDMA-PON 的分路比通常不超过 64，而 DWDM/TDMA-PON 的分路比通常不超过160。在图 4 的 WDM/TDMA-PON 架构中，一个可行的添加光放大的方案是采用遥泵 EDF A，即在图 4 中位置插入一段掺铒光纤 EDF（实验中光纤长度为 6 m，Er3+浓度为 800 ppm），同时在位置增加一个 1 480 nm 的泵浦激光器，通过一个 WDM 耦合器将泵浦光引入发送光纤，实现遥泵 EDFA。此外，由于 WDM/TDMA-PON 通常采用多级结构实现 ODN，使网络设计人员可以采用更灵活的 ODN 组网方式，根据接入用户的实际分布，方便地构成树型、环型等网络拓扑。4 结束语与现有的 TDMA-PON 技术相比，WDM-PON 在提高光纤接入方案的可扩展性方面优势明显，目前已经在部分国家（如韩国）开始了测试和试商用。随着 WDM-PON 技术的不断发展，其在关键器件成本、性能以及方案的标准化方面所存在的诸多问题会逐步解决，这一成长中的 PON 技术必将在未来的接入网络建设中发挥更大的作用。
