探究波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)

現(xiàn)在無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）是解決接入網(wǎng)最后的關(guān)鍵技術(shù)，也是實現(xiàn)FTTX最具有新引力的技術(shù)手段?！盁o源”就是說ODN中沒有任何一個有源的電子器件和電子電源，完全都是由光分路器（Splitter）等無源器件所構(gòu)成的。所以，他的管理維護的投入資金比較少，這是PON在接入網(wǎng)發(fā)展過程中比較具有優(yōu)勢的一個方面。

按照信號分配方式對PON進行分來可以分成功率分割型無源光網(wǎng)絡(luò)（PSPON）以及波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)（WDMPON）兩種。現(xiàn)在，APON、BPON、EPON、GPON四種都屬于功率分割型無源光網(wǎng)絡(luò)（PSPON）。功率分割型無源光網(wǎng)絡(luò)（PSPON），使用的是星型耦合器分路，通過TDMA/TDM的方式實現(xiàn)上下行的傳送，最終實現(xiàn)信道帶寬的共享，然后由分路器將OLT發(fā)出的信號分別發(fā)送到各個ONU上。波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)（WDMPON）是把波分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用到無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）當中，光分路器識別OLT然后發(fā)出不同的波長，把信號分配到不同的ONU當中去。

功率分割型無源光網(wǎng)絡(luò)（PSPON）雖然發(fā)展的比較成熟，尤其是在北美國家和日本EPON和GPON已經(jīng)有了很大的規(guī)模不熟，但是功率分割型無源光網(wǎng)絡(luò)（PSPON）還是有許多關(guān)鍵性的問題沒能得到解決，像是快速比特同步、動態(tài)帶寬分配、基線漂移、ONU的測距與延時補償、突發(fā)模式光收發(fā)模塊的設(shè)計等內(nèi)容。雖然有一些有所解決，但是所需要的資金投入太高。另一方面，因為波分復(fù)用技術(shù)的波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)（WDMPON）是使用波長標石用戶端的，通過波分復(fù)用技術(shù)完成上行介入，這樣可以實現(xiàn)更寬的工作帶寬，由此完成真正的對稱寬帶的完全介入。另外一方面，還能夠防止時分多址技術(shù)中ONU的測距、快速比特同步等很多技術(shù)上的重點難題，同時在網(wǎng)絡(luò)管理和系統(tǒng)升級的性能方面具有很多優(yōu)點。技術(shù)不斷進步，波分復(fù)用關(guān)鍵的成本也有所下降，特別是無源光器件的成本降幅最大，品質(zhì)好，價格低的WDM器件源源不斷的出現(xiàn)，波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)（WDMPON）技術(shù)將會是今后PON接入網(wǎng)可以看得到的好的發(fā)展前景的發(fā)展態(tài)勢。以下，就重點探究波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)（WDMPON）中的OLT光源、ONU光源、光分路器三方面所涉及的技術(shù)及選擇問題。

1OLT光源的選擇

現(xiàn)在多波長能源的構(gòu)造方法有很多，其中一種方法就是確定一組波長接近，離散并且可以調(diào)節(jié)的DFB激光器（DFB激光器陣列），通過溫度進行調(diào)諧形成不同波長的下行信號。DFB激光器陣列所輸出的光譜能夠?qū)囟冗M行控制，然后一起調(diào)諧，這樣可以方便監(jiān)控波長，但是因為DFB的激光器的輸出波長會隨著波導(dǎo)的有效折射率產(chǎn)生變化，也不能簡單的就是先對輸出光譜和波長路由器信道間隔匹配的控制。

另外一種方法就是運用多頻激光器（MFL）。多頻激光器（MFL）它是將半導(dǎo)體放大器以及WGR（WaveguideGratingRouter）技術(shù)相結(jié)合的一種新的WDM激光器，其中有N個光放大器，有1хN的陣列波導(dǎo)光柵，它的個股輸入端繼承一個光放大器。然后在它和陣列波導(dǎo)光柵之間構(gòu)成了光學(xué)腔，假如放大器的增益可以制約光學(xué)腔里面的損失，就會有激光輸出出來，所輸出的激光波長的長度是由陣列波導(dǎo)光柵的濾波特性所決定的。可以直接調(diào)節(jié)不同放大器的位置電流，這樣就能夠形成不同波長的下行信號。MFL的波長間隔完全是受陣列波導(dǎo)光柵之中的波導(dǎo)的長度所影響的，能夠控制到精確的程度，可以通過對同一個溫度的控制，同一調(diào)節(jié)不同的波道長度，這樣可以方便控制波長，是比較好的OLT光源選擇?，F(xiàn)在為止，已經(jīng)有16信道間隔成200GHz以及20信道間隔成400GHz的MFL的產(chǎn)品被研制出來，可以直接將速率調(diào)制到622Mbit/s。

還有一種方法就是比特交錯光源。它是使用十到十五的飛秒級光纖激光器，由此形成了1.5um附近70nm譜寬的脈沖，然后由22KM長的標準單模光纖啁啾這個70nm譜寬的脈沖。在脈沖傳輸?shù)臅r候，在高速調(diào)制器中數(shù)據(jù)可以以比特交錯的方式被加以編碼。

2光分路器的選擇

在WDM－PON當中，波分復(fù)用器一般都被叫做波長路由器，它通過下行信號解復(fù)用，同時將其分配到指定的OUN中，并且將上行信號復(fù)用到一根光纖上，最后傳輸?shù)絆LT當中。波長分路器的主要構(gòu)成基本是陣列波導(dǎo)光柵（AWG），現(xiàn)在，實現(xiàn)波長分路器的過程中要對串擾問題，溫度穩(wěn)定性的問題還有色散效應(yīng)進行高度關(guān)注。

分析AWG器件，因為其隔離度不夠好，另外會受到非線性光學(xué)效應(yīng)的影響，這樣其他的光通道的信號就會因此泄露到傳輸通道當中，形成噪聲，進而影響AWG器件的系統(tǒng)性使用。AWG的組成主要有幾個部分，包括輸出，平板導(dǎo)波和波導(dǎo)陣列組合，這幾方面都在一個襯底上集成存在。

聚焦模場和輸出波導(dǎo)的場不是矩形的結(jié)構(gòu)分布，它是直接形成串擾的來源?，F(xiàn)今，總結(jié)出三種方式控制串擾，主要有激光束逐點掃描法、變跡相位模板法、均勻相位模板法三種。

在整個WDMPON系統(tǒng)中，AWG器件幾乎都設(shè)置在野外，這樣外部的環(huán)境溫度變化就比較明顯。因為AWG主要是由石英制作而成的，同時適應(yīng)的折射率會隨著溫度的改變而改變，這樣，AWG復(fù)用的信道波長就會受到溫度的影響。在溫度發(fā)生變化的時候，保證信道波長保持穩(wěn)定是比較值得研究的內(nèi)容?，F(xiàn)在，人們已經(jīng)探討除了很多方式能夠提升AWG的溫度的穩(wěn)定程度。其中通過折射率溫度采取反方向變化的方式就是在波導(dǎo)或在陳列波導(dǎo)之間刻蝕不同長度的凹槽的這種方式控制溫度。這樣的方式能夠保證AWG的光譜影像控制在零下二十到八十度內(nèi)不產(chǎn)生變化。再有，還能夠使用聚合物材料制造陣列波導(dǎo)光柵的，比如說丙稀鹽酸和聚硅樹脂，這樣的材質(zhì)能夠降低熱膨脹系數(shù)，因此控制折射率。

在WDMPON系統(tǒng)的接入距離不斷增加的時候，光纖以及陣列波導(dǎo)的色散效應(yīng)會增加系統(tǒng)誤碼率?，F(xiàn)在相對比較有效地解決這種情況的辦法就是色散補償光纖光柵，運用在AWG中加補償光纖光柵對色散特性進行改善，色散不長久時壓縮補償頻率二次相移所形成的脈沖展寬，假如波導(dǎo)光柵輸出的響應(yīng)頻率的二次相移特性保持穩(wěn)定，并且頻帶和幅度都符合規(guī)定，就可以認定這種色散補償效果比較好。

3ONU光源的選擇

ONU光源在選擇的時候需要注意的重點是要容易安裝和維護，并且盡量保證資金投入較低，還有就是要保證光譜要在整個WDMPON的波長范圍內(nèi)工作。到現(xiàn)在為止，有四種光源可供選擇。

第一種，單頻激光器?，F(xiàn)在，寬調(diào)諧單模DFB激光器陣列能夠滿足所有項目需求，但是其價格比較高，并且正處在實驗的階段，并沒有真正意義上的實現(xiàn)市場化。

第二種，回環(huán)。光回環(huán)的本質(zhì)是通過OLT發(fā)出部分的下行光信號，以此作為載波，然后在ONU中對上行信號進行調(diào)節(jié)，然后發(fā)送到OLT當中去。光回環(huán)技術(shù)不用使用ONU光源，但同時也有一些不足之處。光回環(huán)技術(shù)要求OLT有比較大的光源輸出功率，以確保能夠完成上下行的傳輸。如果OLT光的功率不夠高，解決的方法就是將上行信號方法。想要在OLT和ONU兩者之間保持無源設(shè)備，放大器就一定要設(shè)置在ONU當中，這樣設(shè)定的后果就會使ONU的成本有所提升?；丨h(huán)技術(shù)還有一項不足，就是如果想要防止瑞利后向散射造成的相對比較大的影響，就要把上行和下行信號相分離，使其在不同的光纖內(nèi)傳輸，這樣光線的數(shù)量就需要增加，路由器端口的數(shù)量也會提升，再有設(shè)備的安裝，維護和保養(yǎng)的工作的難度也會隨之提升。

第三種，光譜分割。光譜分割的原理就是通過WDM－PON利用寬帶光源作為ONU的光源，在發(fā)射光通過AWG復(fù)用器之后，輸出信號部分的頻譜屬于之前寬帶信號的一部分，它的波長是受到和ONU連接的復(fù)用器斷空的影響的，由輸出信號復(fù)用到一根光纖上，然后由OLT經(jīng)過解復(fù)用器最終到達目的接收機的位置。現(xiàn)在，WDM－PON系統(tǒng)當中幾乎都使用窄帶光濾波器頻譜分割寬頻譜的光源，使得每一個WDM信道都能夠獲得一個可以當做上行光源的光波。頻譜通過LED，發(fā)光二級管之類的寬帶光源對WDM－PON系統(tǒng)進行分割，和能夠調(diào)諧的單頻激光器相比較，類似這種寬帶光源比較簡單，并且資金投入小，這樣的特性對成本控制嚴格的接入網(wǎng)是比較好的選擇。光譜分割比較大的缺點就是頻譜分割會使光功率的損耗加大，達到18dB，一般LED光源的入纖功率基本只在-10dBm的額度，這樣就會使功率預(yù)算的壓力變大；另外還有可能產(chǎn)生信道間的串擾，對系統(tǒng)的動態(tài)范圍產(chǎn)生制約；再有，因為多?；蛘叽舸艄庠幢旧砭痛嬖诩性肼?，包括模分散噪聲、光差拍噪聲、強度噪聲幾種，會在一定程度上限制調(diào)制速率。

第四種，波長鎖定FP激光器。現(xiàn)在，通過波長對FP激光器進行鎖定的WDMPON系統(tǒng)逐漸被接受并應(yīng)用到商業(yè)范圍當中。WDMPON系統(tǒng)是將FP激光器看成是發(fā)射器，主要用于發(fā)射OLT和ONU信號。其工作原理是摻鉺光纖放大器形成光譜并且將自發(fā)輻射（ASE）信號放大，自發(fā)輻射（ASE）信號通過OLT最終到AWG處，同時由AWG對其實行光譜分割，形成不同的幾個窄帶信號。所形成的窄帶信號會被注入到ONU不同，但是類型相同的FP激光器當中，這樣就能夠破事FP激光器形成出現(xiàn)單波長模式，由此可以控制并制約產(chǎn)生的多波長模式。最近的產(chǎn)品能夠?qū)?6個WDM信道提供支持，其信道間隔是200GHz，每個信道的速率是1.25Gb/s，能夠承擔約為21dB的ODN鏈路的預(yù)算。

從PON出現(xiàn)開始，在長時間的發(fā)展成熟之后，有APON、EPON、GPON、WDM－PON等眾多相應(yīng)的技術(shù)概念被提出來，因為WDM－PON將WDM的技術(shù)和PON拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)勢有效地結(jié)合在一起，逐漸變成了性能強大的接入方式的一種。

現(xiàn)在，WDM－PON系統(tǒng)發(fā)展所面臨的主要問題就是器件的價格比較高，很多都還處在實驗的理論研究的過程。但是光纖接入網(wǎng)技術(shù)比較先進的國家早就已經(jīng)開始研究，測試并且在一定規(guī)模內(nèi)使用發(fā)展商用WDM－PON系統(tǒng)了，其技術(shù)層面已經(jīng)有了很大的突破。主要突破之處在于能夠使其局端設(shè)備不再需要很多個激光器，這樣就能夠減少降低資金投入，采用波長鎖定和溫度穩(wěn)定性較強的AWG的技術(shù)手段。再有，有技術(shù)研究表明，采用比較特殊的光學(xué)技術(shù)手段，能夠?qū)⒚總€用戶的使用成本降低到，比目前EPON用戶使用成本的兩倍之內(nèi)，同時還會因為使用數(shù)量不斷增長，價格也會隨之降低。雖然現(xiàn)今WDM－PON的技術(shù)應(yīng)用還不是十分成熟，但是隨著對其中相應(yīng)的器件技術(shù)的了解，穩(wěn)定和成熟之后，以及寬帶用戶的使用量的提升，就會提升整個行業(yè)和需求市場對WDM－PON技術(shù)的關(guān)注程度。

和另外不同的寬帶接入形式相比較，WDM-PON剛開始構(gòu)建的時候需要投入較大量的資金。另外，WDM-PON技術(shù)應(yīng)用所需要的各種光電器件還不是十分成熟，比如說多頻激光器、寬調(diào)諧單頻激光器及集成放大器的LED等都還沒能形成規(guī)模較大的商用生產(chǎn)階段，其使用也是小范圍的開發(fā)試驗所采用。關(guān)于上行傳輸，光環(huán)回技術(shù)以及頻譜分割幾項內(nèi)容都有一些不足存在于其中。站在長遠的角度看這個問題，分析它的發(fā)展，以當面，因為WDM技術(shù)在骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)中有所應(yīng)用，推動了WDM器件的成熟，也使得其成本價格有所降低；再有一方面，用戶對寬帶業(yè)務(wù)的需求量一定會不斷增多，密集波分復(fù)用技術(shù)會成為寬帶接入的重要選擇方案。