探討新型無源光接入網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

彭揚名

摘 要：為了滿足寬帶接入對帶寬的需求，要關(guān)注光接入網(wǎng)在寬帶接入的應(yīng)用，分析新型無源光網(wǎng)絡(luò)的OCDMA/WDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使之具有良好的安全使用性能，并探討和分析新型無源光接入網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，例如：正交波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的超連續(xù)譜光源技術(shù)、光纖光柵技術(shù)等，更加靈活地處理帶寬資源，提升帶寬效率，改善和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能。

關(guān)鍵詞：新型 無源 光接入網(wǎng) 關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TN929 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（c）-0020-02

互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)處于快速發(fā)展的趨勢下，帶寬需求日益增加，對網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)性能也提出更高的要求，在當(dāng)前電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)三網(wǎng)融合的背景下，通信接入網(wǎng)成為關(guān)注的焦點和核心，寬帶接入網(wǎng)技術(shù)正逐漸向IP化、寬帶化方向發(fā)展和邁進。

1 接入網(wǎng)及無源光網(wǎng)絡(luò)概述

無源光網(wǎng)絡(luò)相較于有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）而言，體現(xiàn)出傳輸距離大、投入成本低、用戶容量大等優(yōu)勢特點，實現(xiàn)靈活便捷的擴容，具有動態(tài)帶寬的分配特性，能夠承載多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送和操作，它通過點對多點的通信方式，利用無源光節(jié)點傳送信號，較好地規(guī)避電磁干擾及雷電災(zāi)害因素，突破接入網(wǎng)的瓶頸問題，是極具潛力的寬帶技術(shù)。當(dāng)前研究的主要技術(shù)有：（1）時分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（TDM）PON。它是在下行方向采用廣播方式、上行方向采用時分復(fù)用方式，依賴于一個波長實現(xiàn)上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)的傳送。（2）波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（WDM）PON。這是采用波分復(fù)用方式的點對點傳輸網(wǎng)絡(luò)，由于受到一些因素的限制而尚未大規(guī)模的采用，例如：寬帶光源和光模塊芯片等關(guān)鍵光器件不夠成熟；缺乏統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)；波分復(fù)用/解復(fù)用器和光發(fā)射/接收模塊系統(tǒng)的器件昂貴等，目前尚無法滿足多用戶同時接入的需求。（3）基于光碼分多址接入無源光網(wǎng)絡(luò)（OCDMA）。它是一種多址接入技術(shù)，以O(shè)CDMA編解碼器、構(gòu)造地址碼為關(guān)鍵技術(shù)，廣泛應(yīng)用于光纖通信和無線通信之中，尤其在全光接入方面體現(xiàn)出不可比擬的優(yōu)勢，極大地提升接入網(wǎng)系統(tǒng)的性能，實現(xiàn)完全異步傳輸。從無源光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢來看，未來會傾向于大容量的單波長系統(tǒng)和密集波分復(fù)用技術(shù)，提升無源光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用效果[1]。

2 OCDMA/WDM混合無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析

2.1 混合接入系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)包括有光線路終端、遠(yuǎn)端節(jié)點、光網(wǎng)絡(luò)單元等部分，內(nèi)部組件有光編解碼器、光收發(fā)器和耦合器、波長路由器、收發(fā)器和編解碼器等，能夠在頻域內(nèi)對帶寬進行波分復(fù)用，合理分配不同波長信道的地址碼，提升系統(tǒng)的準(zhǔn)確解碼和安全保密性能。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

OCDMA/WDM混合無源光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下內(nèi)容：（1）WDM-PON技術(shù)。這是以波分復(fù)用技術(shù)為支撐的點對點無源光網(wǎng)絡(luò)，能夠為不同的ONU提供獨立波長通道和更高的帶寬，避免上行信道擁擠、搶占資源的現(xiàn)象。同時，不同業(yè)務(wù)可以在不同波長的依托下進行無障礙傳輸，實現(xiàn)各業(yè)務(wù)和速率的完全透明和安全性。（2）光編解碼器。在確定了選用的地址碼之后，可以采用不同的解碼方案，例如：利用衍射光柵和相位掩模板的頻域編解碼方案；利用光纖延時線的時域編解碼方案；利用光纖光柵、超結(jié)構(gòu)光纖光柵、陣列波導(dǎo)光柵的時域編解碼方案等。

3 正交波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析

3.1 系統(tǒng)方案設(shè)計

考慮到多網(wǎng)融合背景下的網(wǎng)絡(luò)高帶寬需求，可以將正交波分復(fù)用技術(shù)引入到網(wǎng)絡(luò)之中，使頻譜交疊時信道的串?dāng)_最小，并在設(shè)計中無須使用波分復(fù)用/解復(fù)用器，僅須采用低成本、高性能的分路器和耦合器進行設(shè)計，有效避免長途波分復(fù)用傳輸中的色散問題。

3.2 正交波分復(fù)用關(guān)鍵技術(shù)分析

正交波分復(fù)用技術(shù)是基于波分復(fù)用的前提，以超短脈沖光源和SSFBG為載體，實現(xiàn)矩形光脈沖的整形，通過合理設(shè)置波長間隔，使不同光波道頻譜正交交疊和波分復(fù)用，具有極高的頻帶利用率。其關(guān)鍵技術(shù)主要包括有：（1）超連續(xù)譜光源。超連續(xù)譜光源利用窄帶入射脈沖在非線性介質(zhì)中生成的寬帶連續(xù)譜，獲取相干光載波，體現(xiàn)出高相干性、高穩(wěn)定性、光譜平坦性的優(yōu)勢特點。（2）光纖光柵。這是一種無源濾波器件，由軸向上纖芯的折射率周期性變化而產(chǎn)生的一種衍射光柵現(xiàn)象，并根據(jù)不同應(yīng)用場合的拓寬條件，進行不同的分類[2]。

4 基于OFDM的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析

4.1 OFDMA-PON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)作為一種先進的調(diào)制技術(shù)，體現(xiàn)出較高的頻譜利用率、抑制碼間干擾和多徑衰落的特性，通過相鄰子頻帶交疊、子信道信號相互正交的方式，較好地消除子載波間的干擾（ICI）。在將正交頻分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用于無源光接入網(wǎng)的過程中，使高速數(shù)據(jù)流串并變換形成多路低速數(shù)據(jù)流，再加載到頻譜正交的子載波上，較好地提升系統(tǒng)的頻譜效率。在OFDMA-PON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之中，主要包括光線路終端、光網(wǎng)絡(luò)單元和光分配網(wǎng)絡(luò)，體現(xiàn)出高度的重配置性、動態(tài)帶寬分配和透明傳輸?shù)男阅堋?/p>

4.2 關(guān)鍵技術(shù)

該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要為O-OFDM技術(shù)。該技術(shù)實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)傳輸，具有良好的信道容量擴展能力，避免由色散而引起的符號間干擾（ISI）現(xiàn)象，提升數(shù)據(jù)傳輸率，有效利用頻譜資源。具體的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)有：（1）抑制峰值平均功率比。也即峰值功率和其平均功率之比，通過技術(shù)應(yīng)用規(guī)避光纖通信系統(tǒng)中的信號失真的現(xiàn)象。（2）同步技術(shù)。在不同多址方式相結(jié)合的OFDM系統(tǒng)應(yīng)用中，頻率和時域同步是關(guān)鍵，必須充分考慮O-OFDM系統(tǒng)采用低復(fù)雜度、科學(xué)合理的同步技術(shù)。（3）單抽頭均衡技術(shù)。這主要包括電學(xué)均衡和光學(xué)均衡技術(shù)，減少光通信中的色散和符號間干擾。

5 基于頻譜分割的波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析

5.1 WDM-PON光源方案

基于頻譜分割的波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有自身的技術(shù)優(yōu)勢，然而其光器件成本昂貴，成為系統(tǒng)應(yīng)用的阻礙、為此，要研究低成本、可靠性高的光源，可以設(shè)計如下方案：（1）自由選擇波長光源。利用濾波器和注入信號的方式，確定自由選擇波長光源的輸出波長，主要應(yīng)用于ONU、OLT的兩端。（2）波長指定光源?？梢圆捎每刂破?、監(jiān)控電路等裝置，發(fā)出固定波長的光源，并將其應(yīng)用于ONU、OLT的兩端。（3）共享光源。該方案適用于ONU側(cè)，要具有足夠大的光功率承載上下行信號的傳輸。

5.2 無色ONU關(guān)鍵技術(shù)

它以網(wǎng)絡(luò)中ONU的位置確定發(fā)射波長，對于波長沒有選擇性。主要包括以下技術(shù)：（1）寬光源頻譜分割技術(shù)。以寬譜光源為依托，調(diào)制上行信號，并經(jīng)由波分復(fù)用器AWG進行波長過濾，再將寬光源傳輸?shù)絆LT側(cè)。（2）可調(diào)諧激光器技術(shù)。該技術(shù)簡單靈活，具有較高的覆蓋范圍和傳輸距離，調(diào)制速率高，信號的抗色散性較強。（3）無光源技術(shù)。該技術(shù)在ONU側(cè)沒有光源，僅在OLT側(cè)設(shè)置光源并實現(xiàn)上下行光信號的傳輸[3]。

6 結(jié)語

綜上所述，隨著接入網(wǎng)的光纖化發(fā)展趨勢，無源光網(wǎng)絡(luò)是經(jīng)濟有效的光接入網(wǎng)，能夠利用各種關(guān)鍵性技術(shù)，改善系統(tǒng)性能，滿足用戶需求。并要不斷優(yōu)化正交波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的傳輸性能，加強OFDMA-PON的MAC層協(xié)議和算法研究。

參考文獻

[1] 白巍.智能泛在光接入網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué)，2018.

[2] 劉明濤.下一代光接入網(wǎng)中基于SOA/RSOA的光信號處理關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué)，2012.

[3] 鄭冠男.混合無源光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué)，2011.