WDM无源光网络关键技术研究

1　引言

无源光网络（PON）提供光线路终端（OLT）和多个光网络单元（ONU）的连接，共享OLT到远端节点（RN）之间的光纤媒质，具有成本低、便于维护、对各种业务透明等优点，同时PON能够平滑地过渡到FTTH，因而具有美好的发展前景。PON可以分为功率分割型无源光网络（PSPON）和波分复用型无源光网络（WDMPON）。PSPON采用星型耦合器分路，上/下行传送采用TDMA/TDM方式实现共享信道带宽，加上功率分路，从而限制了ONU数量。WDM技术使用多个波长信道增加系统容量，具有支持大量ONU的能力。同时考虑到接入网作为国家信息基础结构的重要组成部分，WDM技术具有长远的生命力，并且质优价廉的WDM器件将不断出现，因此，把WDM技术引入接入网是一个发展趋势。

2WDM-PON的原理

在PON中引入WDM技术有两种方案，一种是为每个ONU分配一对波长，分别用于上行和下行传输，这样就提供了OLT到各ONU固定的虚拟点对点双向连接。另一种是根据需要为ONU动态分配波长，各ONU能够波长共享，网络具有可重构性。

OLT 中使用多波长光源，下传给ONU1、ONU2……ONUn的数据以直接调制或外调制方式，加到波长为λ1、λ2、……λn的光载波上发送，通过波长路由把信号分配给目的ONU，完成下行传输。上行传输时，ONU间采用WDMA解决信道争用问题，每个ONU使用一个特定的波长，因而不需要定时和网络同步。上行信号通过波长路由器复用到一跟光纤上，传到OLT接收端，由WDM接收机接收。

另一种方案称为可重构WDM- PON，其下行传输与第一种方案相同，上行传输时，ONU先使用控制信道向OLT发送传输申请，OLT调度申请为ONU分配波长和时隙，并在下行帧中通知 ONU，ONU收到分配信息后，调谐到分配到波长上，在给定的时隙发送数据。在这种方案中，ONU需要配置一个固定发射机（控制信道）和一个可调发射机（数据信道），其优点是上行波长动态分配，能够支持更多的ONU，提高了波长信道的利用率。
　　
　　3WDM-PON的关键技术

3.1多波长光源

目前有多种方法构造多波长光源。一种方法是选择一组波长接近的、离散的、可调谐的DFB激光器，利用温度调谐产生多波长的下行信号。由于各个波长独立调节，需要监控每个波长，系统变的非常复杂。集成DFB激光器阵列输出光谱可以通过控制温度统一调谐，易于实现波长监控。但由于DFB激光器输出波长随波导有效折射率变化，精确控制输出光谱与波长路由器信道间隔相当匹配困难。

第二种方法是采用多频激光器（MFL）。MFL包含N个光放大器和一个1''''N的阵列波导光栅，阵列波导光栅的每个输入端集成一个光放大器。在光放大器和阵列波导光栅输出端之间形成一个光学腔，如果放大器提供足够的增益克服腔内的损耗，则有激光输出，输出波长由阵列波导光栅的滤波特性决定。通过直接调制各个放大器的偏置电流，就可以产生多波长的下行信号。MFL的波长间隔由阵列波导光栅中的波导长度差决定，可以精确控制，各波长可以通过控制同一个温度统一调节，便于波长监控，是理想的OLT光源。16信道间隔为200GHz和20信道间隔为 400GHz的MFL已有报道，直接调制速率为622Mbit/s。

3.2波分复用器

在WDM -PON中，波分复用器通常称为波长路由器，它解复用下行信号，并分配给指定的OUN，同时把上行信号复用到一根光纤，传输到OLT。它的主要指标有插入损耗、串音、信道间距、偏振依赖性和温度敏感性等。目前已有多种结构的器件，如薄膜干涉滤光片、声光滤波器、光纤光栅、阵列波导栅等。最近几年发展的阵列波导光栅具有尺寸小、易于集成、通道间距窄、性能稳定等优点，促进了WDM-PON的发展。由于石英玻璃的折射率随温度变化而发生变化，阵列波导光栅的信道波长受温度影响。为解决这一问题，已报道了几种对温度不敏感的波导型复用器，其中采用温度补偿方法的复用器对0-85℃范围内的温度变化不敏感，具有良好的性能，有望得广泛应用。

3.3WDM接收机

WDM接收机由解复用器和接收机阵列组成。在WDM接收机中，需考虑解复用器处的线性串音。

3.4波长监控

由于WDM-PON中采用多个波长，而且由于波长路由器一般放在露天，并且没有温度控制，因此，温度对于波长路由器通带变化的影响非常重要。一般说来，波长路由器的温差范围为-40--85℃，通带偏移率为0.011nm/℃。因此，在这样的温差下，波长将有1.4nm的偏移。这样的偏移将与WDM的波长间隔同数量级（100GHz-200GHz），将严重影响WDM-PON的工作。因此，需要OLT中进行波长的检测与调谐工作。或者可以采用Set- and -forget的方法，让各复用波长之间的间隔足够大（400GHz-500GHz），这样可以不对波长进行调整而使温度变化导致的通带偏移在允许范围内而不对系统性能发生不良影响。但是占用的宽光谱不仅仅使资源浪费，而且会使光谱大于正常EDFA的放大范围。另一种方法是采用对温度不敏感的波长路由器，可以不需要或简化波长监控。