探究波分復用無源光網絡核心技術

現在無源光網絡（PON）是解決接入網最后的關鍵技術，也是實現FTTX最具有新引力的技術手段。“無源”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在接入網發展過程中比較具有優勢的一個方面。

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絡（PSPON）以及波分復用型無源光網絡（WDMPON）兩種。現在，APON、BPON、EPON、GPON四種都屬于功率分割型無源光網絡（PSPON）。功率分割型無源光網絡（PSPON），使用的是星型耦合器分路，通過TDMA/TDM的方式實現上下行的傳送，最終實現信道帶寬的共享，然后由分路器將OLT發出的信號分別發送到各個ONU上。波分復用型無源光網絡（WDMPON）是把波分復用技術應用到無源光網絡（PON）當中，光分路器識別OLT然后發出不同的波長，把信號分配到不同的ONU當中去。

功率分割型無源光網絡（PSPON）雖然發展的比較成熟，尤其是在北美國家和日本EPON和GPON已經有了很大的規模不熟，但是功率分割型無源光網絡（PSPON）還是有許多關鍵性的問題沒能得到解決，像是快速比特同步、動態帶寬分配、基線漂移、ONU的測距與延時補償、突發模式光收發模塊的設計等內容。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，因為波分復用技術的波分復用型無源光網絡（WDMPON）是使用波長標石用戶端的，通過波分復用技術完成上行介入，這樣可以實現更寬的工作帶寬，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中ONU的測距、快速比特同步等很多技術上的重點難題，同時在網絡管理和系統升級的性能方面具有很多優點。技術不斷進步，波分復用關鍵的成本也有所下降，特別是無源光器件的成本降幅最大，品質好，價格低的WDM器件源源不斷的出現，波分復用型無源光網絡（WDMPON）技術將會是今后PON接入網可以看得到的好的發展前景的發展態勢。以下，就重點探究波分復用型無源光網絡（WDMPON）中的OLT光源、ONU光源、光分路器三方面所涉及的技術及選擇問題。

1OLT光源的選擇

現在多波長能源的構造方法有很多，其中一種方法就是確定一組波長接近，離散并且可以調節的DFB激光器（DFB激光器陣列），通過溫度進行調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對溫度進行控制，然后一起調諧，這樣可以方便監控波長，但是因為DFB的激光器的輸出波長會隨著波導的有效折射率產生變化，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）它是將半導體放大器以及WGR（WaveguideGratingRouter）技術相結合的一種新的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光柵之間構成了光學腔，假如放大器的增益可以制約光學腔里面的損失，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光柵的濾波特性所決定的。可以直接調節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光柵之中的波導的長度所影響的，能夠控制到精確的程度，可以通過對同一個溫度的控制，同一調節不同的波道長度，這樣可以方便控制波長，是比較好的OLT光源選擇。現在為止，已經有16信道間隔成200GHz以及20信道間隔成400GHz的MFL的產品被研制出來，可以直接將速率調制到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。在脈沖傳輸的時候，在高速調制器中數據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，波分復用器一般都被叫做波長路由器，它通過下行信號解復用，同時將其分配到指定的OUN中，并且將上行信號復用到一根光纖上，最后傳輸到OLT當中。波長分路器的主要構成基本是陣列波導光柵（AWG），現在，實現波長分路器的過程中要對串擾問題，溫度穩定性的問題還有色散效應進行高度關注。

分析AWG器件，因為其隔離度不夠好，另外會受到非線性光學效應的影響，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器件的系統性使用。AWG的組成主要有幾個部分，包括輸出，平板導波和波導陣列組合，這幾方面都在一個襯底上集成存在。

聚焦模場和輸出波導的場不是矩形的結構分布，它是直接形成串擾的來源。現今，總結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系統中，AWG器件幾乎都設置在野外，這樣外部的環境溫度變化就比較明顯。因為AWG主要是由石英制作而成的，同時適應的折射率會隨著溫度的改變而改變，這樣，AWG復用的信道波長就會受到溫度的影響。在溫度發生變化的時候，保證信道波長保持穩定是比較值得研究的內容。現在，人們已經探討除了很多方式能夠提升AWG的溫度的穩定程度。其中通過折射率溫度采取反方向變化的方式就是在波導或在陳列波導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不產生變化。再有，還能夠使用聚合物材料制造陣列波導光柵的，比如說丙稀鹽酸和聚硅樹脂，這樣的材質能夠降低熱膨脹系數，因此控制折射率。

在WDMPON系統的接入距離不斷增加的時候，光纖以及陣列波導的色散效應會增加系統誤碼率。現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，假如波導光柵輸出的響應頻率的二次相移特性保持穩定，并且頻帶和幅度都符合規定，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的波長范圍內工作。到現在為止，有四種光源可供選擇。

第一種，單頻激光器。現在，寬調諧單模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市場化。

第二種，回環。光回環的本質是通過OLT發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節，然后發送到OLT當中去。光回環技術不用使用ONU光源，但同時也有一些不足之處。光回環技術要求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備，放大器就一定要設置在ONU當中，這樣設定的后果就會使ONU的成本有所提升。回環技術還有一項不足，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傳輸，這樣光線的數量就需要增加，路由器端口的數量也會提升，再有設備的安裝，維護和保養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，在發射光通過AWG復用器之后，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連接的復用器斷空的影響的，由輸出信號復用到一根光纖上，然后由OLT經過解復用器最終到達目的接收機的位置。現在，WDM－PON系統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，發光二級管之類的寬帶光源對WDM－PON系統進行分割，和能夠調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，這樣就會使功率預算的壓力變大；另外還有可能產生信道間的串擾，對系統的動態范圍產生制約；再有，因為多模或者呆呆光源本身就存在集中噪聲，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制速率。

第四種，波長鎖定FP激光器。現在，通過波長對FP激光器進行鎖定的WDMPON系統逐漸被接受并應用到商業范圍當中。WDMPON系統是將FP激光器看成是發射器，主要用于發射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輻射（ASE）信號放大，自發輻射（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激光器形成出現單波長模式，由此可以控制并制約產生的多波長模式。最近的產品能夠對16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鏈路的預算。

從PON出現開始，在長時間的發展成熟之后，有APON、EPON、GPON、WDM－PON等眾多相應的技術概念被提出來，因為WDM－PON將WDM的技術和PON拓撲結構優勢有效地結合在一起，逐漸變成了性能強大的接入方式的一種。

現在，WDM－PON系統發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。但是光纖接入網技術比較先進的國家早就已經開始研究，測試并且在一定規模內使用發展商用WDM－PON系統了，其技術層面已經有了很大的突破。主要突破之處在于能夠使其局端設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定性較強的AWG的技術手段。再有，有技術研究表明，采用比較特殊的光學技術手段，能夠將每個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，同時還會因為使用數量不斷增長，價格也會隨之降低。雖然現今WDM－PON的技術應用還不是十分成熟，但是隨著對其中相應的器件技術的了解，穩定和成熟之后，以及寬帶用戶的使用量的提升，就會提升整個行業和需求市場對WDM－PON技術的關注程度。

和另外不同的寬帶接入形式相比較，WDM-PON剛開始構建的時候需要投入較大量的資金。另外，WDM-PON技術應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、寬調諧單頻激光器及集成放大器的LED等都還沒能形成規模較大的商用生產階段，其使用也是小范圍的開發試驗所采用。關于上行傳輸，光環回技術以及頻譜分割幾項內容都有一些不足存在于其中。站在長遠的角度看這個問題，分析它的發展，以當面，因為WDM技術在骨干網和城域網中有所應用，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，用戶對寬帶業務的需求量一定會不斷增多，密集波分復用技術會成為寬帶接入的重要選擇方案。