無源光網絡中的關鍵技術探析

引言：隨著科學技術的不斷發展進步和人們對通信質量要求的不斷提高，無源光網絡成為未來通信技術的主要發展方向之一。本文介紹了無源光網絡的概念，分析了無源光網絡的結構，并探討了其中的關鍵技術。

一、無源光網絡技術簡介

無源光網絡的簡稱是PON（Passive Optical Network），是指在光網絡單元（ONU）和光線路終端（OLU）之間的沒有任何有源設備的光分配網絡（ODN）。無源光網絡（PON）將光線路終端（OLT）內的收發器連接到多個光網絡單元（ONU）。OLT一般放在網絡中心，為接入網與服務節點提供接口。在OLT與ONU間的一點對多點連接是通過光纖通路上的一個或多個無源分支器件獲得。一般將OL和ONU之間的光纖和分支器件稱為外部設備。這種結構體現了PON的成本優勢：即在OLT與ONU之間沒有有源器件，降低了中間站點的成本和維護費用；PON的多個用戶還可以共享OLT內光電器件的成本。

無源光網絡的拓撲結構直接決定著無源光網絡的經濟性和技術性能等，無源光網絡的拓撲結構類型較多，有環型、總線型、星型等。典型的拓撲結構如圖1所示。

圖1 無源光網絡拓撲結構

由于無源光網絡是一種純介質網絡，因此它可以有效地避免外部設備的電磁干擾及雷電的影響，并且可以有效地減少外部設備和線路發生故障的概率，可大大提高系統運行的可靠性及降低系統的運行成本，是一種非常有前途的通信技術。

二、無源光網絡中的關鍵技術

無源光網絡中涉及到的關鍵技術較多，由于本文的篇幅所限，僅選擇下列幾個有代表性的進行詳細介紹。

（一）光多址接入技術

對于PON系統，在上行方向，具有點到點的結構特征，為了共享傳輸介質，上行傳輸需要采用媒體接人控制協議（即：多址協議），才能保證各個ONU的上行信號完整有序地到達OLT（如圖2所示）。

圖2 上行方向多址接入示意圖

PON系統常用的多址協議有如下幾種：

（1）光波分多址（OWDMA）

光波分多址（OpticalWavelengthDivisionMultipleAccess，OWDMA）方式是指將各ONU的上行傳輸信號分別調制為不同波長的光信號，送至光分路器后耦合到饋線光纖；到達OLT后，利用光分波器分別取出屬于各ONU的不同波長的光信號，再分別通過光電探測器解調為電信號。OWDMA充分利用了光纖的低損耗波長窗口，每個上行傳輸通道完全透明，能夠方便地擴容和升級。與OTDMA相比，OWDMA所用電路設備較為簡單，但OWDMA要求光源頻率穩定度高，上行傳輸地通道數及信噪比受光分波器件性能的限制，系統各通道共享光纖線路而不共享OLT光設備，其系統成本較高。

（2）光碼分多址（OCDMA）

光碼分多址（OpticalCodeDivisionMultipleAccess，OCDMA）方式是指每一個ONU分配一個多址碼。各ONU的上行信號與相應多址碼進行模二加后將其調制為同一波長的信號。各路上行光信號經光分路器合路饋送到光纖到達OLT，在OLT端經探測器檢測出電信號后，再分別與同ONU端同步的相應的多址碼進行模二加，分別恢復各ONU傳輸來的信號。OCDMA系統用戶地址分配靈活，抗干擾性能強；由于每個ONU都有自己獨特的多址碼，故它有十分優越的保密性能。OCDMA不像OTDMA劃分時隙，也不像OWDMA劃分頻段，ONU可以靈活地隨機接入，而不需要與別的ONU同步。但OCDMA容量不大。

（二）測距與補償技術

對于OTDMA—PON系統，由于各ONU到OLT的連接距離不可能相等，且不同節點發出的數據單元時隙沿不同路徑傳輸，將不可能同步地到達OLT接收機，從而不可避免地出現時隙在OLT處發生碰撞的問題。實際上，造成時隙不同步的原因除了收發設備之間物理距離不同外，還有環境溫度變化和光電器件的老化等因素造成的傳輸時延變化等。因此，解決問題的具體措施是通過測距計算時延來加以補償，使所有ONU到OLT的邏輯距離相同。在測距的過程中必須保證測距的精度，G.983.1建議所要求的測距精度為±1b。目前實現測距的方法有：擴頻法測距、帶外法測距和帶內開窗法測距。PON的測距與補償方法是OLT發出一個測距信息，此信息經過OLT內的電子電路和光電轉換延時后，光信號進入光纖傳輸并產生延時到達ONU，經過ONU內的光電轉換和電子電路延時后，又發送光信號到光纖再次產生延時，最后到達OLT，OLT把收到的傳輸延時信號和它發送出去的信號相位進行比較，從而獲得傳輸延時值。

（三）突發模式同步技術

在上行突發傳輸條件下，無論采用哪種測距機制，由于總存在著測距誤差，上行信號還是有一定的相位漂移，需要采用快速同步技術。在該技術中，在上行幀的每個時隙里面存有3字節，為了有效的防止由于微小的相位漂移而對信號造成損壞，因此需要對時間用戶進行保護，前導字節被用于同步獲取。為了達到比特同步，在OLT對上行幀進行接收時需要對前導字節進行搜索，以實現碼流信息的快速獲取；然后根據定界符確定ATM信元的邊界，完成字節同步。OLT只有在收到ONU上行突發的前幾個比特內實現了比特同步，才能使ONU的信號得到恢復。同步獲取的實現主要通過將收到的碼流與特定比特圖案進行一定的運算來進行。一般的滑動搜索方法延時太大，不適用于快速比特同步。所以需要采用并行的滑動搜索方法，即對不同相位的信號進行采樣，將采樣結果同時與同步比特圖案進行運算并比較運算結果。如果設定的相關系數在大于某門限值時將最大值對應的取樣信號作為輸出信號；如果運算得出的多個相關值是相等的，則取相位居中的信號作為輸出信號。

三、結語

無源光網絡由于其顯著的技術優勢和經濟性越來越受到人們的關注，無源光網絡技術的應用和推廣能有效的推動我國通信技術發展，提高我國的通信服務質量。目前在無源光網絡的研究方面我國雖然取得了一定的成績，但在核心技術方面還落后與發達國家，我國需要加大這方面的研發投入，盡快縮小與其它國家的 差距。

參考文獻

[1]姜樂水.淺談PON無源光網絡在接入網中的作用及在工程建設中考慮的因素[J].信息技術與信息化，2011，10：23-25。

[2] 顧林君，沈元隆. 下一代無源光網絡技術[J].通信技術，2010，09：12-14。