探討新型無源光接入網的關鍵技術應用

彭揚名

摘 要：為了滿足寬帶接入對帶寬的需求，要關注光接入網在寬帶接入的應用，分析新型無源光網絡的OCDMA/WDM系統結構，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的關鍵技術，例如：正交波分復用無源光網絡系統的超連續譜光源技術、光纖光柵技術等，更加靈活地處理帶寬資源，提升帶寬效率，改善和優化網絡系統性能。

關鍵詞：新型 無源 光接入網 關鍵技術

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

互聯網通信技術處于快速發展的趨勢下，帶寬需求日益增加，對網絡的服務性能也提出更高的要求，在當前電信網、廣播電視網、互聯網三網融合的背景下，通信接入網成為關注的焦點和核心，寬帶接入網技術正逐漸向IP化、寬帶化方向發展和邁進。

1 接入網及無源光網絡概述

無源光網絡相較于有源光網絡（AON）而言，體現出傳輸距離大、投入成本低、用戶容量大等優勢特點，實現靈活便捷的擴容，具有動態帶寬的分配特性，能夠承載多種數據業務的傳送和操作，它通過點對多點的通信方式，利用無源光節點傳送信號，較好地規避電磁干擾及雷電災害因素，突破接入網的瓶頸問題，是極具潛力的寬帶技術。當前研究的主要技術有：（1）時分復用無源光網絡（TDM）PON。它是在下行方向采用廣播方式、上行方向采用時分復用方式，依賴于一個波長實現上行數據和下行數據的傳送。（2）波分復用無源光網絡（WDM）PON。這是采用波分復用方式的點對點傳輸網絡，由于受到一些因素的限制而尚未大規模的采用，例如：寬帶光源和光模塊芯片等關鍵光器件不夠成熟；缺乏統一的國際標準；波分復用/解復用器和光發射/接收模塊系統的器件昂貴等，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絡（OCDMA）。它是一種多址接入技術，以OCDMA編解碼器、構造地址碼為關鍵技術，廣泛應用于光纖通信和無線通信之中，尤其在全光接入方面體現出不可比擬的優勢，極大地提升接入網系統的性能，實現完全異步傳輸。從無源光網絡的發展趨勢來看，未來會傾向于大容量的單波長系統和密集波分復用技術，提升無源光網絡的應用效果[1]。

2 OCDMA/WDM混合無源光網絡技術分析

2.1 混合接入系統架構

該系統包括有光線路終端、遠端節點、光網絡單元等部分，內部組件有光編解碼器、光收發器和耦合器、波長路由器、收發器和編解碼器等，能夠在頻域內對帶寬進行波分復用，合理分配不同波長信道的地址碼，提升系統的準確解碼和安全保密性能。

2.2 關鍵技術

OCDMA/WDM混合無源光網絡的關鍵技術主要有以下內容：（1）WDM-PON技術。這是以波分復用技術為支撐的點對點無源光網絡，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、搶占資源的現象。同時，不同業務可以在不同波長的依托下進行無障礙傳輸，實現各業務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、超結構光纖光柵、陣列波導光柵的時域編解碼方案等。

3 正交波分復用無源光網絡系統分析

3.1 系統方案設計

考慮到多網融合背景下的網絡高帶寬需求，可以將正交波分復用技術引入到網絡之中，使頻譜交疊時信道的串擾最小，并在設計中無須使用波分復用/解復用器，僅須采用低成本、高性能的分路器和耦合器進行設計，有效避免長途波分復用傳輸中的色散問題。

3.2 正交波分復用關鍵技術分析

正交波分復用技術是基于波分復用的前提，以超短脈沖光源和SSFBG為載體，實現矩形光脈沖的整形，通過合理設置波長間隔，使不同光波道頻譜正交交疊和波分復用，具有極高的頻帶利用率。其關鍵技術主要包括有：（1）超連續譜光源。超連續譜光源利用窄帶入射脈沖在非線性介質中生成的寬帶連續譜，獲取相干光載波，體現出高相干性、高穩定性、光譜平坦性的優勢特點。（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生的一種衍射光柵現象，并根據不同應用場合的拓寬條件，進行不同的分類[2]。

4 基于OFDM的無源光網絡系統分析

4.1 OFDMA-PON系統結構

正交頻分復用（OFDM）技術作為一種先進的調制技術，體現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）。在將正交頻分復用技術應用于無源光接入網的過程中，使高速數據流串并變換形成多路低速數據流，再加載到頻譜正交的子載波上，較好地提升系統的頻譜效率。在OFDMA-PON系統結構之中，主要包括光線路終端、光網絡單元和光分配網絡，體現出高度的重配置性、動態帶寬分配和透明傳輸的性能。

4.2 關鍵技術

該系統的關鍵技術主要為O-OFDM技術。該技術實現大容量數據傳輸，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）現象，提升數據傳輸率，有效利用頻譜資源。具體的關鍵技術指標有：（1）抑制峰值平均功率比。也即峰值功率和其平均功率之比，通過技術應用規避光纖通信系統中的信號失真的現象。（2）同步技術。在不同多址方式相結合的OFDM系統應用中，頻率和時域同步是關鍵，必須充分考慮O-OFDM系統采用低復雜度、科學合理的同步技術。（3）單抽頭均衡技術。這主要包括電學均衡和光學均衡技術，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用無源光網絡技術分析

5.1 WDM-PON光源方案

基于頻譜分割的波分復用無源光網絡技術有自身的技術優勢，然而其光器件成本昂貴，成為系統應用的阻礙、為此，要研究低成本、可靠性高的光源，可以設計如下方案：（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，主要應用于ONU、OLT的兩端。（2）波長指定光源。可以采用控制器、監控電路等裝置，發出固定波長的光源，并將其應用于ONU、OLT的兩端。（3）共享光源。該方案適用于ONU側，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關鍵技術

它以網絡中ONU的位置確定發射波長，對于波長沒有選擇性。主要包括以下技術：（1）寬光源頻譜分割技術。以寬譜光源為依托，調制上行信號，并經由波分復用器AWG進行波長過濾，再將寬光源傳輸到OLT側。（2）可調諧激光器技術。該技術簡單靈活，具有較高的覆蓋范圍和傳輸距離，調制速率高，信號的抗色散性較強。（3）無光源技術。該技術在ONU側沒有光源，僅在OLT側設置光源并實現上下行光信號的傳輸[3]。

6 結語

綜上所述，隨著接入網的光纖化發展趨勢，無源光網絡是經濟有效的光接入網，能夠利用各種關鍵性技術，改善系統性能，滿足用戶需求。并要不斷優化正交波分復用無源光網絡系統的傳輸性能，加強OFDMA-PON的MAC層協議和算法研究。

參考文獻

[1] 白巍.智能泛在光接入網關鍵技術研究[D].北京郵電大學，2018.

[2] 劉明濤.下一代光接入網中基于SOA/RSOA的光信號處理關鍵技術研究[D].北京郵電大學，2012.

[3] 鄭冠男.混合無源光網絡關鍵技術研究[D].北京郵電大學，2011.