基于RSOA的雙向長距離WDM-PON系統研究

楊斐，趙亮，唐亮

（石家莊郵電職業技術學院，河北石家莊，050000）

0 引言

目前在我國的光纖寬帶接入網絡中，主要采用基于以太網無源光網絡EPON和千兆無源光網絡GPON技術，其主要為用戶提供三網融合業務，其中包括電視業務，數據業務和語音業務。然而隨著信息數據呈現爆炸式的發展態勢，超清視頻、IPTV、交互式游戲等新型互聯網業務對光纖接入寬帶的需求將快速增長，與此同時隨著移動互聯網以及物聯網業務的興起，用戶對接入帶寬的需求也將大幅提高。研究表明，在上述需求的驅動下，未來的無源光網絡（PON）將為用戶提供 1Gb/s 以上的接入帶寬，所以傳統的時分復用無源光網絡接入帶寬無法滿足各類業務帶寬需求，下一代無源光網絡將具有高速對稱業務帶寬，用戶數據安全性和靈活性的特點。可以預見，未來波分復用無源光網絡（WDMPON）技術將成為下一代光接入網的主流技術。

1 波分復用無源光網絡系統結構與特點

典型的波分復用無源光網絡（WDM-PON）系統的基本原理如圖1所示，在光線路終端（OLT）側采用不同波長λn光信號承載不同用戶的下行數據，在接收端每個不同的光網絡單元（ONU）只接收其所對應波長為λn的下行光信號，依據此原理可實現光線路終端（OLT）與光網絡單元（ONU）之間的點對多點連接。在遠端節點（RN）中WDM-PON系統通常采用波分復用/解復用器（AWG），在下行方向上復用器將OLT發送端不同波長的光信號復用至同一條光纖中，經過系統傳輸后再利用解復用器將不同波長λn的光信號數據分別發送到其波長對應的ONU中。由于WDM-PON系統中不同波長承載不同的用戶數據，因此每個ONU的光接收機只會接收所對應特定波長λn的下行光信號。而ONU1至ONUn的上行信號會調制在指定的上行波長λ1至λn上，并且通過遠端節點中的波分復用器復用后傳輸至ODN 中。

波分復用無源光網絡具有以下技術特點：

（1）由于采用了波分復用技術，每個用戶獨享單一波長，用戶接入速率得到極大提高，同時解復用器對不同用戶數據進行分離，提升了數據傳輸的安全性；

圖1 波分復用無源光網絡（WDM—PON）的系統結構

（2）WDM-PON對通信協議以及數據格式速率透明，資源調度機制較為簡單；

（3）網絡管理和升級方面具有明顯的優勢，若提升網絡傳輸速率時，只需對單個ONU進行改造和升級，無需改造原有ODN，也不會影響其他用戶ONU的正常使用。

2 基于RSOA的波分復用無源光網絡系統仿真

本文介紹了波分復用無源光網絡（WDM-PON）系統提供一個單一波長的下行數據和上行數據。為了提高網絡的波長利用率，系統仿真采用了單波長的下行和上行數據傳輸。這不僅減少了所需的光源和波長數目也減輕了WDM-PON復雜性。

仿真中展示了一個10 Gbit/s全雙工波長重用WDMPON系統，在系統的上、下行傳輸方向分別使用反射型半導體放大器和連續波激光器（CW）進行設計。此外，系統中還提出了一種由光纖布拉格光柵（FBG）陣列構成的色散補償方案。為了抑制反射光拍頻噪聲（OBN），系統在上行ONU側和下行OLT側通過貝塞爾低通濾波器（LPF1）和貝塞爾低通濾波器（LPF2）進行濾波，系統仿真結構圖如圖2所示。

圖2 基于RSOA的WDM—PON系統仿真結構圖

在實驗仿真中光接入網常規單模光纖傳輸長度為35km，ONU1的光載波信號波長為1550nm，ODN中常規單模光纖衰減系數設置為0.2 dB/km，光纖色散系數設置為16.75 ps/nm·km。同時在實驗中建立了光纖非線性效應、瑞利散射和衰減效應。光纖光柵的色散系數等于-200 ps/nm。摻鉺光纖放大器（EDFA）的噪聲系數為1，增益等于分別為4dB和10dB。光分路器插入損耗等于0.5dB。

■2.1 反射型半導體放大器注入光功率分析

在實驗仿真中，我們將馬赫-增德爾調制器（MZM）的消光比設置為30dB，調節上行信號輸出光功率，使RSOA的注入光功率范圍為-10dBm至-20dBm，通過optisystem14.0仿真測試得到，反射型半導體放大器輸入光功率與上行OLT接收端Q因子的對應關系如圖3所示。通過仿真顯示當RSOA輸入光功率在-20至-10dBm之間時，其工作在線性放大區，此時該器件對下行光載波的擦除效果不明顯，且系統信號的Q因子小于8，因此在ONU接收端無法利用RSOA進行信號再調制。而當下行接收端輸入光功率大于-10dBm 時，反射型半導體放大器將工作在其增益飽和區，此時系統的光功率增益快速降低，下行信號1與信號0輸出功率近似，此時反射型半導體放大器對下行載波的擦除作用顯著，可利用下行信號進行再調制，系統對應的Q因子>8，而且輸入光功率與Q因子取值成正比，顯示上行方向傳輸性能良好。

■2.2 上下行信號傳輸特性分析

在該實驗仿真中利用光纖布拉格光柵（FBG）陣列對色散進行了最佳補償。在前向色散補償方案中采用光纖光柵，可以消除色散引起的超強度噪聲。外部調制的下行信號從OLT傳輸到光網絡單元（ONU）通過單模光纖，摻鉺光纖放大器（EDFA）和貝塞爾光學帶通濾波器1（OBPF 1）。在ONU接收端通過1：2光分路器將下行信號分為兩部分，一部分輸入光電檢測器（PIN），另一部分輸入至反射型半導體放大器（RSOA）中利用RSOA工作在飽和區的特性，對下行光載波進行信號再調制。實驗仿真中對ONU側接收端光功率與誤碼率進行采集，下行光功率與誤碼率對應關系如圖4所示，接收端光功率越高其系統誤碼率越小，其接收功率與系統誤碼率成反比。通過對OLT接收端眼圖和誤碼率進行觀測如圖5所示，發現接收端眼圖展開幅度較大，且無碼間干擾可實現上行信號無差錯傳輸。

圖3 RSOA輸入光功率與接收端Q值對應圖

圖4 下行接收光功率與誤碼率的關系

圖5 上行接收端眼圖

3 結束語

該系統成功仿真了35公里的波分復用無源光網絡（WDM-PON）系統。系統成功的將下行10 Gbit/s和上行10 Gbit/s數據復用至單一波長中。本文所提出的WDMPON系統的傳輸距離較長而而可以保證傳輸可靠性。同時系統采用布拉格光纖光柵緩解了色散對系統傳輸性能的影響，得到了上行和下行兩個方向的無誤差傳輸。值得注意的是，在OLT前端插入布拉格光纖光柵可有效的緩解瑞利后向散射噪聲對上行數據和下行數據的影響，同時也可提高接收器靈敏度。

* [1]H. Kim, “10 Gbit/s operation of RSOA using a delayinter ferometer,” IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 22, no. 18,pp.1379–1381, Sep. 2010.

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