WDM-PON组网方案

作 者：工业和信息化部电信研究院通信标准研究所 陆洋 
    目前光纤接入网主要采用EPON或GPON，上下行均工作在单一波长，各用户通过时分的方式进行数据传输。这种在单一波长上为每用户分配时间片的机制，既限制了每用户的可用带宽，又大大浪费了光纤自身的可用带宽。将WDM技术引入到PON系统中，即WDM-PON，可以将用户接入带宽增加数倍乃至数十倍，满足用户的终极需求，因此WDM-PON也被认为是下一代接入网的解决方案。

    技术方案
    在WDM-PON系统中，多个不同波长同时工作，因此最直接的WDM-PON方案是OLT中有多个不同波长的光源，每个ONU也使用特定波长的光源，各点对点连接都按预先设计的波长进行配置和工作。如果波长数越多，需要的光源种类也越多，带来严重的仓储问题，这对ONU尤其突出。由于存在严重的ONU仓储问题，固定光源的解决方案难以应用于商用WDM-PON系统，因此使用无色ONU已基本成为当前WDM-PON相关研究的共识，基于无色ONU的技术方案是WDM-PON系统的主流。无色ONU的实现技术根据使用的器件不同可分为可调激光器、宽谱光源和无光源三类。

      
                 图1 ONU中采用宽谱光源的WDM - PON 系统

    可调激光器是使用波长可调的激光器使ONU可以工作在不同的波长，可调激光器也工作在特定波长，但可通过辅助手段对波长进行调谐，如电调谐、温度调谐和机械调谐，这样在系统中可使用同样的激光器以产生不同的工作波长。但是可调激光器比传统PON系统中使用的激光器更为复杂，价格也较为高昂，因此在目前的WDM-PON系统中一般不采用。
    第二种方案是在ONU中放置一个宽谱光源，发出的光从ONU出来后，再接一个WDM设备，比如薄膜滤波器或者AWG，对信号进行谱分割，只允许特定的波长部分通过并传输到位于中心局的OLT。这样各个ONU具有相同的光源，但由于它们接在WDM合波器的不同端口上，从而可为每个通道生成单独的波长信号。ONU中采用宽谱光源的WDM-PON系统如图1所示。宽谱光源可采用SLED、ASE-EDFA和ASE-RSOA等。在采用宽谱光源的WDM-PON系统中，光源发出的光中只有很窄的一部分谱线被用作承载上行信号，而其他大量的能量都被浪费了，因此需要光源提供足够的光功率。此外，频谱分割会引起较大的线性串扰，限制了系统的动态范围，需要适当地选择复用器和解复用器的通带谱宽以及信道间隔。
    另一种方案是在ONU处无光源，系统中的所有光源都置于OLT处，并通过AWG进行谱分割后向ONU提供特定波长的光信号，而ONU直接对此光信号进行调制，以产生上行信号，如图2所示。根据上行光信号的路径，这类方案也称为基于反射的无色ONU实现方案。在这种实现方案中，宽谱光源发出的光经AWG分波后提供给不同的ONU作为上行光源，因此没有光信号的浪费。宽谱光源仍可选用放大的自发辐射的SLED、EDFA和RSOA等，被称作种子光源。根据所采用的反射器件的不同，又有多种技术方案。无光源ONU中使用的调制器，要求价格低廉，能工作在整个温度范围，不受偏振影响，大的光带宽，插入损耗小，低噪声。常用的反射调制器有注入锁定的FP-LD、RSOA以及EAM、M-ZSOA等，它们可工作的光谱范围较宽，即器件性能与输入光信号的波长基本无关，从而可在所有ONU中使用相同的器件，实现ONU的无色。

    多方推动各自为政
    WDM-PON可以视作PON的终极形态，但在近期还很难大规模的应用，主要原因包括：缺乏国际标准、设备商投入较少、各种器件如芯片、光模块和宽带光源技术还不成熟，世界范围内能提供商用WDM-PON系统的设备制造商也屈指可数。NoveraOptics的WDM-PON系统使用基于注入锁定的FP-LD技术，目前可实现32波长，每波长1.25Gb/s的数据传输，这样在单方向上可提供20Gb/s的带宽。日本的富士通公司也制定了致力于降低WDM-PON技术成本的短期和长期研发项目，他们采用RSOA作为ONU处的反射调制装置，推出了介于GPON和WDM-PON之间的过渡技术——HybridGPON(HG-PON)架构，将GPON的下行链路的容量提高了七倍。韩国的IP宽带接入设备供应商Corecess与ETRI合作，也采用RSOA来构建WDM-PON平台，可以传输16路1.25Gb/s的数据。此外，Pirelli公司与意大利电信、Alcatel-Lucent以及Italtel合作，也展示了它们基于CWDM-PON的FTTB/FTTC实验网络。

       
                   图2 ONU中无光源的WDM- PON 系统

    在运营商方面，韩国电信(KT)是世界上最坚定的WDM-PON技术支持者，它们与LG-Nortel和NoveraOptics合作，由LG-Nortel进行部署，NoveraOptics提供设备，从2005年在光州开始进行5万户、16波的WDM-PON实验，到目前系统部署已超过10万线。虽然只有KT部署了相对较大规模的WDM-PON网络进行运营，但其他运营商也对WDM-PON表示出浓厚的兴趣，并有计划选择WDM-PON作为下一代接入网的候选技术方案，包括NTT、Verizon以及欧洲的一些运营商。荷兰的UNET和挪威的INS基于LG-Nortel的技术，开展了WDM-PON的实验，UNET使用WDM-PON部署FTTB试商用网络，为高端商业用户提供性能更佳的服务。
    除了成本偏高以外，缺乏标准化是目前WDM-PON技术发展中面临的最大障碍。但随着WDM-PON相关研究的逐渐活跃，标准组织也开始考虑WDM-PON的标准化工作。目前ITU/FSAN组织在完成GPON的标准化工作之后，开始下一代PON的标准研究，成立了NGAPON工作组。NGAPON工作组在第一阶段将考虑在现有GPON的下行通过叠加多个波长形成所谓的stackedPON来成倍增加下行带宽，而WDM-PON的相关工作将在后续展开，包括WDM-PON与现在的TDM-PON相结合的混合PON技术。
从目前的情况来看，在EPON和GPON之后的下一代PON技术将主要向着10GEPON和10GGPON的方向发展，而WDM-PON主要受到成本制约，同时也缺乏相应的业务推动，运营商在近期暂时还不会大规模的部署，但由于WDM-PON的技术方面的先进性，随着其不断成熟，可能会成为中远期的技术选择。
    WDM-PON以其提供的巨大带宽被认为是下一代的光接入网技术。WDM-PON可用于多种应用场合，如FTTx、本地汇聚传输以及可能的基站回传等，为不同的用户提供差分化的服务。但由于目前器件的成熟度、设备成本和标准化程度等方面的限制，只有少量商用产品在实验局部署，但随着技术的进一步完善和发展，WDM-PON将会在未来的接入网中占据一席之地，发挥更大的作用。


来源：赛迪网