波分复用无源光网络核心技术分析

随着互联网的持续快速发展，各种新业务层出不穷，使得人们对网络接入带宽的需求持续增加，特别是网络游戏、会议电视、视频点播等业务，使传统的接入方式不能满足带宽的需求。据相关数据分析，未来3年，用户的平均带宽需求将超过10M。与其他有线、无线接入技术相比，光纤接入在带宽容量和覆盖距离方面具有很大的优势。随着低成本PON技术的出现和迅速成熟，以及光纤光缆成本的快速下降，运营商接入网络光纤化的想法将逐步得以实现。

目前，无源光网络（PON）是解决接入网"最后一公里"、实现FTTX的最具吸引力的技术。"无源"是指ODN中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成。因此，其管理维护的成本较低，这是PON在接入网发展中最具优势的一面。

PON按信号分配方式可以分为功率分割型无源光网络（PSPON）和波分复用型无源光网络（WDMPON）。目前，APON、BPON、EPON、GPON均属于PSPON。PSPON采用星型耦合器分路，上/下行传送采用TDMA/TDM方式，实现共享信道带宽，分路器通过功率分配将OLT发出的信号分配到各个ONU上。WDMPON则是将波分复用技术运用在PON中，光分路器通过识别OLT发出各种波长，将信号分配到各路ONU。

虽然PSPON较为成熟，特加是EPON、GPON在北美、日本已经有较大规模的部署，但PSPON仍然存在关键问题需要解决，比如快速比特同步、动态带宽分配、基线漂移、ONU的测距与延时补偿、突发模式光收发模块的设计等。虽然一些问题得到了解决，但成本较高。而基于波分复用技术的WDMPON采用波长作为用户端ONU的标识，利用波分复用技术实现上行接入，能够提供较宽的工作带宽，可以实现真正意义上的对称宽带接入。同时，还可以避免时分多址技术中ONU的测距、快速比特同步等诸多技术难点，并且在网络管理以及系统升级性能方面具有明显优势。随着技术的进步，波分复用光器件的成本尤其是无源光器件的成本大幅度下降，质优价廉的WDM器件不断出现，WDMPON技术将成为PON接入网一个可以预见的发展趋势。下面，对WDMPON中的OLT光源、ONU光源、光分路器所涉及的核心技术问题逐一进行分析。

OLT光源的选择

目前，有多种方法构造多波长光源。第一种方法是选择一组波长接近的、离散的、可调谐的DFB激光器（DFB激光器阵列），利用温度调谐产生多波长的下行信号。DFB激光器阵列输出光谱可以通过控制温度统一调谐，容易实现波长监控，但由于DFB激光器输出波长随波导有效折射率变化，很难精确控制输出光谱与波长路由器信道间隔匹配。

第二种方法是采用多频激光器（MFL）。MFL是一种基于集成半导体放大器和WGR（WaveguideGratingRouter）技术的新型WDM激光器，包含N个光放大器和一个1хN的阵列波导光栅，阵列波导光栅的每个输入端集成一个光放大器。在光放大器和阵列波导光栅输出端之间形成一个光学腔，如果放大器的增益克服腔内的损耗，则有激光输出，输出波长由阵列波导光栅的滤波特性决定。通过直接调制各个放大器的偏置电流，就可以产生多波长的下行信号。MFL的波长间隔由阵列波导光栅中的波导长度差决定，可以精确控制，各波长可以通过控制同一个温度统一调节，便于波长监控，是理想的OLT光源。目前已经开发出16信道间隔为200GHz和20信道间隔为400GHz的MFL的产品，直接调制速率为622Mbit/s。

第三种方法是比特交错光源。它使用了一个飞秒级（10-15）光纤激光器产生一个1.5um附近70nm谱宽的脉冲，这一脉冲被22KM长的标准单模光纤啁啾。随着脉冲的传输，数据可在高速调制器中以比特交错的方式被加以编码。

光分路器的选择

在WDM－PON中，波分复用器通常称为波长路由器，它解复用下行信号，并分配给指定的OUN，同时把上行信号复用到一根光纤，传输到OLT。波长分路器主要由阵列波导光栅（AWG）构成。目前，在波长分路器实现中需要关注串扰、温度稳定性问题以及色散效应。

针对AWG器件，由于隔离度不理想或者非线性光学效应的影响，其他光通道的信号会泄露到传输通道形成噪声，从而对系统性能造成影响。AWG由输入输出波导、平板波导和波导阵列组成，都集成在同一衬底。聚焦模场和输出波导的场分布不是矩形结构，它是串扰的最直接来源。目前，已经有三种方法来抑制串扰，即激光束逐点扫描法、变迹相位模板法、均匀相位模板法。

在WDMPON系统中，AWG器件一般都放在野外，环境温度变化比较大。由于AWG的主要材料是石英，而石英的折射率易随着温度的变化而变化，因此，AWG复用的信道波长容易受温度的影响。温度变化时，如何保证信