WDMPON核心技术分析

1、引言

　　随着互联网的持续快速发展，各种新业务层出不穷，使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，使得传统的接入方式将无法满足带宽的需求。根据相关数据分析，未来3年用户平均带宽需求将超过10 Mbit/s。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无与伦比的优势。随着低成本PON（无源光网络）技术的出现和迅速成熟以及光纤光缆成本的快速下降，使运营商接入网光纤化的想法逐步得以实现。

　　目前PON是解决接入网"最后一公里"、实现FTTx的最具吸引力的技术。所谓"无源"，是指ODN中不含有任何有源电子器件及电源，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PSPON（功率分割型无源光网络）和WDMPON（波分复用型无源光网络）。目前的APON、BPON、EPON和GPON均属于PSPON，PSPON采用星型耦合器分路，上/下行传送采用TDMA/TDM方式实现信道带宽共享，分路器通过功率分配将OLT发出的信号分配到各个ONU上。WDMPON技术则是将波分复用技术运用在PON中，光分路器通过识别OLT发出的各种波长，将信号分配到各路ONU。虽然PSPON较为成熟，特别是E-PON、GPON，在北美、日本已经有较大规模的部署，但是PSPON仍然存在一些问题需要解决，例如快速比特同步、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。部分问题虽然得到了解决，但是成本较大。例如，在上行的TDMA复用测距方面，光缆中信号每米传输时间大约为5 ns，而STM-1、STM-16、GE系统的比特周期分别只有6.4 ns、0.4 ns和0.8 ns。可见，随着速率的提高，测距和上行成帧的难度将会大幅度增加。基于波分复用技术的WDMPON采用波长作为用户端ONU标识，利用波分复用技术实现上行接入，能够提供较高的工作带宽，可以实现真正意义上的对称宽带接入。同时，它还可以避免TDMA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都有着明显的优势。随着技术的进步，波分复用光器件的成本，尤其是无源光器件成本大幅度下降，质优价廉的WDM器件不断出现，WDMPON技术将是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进行分析。

2、OLT光源的选择

　　目前有多种方法构造多波长光源。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。由于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的匹配。第二种方法是采用MFL（多频激光器）。MFL是一种基于集成半导体放大器和WGR（Waveguide Grating Router，波导光栅路由器）技术的新型WDM激光器。MFL包含N个光放大器和一个1×N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。目前已经开发出16信道间隔为200 GHz和20信道间隔为400 GHz的MFL产品，直接调制速率为622 Mbit/s。第三种方法是比特交错光源。它使用了一个飞秒级（10-15，）光纤激光器来产生一个1.5μm附近70 nm谱宽的脉冲，这一脉冲被22 km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编码。

3、光分路器的选择

　　在WDMPON系统中，波分复用器通常被称为波长分路器，它解复用下行信号，并分配给指定的ONU，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AWG构成。目前在波长分路器实现当中需要关注的问题有串扰问题、温度稳定性问题和色散效应。

　　由于AWG器件隔离度的不理想和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。聚焦模场和输出波导的场分布不是矩形结构，这是串扰的最直接来源。目前已经有三种方法来抑制串扰：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