下一代无源光网络发展策略分析

在光接入技术领域，无源光网络（PON）无疑是话题最多，也是最受系统开发商推崇的技术。大家知道目前商用的PON以EPON和GPON为主，实际系统又以EPON居多，事实上真正的GPON系统并不多见。随着IPTV、HDTV、双向视频、数字家庭娱乐等多元化业务的发展，现有PON的容量已日显捉襟见肘。随之下一代PON（NG-PON）的开发和商用开始被系统开发商提上技术储备日程。关于这方面的技术研究和预测很多。这里我想就我自己的知识背景和研发经验，对NG-PON的发展步骤，和每一步非常有潜力的技术做一些预测和总结分析。

　　就NG-PON，综合现有商用系统和潜力技术两方面综合考虑，其发展趋势大致分为三个步骤，可以将其归纳为EPON/GPON无缝升级（NG1）、WDM-PON（NG2）和超高速超大容量PON（NG3）。以爱立信为例，其希望能在2010年推出10Gb/s的NG1系统，在2015年推出至少40Gb/s的NG2系统。而NG3目前更多的是停留在实验原理研究阶段。

　　如果我们将现有PON的技术起点定在EPON/GPON，以GPON为例，能提供2.5Gb/s的下行传输和1.25Gb/s的上行传输。就NG1而言，其概念要点在于成本考虑，即我们不希望对现有EPON、GPON网络做太多的改变，希望通过平滑的技术升级，在不影响已有服务的情况下，对系统做升级，支持具有更高容量需求的新业务。通常这种升级希望下行至少实现10Gb/s的容量，上行至少实现2.5Gb/s的传输。就这一步，我将重点分析潜在的"无缝"升级技术，目标是对已存在的EPON/GPON用户接入不产生任何影响情况下，实现最低成本的系统升级。此外，我将重点介绍在这一步里非常具有应用潜力的两项技术，光学双二进制调制和电子色散补偿。

　　就NG2，通常指的是容量超过40Gb/s的系统。我们知道时分复用（TDM）在这个容量要求上已经无能为力。但就这一步而言，究竟采用何种技术还没有定论，在没有更好替代技术前提下，无疑WDM-PON会被提上应用日程。我们知道WDM-PON原理上有数不清的优势，但之所以这些年来，被开发商和运营商冷遇，原因在于其高昂的成本。要让其走向实用化，如何有效降低成本是关键。也许有朋友已经获悉，今年爱立信刚从欧盟拉到一个数额庞大的资助项目，并成立了一个名为GigaWaM的小组，专门致力于WDM-PON成本降低的研究。欧洲力图重点攻关，解决WDM-PON推广的最大瓶颈--价格。就我所知，除了爱立信，欧洲还有Tellabs Inc., France Telecom SA, Intracom Holdings S.A., FiconTEC GmbH等公司或机构正开展着相似的工作。因此在这一步里，我将重点分析降低WDM-PON成本的关键技术。

　　就NG3，目标锁定在几百Gb/s，甚至Tb/s的超高速，超大容量系统。这似乎离眼前的市场需求相去甚远。但技术的开拓是永无止境的，很多知名公司的预研部门，如NTT、Bell实验室等都开展着相关研究。在这一步里，我将就现有提出的，对超高速，超大容量的NG3系统应用最具潜力的三项技术，偏振复用、DQPSK调制和相干检测做概括介绍。并重点揭示这些技术结合使用的集团性优势。

一、对EPON/GPON的无缝升级（smooth update）：

　　就NG1而言，前面已经提到了，开发原则归纳为两个字，就是兼容。即开发的10Gb/s的新系统只能是对现有EPON/GPON的升级，让新系统同时支持已有EPON/GPON的用户和新购买更大带宽的新用户。以下行GPON为例，就是要让系统同时传输2.5Gb/s的老服务和10Gb/s以上的新服务，且要求两者互不干扰。即升级指导思想是两个，一是平滑，二是低成本。要做到平滑的无缝升级，就不可能对现有系统的传输骨干网做任何改动，而只能在收发端略作调整。

图1. NG1的构成示意图

图1是爱立信的NG1传输网络示意图，其符合我们上述描述的应用模式，让骨干网里同时传输两种服务模式。爱立信这里并没有直接告诉我们如何实现这种无缝对接。但已有很多技术性论文阐述了这一点。如果要把图1的模式现实化，最容易想到是把图中的Co-exister用一个WDM器取代，即采用波分复用，使用两个不同的波长来传输两种不同的服务。但简单的这样做，会带来很多麻烦。最直接的问题是在ONU端，新旧用户通过分束器都会接收到两种业务，如何区分开呢，通常我们必须要在每个ONU前加一个粗解复用器。这对用户数量巨大的局域网，显然不是一个经济性的解决方案。换个角度，我们所期望的无缝升级就是不对已存在的ONU做任何改进，而只对新服务使用的那些ONU做一些小的客户端升级，让其享受更新的带宽服务。类似的实现方式也有不少，比较典型的是图2所示，Bell实验室的一个方案。

图2. Bell实验室建议的NG1方案

图中可以看到，该计划仍使用四个波长，两个支持原EPON/GPON服务上下行传输，另两个支持新的10Gb/s服务上下行传输。而在下行方向上，新服务使用略大的波长做载波。在OLT，新老服务被独立调制后经过一个波分复用器复用到骨干网传输。这里有特色的是新服务信号的调制方式，可以从图2看到，新服务没有被调制在载波基带上，而被调制在边带上。而老服务信号采用正常的调制方式。在ONU端，我们知道每个ONU的构成上，通常都含有一个电子的低通滤波器（LPF）。因此在信号被探测后，在电子域，对老的那些ONU，可以容易的通过LPF滤除加载新服务的那些边带信号（近似于噪声的影响）。而享用新服务的那些ONU则需要一个CWDM器来区分两个波长信号。从图2可看到，采用这样的技术策略，对原有老用户，没有做任何改动，却避免了来自新服务的串扰影响。而对新用户，则需要使用一个2×1的粗波分复用器，这样的器件，采用光纤熔融拉锥工艺，单个成本通常在几十块钱以内。

　　总结来看，NG1将仍使用时分复用模式，如何对现有系统做最小改动，实现最大兼容才是关键。而新服务毕竟具有更高传输速率，特别对超过10Gb/s的系统，色散成为影响信号质量的最关键系统损伤因素。如何有效维持数据在原有系统里稳定传输，抑制串扰呢？显然，我们在前述的技术框架下，只能对新服务的OLT和ONU做适当改进。我认为，以下两种技术非常适合NG1支持高比特率新服务应用：