下一代无源光网络发展策略分析

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三、超高速超大容量PON：

　　由于WDM-PON的信息复用模式与TDM不同，因此对40Gb/s的系统，如果采用了WDM-PON，例如使用的AWG有32个通道，那么单通道的调制速率也仅仅1.25Gb/s，这样色散、非线性的影响都并不强烈。而第三代PON，所说的超大容量，超高速，是说单通道调制就达到或超过40Gb/s的系统。与单通道10Gb/s的系统不同，此时不仅色散会严重恶化信号质量，非线性，以及PMD同样会对传输产生致命影响。因此，这里我对这样的系统，概括近来最有应用潜力的三项技术，并重点揭示他们的整合优势：

1.偏振复用技术：

　　偏振作为光的一个基本物理属性，和波长、时间、频率等参数一样，都可以用于信息复用。而传统系统要使用偏振复用并不容易，因为光纤中的偏振态会随着传输距离的增加而改变，特别对于高速系统，由于偏振相关损耗（PDL）和偏振模式色散（PMD）的交互影响，信号质量的稳定性值得商榷。但对于超高速，超大容量系统，偏振复用的使用能够简单的让单通道传输容量加倍，其常规现方式如图6所示。

图6. 偏振复用的实现

2.差分四相相移键控（DQPSK）调制格式：

　　DQPSK是近年来非常受关注的信号调制格式。和偏振复用一样，使用DQPSK调制也能将频谱利用效率加倍。两者的差别可以从图7看到。

图7. 偏振复用与DQPSK概念比较示意图

我们知道相位漂移监控（DPSK）是非常受关注的调制格式，因为其是基于相位上的"0"和"π"来表示两个不同的信号阶，因此强度上维持了常数的包络。这对高调制速率信号很有意义，因为常数强度包络对非线性具有良好的抵御力。但是从图中可以看到，DPSK是典型的二进制调制，频谱利用率不高。为了进一步提高频谱利用率，有两种技术可以被采用。其一是上面提到的偏振复用技术，其二就是DQPSK调制格式的采用。我们对比图7和图3就可以容易的理解，DQPSK本质上就是一种光学双二进制调制，在"0"和"π"之间引入了"π/2"这个中间参考阶，进而将频谱利用率翻倍。当然，如图7所示，如果我们同时采用偏振复用和DQPSK调制，就可以将频谱利用率提高四倍。和前面提高的光学双二进制调制类似，DQPSK格式除了在频谱利用率上具有优势，同时也能提高对色散、非线性以及PMD的公差。

3.相干检测技术：

　　我们知道现有的光通信系统都是非相干系统，当然采用的检测技术基本都是以直接探测为基础的非相干检测。相干探测则常采用零差和外差两种方式。显然其实现起来比非相干检测要难很多，要求也高很多。但相干检测从性能上具有明显优势，首先其高灵敏度特性能有效提高无中继传输距离，其次相干检测能显著抑制噪声的影响，降低带间串扰的影响，这对密集波分复用系统尤为有利。

4.三种技术结合使用的集团优势：

　　以上谈到的三种技术，都是近年来研究密集，受关注颇多的技术。但可以看到，单独用任何一项，尽管具有很多优势，但也具有很多难点。如果权衡性价比要求，似乎为改善性能带来的额外成本问题，会让技术推广得不偿失。但我们结合使用这些技术，却能实现良好的优势互补，产生1+1>2的独特效果。

　　例如，我们知道偏振复用能将频谱利用率加倍，但其对偏振非常敏感，特别对高速系统，由于PMD的影响，偏振态的微小变化既会影响复用效果，也会影响信号传输质量。显然，单独应用偏振复用，我们必须对偏振严格控制，并对PMD监控，补偿。但如果我们同时使用偏振复用和DQPSK调制格式，因为DQPSK对色散、非线性、PMD都具有很高的公差，使得两种技术结合使用时，偏振复用也不再对PMD影响那么敏感。起到了优势互补的作用。

图8. 结合使用偏振复用、DQPSK的相干检测系统

此外，对偏振复用的系统解复用也是一个难点，需要附加的元器件和子系统都相对昂贵。图8给出了对偏振复用、DQPSK混合使用系统的相干检测系统。从图中可以看到，相干检测系统本身就可以用于对相位调制的DQPSK信号解调。同时在相干探测，将光信号转换为电信号后，就能在电子域对偏振复用的信号进行偏振解复用。使得三者变得都很容易。这样的混合系统既集成了各自的独立优势，又能难点互补。总结来看，三者的混合技术具有如下特点：

（1） DQPSK+偏振复用，能获得最大化的频谱利用率，每字符加载四字节信号；
　　（2） DQPSK为系统提供了对色散、非线性和PMD最大化的公差；
　　（3）相干检测可以和相位解调并行使用，且能在电子域对偏振复用信号解复用；
　　（4）用于偏振解复用的DSP模块同时也能用于电子色散补偿功能，并可对非线性、PMD在电子域进一步补偿。

　　作一个总结，我在这里就个人知识背景，总结了未来一段时间内，无源光网络的发展趋势，就技术选择和预期提供的网络容量来讲，可分三个台阶。每个台阶都有自己的焦点问题，和富有潜力的技术。

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