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作 者：工業(yè)和信息化部電信研究院通信標準研究所 陸洋
目前光纖接入網(wǎng)主要采用EPON或GPON，上下行均工作在單一波長，各用戶通過時分的方式進行數(shù)據(jù)傳輸。這種在單一波長上為每用戶分配時間片的機制，既限制了每用戶的可用帶寬，又大大浪費了光纖自身的可用帶寬。將WDM技術引入到PON系統(tǒng)中，即WDM-PON，可以將用戶接入帶寬增加數(shù)倍乃至數(shù)十倍，滿足用戶的終極需求，因此WDM-PON也被認為是下一代接入網(wǎng)的解決方案。
技術方案
在WDM-PON系統(tǒng)中，多個不同波長同時工作，因此最直接的WDM-PON方案是OLT中有多個不同波長的光源，每個ONU也使用特定波長的光源，各點對點連接都按預先設計的波長進行配置和工作。如果波長數(shù)越多，需要的光源種類也越多，帶來嚴重的倉儲問題，這對ONU尤其突出。由于存在嚴重的ONU倉儲問題，固定光源的解決方案難以應用于商用WDM-PON系統(tǒng)，因此使用無色ONU已基本成為當前WDM-PON相關研究的共識，基于無色ONU的技術方案是WDM-PON系統(tǒng)的主流。無色ONU的實現(xiàn)技術根據(jù)使用的器件不同可分為可調(diào)激光器、寬譜光源和無光源三類。
圖1 ONU中采用寬譜光源的WDM - PON 系統(tǒng)
可調(diào)激光器是使用波長可調(diào)的激光器使ONU可以工作在不同的波長，可調(diào)激光器也工作在特定波長，但可通過輔助手段對波長進行調(diào)諧，如電調(diào)諧、溫度調(diào)諧和機械調(diào)諧，這樣在系統(tǒng)中可使用同樣的激光器以產(chǎn)生不同的工作波長。但是可調(diào)激光器比傳統(tǒng)PON系統(tǒng)中使用的激光器更為復雜，價格也較為高昂，因此在目前的WDM-PON系統(tǒng)中一般不采用。
第二種方案是在ONU中放置一個寬譜光源，發(fā)出的光從ONU出來后，再接一個WDM設備，比如薄膜濾波器或者AWG，對信號進行譜分割，只允許特定的波長部分通過并傳輸?shù)轿挥谥行木值腛LT。這樣各個ONU具有相同的光源，但由于它們接在WDM合波器的不同端口上，從而可為每個通道生成單獨的波長信號。ONU中采用寬譜光源的WDM-PON系統(tǒng)如圖1所示。寬譜光源可采用SLED、ASE-EDFA和ASE-RSOA等。在采用寬譜光源的WDM-PON系統(tǒng)中，光源發(fā)出的光中只有很窄的一部分譜線被用作承載上行信號，而其他大量的能量都被浪費了，因此需要光源提供足夠的光功率。此外，頻譜分割會引起較大的線性串擾，限制了系統(tǒng)的動態(tài)范圍，需要適當?shù)剡x擇復用器和解復用器的通帶譜寬以及信道間隔。
另一種方案是在ONU處無光源，系統(tǒng)中的所有光源都置于OLT處，并通過AWG進行譜分割后向ONU提供特定波長的光信號，而ONU直接對此光信號進行調(diào)制，以產(chǎn)生上行信號，如圖2所示。根據(jù)上行光信號的路徑，這類方案也稱為基于反射的無色ONU實現(xiàn)方案。在這種實現(xiàn)方案中，寬譜光源發(fā)出的光經(jīng)AWG分波后提供給不同的ONU作為上行光源，因此沒有光信號的浪費。寬譜光源仍可選用放大的自發(fā)輻射的SLED、EDFA和RSOA等，被稱作種子光源。根據(jù)所采用的反射器件的不同，又有多種技術方案。無光源ONU中使用的調(diào)制器，要求價格低廉，能工作在整個溫度范圍，不受偏振影響，大的光帶寬，插入損耗小，低噪聲。常用的反射調(diào)制器有注入鎖定的FP-LD、RSOA以及EAM、M-ZSOA等，它們可工作的光譜范圍較寬，即器件性能與輸入光信號的波長基本無關，從而可在所有ONU中使用相同的器件，實現(xiàn)ONU的無色。
多方推動各自為政
WDM-PON可以視作PON的終極形態(tài)，但在近期還很難大規(guī)模的應用，主要原因包括：缺乏國際標準、設備商投入較少、各種器件如芯片、光模塊和寬帶光源技術還不成熟，世界范圍內(nèi)能提供商用WDM-PON系統(tǒng)的設備制造商也屈指可數(shù)。NoveraOptics的WDM-PON系統(tǒng)使用基于注入鎖定的FP-LD技術，目前可實現(xiàn)32波長，每波長1.25Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸，這樣在單方向上可提供20Gb/s的帶寬。日本的富士通公司也制定了致力于降低WDM-PON技術成本的短期和長期研發(fā)項目，他們采用RSOA作為ONU處的反射調(diào)制裝置，推出了介于GPON和WDM-PON之間的過渡技術——HybridGPON(HG-PON)架構，將GPON的下行鏈路的容量提高了七倍。韓國的IP寬帶接入設備供應商Corecess與ETRI合作，也采用RSOA來構建WDM-PON平臺，可以傳輸16路1.25Gb/s的數(shù)據(jù)。此外，Pirelli公司與意大利電信、Alcatel-Lucent以及Italtel合作，也展示了它們基于CWDM-PON的FTTB/FTTC實驗網(wǎng)絡。
圖2 ONU中無光源的WDM- PON 系統(tǒng)
在運營商方面，韓國電信(KT)是世界上最堅定的WDM-PON技術支持者，它們與LG-Nortel和NoveraOptics合作，由LG-Nortel進行部署，NoveraOptics提供設備，從2005年在光州開始進行5萬戶、16波的WDM-PON實驗，到目前系統(tǒng)部署已超過10萬線。雖然只有KT部署了相對較大規(guī)模的WDM-PON網(wǎng)絡進行運營，但其他運營商也對WDM-PON表示出濃厚的興趣，并有計劃選擇WDM-PON作為下一代接入網(wǎng)的候選技術方案，包括NTT、Verizon以及歐洲的一些運營商。荷蘭的UNET和挪威的INS基于LG-Nortel的技術，開展了WDM-PON的實驗，UNET使用WDM-PON部署FTTB試商用網(wǎng)絡，為高端商業(yè)用戶提供性能更佳的服務。
除了成本偏高以外，缺乏標準化是目前WDM-PON技術發(fā)展中面臨的最大障礙。但隨著WDM-PON相關研究的逐漸活躍，標準組織也開始考慮WDM-PON的標準化工作。目前ITU/FSAN組織在完成GPON的標準化工作之后，開始下一代PON的標準研究，成立了NGAPON工作組。NGAPON工作組在第一階段將考慮在現(xiàn)有GPON的下行通過疊加多個波長形成所謂的stackedPON來成倍增加下行帶寬，而WDM-PON的相關工作將在后續(xù)展開，包括WDM-PON與現(xiàn)在的TDM-PON相結合的混合PON技術。
從目前的情況來看，在EPON和GPON之后的下一代PON技術將主要向著10GEPON和10GGPON的方向發(fā)展，而WDM-PON主要受到成本制約，同時也缺乏相應的業(yè)務推動，運營商在近期暫時還不會大規(guī)模的部署，但由于WDM-PON的技術方面的先進性，隨著其不斷成熟，可能會成為中遠期的技術選擇。
WDM-PON以其提供的巨大帶寬被認為是下一代的光接入網(wǎng)技術。WDM-PON可用于多種應用場合，如FTTx、本地匯聚傳輸以及可能的基站回傳等，為不同的用戶提供差分化的服務。但由于目前器件的成熟度、設備成本和標準化程度等方面的限制，只有少量商用產(chǎn)品在實驗局部署，但隨著技術的進一步完善和發(fā)展，WDM-PON將會在未來的接入網(wǎng)中占據(jù)一席之地，發(fā)揮更大的作用。
