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TECHNOLOGIES 技 术 CHINA OPTOELECTRONICS
2012 年 第 7 期
随 着 全 球 变 暖 议 题 升 温 , 绿 色 节 能 网
· 远 程 调 制 设 计
及 薄 膜 波 分 复 用 器 滤 波 器 (TFB WDM) 即 成
为 此 WDM-PON 的 主 要 应 用 。 此 外 , 使 用
AWG 的 好 处 是 , 可 以 通 过 波 长 路 由 的 选 择
特 性 提 供 光 纤 保 护 。
打 造 下 一 代 绿 色 网 络 对 称 式 WDM-PON 备 受 瞩 目
文 | 冯 国 璋
络 设 计 的 需 求 持 续 受 到 电 信 相 关 业 者 的 重
视 , 若 依 平 均 用 户 能 耗 进 行 分 析 , 将 发 现
接 入 网 络 较 核 心 网 络 能 耗 高 一 百 倍 , 也 因
此 重 新 吹 起 节 能 接 入 网 络 的 研 究 风 潮 。 为
此 , 本 篇 将 探 讨 未 来 接 入 网 络 中 的 能 耗 分
析 , 以 作 为 研 发 、 设 计 或 应 用 网 络 通 讯 设
备 时 的 节 能 参 考 。
▲ 图 3 典 型 波 长 种 子 及 射 入 锁 定 设 计 的 无 源 ONU
· 射 入 锁 定 及 波 长 种 子 设 计
在 OLT 端 使 用 宽 带 光 源 (BLS) 或 多 波
长 光 源 (MWL), 以 作 为 所 有 ONU 上 行 信 号
的 依 据 , 如 图 3 所 示 , 在 射 入 锁 定 及 波 长 种
子 设 计 架 构 中 ,ONU 使 用 FP-LD 作 为 发 送
器 , 所 以 激 光 的 波 长 会 依 射 入 之 光 波 而 锁 定 。
借 助 FP-LD 直 接 调 制 后 , 每 一 个 ONU 即
能 送 出 适 当 的 上 行 波 长 λuk(Modulated)。
ONU 发 送 端 以 光 调 制 器 作 为 无 源 ONU
的 架 构 , 其 中 , 每 一 台 ONU 接 收 连 续 特 定
中 心 波 长 的 光 波 , 在 调 制 完 成 后 送 出 形 成 上
行 信 号 , 同 时 配 合 调 制 前 或 调 制 后 的 光 放
大 器 以 放 大 信 号 。 另 外 , 可 使 用 波 长 分 配 器
来 配 置 上 行 和 下 行 不 同 波 长 , 同 时 亦 可 透 过
功 率 分 配 器 重 复 使 用 下 行 波 长 机 制 于 上 行 运
用 , 如 此 可 以 消 除 SOA 调 制 的 强 度 , 以 及
对 下 行 使 用 相 位 调 制 机 制 。
· 频 谱 切 割 设 计
图 5 为 WDM-PON 频 谱 切 割 的 典 型 架
构 , 通 过 强 光 二 极 管 (SLD) 或 像 光 放 大 器
作 为 ONU 的 发 送 器 , 以 产 生 宽 的 光 频 谱 ,
当 光 波 与 上 行 信 号 被 简 易 调 制 后 , 经 由 两 次
复 用 / 解 复 用 送 至 OLT。 不 同 中 心 波 长 的
每 一 个 ONU 的 光 频 谱 被 第 一 个 复 用 / 解 复
用 器 所 切 割 , 之 后 所 有 上 行 信 号 在 馈 送 光 纤
(Feeder Fiber) 被 波 分 复 用 (WDM) 在 一 起 ,
相 同 的 机 制 在 下 行 也 是 如 此 。 经 成 功 地 验 证
得 到 , 使 用 SOA 可 以 有 效 地 抑 制 在 WDM-
PON 因 频 谱 切 割 所 造 成 的 噪 声 强 度 。
静 态 WDM/TDMA-PON 介 绍
静 态 WDM/TDMA-PON 在 每 一 个 传
输 方 向 上 具 备 许 多 波 长 作 为 OLT 和 ONU 传
递 配 置 , 而 每 个 波 长 能 够 由 多 个 ONU 共 同
使 用 , 并 保 持 波 长 在 开 始 安 装 到 移 除 的 一 致
性 , 光 分 路 器 一 般 使 用 功 率 分 路 或 整 合 功 率
及 波 长 滤 波 器 / 路 由 器 。
WDM 覆 罩 在 多 组 TDM-PON 系 统 ,
即 是 静 态 WDM/TDMA-PON 的 例 子 之 一 ,
其 中 每 一 个 TDM-PON 使 用 不 同 的 波 长 ,
因 此 馈 送 光 纤 的 总 系 统 容 量 将 会 增 加 。 图 6
显 示 静 态 WDM/TDMA-PON 基 本 架 构 ,
ONU j1 至 ONU jn(j=1 至 m) 依 相 同 的 波 长
接 入 OLT 对 应 的 接 口 (IFj), 而 λuj 及 λdj
即 分 别 代 表 上 行 及 下 行 。 此 种 架 构 对 于 需 要
延 伸 服 务 距 离 规 划 特 别 有 效 , 一 般 的 Feeder
Fiber 1 约 为 10 ~ 20 公 里 , 而 Feeder
Fiber 2 则 可 以 达 到 40 ~ 80 公 里 的 距 离 。
新 一 代 接 入 网 络 面 临 挑 战
或 滤 波 器 , 提 供 简 易 的 WDM-PON 或 混 合 的 波 长 , 即 每 一 个 方 向 皆 使 用 特 定 波 长 与 光
波 分 复 用 / 时 分 复 用 无 源 式 光 网 络 (WDM/ 纤 线 路 终 端 (OLT) 作 沟 通 。 图 2 显 示 典 型
着 交 互 式 应 用 软 件 、 高 清 频 道 等
随
TDM-PON), 并 使 用 各 种 节 省 成 本 及 能 耗 WDM-PON 架 构 ,ONU k(k=1 到 n) 发 射 上
推 出 ,“ 对 称 式 ” 的 接 入 带 宽 将
的 技 术 , 如 无 光 源 (Colorless)ONT 等 作 为
成 为 用 户 未 来 主 要 的 需 求 。 多 项
行 波 长 λuk 信 号 及 接 收 下 行 波 长 λdk 信 号 ,
高 画 质 影 音 频 道 和 交 互 式 视 频 点 播 与 增 值 内
容 , 对 于 上 下 行 带 宽 皆 有 较 大 确 保 流 量 质 量
的 需 求 , 除 此 之 外 , 也 挑 战 现 有 如 非 对 称 性
数 字 用 户 回 路 (ADSL)、 超 高 速 数 字 用 户 回
路 (VDSL) 或 有 线 (Cable) 等 接 入 网 络 的 带 宽
管 理 及 服 务 质 量 (QoS)。
相 对 地 , 以 波 分 复 用 无 源 光 网 络
(WDM-PON) 为 架 构 的 接 入 网 络 是 目 前 公 认
提 供 终 极 高 速 网 络 服 务 的 下 一 代 接 入 架 构 ,
是 可 提 供 对 称 式 带 宽 能 力 最 佳 的 网 络 系 统 。
下 一 代 可 能 的 接 入 网 络 架 构 分 布 极 为 广
泛 , 然 而 能 够 符 合 对 称 应 用 网 络 架 构 、 高 比
例 分 路 用 户 及 大 带 宽 服 务 能 力 的 网 络 , 如 图
1 所 框 出 的 虚 线 所 示 , 即 为 本 文 所 要 探 讨 的
方 向 。 这 里 锁 定 在 树 状 结 构 的 FTTx 网 络 ,
以 无 源 式 的 光 配 线 网 络 (Optical Distribution
Network, ODN), 搭 配 功 率 或 波 长 的 分 路
本 篇 的 讨 论 方 向 。
▲ 图 1 下 一 代 可 能 的 接 入 网 络 架 构
前 瞻 WDM-PON 关 键 技 术 分 析
接 着 介 绍 WDM-PON, 并 分 析 其 关 键
技 术 , 然 后 进 一 步 说 明 静 态 与 动 态 WDM/
TDMA-PON 技 术 的 差 异 。
· 何 谓 WDM-PON
WDM-PON 定 义 为 PON 系 统 , 并 在
不 同 光 纤 网 络 单 元 设 备 (ONU) 上 使 用 个 别
波 长 分 路 或 路 由 器 是 一 般 进 行 光 分 路 器 件 复
用 上 行 λu1 到 λun, 下 行 解 复 用 λd1 到
λdn, 并 取 代 TDM-PON 系 统 所 使 用 的 功
率 分 路 。 同 时 ,OLT 以 n 片 接 口 提 供 对 应
的 n 台 ONU 作 波 长 的 配 置 管 理 。
▲ 图 2 WDM-PON 系 统 典 型 架 构
·WDM-PON 关 键 技 术 说 明
Colorless ONU 或 技 术 包 含 射 入 锁 定 及
波 长 种 子 设 计 、 远 程 调 制 设 计 、 频 谱 切 割 设
计 、 波 长 调 整 设 计 等 型 态 :
▲ 图 4 光 频 谱 输 出 于 (a) 宽 带 光 源 ,(b) 复 用 / 解 复 用 并
进 入 ONU k,(c)ONU k 输 出
如 图 4 所 示 ,(a) 为 BLS 的 输 出 频 谱 ,(b)
为 复 用 / 解 复 用 输 出 至 ONU k, 其 中 复 用 /
解 复 用 器 切 割 光 频 谱 形 成 n 个 光 波 , 且 每 一
个 光 波 皆 为 连 续 的 波 长 , 并 有 着 不 同 的 中 心
波 长 ;(c) 为 使 用 BLS(k=1 至 n)ONU k 的 输
出 。
在 波 长 种 子 设 计 架 构 中 , 发 送 端 以 反 射
式 半 导 体 光 放 大 器 (RSOA) 配 置 于 ONU 中 ,
当 被 切 割 的 光 波 送 进 RSOA 后 , 光 波 即 被 上
行 信 号 所 放 大 与 调 制 , 而 后 透 过 相 同 的 光 纤
送 回 复 用 / 解 复 用 器 ; 相 同 的 机 制 也 可 以 在
加 入 BLS 或 MWL 时 配 置 到 下 行 电 路 。 此 外 ,
使 用 MWL 时 须 配 置 偏 振 不 敏 感 的 ONU 发
送 器 , 否 则 MWL 须 加 入 偏 振 多 样 性 的 功 能 。
· 波 长 调 整 设 计
▲ 图 5 WDM-PON 频 谱 切 割 典 型 架 构
在 每 一 个 ONU 加 入 可 调 激 光 器 是 较 简
易 达 成 的 机 制 , 但 重 点 在 于 成 本 的 考 虑 , 因
此 , 使 用 类 似 核 心 网 络 的 波 长 调 整 转 换 器 ,
将 有 助 于 降 低 成 本 。
而 复 用 / 解 复 用 器 件 部 分 , 一 般 在 此 架
构 下 的 复 用 / 解 复 用 器 多 配 置 于 户 外 , 因 此
其 温 度 和 湿 度 的 忍 受 度 相 较 核 心 网 络 的 同 等
器 件 要 为 严 苛 。 同 时 , 为 了 降 低 维 护 成 本 ,
使 用 无 源 式 的 方 式 可 减 少 在 有 源 式 设 计 的 复
杂 与 提 供 电 源 的 问 题 。 所 以 , 波 导 阵 列 (AWG)
静 态 WDM/TDMA-PON 关 键 技 术 说 明
静 态 WDM/TDMA-PON 关 键 技 术 可
从 整 体 的 功 率 损 失 要 求 提 高 、 无 源 ONU 技
术 的 功 率 损 失 提 高 两 方 面 来 加 以 探 讨 。
· 整 体 的 功 率 损 失 要 求 提 高
一 般 OLT 与 多 台 ONU 在 静 态 WDM/
TDMA-PON 间 会 有 较 高 的 光 损 失 值 , 因 为
其 分 路 架 构 为 组 合 型 的 功 率 分 路 及 波 长 分 路
/ 路 由 器 。 除 此 之 外 , 长 远 距 的 应 用 也 是 如 此 ,
因 为 其 接 入 亦 是 静 态 WDM/TDMA-PON 吸
引 人 的 应 用 之 一 。 因 此 , 使 用 前 置 或 后 置 放
大 器 以 增 加 ONU 发 射 器 光 功 率 或 接 收 端 的
灵 敏 度 是 最 直 接 的 方 案 。 而 透 过 同 调 探 测 机
制 也 可 提 升 较 高 的 接 收 的 灵 敏 度 , 而 远 程 激
发 放 大 器 也 是 另 一 项 提 升 OLT 及 ONT 之 间
光 路 损 能 耗 力 的 方 式 , 同 时 , 混 合 SOA 及
拉 曼 放 大 器 以 放 大 成 本 较 低 CWDM 的 波
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