下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
随着EPON/GPON在全世界大规模的部署，以及用户对带宽需求的快速增长，PON后续技术的升级方案也被广泛关注。10G EPON和 10G GPON分别作为EPON和GPON的演进技术，已经在IEEE和ITU组织中进行了标准化工作，设备也逐渐成熟，基本达到了商用水平。但是，无论是 10G EPON还是 10G GPON，都仍属于TDM-PON的范畴，在 1:128分光比的条件下，可以提供每个用户大约 100 Mb/s的接入带宽。TDM-PON的上行通道需要工作在突发模式，当速率超过 10 Gb/s之后，设计生产工作在突发模式下的激光器变得非常困难。在寻求下一代PON技术的时候，一些其他的复用方式进入了人们的视线，如波分复用PON技术（WDM-PON）、波分时分混合复用PON技术（40G GPON）以及正交频分复用PON技术（OFDM-PON）。相关的标准化工作也在FSAN等标准组织中列入了日程。以下着重介绍当前关注度较高并且开发程度较深的WDM-PON技术。
WDM-PON的上、下行通信均采用波分复用，每个用户占据一个独立的波长，上、下行方向上所有该用户的信息均在这个波长上传输。相比传统意义上的TDM-PON，WDM主要的优点是：物理隔离，每个用户独享一个专有的波长，没有抢占带宽和安全性的问题；每用户带宽可以提高到 2.5 Gb/s甚至更高；数据链路层结构简单，不需要TDM-PON的多点控制协议（MPCP），可以直接采用以太网的帧结构，协议非常简单。
WDM-PON的核心技术是接收和发送端的无色光模块技术，以及如何实现光模块的低成本要求。WDM-PON技术的规模商用首先需要解决光模块的互换性，尤其是ONU侧光模块；固定波长光源的方案难以应用于商用的WDM-PON中；ONU不能因为用户的不同而有所区别，这样才能避免分类仓储的复杂问题。为了实现WDM-PON光模块的无色特性，当前有几种解决方案，其性能和成本有所差别。
图2-17 描述的是一个典型的使用可调激光器实现无色光模块技术的WDM-PON系统。OLT和ONU侧的激光器均采用可调激光器，系统会根据用户所处的位置通过协议命令修改发送和接收侧的工作波长，来实现无色技术。可调激光器WDM-PON方案的优点是速率比较高，可达单波长 10 Gb/s，一般采用分布反馈（Distributed Feedback，DFB）型激光器，线宽较小，受色散的影响较小，可以传输的距离比较远，综合性能比较好。缺点也同样明显，可调激光器在WDM-PON系统中需要调节的范围较大，通常达到几十纳米的级别，实现这样宽谱的可调激光器成本非常高，如果成本不能大幅下降，接入网是无法承受的。
图 2-17 使用可调激光器的WDM-PON方案（下面两图可调激光器件）
图 2-18 描述了一个外置宽谱光源实现WDM-PON的方案。在OLT和ONU两侧均采用法布里-珀罗类型的激光器（FP-LD），另外需要配置两个宽谱光源（Broad Light Source，BLS）。两个宽谱光源发出的自发放大辐射（Amplified Spontaneous Emission，ASE）光通过阵列波导光栅AWG器件后发射到注入锁定的FP-LD激光器，当ASE光通过AWG之后，由于AWG的滤波效应，ASE将变为某个特定波长的信号光谱，通过注入锁定的FP-LD激光器后，就会形成适配AWG波长的信号光源，以此来实现系统的无色光模块技术，解决分类仓储的问题。
图 2-18 外置宽谱光源注入锁定的WDM-PON方案
这种方案的缺点在于需要两个大功率平坦输出的BLS作为种子光源，占用机框空间较大，设备形态比较特殊。另外，BLS在AWG的滤波中会损失大量的能量，功率浪费较多；BLS成本也比较高，接入网很难负担。从技术角度上来讲，此方案通道数和传输速率比较受限，实现 64 通道有一定的困难，速率也受限于 1.25 Gb/s。
图 2-19 是一个通过波长重使用来实现WDM-PON技术的方案。比起外置宽谱光源注入锁定FP-LD的方案，这个方案最大的优势是只需要一个宽谱光源BLS。BLS发出的ASE光谱通过AWG后注入到左边的OLT端。由于AWG的滤波效果，在反射半导体光放大器（Reflected Semiconductor Optical Amplifier，RSOA）注入锁定之后，发出的是特定波长的信号光谱。这个信号光谱在右边的ONU侧被接收，接收之后ONU侧会擦除光谱中的信息（即信息被下载），擦除信息后的光谱会作为ONU侧RSOA激光器的注入锁定的种子光源，在同一个波长下再调制上ONU侧的新信息后发射出去。WDM-PON中的无色技术通过这种方式实现，并且上下行采用相同的波长，波长资源的利用率比较高。
图 2-19 波长重使用的WDM-PON方案
这个方案的缺点和外置宽谱光源注入锁定FP-LD的方案比较类似，例如，BLS的设备形态比较特殊，能量在通过AWG时浪费比较严重，BLS的成本较高，通道数和速率比较受限，实现 64 通道有一定的困难，速率也受限于 1.25 Gb/s。此外，由于减少了一个BLS宽谱光源，上行的性能也比较受限。上行波长的重使用降低了消光比。为了擦除下行光谱中的信息，ONU侧的RSOA始终需要饱和工作，这样功率预算受到的影响很大。另外，波长重使用的机制非常复杂，需要根据下行数据动态地调整RSOA工作的偏置电流。
图 2-20 描述的是通过自注入RSOA实现WDM-PON技术的方案。RSOA发出的是一个覆盖很大范围的宽谱光源，当这个宽谱光源通过AWG时，会被AWG过滤成一个特定波长的信号光源。在AWG之后，有一个无源的反射镜，信号光在通过反射镜时会有一部分能量反射回本端的RSOA。反射的光注入回RSOA，形成新的工作在特定波长的信号光谱。如此反复，当反射镜的反射系数为某值时，可以使反射镜与本端RSOA之间形成谐振腔，当光信号在其中振荡起来以后，可以形成该特定波长的稳定的输出光谱。这个方案的优点是比较简洁，只需要两个额外的无源光反射镜即可实现无色光模块技术，对现有设备形态的改动非常小。无源光反射镜的成本也较低，适合接入网低成本的要求。此外，自注入RSOA方案的通道数可以扩展到 64 通道，单通道的数据速率也可以达到 10 Gb/s。这个方案的缺点是通过反射注入的RSOA产生的信号光谱消光比较低，另外光发射器的规格参数有所变化，有待标准化。
图 2-20 自注入RSOA的WDM-PON方案
总体来讲，WDM-PON作为下一代PON的可选技术，几个方案各有优劣。下一代PON究竟采用何种技术，如果采用WDM-PON技术的话，具体方案的选择将由未来几年技术和设备形态的进展、标准的推动情况以及业务的驱动等因素综合决定。