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1超密集波分復用接入網

2010年前后FSAN了NG-PON2白皮書，當時業界提出了幾種可能的候選方案：40GTDM-PON、TWDM-PON（時分波分復用無源光網絡）、OFDM-PON（正交頻分復用無源光網絡）、WDM-PON、UDWDM-PON等，綜合考慮升級成本和兼容性之后，國際標準組織選擇了TWDM-PON作為標準方案，其他方案不妨作為NG-PON3目標[5]，以下主要介紹UDWDM-PON。

1.1結構與特征諾西網絡（NSN）提出的UDWDM-PON方案最具有代表性，結構如圖2所示[6-7]。C波段復用的波長數量高達1000個，頻率間隔只有3GHz，每用戶上下行一對波長用對稱帶寬1Gb/s。采用相干檢測，功率預算達43dB，可支持無源距離100km。支持現有光分配網（分光器而不是陣列波導光柵）、與GPON/XGPON和射頻電視信號共存，光譜靈活可變。可應用于住宅區（波長分開）、商務區（波長綁定）和移動回傳。

1.2工作原理由于波長間隔只有3GHz，由此帶來了兩個問題，NSN提出了相應的解決方案[6-7]。其一，如何產生密集多波長信號？NSN科學家提出的獨特方案是光傳輸組（OTG），如圖3所示。工作原理：一個種子激光器經過邊帶調制產生10個間隔為3GHz的激光輸出，如果種子激光器的波長發生漂移，則該組10個激光輸出同時發生漂移，保持3GHz間隔不變。各相鄰OTG之間留有一定的保護帶，使得種子激光器的漂移不至于影響到相鄰激光輸出的交疊。該方案的好處是減少了激光器的數量，便于模塊化擴展升級，符合接入網低成本要求。其二，一般解復用器或光濾波器很難滿足超密集波長的分離，采用相干檢測可以同時提取信號波長及其信號，但是，相干檢測需要本振激光器，這會增加接入網成本。NSN科學家提出的獨特方案是成對通道方法，如圖3所示。工作原理：以下行為例，ONU為了提取信號波長及其信號，采用與該波長偏置1GHz的上行激光器，它既作為本振激光，也作為上行光載波，一個激光器同時完成了兩個功能，降低了成本，符合接入網低成本的要求。

1.3光電集成設想UDWDM-PON在接入網中的可行性，取決于光子集成和電信號處理，如圖4所示[7-8]。光子集成有助于降低成本和器件大小，電信號處理有助于消除傳輸和系統的信號損傷。OLT側的光子集成中，每一個種子激光器通過邊帶調制產生一套調制波長，數量n，如果有m個種子激光器，則可以提供m×n個通道，便于模塊化擴展。接收時，種子激光用于一組上行波長的本振。數據速率1Gbit/s和通道間隔1GHz時，需要采用高階調制方案，如DQPSK，包括FEC開銷，符號速率為633MBaud。ONU側的光子集成中，包括外腔可調諧激光器（ECL），它既作為上行發射，也作為本振。上行波長相于對下行波長偏置1GHz。上行信號直接調制，而下行用它作為外差接收的本振，頻率差1GHz，不需要鎖相環來穩定下行波長和本振波長，允許頻偏±50MHz，即信號和本振頻率范圍950to1050MHz，否則要重調本振，這有利于降低本振控制環路的要求。偏振分集接收和上行調制都集成進來。

1.4傳輸損傷傳輸損傷包括線性和非線性畸變[12-14]。線性畸變如色散與偏振模色散，在633MBaud和100km光纖傳輸時并不嚴重，如果未來升級到5GBaud或10GBaud，線性畸變會嚴重起來，不過，相干檢測和電信號處理可以消除該線性畸變。非線性畸變如四波混頻(FWM)等起主要作用。注意的是非線性畸變與功率有關，只有在OLT和第一個分光器之間都是全部上下行激光共纖傳輸的，非線性最為嚴重。而在第一個分光器之后至ONU之間，光纖中的激光功率不是最高的，非線性不甚嚴重。

1.5兼容與升級采用相干通信技術，功率預算超過43dB或達到48.6dB[15]，使用分光器兼容現有光分配網，可以與EPON、GPON等共存。由于在UDWDM-PON中采用了OTG組的方法，可以通過增加OTG組的方法逐步增加帶寬，從而使得UDWDM-PON在升級時更能體現“按需增長”的優勢，如圖5所示。因此，UDWDM-PON在用戶帶寬保證、容量匯聚能力、網絡覆蓋范圍等方面顯示出優越性和發展潛力。

2結束語

本文介紹了UDWDM-PON的方案、結構、原理、集成設想、升級方式等，從中可以看出，NSN提出的UDWDM-PON可以在C波段密排1000個下行波長和1000個上行波長，支持1000個用戶，每個用戶獨立使用一對波長，速率千兆并具有每個用戶接入帶寬10Gb/s的潛力。使用分光器兼容現有光分配網，采用相干通信技術功率預算超過43dB。因此，UDWDM-PON在用戶帶寬保證、容量匯聚能力、網絡覆蓋范圍等方面具有發展潛力。

作者：胡衛生鄭宏軍羅清龍單位：上海交通大學區域光纖通信網與新型光通信系統國家重點實驗室聊城大學山東省光通信科學與技術重點實驗室