陳 超(中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司陜西分公司，陜西西安710077)

0 前言

隨著全業(yè)務(wù)的全面展開(kāi)和三網(wǎng)融合的不斷推進(jìn)，用戶(hù)業(yè)務(wù)需求正從以語(yǔ)音為主向以寬帶、視頻為主的方向發(fā)展，從而使高帶寬(20～100 Mbit/s)需求劇增。為滿(mǎn)足用戶(hù)業(yè)務(wù)需求，曾出現(xiàn)了WLAN、Wi-Fi等無(wú)線(xiàn)接入方式和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)、光纖+LAN等有線(xiàn)接入方式。在寬帶業(yè)務(wù)方面，尤以PON接入方式的應(yīng)用最為廣泛。針對(duì)日益增長(zhǎng)的帶寬需求，如何將PON接入方式提升到一個(gè)新的高度，已成為各個(gè)運(yùn)營(yíng)商共同關(guān)注的焦點(diǎn)之一。WDM-PON技術(shù)的出現(xiàn)，為運(yùn)營(yíng)商在帶寬資源配置上提供了更多的選擇。

1 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展

PON是指在光線(xiàn)路終端(OLT)和光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)間無(wú)有源設(shè)備的光分配網(wǎng)(ODN)。PON經(jīng)歷了窄帶、寬帶、以太網(wǎng)及千兆無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(如APON、BPON、EPON及GPON)發(fā)展歷程。按復(fù)用方式，PON可分為時(shí)分復(fù)用型無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(TDM-PON)和波分復(fù)用型無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(WDM-PON)。TDM-PON(如APON、BPON、EPON、GPON)采用星形結(jié)構(gòu)，利用耦合器分路，上/下行數(shù)據(jù)采用TDM傳送方式，實(shí)現(xiàn)共享帶寬，并通過(guò)分路器將OLT發(fā)出的光信號(hào)功率分配到各個(gè)ONU上；WDM-PON也采用星形結(jié)構(gòu)，上/下行數(shù)據(jù)采用WDM傳送方式，通過(guò)光分路器對(duì)OLT發(fā)出的不同波長(zhǎng)進(jìn)行識(shí)別，并將其分配到各個(gè)ONU上。

1.1 TDM-PON技術(shù)

目前，PON網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用較多的是TDM-PON技術(shù)。TDM-PON采用單纖雙向傳輸，是基于TDM/TDMA的帶寬共享方式，在數(shù)據(jù)下行方式上利用1 490 nm波長(zhǎng)以廣播方式傳遞數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)上行方式上利用1 310 nm波長(zhǎng)以時(shí)分多址方式傳遞數(shù)據(jù)。由于各個(gè)ONU與OLT間的距離不等，為避免多個(gè)ONU設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)在OLT接收器上發(fā)生沖突，需引入測(cè)距和突發(fā)控制技術(shù)。同時(shí)為保證OLT能正確接收來(lái)自各ONU的突發(fā)數(shù)據(jù)信號(hào)，還需引入能實(shí)現(xiàn)快速光檢測(cè)的突發(fā)光接收器件和能快速恢復(fù)時(shí)鐘信號(hào)的突發(fā)時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器件?，F(xiàn)有的10G EPON和10G GPON分別只是EPON和GPON的一種升級(jí)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并沒(méi)有發(fā)生改變。TDM-PON系統(tǒng)原理見(jiàn)圖1。

1.2 WDM-PON技術(shù)

1.2.1 技術(shù)原理

隨著用戶(hù)多樣化業(yè)務(wù)需求的不斷提升，TDM-PON對(duì)于不斷增長(zhǎng)的帶寬需求已顯現(xiàn)出不足，特別是高清視頻業(yè)務(wù)和點(diǎn)播業(yè)務(wù)產(chǎn)生的巨大數(shù)據(jù)量，將迫使接入網(wǎng)的帶寬升級(jí)。而WDM-PON不僅可避免TDM帶來(lái)的共享帶寬不足等一系列難題，同時(shí)還可通過(guò)在上行方向上為每個(gè)ONU分配一個(gè)單獨(dú)波長(zhǎng)而實(shí)現(xiàn)真正的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路，保證每個(gè)用戶(hù)的帶寬需求。

WDM-PON有3種業(yè)務(wù)傳送方案:一是為每個(gè)ONU分配1對(duì)波長(zhǎng)，分別用于上/下行傳輸，提供OLT到各個(gè)ONU的固定虛擬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙向連接；二是ONU采用可調(diào)諧激光器，根據(jù)需要為ONU動(dòng)態(tài)分配波長(zhǎng)，各ONU能夠共享波長(zhǎng)，且網(wǎng)絡(luò)具有可重構(gòu)性；三是采用無(wú)色ONU方案(即ONU與波長(zhǎng)無(wú)關(guān))。WDM-PON系統(tǒng)原理見(jiàn)圖2。

WDM-PON系統(tǒng)采用樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和雙纖雙向傳輸。其下行方式利用1 310 nm波長(zhǎng)以光分路器進(jìn)行廣播式傳遞數(shù)據(jù)；上行方式采用WDM技術(shù)，將不同波長(zhǎng)進(jìn)行復(fù)用，OLT至每個(gè)ONU的波長(zhǎng)采用符合DWDM或CWMD規(guī)定的波長(zhǎng)，在光纖分路處采用波長(zhǎng)復(fù)用器與解復(fù)用器(MUX/DEMUX)進(jìn)行波長(zhǎng)的合波與分波，在OLT內(nèi)部設(shè)有波長(zhǎng)復(fù)用器與解復(fù)用器(MUX/DEMUX)以及陣列波導(dǎo)光柵(AWG)，AWG起波長(zhǎng)路由作用，把不同波長(zhǎng)路由給不同的用戶(hù)終端設(shè)備。與光分路器相比，由于AWG只有插入損耗而無(wú)分支損耗，因此AWG引入的光功率總損耗要遠(yuǎn)小于光分路器。例如，32路AWG引入的光功率損耗一般為5 dB左右，而32路光分路器則為18 dB左右。而光信號(hào)在分支處每減少3 dB損耗，傳輸距離可大約增加10 km，因此在同樣功率預(yù)算下，WDM-PON的傳輸距離要遠(yuǎn)大于TDM-PON。

在通信機(jī)制上，TDM-PON屬點(diǎn)到多點(diǎn)(P2MP)機(jī)制，而WDM-PON則屬點(diǎn)到點(diǎn)(P2P)機(jī)制?；诠饫w中波長(zhǎng)上的隔離，WDM-PON能為每個(gè)用戶(hù)提供完全點(diǎn)對(duì)點(diǎn)地獨(dú)享1個(gè)波長(zhǎng)上的帶寬資源。PON引入WDM技術(shù)后，將原來(lái)通過(guò)單獨(dú)光纖承載的若干個(gè)(如16/32個(gè))通道復(fù)用到同一根光纖中傳輸，不僅保持了網(wǎng)絡(luò)的安全性也節(jié)約了大量光纖資源，使得單根光纖中的波長(zhǎng)資源得到充分利用。WDM-PON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

1.2.2 技術(shù)特點(diǎn)與難點(diǎn)

綜上所述，WDM-PON技術(shù)具有如下顯著特點(diǎn)。

a)各個(gè)用戶(hù)有1個(gè)獨(dú)立波長(zhǎng)，獨(dú)享其帶寬資源。

b)AWG減少了功率衰耗，增加了傳輸距離。

c)WDM節(jié)約了大量光纖資源。

由圖2不難看出，為讓各個(gè)終端用戶(hù)設(shè)備的信號(hào)能不沖突地共享同一根光纖進(jìn)行傳輸，每個(gè)終端用戶(hù)設(shè)備中的光模塊所發(fā)射光信號(hào)的波長(zhǎng)必須與AWG端口的波長(zhǎng)相一致，否則這個(gè)光信號(hào)就無(wú)法通過(guò)AWG復(fù)用到同一光纖中。這樣所有用戶(hù)終端上的光模塊就不能再通用，所用光模塊發(fā)射的波長(zhǎng)必須由AWG端口來(lái)決定(這種光模塊稱(chēng)為有色光模塊)。

目前，有色光模塊在DWDM和CWDM系統(tǒng)的應(yīng)用已較為普遍，但均安裝在維護(hù)條件較好的機(jī)房?jī)?nèi)。若將有色光模塊應(yīng)用于接入領(lǐng)域，因其數(shù)量很大，且安裝位置均為用戶(hù)所在地，其維護(hù)工作對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)是個(gè)不小的考驗(yàn)。

另外，AWG是個(gè)對(duì)溫度敏感的器件，端口波長(zhǎng)會(huì)隨著外部溫度的變化而變化，這將產(chǎn)生以下2個(gè)問(wèn)題。

a)如何保證光模塊信號(hào)波長(zhǎng)與AWG端口實(shí)時(shí)保持一致。因?yàn)楣饽K的波長(zhǎng)會(huì)隨溫度變化而變化，因此AWG端口的中心波長(zhǎng)也會(huì)隨溫度的變化而變化。在WDM-PON技術(shù)方面，把解決這個(gè)問(wèn)題的技術(shù)叫做WDM-PON無(wú)色光源技術(shù)。無(wú)色是與有色相對(duì)應(yīng)的。有色即指光模塊波長(zhǎng)是固定的，無(wú)法改變，而無(wú)色即指光模塊波長(zhǎng)是非固定的，可根據(jù)所連接的AWG端口自動(dòng)適應(yīng)。

b)如何保證OLT側(cè)和ONU側(cè)2個(gè)AWG的各個(gè)端口波長(zhǎng)實(shí)時(shí)保持一致。因?yàn)?個(gè)AWG的外部溫度變化不一樣，因此2個(gè)AWG的溫度特性(溫度或波長(zhǎng)的變化率)也可能不一樣。在WDM-PON技術(shù)方面，把解決這個(gè)問(wèn)題的技術(shù)稱(chēng)為波長(zhǎng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)。

1.3 WDM-PON和TDM-PON技術(shù)的比較

WDM-PON和TDM-PON技術(shù)的比較見(jiàn)表1。

由表1可知，WDM-PON可給用戶(hù)提供更高的帶寬，還能提供更遠(yuǎn)的傳輸距離。但由于其標(biāo)準(zhǔn)目前尚不完善，還沒(méi)有形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，制造成本相對(duì)較高。不過(guò)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展及用戶(hù)需求的不斷提高，WDM-PON必將成為無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)。

2 WDM-PON技術(shù)的應(yīng)用

可在以下場(chǎng)景中開(kāi)展WDM-PON建設(shè)，以滿(mǎn)足用戶(hù)業(yè)務(wù)的接入需求。

2.1 在集團(tuán)客戶(hù)接入中的應(yīng)用

集團(tuán)客戶(hù)和部分高端用戶(hù)接入的帶寬需求較高。由于TDM-PON技術(shù)采用通道共享帶寬，帶寬有限，不能為用戶(hù)提供獨(dú)有的高帶寬資源，因此在集團(tuán)客戶(hù)或高端用戶(hù)較為集中的區(qū)域，當(dāng)用戶(hù)的帶寬需求為10 Gbit/s以上時(shí)，接入帶寬資源就明顯不足，而引入WDM-PON技術(shù)則可為用戶(hù)提供獨(dú)立的高達(dá)40 Gbit/s的帶寬資源。當(dāng)然，在帶寬需求量較小，單用戶(hù)帶寬需求為10 Gbit/s以下時(shí)，仍可繼續(xù)使用EPON、GPON或10G EPON、10G GPON，以便適應(yīng)多樣化接入需求，充分利用已有網(wǎng)絡(luò)資源。

表1 WDM-PON和TDM-PON技術(shù)的比較

2.2 在鄉(xiāng)鎮(zhèn)接入中的應(yīng)用

我國(guó)正在大力推進(jìn)農(nóng)村信息化建設(shè)，在寬帶接入方面目前以ADSL接入及GSM無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)為主。隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，原接入方式已不能滿(mǎn)足鄉(xiāng)鎮(zhèn)用戶(hù)的業(yè)務(wù)需求。由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村距城市一般較遠(yuǎn)，若使用TDM-PON技術(shù)的接入方式，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)將會(huì)受到傳輸距離及帶寬等因素的限制。而采用WDM-PON技術(shù)的接入方式，則可憑借其傳輸距離遠(yuǎn)及帶寬資源等優(yōu)勢(shì)十分方便地為鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村用戶(hù)提供寬帶業(yè)務(wù)接入?？蓪DM-PON中的OLT設(shè)備安裝在城市里，而將AWG設(shè)備拉遠(yuǎn)安裝在不同的鄉(xiāng)鎮(zhèn)里，為每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)分配1個(gè)波長(zhǎng)，并配置GE到40 Gbit/s的不同帶寬，以實(shí)現(xiàn)高帶寬、遠(yuǎn)距離、高安全的用戶(hù)接入。

3 結(jié)束語(yǔ)

在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中，目前仍以EPON及GPON為主要接入手段，10G EPON、10G GPON也已有部分應(yīng)用。用戶(hù)業(yè)務(wù)需求的不斷增長(zhǎng)，勢(shì)必會(huì)促使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步。由于WDM-PON技術(shù)具有帶寬高、波長(zhǎng)隔離及傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢(shì)，將會(huì)成為運(yùn)營(yíng)商以后選用的主要接入方式。但該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)目前尚不完善、設(shè)備成本也相對(duì)較高，今后如何完善標(biāo)準(zhǔn)、降低成本，已成為業(yè)界共同關(guān)注的焦點(diǎn)之一。

[1]原榮.寬帶光接入網(wǎng)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2003.

[2]張鵬，閻闊.FTTx PON技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社，2010.