2022年WDMPON关键技术及应用 .pdf

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1、WDM PON 关键技术及应用2010-09-3012:23 光纤接入技术发展趋势随着人们对通信需求的增长，光纤接入（FTTx ） 得到了快速发展。 以无源光网络 （PON ：Passive Optical Network）技术为主的光纤接入技术已经以多种形态在全球得到了广泛应用。全球 FTTx 用户数 2009 年底已超过6000 万，比 2008 年增长 35%。其中，亚洲约占81% ，北美约占11%，欧洲约占8%。2009 年中国已成为FTTx 用户数最大的国家，其次是日本和韩国。 由于各国经济状况的不同，FTTx 在日本覆盖率已很高，将逐渐进入饱和期，其他国家还仍然处在发展期。当前，在

2、我国全业务运营和网络融合的背景下，高带宽应用如视频会议、实时游戏、IPTV 等正不断涌现， 尤其是 HDTV 、网真等视频业务， 对网络接入带宽提出了更高的要求，也推动着新的FTTx 技术层出不穷。此外，“ 三网融合 ” 的逐步推进、物联网的逐渐普及、云计算、移动互联网的发展以及固定和移动融合（FMC ）等也将有力推动高带宽业务的应用和相应网络的快速发展。因此，未来光纤接入技术将向更高速率、更多传输波长、更广覆盖范围（包括长距离、大分路比）的方向发展。为了适应未来光接入网络的发展需求，我国“ 十一五 ”863 计划及时启动了“ 低成本的多波长以太网综合接入系统（ -EMD ）” 重大课题的研究

3、；欧盟FP7 计划也将WDM PON的研究列为重点攻关的项目。基于WDM PON和 WDM-TDM PON技术的 -EMD 系统具有光纤资源利用充分、对速率和业务完全透明、安全性高、易管理维护、传输距离长、扩展性好等特点，能够极大的节约主干光纤和其他光分配网络建设及维护费用，扩大用户覆盖范围和增加用户接入数量，为运营商构建具有更大接入容量、更高传输速率、面向全业务运营的全新光接入网提供了理想的解决方案。一、WDM PON基本原理及主要特点1. WDM PON基本原理WDM PON是一种采用波分复用技术的、点对点的无源光网络。即在同一根光纤中，双向采用的波长数目大于3 个以上，利用波分复用技术实

4、现上行接入，能够以较低的成本提供较大的工作带宽，是光纤接入未来重要的发展方向。典型的 WDM PON系统由三部分组成： 光线路终端 （OLT：Optical Line Termination）、光波长分配网络 （OWDN ：Optical Wavelength Distribution Network）和光网络单元 （ONU ：Opitcal Network Unit），见图 1。OLT 是局端设备，包括光波分复用器/解复用器（ OM/OD ）。一般具有控制、交换、管理等功能。局端的OM/OD 在物理上与OLT 设备可以是分立的。OWDN 是指在位于OLT 与名师资料总结 - - -精品资料欢

5、迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - ONU 之间，实现从OLT 到 ONU 或者从 ONU 到 OLT 的按波长分配的光网络。物理链路上包括馈线光纤和无源远端节点（PRN ：Passive Remote Node）。PRN 主要包括热不敏感的阵列波导光栅（AAWG ： Athermal Arrayed Waveguide Grating）， AAWG 是波长敏感无源光器件，完成光波长复用、解复用功能。ONU 放置在用户终端，是用户侧的光终端设备。un

6、 可工作在相同波段，也可工作在不同波段。dn 和上行波长un 到 OWDN 中，在OWDN 的 PRN 处合波，然后传送到OLT 。完成光信号的上下行传送。其中，下行波长u1dn 在局端 OM/OD 合波后传送到OWDN ，按照不同波长分配到各个ONU 中。上行方向，不同用户ONU 发射不同的光波长d1下行方向，多个不同的波长图 1、典型的 WDM-PON框图2. WDM PON的主要特点采用波分复用技术的PON 技术主要特点有：1) 更长的传输距离。由于WDM PON中 AAWG 的插入损耗比传统的TDM PON系统中光功率分路器的插入损耗要小，因此在OLT 或 ONU 激光器输出功率相等的

7、情况下，WDM PON传输距离更远，网络覆盖范围更大。2) 更高的传输效率。在WDM PON中上行传输时，每个ONU 均使用独立的、不同的波长通道，不需要专门的MAC 协议，故系统的复杂度有很大的降低，传输效率也得到了大幅提高。3) 更高的带宽。 WDM PON是典型的点对点的网络架构，每个用户独享一个波长通道的带宽， 不需要带宽的动态分配，其能够在相对低的速率下为每个用户提供更高的带宽。4) 更具安全性。每个ONU 独享各自的波长通道带宽，所有ONU 在物理层面上是隔离的，不会相互产生影响，因此更具安全性。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -

8、- - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 5) 对业务、 速率完全透明。由于电信号在物理层光路不做任何处理，无需任何封装协议。6) 成本更低。由于WDM PON中光源无色技术的应用，使得ONU 所用光模块完全相同，解决了器件的存储问题的同时，也降低了OPEX 和 CAPEX 。且单纤32 波40 波，可扩展至 80 波，节约主干光纤和OSP 费用。7) 更易维护。避免OTDR 由于高插入损耗对光纤线路等测量限制。另外，无色光源技术的应用，使得维护更方便。二、WDM PON关键技术WDM PON技术的规模商用

9、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，因此 “ 无色 ” 光源技术是WDM PON系统攻关的关键技术。目前，无色ONU 方案包括但不限于此三种：可调激光器、注入锁定FP-LD 和波长重用 RSOA 方式，其技术特点分析如下。可调激光器作为无色ONU 的方案，即可调激光器工作在特定波长，可通过辅助手段对波长进行调谐，使用激光器发射不同的波长。采用此种方案的系统不需要种子光源，且可调激光器的调谐范围较宽，可达50nm 。采用直接调制可以实现2.5Gb/s 以上的传输速率，若采用外调制技术可实现10Gb/s 的传输速率，且传输距离大于

10、20km ，整个网络扩展性好。但不足之处在于，系统需要网络协议控制，需要对ONU 波长控制，增加了ONU 设计的复杂度，且目前成本较高。注入锁定FP-LD 方式作为无色ONU 的方案，即FP-LD 在自由运行时为多纵模输出，当有适当的外部种子光注入时，被激发锁模输出与种子光波长相一致的光信号，FP-LD 锁定输出的工作波长与种子光源和波分复用/解复用的通道波长相对应。采用此方案的系统无需制冷控制，网络架构简单。不足之处在于受限于传输速率和传输距离，且成本较高。由于锁模器件FP-LD 调制速率低， 理论带宽为0.2Ghz-4Ghz ，且器件模间噪声大，不宜于高速率的传输系统。另外，系统中需要两个

11、种子光源，若用在混合PON 中，上行信号对种子光源的要求更高，高功率的种子光源存在安全问题。由于种子光源的问题，使得传输距离受限于 20km ，且系统不宜于扩展。波长重用RSOA 方式作为无色ONU 的方案，即种子光源经过频谱分割后注入到局端RSOA 内，激发 RSOA 输出与种子光波长相一致的光信号。此光信号具有两个用途，既作为下行方向的信号光，又作为上行方向信号的种子光。当作为上行方向的种子光时，激发ONU 内 RSOA 输出与种子光波长一致的光信号。采用此方案系统无需制冷控制，且网络名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - -

12、- - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 架构简单。不足之处在于传输距离受限。系统中需要种子光源，具有较强的后向反射，系统以易于扩展，且价格较高。三、WDM PON应用WDM PON是逻辑层面点到点，物理层面点到多点的连接，具有对协议和速率透明的特性，具有良好的可扩展性，因此应用也非常灵活。目前，WDM-PON可应用于以下多种场合。1. WDM-PON直接用于FTTx WDM PON可作为 FTTH 、FTTB 、FTTC 的实现方案，并可同时为商业用户、单个家庭用户、多家庭用户等多种类型的用户提供服务，如图2。在这种场合下，

13、WDM PON每波长提供的巨大带宽直接为用户所用，对于国内规模部署的FTTB 、FTTC 网络升级、 无线WLAN 覆盖、商业VIP 客户接入等来说是一个很好的选择。图 2、 WDM-PON用于 FTTx 2. WDM-PON与 TDM-PON构成 HPON WDM-PON与 TDM-PON构成混合网络， 如图 3 所示， 共同为用户提供服务。用户通过分路器共享一对波长，由位于 CO 的具有多波长光源的EPON OLT进行资源调度。 此种组网模式适用于接入主干光纤资源紧张和EPON 网络带宽升级等场合。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -

14、 - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 图 3、 WDM-PON与 TDM-PON构成 HPON 3. WDM-PON用于本地汇聚传输WDM-PON与 TDM-PON以级联的方式连接可实现本地汇聚传输，如图 4。用户业务首先通过 TDM-PON进行汇聚， 然后再由 WDM PON系统传输到本地中心局。在早期只有部分商业客户或少量其他用户需要大带宽时，这种架构可提供灵活的接入选择，例如为大客户分配单独的波长，而密集居住的普通小区用户通过级联的TDM-PON共享一个波长。图 4、 WDM-PON用于本地汇聚传输4.

15、 基站回传随着移动基站回传所需带宽的不断增加，对基站回传网络也提出了新的挑战。WDM-PON提供了丰富的带宽，能很好的满足3G、LTE 基站回传的带宽需求，可以作为移动基站回传的主要技术选择之一。WDM-PON用于基站回传的网络结构与图2 相似。四、863 计划我国 “ 十一五 ”863 计划启动了 “ 低成本的多波长以太网综合接入系统（ -EMD ） ” 的研究。该项目的牵头单位烽火科技与合作单位通过刻苦钻研，攻克了多项电信级 -EMD 系统关键技术，包括基于TDM 与 WDM 的混合模式PON 结构、支持三网融合业务的受控传送、可扩展的开放系统架构和高可用性等，成功地研制出了系列化的 -E

16、MD 综合接入设备和自主知识产权的光收发模块，可满足低成本化应用要求。通过该项目的实施，烽火科技已全面掌握了一系列具有自主知识产权的相关核心技术，申请或取得了十多项国家发明专利，牵头完成了中国通信标准化协会（CCSA ）标准类技术报告接入网技术要求采用基于波长可调方式密集波分复用技术的无源光网络的起草，进一步凸显了烽火科技在光接入领域的技术领先地位。烽火科技研制出的WDM-TDM PON系统是业界第一款单纤32 波，每波支持1：64分路， 传输距离达20 公里以上的xPON 系统。该系统采用业界首个局远端双“ 无色 ” 光模块设计，具有业界最高的单纤接入速率（对称40G ）以及业界最高的业务单

17、板端口密度；采用 WDM 和 TDM 混合模式的PON 结构，可以兼容现有的1G/2.5G/10G EPON、GPON名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 和 P2P 等多种光纤接入技术；通过WDM 方式可以承载现有CATV 业务，方便实现“ 三网融合 ” 业务接入，实现了我国下一代光纤接入技术研究的新跨越。五、结束语随着用户对带宽和速率的要求越来越高，WDM PON 越来越显示出它独特的优势。日前，烽火科技联合中国电

18、信集团公司、清华大学和北京邮电大学共同承担的国家“ 十一五”863 重大项目课题“ 低成本的多波长以太网综合接入系统（ -EMD ）” 已取得重大进展，攻克了多项关键技术，成功完成上海未来宽带技术及应用工程研究中心有限公司基于国家863 柔性试验床进行的全面测试。烽火科技研制出的WDM- TDM PON-EMD 综合接入设备系统是业界第一款单纤32波，每波支持1： 64 分路，传输距离达20 公里以上的xPON 系统。该系统采用业界首个局远端双 “ 无色 ” 光模块设计，具有业界最高的单纤接入速率（对称40G ）以及业界最高的业务单板端口密度；采用WDM 和 TDM 混合模式的PON 结构，可以兼容现有的1G/2.5G/10G EPON、GPON 和 P2P 等多种光纤接入技术，实现了我国下一代光纤接入技术研究的新跨越。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -