陳 超(中國移動通信集團設計院有限公司陜西分公司，陜西西安710077)

0 前言

隨著全業(yè)務的全面展開和三網(wǎng)融合的不斷推進，用戶業(yè)務需求正從以語音為主向以寬帶、視頻為主的方向發(fā)展，從而使高帶寬(20～100 Mbit/s)需求劇增。為滿足用戶業(yè)務需求，曾出現(xiàn)了WLAN、Wi-Fi等無線接入方式和無源光網(wǎng)絡(PON)、光纖+LAN等有線接入方式。在寬帶業(yè)務方面，尤以PON接入方式的應用最為廣泛。針對日益增長的帶寬需求，如何將PON接入方式提升到一個新的高度，已成為各個運營商共同關注的焦點之一。WDM-PON技術的出現(xiàn)，為運營商在帶寬資源配置上提供了更多的選擇。

1 無源光網(wǎng)絡技術發(fā)展

PON是指在光線路終端(OLT)和光網(wǎng)絡單元(ONU)間無有源設備的光分配網(wǎng)(ODN)。PON經(jīng)歷了窄帶、寬帶、以太網(wǎng)及千兆無源光網(wǎng)絡(如APON、BPON、EPON及GPON)發(fā)展歷程。按復用方式，PON可分為時分復用型無源光網(wǎng)絡(TDM-PON)和波分復用型無源光網(wǎng)絡(WDM-PON)。TDM-PON(如APON、BPON、EPON、GPON)采用星形結構，利用耦合器分路，上/下行數(shù)據(jù)采用TDM傳送方式，實現(xiàn)共享帶寬，并通過分路器將OLT發(fā)出的光信號功率分配到各個ONU上；WDM-PON也采用星形結構，上/下行數(shù)據(jù)采用WDM傳送方式，通過光分路器對OLT發(fā)出的不同波長進行識別，并將其分配到各個ONU上。

1.1 TDM-PON技術

目前，PON網(wǎng)絡應用較多的是TDM-PON技術。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波長以時分多址方式傳遞數(shù)據(jù)。由于各個ONU與OLT間的距離不等，為避免多個ONU設備發(fā)送的數(shù)據(jù)在OLT接收器上發(fā)生沖突，需引入測距和突發(fā)控制技術。同時為保證OLT能正確接收來自各ONU的突發(fā)數(shù)據(jù)信號，還需引入能實現(xiàn)快速光檢測的突發(fā)光接收器件和能快速恢復時鐘信號的突發(fā)時鐘數(shù)據(jù)恢復器件?，F(xiàn)有的10G EPON和10G GPON分別只是EPON和GPON的一種升級，其網(wǎng)絡結構并沒有發(fā)生改變。TDM-PON系統(tǒng)原理見圖1。

1.2 WDM-PON技術

1.2.1 技術原理

隨著用戶多樣化業(yè)務需求的不斷提升，TDM-PON對于不斷增長的帶寬需求已顯現(xiàn)出不足，特別是高清視頻業(yè)務和點播業(yè)務產(chǎn)生的巨大數(shù)據(jù)量，將迫使接入網(wǎng)的帶寬升級。而WDM-PON不僅可避免TDM帶來的共享帶寬不足等一系列難題，同時還可通過在上行方向上為每個ONU分配一個單獨波長而實現(xiàn)真正的點到點鏈路，保證每個用戶的帶寬需求。

WDM-PON有3種業(yè)務傳送方案:一是為每個ONU分配1對波長，分別用于上/下行傳輸，提供OLT到各個ONU的固定虛擬點對點雙向連接；二是ONU采用可調諧激光器，根據(jù)需要為ONU動態(tài)分配波長，各ONU能夠共享波長，且網(wǎng)絡具有可重構性；三是采用無色ONU方案(即ONU與波長無關)。WDM-PON系統(tǒng)原理見圖2。

WDM-PON系統(tǒng)采用樹形拓撲結構和雙纖雙向傳輸。其下行方式利用1 310 nm波長以光分路器進行廣播式傳遞數(shù)據(jù)；上行方式采用WDM技術，將不同波長進行復用，OLT至每個ONU的波長采用符合DWDM或CWMD規(guī)定的波長，在光纖分路處采用波長復用器與解復用器(MUX/DEMUX)進行波長的合波與分波，在OLT內部設有波長復用器與解復用器(MUX/DEMUX)以及陣列波導光柵(AWG)，AWG起波長路由作用，把不同波長路由給不同的用戶終端設備。與光分路器相比，由于AWG只有插入損耗而無分支損耗，因此AWG引入的光功率總損耗要遠小于光分路器。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，因此在同樣功率預算下，WDM-PON的傳輸距離要遠大于TDM-PON。

在通信機制上，TDM-PON屬點到多點(P2MP)機制，而WDM-PON則屬點到點(P2P)機制?；诠饫w中波長上的隔離，WDM-PON能為每個用戶提供完全點對點地獨享1個波長上的帶寬資源。PON引入WDM技術后，將原來通過單獨光纖承載的若干個(如16/32個)通道復用到同一根光纖中傳輸，不僅保持了網(wǎng)絡的安全性也節(jié)約了大量光纖資源，使得單根光纖中的波長資源得到充分利用。WDM-PON網(wǎng)絡結構見圖3。

1.2.2 技術特點與難點

綜上所述，WDM-PON技術具有如下顯著特點。

a)各個用戶有1個獨立波長，獨享其帶寬資源。

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，為讓各個終端用戶設備的信號能不沖突地共享同一根光纖進行傳輸，每個終端用戶設備中的光模塊所發(fā)射光信號的波長必須與AWG端口的波長相一致，否則這個光信號就無法通過AWG復用到同一光纖中。這樣所有用戶終端上的光模塊就不能再通用，所用光模塊發(fā)射的波長必須由AWG端口來決定(這種光模塊稱為有色光模塊)。

目前，有色光模塊在DWDM和CWDM系統(tǒng)的應用已較為普遍，但均安裝在維護條件較好的機房內。若將有色光模塊應用于接入領域，因其數(shù)量很大，且安裝位置均為用戶所在地，其維護工作對運營商來說是個不小的考驗。

另外，AWG是個對溫度敏感的器件，端口波長會隨著外部溫度的變化而變化，這將產(chǎn)生以下2個問題。

a)如何保證光模塊信號波長與AWG端口實時保持一致。因為光模塊的波長會隨溫度變化而變化，因此AWG端口的中心波長也會隨溫度的變化而變化。在WDM-PON技術方面，把解決這個問題的技術叫做WDM-PON無色光源技術。無色是與有色相對應的。有色即指光模塊波長是固定的，無法改變，而無色即指光模塊波長是非固定的，可根據(jù)所連接的AWG端口自動適應。

b)如何保證OLT側和ONU側2個AWG的各個端口波長實時保持一致。因為2個AWG的外部溫度變化不一樣，因此2個AWG的溫度特性(溫度或波長的變化率)也可能不一樣。在WDM-PON技術方面，把解決這個問題的技術稱為波長對準技術。

1.3 WDM-PON和TDM-PON技術的比較

WDM-PON和TDM-PON技術的比較見表1。

由表1可知，WDM-PON可給用戶提供更高的帶寬，還能提供更遠的傳輸距離。但由于其標準目前尚不完善，還沒有形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，制造成本相對較高。不過，隨著技術的不斷發(fā)展及用戶需求的不斷提高，WDM-PON必將成為無源光網(wǎng)絡的主流技術。

2 WDM-PON技術的應用

可在以下場景中開展WDM-PON建設，以滿足用戶業(yè)務的接入需求。

2.1 在集團客戶接入中的應用

集團客戶和部分高端用戶接入的帶寬需求較高。由于TDM-PON技術采用通道共享帶寬，帶寬有限，不能為用戶提供獨有的高帶寬資源，因此在集團客戶或高端用戶較為集中的區(qū)域，當用戶的帶寬需求為10 Gbit/s以上時，接入帶寬資源就明顯不足，而引入WDM-PON技術則可為用戶提供獨立的高達40 Gbit/s的帶寬資源。當然，在帶寬需求量較小，單用戶帶寬需求為10 Gbit/s以下時，仍可繼續(xù)使用EPON、GPON或10G EPON、10G GPON，以便適應多樣化接入需求，充分利用已有網(wǎng)絡資源。

表1 WDM-PON和TDM-PON技術的比較

2.2 在鄉(xiāng)鎮(zhèn)接入中的應用

我國正在大力推進農村信息化建設，在寬帶接入方面目前以ADSL接入及GSM無線接入技術為主。隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農村社會經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，原接入方式已不能滿足鄉(xiāng)鎮(zhèn)用戶的業(yè)務需求。由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農村距城市一般較遠，若使用TDM-PON技術的接入方式，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)將會受到傳輸距離及帶寬等因素的限制。而采用WDM-PON技術的接入方式，則可憑借其傳輸距離遠及帶寬資源等優(yōu)勢十分方便地為鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農村用戶提供寬帶業(yè)務接入?？蓪DM-PON中的OLT設備安裝在城市里，而將AWG設備拉遠安裝在不同的鄉(xiāng)鎮(zhèn)里，為每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)分配1個波長，并配置GE到40 Gbit/s的不同帶寬，以實現(xiàn)高帶寬、遠距離、高安全的用戶接入。

3 結束語

在無源光網(wǎng)絡中，目前仍以EPON及GPON為主要接入手段，10G EPON、10G GPON也已有部分應用。用戶業(yè)務需求的不斷增長，勢必會促使網(wǎng)絡技術的不斷進步。由于WDM-PON技術具有帶寬高、波長隔離及傳輸距離遠等優(yōu)勢，將會成為運營商以后選用的主要接入方式。但該技術標準目前尚不完善、設備成本也相對較高，今后如何完善標準、降低成本，已成為業(yè)界共同關注的焦點之一。

[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技術與應用[M].北京:人民郵電出版社，2010.