摘要：考慮帶寬容量和系統(tǒng)成本，討論了一種基于10G EPON的TDM/WDM混合型無源光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案，分別從系統(tǒng)架構(gòu)、應(yīng)用場(chǎng)景和器件選擇等方面進(jìn)行了分析。分析表明，這種組網(wǎng)技術(shù)保證了較高的接入帶寬和較低的用戶使用成本，兼具兩類技術(shù)的特長，可以有效應(yīng)用于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)向WDM PON網(wǎng)絡(luò)的過渡升級(jí)。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)升級(jí)；10G EPON；TDM/WDM混合；兩級(jí)結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TN929.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007—9599 （2012） 14—0000—02

一、引言

近年來接入技術(shù)飛速發(fā)展，基于時(shí)分復(fù)用的EPON、GPON早已成為FTTx的主流接入方案，其與生俱來的可兼容升級(jí)特性以及光纖接入網(wǎng)絡(luò)與日俱增的帶寬要求，也促使著10G PON技術(shù)快速發(fā)展成熟。但是這并不能從根本上改變基于TDMA方式的網(wǎng)絡(luò)面臨著因網(wǎng)速不斷提升而成本急劇增加的境況：高清視頻類業(yè)務(wù)、云計(jì)算/云存儲(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)、無線互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，十倍百倍的提升了用戶帶寬需求，后續(xù)3—5年，用戶普遍帶寬需求將由1—2M提升到20—100M。這樣嚴(yán)峻的網(wǎng)絡(luò)容量升級(jí)形勢(shì)下，新一輪的帶寬危機(jī)正逐漸顯現(xiàn)。而WDM PON由于支持高帶寬、大接入量、高安全性和易擴(kuò)展等特點(diǎn)，被視為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的最終目標(biāo)。但是其標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展緩慢，器件昂貴，不利于當(dāng)前規(guī)模化應(yīng)用。

我國EPON寬帶端口已超8000萬線，建成使用僅3年左右，為達(dá)到“十二五”通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃百兆到戶的目標(biāo)，在TDM PON向WDM PON的遷移過程中，應(yīng)盡量采用平滑演進(jìn)方案，充分利用EPON已建立的成熟完善的業(yè)務(wù)運(yùn)營和網(wǎng)絡(luò)管理體系和流程。TDM/WDM混合組網(wǎng)可以很大限度的重用現(xiàn)網(wǎng)資源，在保證較高用戶接入帶寬的前提下，以較低的使用成本，實(shí)現(xiàn)了較高的安全性和可擴(kuò)展性。

二、組網(wǎng)方案分析

（一）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

基于成本和性能的考慮，文獻(xiàn)[1][2]提出了幾種混合組網(wǎng)技術(shù)，在OLT和ONU之間插入波分復(fù)用和波長轉(zhuǎn)換模塊。可以在保證充足的單用戶接入帶寬的前提下大幅提高系統(tǒng)的光分路比，有效降低分?jǐn)偟矫總€(gè)用戶的建設(shè)與維護(hù)成本。

本文根據(jù)參考文獻(xiàn)提出一種基于10G EPON的混合組網(wǎng)方案，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)格如下：在OLT和ONU之間加上一級(jí)Sub—OLT，在OLT和Sub—OLT之間使用DWDM技術(shù)，設(shè)計(jì)單波10G的上下行對(duì)稱傳輸，同時(shí)信號(hào)復(fù)用解復(fù)用之間加入分光器以實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)量的大規(guī)模擴(kuò)展，在Sub—OLT與ONU之間下行采用廣播技術(shù)，上行采用TDMA技術(shù)。期望在滿足用戶接入帶寬需求的同時(shí)方便運(yùn)營商帶寬升級(jí)，并為系統(tǒng)提供更強(qiáng)的保障和更高的可行性。

OLT和Sub—OLT之間為最大限度的與已有標(biāo)準(zhǔn)保持一致，可在分別在：下行頻帶1575—1581nm范圍內(nèi)，以200GHz的頻率間隔，選取四個(gè)波長（可選用190.3、190.1、189.9、189.7THz）；上行頻帶可以在1260—1280nm窗口內(nèi)，選取適當(dāng)間隔的四個(gè)波長。

（二）局端配置

OLT用于連接下一級(jí)的Sub—OLT，它一方面將承載各種業(yè)務(wù)的信號(hào)進(jìn)行匯聚，按照一定的信號(hào)格式送入接入網(wǎng)絡(luò)以便下一級(jí)Sub—OLT傳輸，另一方面將來自Sub—OLT的信號(hào)按照業(yè)務(wù)類型分別送入各種業(yè)務(wù)網(wǎng)中。由于選用DWDM技術(shù)，在光源方面，可采用性能良好的帶制冷的DFB激光器，理論上各個(gè)波長的接收機(jī)可以根據(jù)所需的敏感度采用不同的配置。接收器方面，如果系統(tǒng)的功率預(yù)算比較寬裕，可以采用價(jià)格便宜的PIN來配置；如果系統(tǒng)中的功率預(yù)算比較緊張，則采用APD來配置接收機(jī)。由于其的成本是由所有用戶共享，所以O(shè)LT可以盡量采用更好的設(shè)備以保障系統(tǒng)性能。因此，本文建議局端接收機(jī)統(tǒng)一采用APD來配置。

（三）用戶端配置

本文設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中ONU使用標(biāo)準(zhǔn)的1G EPON/10G EPON光收發(fā)端口配置：1490/1310nm收發(fā)端口或者1577/1270收發(fā)端口。接入網(wǎng)對(duì)成本是十分敏感的，所以在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，必須重點(diǎn)考慮控制ONU 的成本因素，應(yīng)盡可能在滿足整個(gè)系統(tǒng)功率預(yù)算的條件下降低ONU光模塊的成本。因此，在功率預(yù)算的范圍內(nèi)，ONU端光模塊可以采用普通的收發(fā)光器件。如果功率預(yù)算不足也可以選擇DFB激光器和APD接收機(jī)，這樣同時(shí)能擴(kuò)大系統(tǒng)覆蓋范圍。

（四）遠(yuǎn)端配置

Sub—OLT綜合標(biāo)準(zhǔn)EPON系統(tǒng)中的OLT和ONU的雙重功能，對(duì)OLT相當(dāng)于“ONU”，對(duì)ONU相當(dāng)于“OLT”。為最大限度重用已有網(wǎng)絡(luò)，在Sub—OLT與ONU之間，我們選用標(biāo)準(zhǔn)化的1G/10G EPON技術(shù)，其收發(fā)模塊依據(jù)設(shè)計(jì)可以選用標(biāo)準(zhǔn)的1G EPON/10G EPON OLT收發(fā)模塊配置。此時(shí)為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，需在Sub—OLT處實(shí)現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換功能，下行方向上，經(jīng)由Sub—OLT多種信道波長均轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的1G/10G EPON技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)波長；上行方向上，對(duì)應(yīng)的需將標(biāo)準(zhǔn)波長轉(zhuǎn)換成波分復(fù)用設(shè)計(jì)使用波長進(jìn)行傳輸。而OLT與Sub—OLT之間的收發(fā)模塊部分可參照局端標(biāo)準(zhǔn)配置。

（五）波分復(fù)用器件的選擇

市場(chǎng)可用器件有多種，在MUX/DEMUX應(yīng)用方面，有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)顯示，在小于16通道的 DWDM濾波器中，薄膜技術(shù)占65%，AWG占15%，F(xiàn)BG占10%；而在大于16通道的模塊制作中，薄膜技術(shù)占15%，AWG占65%，全息技術(shù)20%?？梢钥闯?，薄膜型濾波器仍是目前工藝最成熟、性能最穩(wěn)定的產(chǎn)品，現(xiàn)在的工藝技術(shù)已經(jīng)可以制造出間隔為50GHz的MUX/DMUX器件，信道間隔25GHz的器件。必須要提到的是由于薄膜型需要光開關(guān)等器件的配合，所以結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但是在混合組網(wǎng)過程中，本文仍建議采用介質(zhì)薄膜型器件。

三、性能分析

通過Optisystem平臺(tái)對(duì)混合組網(wǎng)下行方向建模仿真，本節(jié)僅以下行方向?yàn)槔篛LT光發(fā)送模塊采用LD陣列，選取四個(gè)波長向下傳送給Sub—OLT，將波分復(fù)用后的下行信號(hào)經(jīng)過1：8分光，隨后在對(duì)應(yīng)的8個(gè)分路進(jìn)行解復(fù)用，相當(dāng)于OLT向下分出32路Sub—OLT，鏈路速率上下行對(duì)稱，均為10G。Sub—OLT和ONU之間選用標(biāo)準(zhǔn)的EPON/10G EPON鏈路速率，將OLT與Sub—OLT距離設(shè)定為3Km，Sub—OLT與ONU之間的距離設(shè)定為15Km。光發(fā)送設(shè)備由偽隨機(jī)序列發(fā)生器、NRZ 脈沖發(fā)生器、CW激光器和M—Z外調(diào)制器構(gòu)成。OLT光發(fā)送機(jī)發(fā)送光功率均設(shè)為—1dBm，Sub—OLT光發(fā)送機(jī)發(fā)送光功率均設(shè)為4dBm，兩者線寬均設(shè)定為1GHz，調(diào)制器消光比為30dB。干路支路光纖均使用單模光纖，損耗設(shè)定為0.25dB/Km，色散16.75ps/nm/km，零色散斜率0.075ps/nm^2/km，非線性系數(shù)2.6e—20 m^2/W。

波分復(fù)用/解復(fù)用器的4端口波長分別選用190.3、190.1、189.9、189.7THz，帶寬為1GHZ，插入損耗為2dB。1：N光分路器，設(shè)定附加損耗0.05dB，插入損耗為—log（1/N）dB。為了比較不同分光比的仿真結(jié)果，Sub—OLT子網(wǎng)中的光分路器分光比分別取為1：4、1：8、1：16和1：32。其他器件取默認(rèn)配置。濾波器輸出的數(shù)字信號(hào)通過3R再生器進(jìn)行時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)的判決、再生，然后通過誤碼分析儀進(jìn)行測(cè)量。

經(jīng)仿真分析：DWDM部分，各信道隔離度高，噪聲小，信號(hào)質(zhì)量優(yōu)良，完全滿足通信需求。同時(shí)從圖中可以看到，ONU處信號(hào)眼圖比較清晰、眼開度較大、眼皮厚度較小，而且Q值比較大。結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的傳輸過程碼間干擾小，信號(hào)的信噪比較好。比較圖1中的（a）、（b）可知，分光比越小，眼圖質(zhì)量越好，這說明系統(tǒng)性能受功率損耗的影響明顯。

四、結(jié)束語

隨著很多新型業(yè)務(wù)的應(yīng)用和發(fā)展，PON以其自身優(yōu)勢(shì)在眾多光接入技術(shù)中脫穎而出，考慮用戶需求以及接入成本，現(xiàn)有布網(wǎng)的后向平滑升級(jí)已經(jīng)成為了熱門的研究方向。本文根據(jù)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容需求，分析了一種基于10G EPON的TDM/WDM混合組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并分析了這種兩級(jí)混合組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的可行性。這種融合10G PON和WDM技術(shù)的混合組網(wǎng)方式，符合接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，經(jīng)過不斷地完善和改進(jìn)，不久的將來一定能在接入網(wǎng)市場(chǎng)占有一席之地。

參考文獻(xiàn)：

[1]Jeong—Ju Yoo， Hyun—Ho Yun， Tae—Yeon Kim， et al. A WDM—ethernet hybrid passive optical network architecture[C/OL].ICACT 2006. http：//ieeexplore.ieee.org/ stamp/stamp.jsp？tp= arnumber=1625933.

[2]G. Das， B. Lannoo， D. Colle， et al. A Hybrid WDM/TDM PON Architecture Using Wavelength Selective Switches[C]. ANTS 2010， Mumbai， India， Dec. 16—18，2010.

[3]張繼，吳向軍.成長中的無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)WDM—PON[J].電信技術(shù)，2008（9）：19—21.

[4]韋松濤.多波長EPON系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京郵電大學(xué)2008.