張寧

【摘要】 光接入技術是接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢。PON技術的提出成功的解決了接入網(wǎng)絡結構復雜、維護困難等技術問題，并且極大的提高了接入用戶的帶寬。但是隨著HDTV、VOD和在線游戲等高帶寬業(yè)務的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的PON技術已不能滿足日益膨脹的用戶帶寬需求，于是OFDM-PON、WDM-PON、TWDM-PON等下一代PON技術就應運而生。本文較為詳細的闡述了下一代PON網(wǎng)絡的技術特點及發(fā)展現(xiàn)狀，并對已經(jīng)完成標準化10G EPON、10G GPON技術做了簡單的介紹。

【關鍵詞】 下一代PON 10G-PON WDM 無色ONU

一、前言

無源光網(wǎng)絡（PON）作為主要的光接入技術，由于其光配送網(wǎng)絡（ODN）均由無源器件組成的特性，所以， 在20世紀90年代中期FSAN提出APON技術標準時，即引起了大多數(shù)運營商的關注。為了實現(xiàn)承載業(yè)務多樣化，F(xiàn)SAN和ITU-T SG15工作組在2002年提出了吉比特PON（GPON）的概念，并與2004年完成了G.984.x的標準化工作。與此同時，IEEE802.3EFM工作組也在IEEE 802.3ah中也正式發(fā)布了基于以太PON（EPON）的標準。這兩項PON技術標準化的完成極大的推動了光接入網(wǎng)的發(fā)展和FTTH的普及，用戶接入帶寬也比傳統(tǒng)的xDSL接入技術所提供的帶寬有著成倍的增加。但是隨著高清視頻、網(wǎng)絡游戲等高帶寬業(yè)務的出現(xiàn)，終端用戶的業(yè)務體驗對品質(zhì)也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的PON技術所能提供的帶寬和技術瓶頸已經(jīng)不能滿足用戶日益增長的帶寬需求。

二、PON技術發(fā)展現(xiàn)狀

ITU-T SG15于2012年完成并發(fā)布了G.987.x標準，正式提出10G GPON的技術方案。FSAN和ITU-T提出的XG-PON1為上行帶寬為2.5G，下行為10G的非對稱模式。線路編碼方式和傳統(tǒng)1G GPON使用的線路編碼方式一樣是不歸零碼（NRZ）。ITU-T在定義XG-PON標準時在G.987.1提出10G GPON需要兼容1G GPON ONU和ODN，但是由于10G GPON定義的工作波長窗口較狹窄，和1G GPON的工作波長不存在重疊部分，所以在10G GPON和1 G GPON共存時，需要增加波分復用器（WDM1r）將XG-PON OLT和GPON OLT以及波長為1550納米的有線電視信號合波以后在ODN中傳輸，并且在ONU接收信號側還需要增加波長阻塞濾波器（WBF），以濾除非下行工作波長的干涉信號（GPON和XG-PON下行工作波長不同）。

三、下一代PON技術展望

3.1 基于波分復用的PON技術（WDM-PON）

WDM-PON系統(tǒng)的ODN使用陣列波導光柵（AWG）取代光功率分路器，AWG在下行方向可以將不同波長的光分離并送達相應的ONU端口。WDM-PON系統(tǒng)的OLT包含不同波長通道的光收發(fā)器，每個器件獨立地收發(fā)光信號。WDM-PON系統(tǒng)的各ONU在上行方向通過不同波長的ONU與OLT通信，這樣的設計在理論上是可行的，但是在實際部署時，存在成本高，ONU維護困難等問題。目前，為了降低成本和避免維護困難，WDM-PON系統(tǒng)要求ONU實現(xiàn)無色，所謂無色ONU是指ONU的發(fā)射機可以發(fā)出不同波長的光信號。無色ONU是WDM-PON的關鍵技術，目前主要的無色ONU方案有可調(diào)諧分布式反饋（DFB）激光器、注入鎖定法布里-玻羅激光器（IL FP-LD）以及基于波長重用的反射半導體光放大器（RSOA）。

WDM-PON系統(tǒng)和PS-PON系統(tǒng)一樣，在ODN中不需要有源光器件；并且每個ONU使用獨立的波長傳輸信息，所以安全性較高；由于是P2P的連接，所以不需要指定相關的媒體接入控制（MAC）協(xié)議；和PS-PON不同，每個ONU可以根據(jù)客戶的需求升級速率。但WDM-PON目前仍然存在較多不足，WDM-PON不能和傳統(tǒng)PON共存，現(xiàn)在的ODN需要改造并安裝AWG和BPF等光器件；無色技術仍然存在成本高的問題。一般WDM-PON的波長通道間隔為100GHZ或50GHZ，當波長通道間隔減小到幾GHZ的WDM-PON稱為超密集WDM-PON。 對WDM- PON系統(tǒng)的技術研究仍在進行中，相信隨著相關光器件成本的降低和技術的成熟，WDM-PON會成為NG-PON3的主流發(fā)展技術，因為WDM-PON對光纖的帶寬利用率明顯高于其他的PON技術。

3.2 時分波分堆疊PON技術（TWDM-PON）

如圖1所示，TWDM-PON從系統(tǒng)架構上可以認為是4個上行2.5G，下行10G的10G-PON的簡單疊加。但在實際部署時，仍然存在許多技術問題需要解決。為了和10G-PON兼容，TWDM-PON的波長需要重新規(guī)劃，目前提出可行的兩種波長劃分方案是O波段的長波段（1340-1360nm）/C波段的短波段（1528-1535nm）和C波段的短波段（1528-1535nm）/L波段的長波段（1596-1604nm）。這兩種波長劃分方案可以避免與已有的PON系統(tǒng)所占用的波長沖突，從而可以與現(xiàn)有的10G-PON系統(tǒng)共存，支持ONU按需逐個升級。

在TWDM-PON系統(tǒng)中，仍然需要使用ONU波長可調(diào)的無色技術。TWDM-PON的ONU發(fā)射機和接收器一般只需要4～8個波，幾個nm的調(diào)諧范圍，而技術成熟并已大規(guī)模應用在DWDM傳輸系統(tǒng)的支持80波以上的調(diào)諧技術，由于器件成本原因不適合應用在TWDM-PON系統(tǒng)中。目前，技術較為成熟并有望在TWDM-PON系統(tǒng)中部署的可調(diào)諧激光器有溫控DFB激光器（TC DFB-LD），局部溫控DFB激光器（Partial TC DFB-LD），無冷卻模塊的外腔半導體激光器（External cavity laser without cooling）。這些在技術上較為成熟的可調(diào)諧激光器還需要進一步降低成本才有可能在接入網(wǎng)中大規(guī)模應用。雖然少數(shù)設備制造商已經(jīng)推出了基于TWDM-PON技術的原型機，但距離大規(guī)模商用尚需較長時日，諸如：波長控制協(xié)議、數(shù)據(jù)包封裝格式等標準化工作需要完成，設備生產(chǎn)成本需要優(yōu)化，穩(wěn)定性和安全性也需要進一步驗證。

四、結束語

對于下一代PON技術除了本文論述的三種主要研究熱點以外，還包括高速TDM-PON，CDM-PON等技術方向。各種技術方向均可滿足ITU-T G.989.1針對NG-PON2提出的總體需求，但基于成本、10G-PON后向兼容性以及網(wǎng)絡擴展性方面的考慮，F(xiàn)SAN最終選定TWDM-PON作為NG-PON2的主流技術方向。隨著相關技術的成熟和光器件成本的降低，相信在不久的將來，帶寬利用率更高的WDM技術會取代TWDM成為PON的主流發(fā)展技術。

參 考 文 獻

[1] ITU-T G.987.1， 10Gigabit-Capable Passive Optical Network （XG-PON）： General Requirements

[2] ITU-T G.989.1 40-Gigabit-Capable Passive Optical Network （NG-PON2）： General Requirements

[3] Cedric F. Lam， Passive Optical Network principles and pracrtice （2007）

[4] 陳雪，許明等. 下一代光接入技術簡述 （2012）