胡衛(wèi)生　鄭宏軍　羅清龍

超密集波分復(fù)用光接入網(wǎng)（UDWDM-PON）方案可以在C波段密排1 000個(gè)下行波長(zhǎng)和1 000個(gè)上行波長(zhǎng)，支持1 000個(gè)用戶。每個(gè)用戶獨(dú)立使用一對(duì)波長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)速率千兆并具有速率萬(wàn)兆的潛力。使用分光器兼容現(xiàn)有光分配網(wǎng)，采用數(shù)字相干通信技術(shù)，功率預(yù)算將可超過43 dB。UDWDM-PON在用戶帶寬保證、容量匯聚能力、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍等方面發(fā)展?jié)摿γ黠@。

超密集波分復(fù)用；無源光網(wǎng)絡(luò)；分光器；相干通信技術(shù)

A typical ultra-dense wavelength division multiplexed passive optical network （UDWDM-PON） can accommodate 1 000 pairs of upstream and downstream wavelengths for 1 000 access users. Each user uses a pair of wavelengths independently with one gigabit bandwidth and potentially ten gigabits itself. The system uses the same optical splitters as the legacy optical distribution network. The power budget can be greater than 43 dB by using the digital coherent optical communication technique. The UDWDM-PON has potential advantages in terms of guaranteed user bandwidth， aggregated capacity， and coverage distance.

ultra-dense wavelength division multiplexed； passive optical network； optical spliter； digital coherent communication

光進(jìn)銅退開啟了光纖接入的新時(shí)代，寬帶接入迅速地提升至百兆水平并進(jìn)入大規(guī)模部署階段。

寬帶是不斷發(fā)展和與時(shí)俱進(jìn)的[1]，谷歌已開始計(jì)劃部署千兆寬帶入戶方案[2]，韓國(guó)等也將未來寬帶目標(biāo)設(shè)定在千兆入戶。10年之后，用戶接入帶寬需求將達(dá)到千兆，保持與第5代移動(dòng)通信（5G）并行發(fā)展的勢(shì)頭[3]。繼下一代無源光網(wǎng)絡(luò)第二階段（NG-PON2）之后，有人提出研究NG-PON第三階段計(jì)劃，其目標(biāo)即劍指千兆入戶目標(biāo)[4]。目前還缺少明確的NG-PON3演進(jìn)的技術(shù)路線，或者說有幾種可能的技術(shù)思路。

1 接入網(wǎng)中的波分復(fù)用情況

相比于骨干網(wǎng)，光接入網(wǎng)使用的波段范圍最寬（超過300 nm），波分復(fù)用（WDM）情況最為復(fù)雜。其原因在于：光接入網(wǎng)是一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)，各局域網(wǎng)絡(luò)的波長(zhǎng)可以重用；而骨干網(wǎng)是廣域網(wǎng)絡(luò)，波長(zhǎng)路由具有廣域特征。光接入網(wǎng)一般不用光纖放大，放松了光波段的約束；而骨干網(wǎng)由于中繼而使用與光纖放大器增益譜相吻合的光波段。光接入網(wǎng)傳輸距離20 km左右，放松了光收發(fā)器件的要求；而骨干網(wǎng)則使用長(zhǎng)距離傳輸?shù)墓馐瞻l(fā)器件。光接入網(wǎng)的首要約束在于成本，放松了激光器的穩(wěn)頻要求，甚至于采用布里-珀羅腔低成本激光器；而骨干網(wǎng)則使用密波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)。光接入網(wǎng)是單纖雙向系統(tǒng)，上下行需使用不同波長(zhǎng)或波段；而骨干網(wǎng)是雙纖雙向系統(tǒng)。因此，在光接入網(wǎng)會(huì)出現(xiàn)各種不同的波分復(fù)用情況。

接入網(wǎng)中WDM情況可分為4種：

（1）寬波分復(fù)用（WWDM）：波長(zhǎng)間隔大于100～200 nm，常用于單纖雙向傳輸?shù)纳舷滦小?/p>

（2）粗波分復(fù)用：典型波長(zhǎng)間隔20 nm，采用低成本光器件（如無冷分布式反饋激光器），波長(zhǎng)數(shù)量少。

（3）密集波分復(fù)用（DWDM）：典型波長(zhǎng)間隔0.8 nm，采用無色化光器件，如反射型半導(dǎo)體光放大器（RSOA）、反射型電吸收調(diào)制器（REAM）、可調(diào)諧激光器，波長(zhǎng)數(shù)量16～64。

（4）超密集波分復(fù)用（UDWDM）：波長(zhǎng)間隔0.024～0.1 nm，采用相干檢測(cè)，波長(zhǎng)數(shù)可達(dá)1 000之多，后者是本文的中心內(nèi)容。

光接入中的波分復(fù)用情況如圖1所示。圖1顯示出超密波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)方案（UDWDM-PON）是演進(jìn)的未來方向之一。

至此，有必要回顧一下業(yè)界對(duì)于光通信6個(gè)波段的劃分，具體如表1所示。光通信的6個(gè)波段劃分簡(jiǎn)述如下：

（1）O帶（Original band原始波段）：波長(zhǎng)范圍1 260～1 360 nm，頻率范圍237.9～220.4 THz。

（2）E帶（Extended band擴(kuò)展波段）：波長(zhǎng)范圍1 360～1 460 nm，頻率范圍220.4～205.3 THz。

（3）S帶（Short wavelength band短波段）：波長(zhǎng)范圍1 460～1 530 nm，頻率范圍205.3～195.9 THz。

（4）C帶（Conventional band常規(guī)波段）：波長(zhǎng)范圍1 530～1 565 nm，頻率范圍195.9～191.6 THz。

（5）L帶（Longer wavelength band長(zhǎng)波段）：波長(zhǎng)范圍1 565～1 625 nm，頻率范圍191.6～184.5 THz。

（6）U帶（Ultralong wavelength band超長(zhǎng)波長(zhǎng)波段）：波長(zhǎng)范圍1 625～1 675 nm，頻率范圍184.5～179.0 THz。

基于盡可能降低成本的考慮，早期以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）和千兆比無源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）定義的波長(zhǎng)范圍劃分得都很寬松，分別是下行1 480～1 500 nm （1 490±10）和上行1 260～1 360 nm（1 310±50），分處O波段和S波段，如同在道路上沒有細(xì)劃車道。當(dāng)時(shí)還安排了模擬數(shù)字電視（CATV）的廣播波長(zhǎng)1 550 nm，兼顧模擬信道性能衰減快和需要光放大而處于光纖放大器增益窗口內(nèi)。endprint

2009年前后，考慮到EPON和GPON升級(jí)到10 GHz速率，兼顧到各種無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）共存，避免系統(tǒng)升級(jí)過程中對(duì)現(xiàn)有用戶的業(yè)務(wù)造成影響，將EPON和GPON的波長(zhǎng)收窄，即上行1 290～1 330 nm （1 310±20）。而萬(wàn)兆級(jí)XGPON采用上行1 260～

1 280 nm，下行1 575～1 580 nm（標(biāo)稱波長(zhǎng)1 577 nm）。

2013年前后，TWDM-PON被全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)（FSAN）和ITU-T組織接納為NG-PON2的標(biāo)準(zhǔn)方案，被視為是XGPON的堆疊，采用DWDM，上行暫時(shí)定為C波段短波長(zhǎng)段（如1 528～1 535 nm），上行暫時(shí)定為L(zhǎng)波段長(zhǎng)波長(zhǎng)段（如1 596～1 604 nm）。

由此，接入網(wǎng)日益表現(xiàn)出多波長(zhǎng)系統(tǒng)（MW-PON）的特征，具有多個(gè)光線路終端（OLT）和多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）通信的機(jī)制，并同時(shí)保留了多個(gè)ONU共享一對(duì)波長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，其難點(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、波長(zhǎng)的分配和管理、ONU激活與遷移等方面。

2 超密集波分復(fù)用接入網(wǎng)

2010年前后FSAN發(fā)布了NG-PON2白皮書，當(dāng)時(shí)業(yè)界提出了幾種可能的候選方案：40G時(shí)分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（TDM-PON）、TWDM-PON、正交頻分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（OFDM-PON）、WDM-PON、UDWDM-PON等，綜合考慮升級(jí)成本和兼容性之后，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織選擇了TWDM-PON作為標(biāo)準(zhǔn)方案，其他方案不妨作為NG-PON3目標(biāo)[5]，以下主要介紹UDWDM-PON。

2.1 結(jié)構(gòu)與特征

諾西網(wǎng)絡(luò)（NSN）提出的UDWDM-PON方案最具有代表性，結(jié)構(gòu)如圖2所示[6-7]。C波段復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)量高達(dá)1 000個(gè)，頻率的間隔只有3 GHz，每用戶上下行一對(duì)波長(zhǎng)用對(duì)稱帶寬1 Gbit/s。采用相干檢測(cè)，功率預(yù)算達(dá)43 dB，可以支持無源距離100 km。支持現(xiàn)有光分配網(wǎng)（分光器而不是陣列波導(dǎo)光柵）、與GPON/XGPON和射頻電視信號(hào)共存，光譜靈活可變?？蓱?yīng)用于住宅區(qū)（波長(zhǎng)分開）、商務(wù)區(qū)（波長(zhǎng)綁定）和移動(dòng)回傳。

2.2 工作原理

由于波長(zhǎng)間隔只有3 GHz，由此帶來了兩個(gè)問題，NSN提出了相應(yīng)的解決方案[6-7]。其一，如何產(chǎn)生密集多波長(zhǎng)信號(hào)？NSN科學(xué)家提出的獨(dú)特方案是光傳輸組（OTG），如圖3所示。工作原理：一個(gè)種子激光器經(jīng)過邊帶調(diào)制產(chǎn)生10個(gè)間隔為3 GHz的激光輸出，如果種子激光器的波長(zhǎng)發(fā)生漂移，則該組10個(gè)激光輸出同時(shí)發(fā)生漂移，保持3 GHz間隔不變。各相鄰OTG之間留有一定的保護(hù)帶，使得種子激光器的漂移不至于影響到相鄰激光輸出的交疊。該方案的好處是減少了激光器的數(shù)量，便于模塊化擴(kuò)展升級(jí)，符合接入網(wǎng)低成本要求。其二，一般解復(fù)用器或光濾波器很難滿足超密集波長(zhǎng)的分離，采用相干檢測(cè)可以同時(shí)提取信號(hào)波長(zhǎng)及其信號(hào)，但是，相干檢測(cè)需要本振激光器，這會(huì)增加接入網(wǎng)成本。NSN科學(xué)家提出的獨(dú)特方案是成對(duì)通道方法，如圖3所示。工作原理：以下行為例，ONU為了提取信號(hào)波長(zhǎng)及其信號(hào)，采用與該波長(zhǎng)偏置1 GHz的上行激光器，它既作為本振激光，也作為上行光載波，一個(gè)激光器同時(shí)完成了兩個(gè)功能，降低了成本，符合接入網(wǎng)低成本的要求。

2.3 光電集成設(shè)想

UDWDM-PON在接入網(wǎng)中的可行性，取決于光子集成和電信號(hào)處理，如圖4所示[7-11]。光子集成有助于降低成本和器件大小，電信號(hào)處理有助于消除傳輸和系統(tǒng)的信號(hào)損傷。

OLT側(cè)的光子集成中，每一個(gè)種子激光器通過邊帶調(diào)制產(chǎn)生一套調(diào)制波長(zhǎng)，數(shù)量n，如果有m個(gè)種子激光器，則可以提供m×n個(gè)通道，便于模塊化擴(kuò)展。接收時(shí)，種子激光用于一組上行波長(zhǎng)的本振。在數(shù)據(jù)速率1 Gbit/s和通道間隔1 GHz時(shí)，需要采用高階調(diào)制方案，如差分正交相移鍵控（DQPSK），包括前向糾錯(cuò)碼（FEC）開銷，符號(hào)速率為633 MBaud。

ONU側(cè)的光子集成中，包括外腔可調(diào)諧激光器（ECL），它既作為上行發(fā)射，也作為本振。上行波長(zhǎng)相于對(duì)下行波長(zhǎng)偏置1 GHz。上行信號(hào)直接調(diào)制，而下行用它作為外差接收的本振，頻率差1 GHz，不需要鎖相環(huán)來穩(wěn)定下行波長(zhǎng)和本振波長(zhǎng)，允許頻偏±50 MHz，即信號(hào)和本振頻率范圍950～1 050 MHz，否則要重調(diào)本振，這有利于降低本振控制環(huán)路的要求。偏振分集接收和上行調(diào)制都集成進(jìn)來。

2.4 傳輸損傷

傳輸損傷包括線性和非線性畸變[12-14]。

線性畸變?nèi)缟⑴c偏振模色散，在633 MBaud和100 km光纖傳輸時(shí)并不嚴(yán)重，如果未來升級(jí)到5 GBaud或10 GBaud，線性畸變會(huì)嚴(yán)重起來，不過，相干檢測(cè)和電信號(hào)處理可以消除該線性畸變。

非線性畸變?nèi)缢牟ɑ祛l（FWM）等起主要作用。注意的是非線性畸變與功率有關(guān)，只有在OLT和第一個(gè)分光器之間全部都是上下行激光共纖傳輸情況下，非線性最為嚴(yán)重。而在第一個(gè)分光器之后至ONU之間，光纖中的激光功率不是最高的，非線性不甚嚴(yán)重。

2.5 兼容與升級(jí)

采用相干通信技術(shù)，功率預(yù)算超過43 dB或達(dá)到48.6 dB[15]，使用分光器兼容現(xiàn)有光分配網(wǎng)，可以與EPON、GPON等共存。由于在UDWDM-PON中采用了OTG組的方法，可以通過增加OTG組的方法逐步增加帶寬，從而使得UDWDM-PON在升級(jí)時(shí)更能體現(xiàn)“按需增長(zhǎng)”的優(yōu)勢(shì)。因此，UDWDM-PON在用戶帶寬保證、容量匯聚能力、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍等方面顯示出優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了UDWDM-PON的方案、結(jié)構(gòu)、原理、集成設(shè)想、升級(jí)方式等，從中可以看出，NSN提出的UDWDM-PON可以在C波段密集排到1 000個(gè)下行波長(zhǎng)和1 000個(gè)上行波長(zhǎng)，支持1 000個(gè)用戶，每個(gè)用戶獨(dú)立使用一對(duì)波長(zhǎng)，速率千兆并具有每個(gè)用戶接入帶寬10 Gbit/s的潛力。使用分光器兼容現(xiàn)有光分配網(wǎng)，采用相干通信技術(shù)功率預(yù)算超過43 dB。因此，UDWDM-PON在用戶帶寬保證、容量匯聚能力、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍等方面具有發(fā)展?jié)摿?。endprint

2009年前后，考慮到EPON和GPON升級(jí)到10 GHz速率，兼顧到各種無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）共存，避免系統(tǒng)升級(jí)過程中對(duì)現(xiàn)有用戶的業(yè)務(wù)造成影響，將EPON和GPON的波長(zhǎng)收窄，即上行1 290～1 330 nm （1 310±20）。而萬(wàn)兆級(jí)XGPON采用上行1 260～

1 280 nm，下行1 575～1 580 nm（標(biāo)稱波長(zhǎng)1 577 nm）。

2013年前后，TWDM-PON被全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)（FSAN）和ITU-T組織接納為NG-PON2的標(biāo)準(zhǔn)方案，被視為是XGPON的堆疊，采用DWDM，上行暫時(shí)定為C波段短波長(zhǎng)段（如1 528～1 535 nm），上行暫時(shí)定為L(zhǎng)波段長(zhǎng)波長(zhǎng)段（如1 596～1 604 nm）。

由此，接入網(wǎng)日益表現(xiàn)出多波長(zhǎng)系統(tǒng)（MW-PON）的特征，具有多個(gè)光線路終端（OLT）和多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）通信的機(jī)制，并同時(shí)保留了多個(gè)ONU共享一對(duì)波長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，其難點(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、波長(zhǎng)的分配和管理、ONU激活與遷移等方面。

2 超密集波分復(fù)用接入網(wǎng)

2010年前后FSAN發(fā)布了NG-PON2白皮書，當(dāng)時(shí)業(yè)界提出了幾種可能的候選方案：40G時(shí)分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（TDM-PON）、TWDM-PON、正交頻分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（OFDM-PON）、WDM-PON、UDWDM-PON等，綜合考慮升級(jí)成本和兼容性之后，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織選擇了TWDM-PON作為標(biāo)準(zhǔn)方案，其他方案不妨作為NG-PON3目標(biāo)[5]，以下主要介紹UDWDM-PON。

2.1 結(jié)構(gòu)與特征

諾西網(wǎng)絡(luò)（NSN）提出的UDWDM-PON方案最具有代表性，結(jié)構(gòu)如圖2所示[6-7]。C波段復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)量高達(dá)1 000個(gè)，頻率的間隔只有3 GHz，每用戶上下行一對(duì)波長(zhǎng)用對(duì)稱帶寬1 Gbit/s。采用相干檢測(cè)，功率預(yù)算達(dá)43 dB，可以支持無源距離100 km。支持現(xiàn)有光分配網(wǎng)（分光器而不是陣列波導(dǎo)光柵）、與GPON/XGPON和射頻電視信號(hào)共存，光譜靈活可變?？蓱?yīng)用于住宅區(qū)（波長(zhǎng)分開）、商務(wù)區(qū)（波長(zhǎng)綁定）和移動(dòng)回傳。

2.2 工作原理

由于波長(zhǎng)間隔只有3 GHz，由此帶來了兩個(gè)問題，NSN提出了相應(yīng)的解決方案[6-7]。其一，如何產(chǎn)生密集多波長(zhǎng)信號(hào)？NSN科學(xué)家提出的獨(dú)特方案是光傳輸組（OTG），如圖3所示。工作原理：一個(gè)種子激光器經(jīng)過邊帶調(diào)制產(chǎn)生10個(gè)間隔為3 GHz的激光輸出，如果種子激光器的波長(zhǎng)發(fā)生漂移，則該組10個(gè)激光輸出同時(shí)發(fā)生漂移，保持3 GHz間隔不變。各相鄰OTG之間留有一定的保護(hù)帶，使得種子激光器的漂移不至于影響到相鄰激光輸出的交疊。該方案的好處是減少了激光器的數(shù)量，便于模塊化擴(kuò)展升級(jí)，符合接入網(wǎng)低成本要求。其二，一般解復(fù)用器或光濾波器很難滿足超密集波長(zhǎng)的分離，采用相干檢測(cè)可以同時(shí)提取信號(hào)波長(zhǎng)及其信號(hào)，但是，相干檢測(cè)需要本振激光器，這會(huì)增加接入網(wǎng)成本。NSN科學(xué)家提出的獨(dú)特方案是成對(duì)通道方法，如圖3所示。工作原理：以下行為例，ONU為了提取信號(hào)波長(zhǎng)及其信號(hào)，采用與該波長(zhǎng)偏置1 GHz的上行激光器，它既作為本振激光，也作為上行光載波，一個(gè)激光器同時(shí)完成了兩個(gè)功能，降低了成本，符合接入網(wǎng)低成本的要求。

2.3 光電集成設(shè)想

UDWDM-PON在接入網(wǎng)中的可行性，取決于光子集成和電信號(hào)處理，如圖4所示[7-11]。光子集成有助于降低成本和器件大小，電信號(hào)處理有助于消除傳輸和系統(tǒng)的信號(hào)損傷。

OLT側(cè)的光子集成中，每一個(gè)種子激光器通過邊帶調(diào)制產(chǎn)生一套調(diào)制波長(zhǎng)，數(shù)量n，如果有m個(gè)種子激光器，則可以提供m×n個(gè)通道，便于模塊化擴(kuò)展。接收時(shí)，種子激光用于一組上行波長(zhǎng)的本振。在數(shù)據(jù)速率1 Gbit/s和通道間隔1 GHz時(shí)，需要采用高階調(diào)制方案，如差分正交相移鍵控（DQPSK），包括前向糾錯(cuò)碼（FEC）開銷，符號(hào)速率為633 MBaud。

ONU側(cè)的光子集成中，包括外腔可調(diào)諧激光器（ECL），它既作為上行發(fā)射，也作為本振。上行波長(zhǎng)相于對(duì)下行波長(zhǎng)偏置1 GHz。上行信號(hào)直接調(diào)制，而下行用它作為外差接收的本振，頻率差1 GHz，不需要鎖相環(huán)來穩(wěn)定下行波長(zhǎng)和本振波長(zhǎng)，允許頻偏±50 MHz，即信號(hào)和本振頻率范圍950～1 050 MHz，否則要重調(diào)本振，這有利于降低本振控制環(huán)路的要求。偏振分集接收和上行調(diào)制都集成進(jìn)來。

2.4 傳輸損傷

傳輸損傷包括線性和非線性畸變[12-14]。

線性畸變?nèi)缟⑴c偏振模色散，在633 MBaud和100 km光纖傳輸時(shí)并不嚴(yán)重，如果未來升級(jí)到5 GBaud或10 GBaud，線性畸變會(huì)嚴(yán)重起來，不過，相干檢測(cè)和電信號(hào)處理可以消除該線性畸變。

非線性畸變?nèi)缢牟ɑ祛l（FWM）等起主要作用。注意的是非線性畸變與功率有關(guān)，只有在OLT和第一個(gè)分光器之間全部都是上下行激光共纖傳輸情況下，非線性最為嚴(yán)重。而在第一個(gè)分光器之后至ONU之間，光纖中的激光功率不是最高的，非線性不甚嚴(yán)重。

2.5 兼容與升級(jí)

采用相干通信技術(shù)，功率預(yù)算超過43 dB或達(dá)到48.6 dB[15]，使用分光器兼容現(xiàn)有光分配網(wǎng)，可以與EPON、GPON等共存。由于在UDWDM-PON中采用了OTG組的方法，可以通過增加OTG組的方法逐步增加帶寬，從而使得UDWDM-PON在升級(jí)時(shí)更能體現(xiàn)“按需增長(zhǎng)”的優(yōu)勢(shì)。因此，UDWDM-PON在用戶帶寬保證、容量匯聚能力、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍等方面顯示出優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了UDWDM-PON的方案、結(jié)構(gòu)、原理、集成設(shè)想、升級(jí)方式等，從中可以看出，NSN提出的UDWDM-PON可以在C波段密集排到1 000個(gè)下行波長(zhǎng)和1 000個(gè)上行波長(zhǎng)，支持1 000個(gè)用戶，每個(gè)用戶獨(dú)立使用一對(duì)波長(zhǎng)，速率千兆并具有每個(gè)用戶接入帶寬10 Gbit/s的潛力。使用分光器兼容現(xiàn)有光分配網(wǎng)，采用相干通信技術(shù)功率預(yù)算超過43 dB。因此，UDWDM-PON在用戶帶寬保證、容量匯聚能力、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍等方面具有發(fā)展?jié)摿Αndprint

2009年前后，考慮到EPON和GPON升級(jí)到10 GHz速率，兼顧到各種無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）共存，避免系統(tǒng)升級(jí)過程中對(duì)現(xiàn)有用戶的業(yè)務(wù)造成影響，將EPON和GPON的波長(zhǎng)收窄，即上行1 290～1 330 nm （1 310±20）。而萬(wàn)兆級(jí)XGPON采用上行1 260～

1 280 nm，下行1 575～1 580 nm（標(biāo)稱波長(zhǎng)1 577 nm）。

2013年前后，TWDM-PON被全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)（FSAN）和ITU-T組織接納為NG-PON2的標(biāo)準(zhǔn)方案，被視為是XGPON的堆疊，采用DWDM，上行暫時(shí)定為C波段短波長(zhǎng)段（如1 528～1 535 nm），上行暫時(shí)定為L(zhǎng)波段長(zhǎng)波長(zhǎng)段（如1 596～1 604 nm）。

由此，接入網(wǎng)日益表現(xiàn)出多波長(zhǎng)系統(tǒng)（MW-PON）的特征，具有多個(gè)光線路終端（OLT）和多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）通信的機(jī)制，并同時(shí)保留了多個(gè)ONU共享一對(duì)波長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，其難點(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、波長(zhǎng)的分配和管理、ONU激活與遷移等方面。

2 超密集波分復(fù)用接入網(wǎng)

2010年前后FSAN發(fā)布了NG-PON2白皮書，當(dāng)時(shí)業(yè)界提出了幾種可能的候選方案：40G時(shí)分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（TDM-PON）、TWDM-PON、正交頻分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（OFDM-PON）、WDM-PON、UDWDM-PON等，綜合考慮升級(jí)成本和兼容性之后，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織選擇了TWDM-PON作為標(biāo)準(zhǔn)方案，其他方案不妨作為NG-PON3目標(biāo)[5]，以下主要介紹UDWDM-PON。

2.1 結(jié)構(gòu)與特征

諾西網(wǎng)絡(luò)（NSN）提出的UDWDM-PON方案最具有代表性，結(jié)構(gòu)如圖2所示[6-7]。C波段復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)量高達(dá)1 000個(gè)，頻率的間隔只有3 GHz，每用戶上下行一對(duì)波長(zhǎng)用對(duì)稱帶寬1 Gbit/s。采用相干檢測(cè)，功率預(yù)算達(dá)43 dB，可以支持無源距離100 km。支持現(xiàn)有光分配網(wǎng)（分光器而不是陣列波導(dǎo)光柵）、與GPON/XGPON和射頻電視信號(hào)共存，光譜靈活可變?？蓱?yīng)用于住宅區(qū)（波長(zhǎng)分開）、商務(wù)區(qū)（波長(zhǎng)綁定）和移動(dòng)回傳。

2.2 工作原理

由于波長(zhǎng)間隔只有3 GHz，由此帶來了兩個(gè)問題，NSN提出了相應(yīng)的解決方案[6-7]。其一，如何產(chǎn)生密集多波長(zhǎng)信號(hào)？NSN科學(xué)家提出的獨(dú)特方案是光傳輸組（OTG），如圖3所示。工作原理：一個(gè)種子激光器經(jīng)過邊帶調(diào)制產(chǎn)生10個(gè)間隔為3 GHz的激光輸出，如果種子激光器的波長(zhǎng)發(fā)生漂移，則該組10個(gè)激光輸出同時(shí)發(fā)生漂移，保持3 GHz間隔不變。各相鄰OTG之間留有一定的保護(hù)帶，使得種子激光器的漂移不至于影響到相鄰激光輸出的交疊。該方案的好處是減少了激光器的數(shù)量，便于模塊化擴(kuò)展升級(jí)，符合接入網(wǎng)低成本要求。其二，一般解復(fù)用器或光濾波器很難滿足超密集波長(zhǎng)的分離，采用相干檢測(cè)可以同時(shí)提取信號(hào)波長(zhǎng)及其信號(hào)，但是，相干檢測(cè)需要本振激光器，這會(huì)增加接入網(wǎng)成本。NSN科學(xué)家提出的獨(dú)特方案是成對(duì)通道方法，如圖3所示。工作原理：以下行為例，ONU為了提取信號(hào)波長(zhǎng)及其信號(hào)，采用與該波長(zhǎng)偏置1 GHz的上行激光器，它既作為本振激光，也作為上行光載波，一個(gè)激光器同時(shí)完成了兩個(gè)功能，降低了成本，符合接入網(wǎng)低成本的要求。

2.3 光電集成設(shè)想

UDWDM-PON在接入網(wǎng)中的可行性，取決于光子集成和電信號(hào)處理，如圖4所示[7-11]。光子集成有助于降低成本和器件大小，電信號(hào)處理有助于消除傳輸和系統(tǒng)的信號(hào)損傷。

OLT側(cè)的光子集成中，每一個(gè)種子激光器通過邊帶調(diào)制產(chǎn)生一套調(diào)制波長(zhǎng)，數(shù)量n，如果有m個(gè)種子激光器，則可以提供m×n個(gè)通道，便于模塊化擴(kuò)展。接收時(shí)，種子激光用于一組上行波長(zhǎng)的本振。在數(shù)據(jù)速率1 Gbit/s和通道間隔1 GHz時(shí)，需要采用高階調(diào)制方案，如差分正交相移鍵控（DQPSK），包括前向糾錯(cuò)碼（FEC）開銷，符號(hào)速率為633 MBaud。

ONU側(cè)的光子集成中，包括外腔可調(diào)諧激光器（ECL），它既作為上行發(fā)射，也作為本振。上行波長(zhǎng)相于對(duì)下行波長(zhǎng)偏置1 GHz。上行信號(hào)直接調(diào)制，而下行用它作為外差接收的本振，頻率差1 GHz，不需要鎖相環(huán)來穩(wěn)定下行波長(zhǎng)和本振波長(zhǎng)，允許頻偏±50 MHz，即信號(hào)和本振頻率范圍950～1 050 MHz，否則要重調(diào)本振，這有利于降低本振控制環(huán)路的要求。偏振分集接收和上行調(diào)制都集成進(jìn)來。

2.4 傳輸損傷

傳輸損傷包括線性和非線性畸變[12-14]。

線性畸變?nèi)缟⑴c偏振模色散，在633 MBaud和100 km光纖傳輸時(shí)并不嚴(yán)重，如果未來升級(jí)到5 GBaud或10 GBaud，線性畸變會(huì)嚴(yán)重起來，不過，相干檢測(cè)和電信號(hào)處理可以消除該線性畸變。

非線性畸變?nèi)缢牟ɑ祛l（FWM）等起主要作用。注意的是非線性畸變與功率有關(guān)，只有在OLT和第一個(gè)分光器之間全部都是上下行激光共纖傳輸情況下，非線性最為嚴(yán)重。而在第一個(gè)分光器之后至ONU之間，光纖中的激光功率不是最高的，非線性不甚嚴(yán)重。

2.5 兼容與升級(jí)

采用相干通信技術(shù)，功率預(yù)算超過43 dB或達(dá)到48.6 dB[15]，使用分光器兼容現(xiàn)有光分配網(wǎng)，可以與EPON、GPON等共存。由于在UDWDM-PON中采用了OTG組的方法，可以通過增加OTG組的方法逐步增加帶寬，從而使得UDWDM-PON在升級(jí)時(shí)更能體現(xiàn)“按需增長(zhǎng)”的優(yōu)勢(shì)。因此，UDWDM-PON在用戶帶寬保證、容量匯聚能力、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍等方面顯示出優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了UDWDM-PON的方案、結(jié)構(gòu)、原理、集成設(shè)想、升級(jí)方式等，從中可以看出，NSN提出的UDWDM-PON可以在C波段密集排到1 000個(gè)下行波長(zhǎng)和1 000個(gè)上行波長(zhǎng)，支持1 000個(gè)用戶，每個(gè)用戶獨(dú)立使用一對(duì)波長(zhǎng)，速率千兆并具有每個(gè)用戶接入帶寬10 Gbit/s的潛力。使用分光器兼容現(xiàn)有光分配網(wǎng)，采用相干通信技術(shù)功率預(yù)算超過43 dB。因此，UDWDM-PON在用戶帶寬保證、容量匯聚能力、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍等方面具有發(fā)展?jié)摿Αndprint