9/4/2007, 作者 浙江大學(xué)宋軍博士
無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）： 
    對(duì)PON最常用的有樹(shù)形、環(huán)形和總線形三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在這三種結(jié)構(gòu)中，要有效實(shí)施路徑保護(hù)，防止鏈路失效，以環(huán)形結(jié)構(gòu)技術(shù)上最難實(shí)現(xiàn)。對(duì)環(huán)形拓?fù)�，從OLT，以環(huán)形光纖鏈路連接若干個(gè)ONU，最終回到原點(diǎn)。對(duì)數(shù)據(jù)下載如果使用順時(shí)針路線，那么上載則使用逆時(shí)針路線，一旦中間某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了斷裂，則斷點(diǎn)后方ONU的上下載都無(wú)法完成。對(duì)這種結(jié)構(gòu)，最常用的保護(hù)方式是雙路徑保護(hù)，即使用備用光纖，并增加使用收發(fā)機(jī)和必要的無(wú)源器件，顯然成本會(huì)較高。本期臺(tái)灣交大的研究者對(duì)OLT和ONU內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了改進(jìn)，提出了單鏈路的環(huán)形PON路徑保護(hù)方案。對(duì)OLT，在兩個(gè)端口（a和b）前各加一個(gè)1×2的光耦合器（它們有一個(gè)分束端相連），在兩個(gè)耦合器中間加一個(gè)1×2的光開(kāi)關(guān)（OS），由媒體訪問(wèn)控制（MAC）決定開(kāi)關(guān)切換。而對(duì)每個(gè)ONU則在物理層由一個(gè)2×2的光耦合器連接兩個(gè)線路終端（LT）。當(dāng)環(huán)形鏈路正常工作時(shí)，OLT的OS讓兩耦合器中間的連接斷開(kāi)，這樣由OLT發(fā)出的光只能由a路口出發(fā)，順時(shí)針傳輸?shù)矫總�(gè)ONU，而每個(gè)ONU也由OS控制選擇逆時(shí)針上載線路。一旦這個(gè)環(huán)中某點(diǎn)發(fā)生斷裂時(shí)，MAC控制OLT的光開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，這樣 由OLT發(fā)出的光經(jīng)耦合器分束后可以同時(shí)由a和b兩個(gè)端口輸出，分別到達(dá)端點(diǎn)前的各個(gè)ONU，簡(jiǎn)單的說(shuō)這時(shí)候已由一個(gè)環(huán)形網(wǎng)變成了一個(gè)1×2的樹(shù)形網(wǎng)。而斷點(diǎn)后面的各個(gè)ONU則由OS選擇另一個(gè)LT，這樣在斷點(diǎn)前的各ONU仍逆時(shí)針上載信號(hào)回到a端口，而斷點(diǎn)后的各ONU則順時(shí)針選擇b端口上載信號(hào)回到OLT。作者在20km的環(huán)狀網(wǎng)上對(duì)設(shè)計(jì)的自愈合TDM-PON做了測(cè)試，信號(hào)采用1.25Gb/s的直接調(diào)制格式，證明能有效的避免鏈路失效。

    意大利的研究者為降低雙向WDM/TDM-PON的成本做了一些工作，其主要技術(shù)點(diǎn)有三個(gè)，首先對(duì)下載信號(hào)使用DPSK格式，以避免交叉增益調(diào)制對(duì)信號(hào)質(zhì)量的惡化；其次使用商用的半導(dǎo)體光放大器代替EDFA，作者認(rèn)為除了價(jià)格相對(duì)便宜外，還具有易雙向工作、低功耗和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢(shì)；最后作者使用12.5GHz的窄帶AWG，這是作者研究里最關(guān)鍵的一個(gè)部分。該器件除了最基本的通道解復(fù)用作用以外，還可以將DPSK信號(hào)在終端轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，這樣避免了波長(zhǎng)相關(guān)的相位解調(diào)器的使用，此外使用了窄帶AWG后，解調(diào)器對(duì)色散的公差增大，這樣可以不需使用色散補(bǔ)償光纖，降低成本的同時(shí)也避免了額外損耗的產(chǎn)生。

    意大利的研究者對(duì)WDM-PON支持服務(wù)的多樣化做了研究，作者在中央站點(diǎn)使用同樣的激光器和MZ調(diào)制器對(duì)同一波長(zhǎng)進(jìn)行兩次調(diào)制以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，一個(gè)在基帶上對(duì)信號(hào)進(jìn)行1.5Gb/s的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列NRZ調(diào)制，另一方面則也對(duì)該波長(zhǎng)進(jìn)行低頻的ASK格式副載波調(diào)制。不同波長(zhǎng)信號(hào)以100GHz間隔通過(guò)AWG復(fù)用。在ONU，則通過(guò)使用延時(shí)干涉儀（DI），將兩種不同調(diào)制頻率的信號(hào)分開(kāi)，這里DI相當(dāng)于一個(gè)周期性濾波器的作用，且可以通過(guò)對(duì)其上加載電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，來(lái)改變溫度，進(jìn)而對(duì)相位進(jìn)行調(diào)節(jié)。

    面向PON應(yīng)用，韓國(guó)的研究者制作了一個(gè)雙向光收發(fā)模塊。系統(tǒng)由激光二極管（LD）、光電二級(jí)管（PD），傾斜的光纖光柵（FBG）、單模光纖（SMF）等組成。全部器件通過(guò)鍵合技術(shù)集成在一塊硅芯片上。信號(hào)發(fā)射端，LD發(fā)散角優(yōu)化設(shè)置，以具有一定模斑轉(zhuǎn)換功能，可以在不使用透鏡的前提下實(shí)現(xiàn)較高耦合效率。信號(hào)發(fā)射使用1310nm波長(zhǎng)，接收使用1550nm波長(zhǎng)，傾斜的FBG起到波長(zhǎng)選擇作用，當(dāng)接收到信號(hào)經(jīng)過(guò)傾斜FBG時(shí)，被以45°角斜向光纖包層上方反射，在包層上刻有一個(gè)直角的V型槽，起到直角反射的作用，讓光線偏折向下（垂直光纖傳輸方向）傳輸，在下部有PD來(lái)接收解調(diào)信號(hào)。通過(guò)測(cè)試顯示，作者的芯片符合IEEE 802.3 ah標(biāo)準(zhǔn)，適合具有副載波接入要求的FTTH應(yīng)用。

    Standford大學(xué)的研究者則對(duì)多模光纖在短距離PON的運(yùn)用做了研究，作者指出使用多模光纖作傳輸載體，要特別注意預(yù)防多模色散，因?yàn)槟ｉg色散使系統(tǒng)無(wú)法用于高比特率傳輸。作者這里同時(shí)使用了三個(gè)技術(shù)點(diǎn)以讓多模光纖能夠在高速短距離網(wǎng)絡(luò)中得到運(yùn)用。一是作者采用WDM技術(shù)來(lái)復(fù)用10個(gè)低比特率信號(hào)（10Gb/s），以實(shí)現(xiàn)總的高比特率傳輸；二是采用單模發(fā)射，并在接收端使用單模濾波器來(lái)抑制模間色散的影響；三是在發(fā)射端結(jié)合使用了自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)。通過(guò)這些改進(jìn)，作者測(cè)試使用多模光纖能夠穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)2.2km，100Gb/s的系統(tǒng)傳輸。

色散補(bǔ)償：、 
    在光通訊系統(tǒng)里，由于溫度變化，以及系統(tǒng)、器件裝配失配造成的殘余色散大小通常是不確定的，因此對(duì)40Gb/s的高速系統(tǒng)，對(duì)這些殘余色散進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是一個(gè)難點(diǎn)。因?yàn)樯�散不確定，所以要進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，必須首先要對(duì)色散大小做監(jiān)控。通常對(duì)色散的監(jiān)控常用有兩種方法，一是基于對(duì)電頻域的衰減效應(yīng)做測(cè)定，另一個(gè)是基于對(duì)時(shí)域的脈沖展寬作測(cè)定。本期清華大學(xué)的研究者對(duì)40Gb/s系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償做了研究。作者制作的系統(tǒng)分監(jiān)控和補(bǔ)償兩個(gè)模塊。首先對(duì)色散的監(jiān)控基于半導(dǎo)體光放大器（SOA）中的頻率漂移效應(yīng)。當(dāng)沒(méi)有色散的時(shí)候，脈沖形狀是個(gè)尖峰，峰值功率高，因此在SOA中放大后受非線性效應(yīng)，主要是自相位調(diào)制（SPM）影響嚴(yán)重，脈沖在頻域上向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。當(dāng)有一定殘余色散時(shí)，色散讓脈沖展寬，也就是峰值功率降低，這樣SPM影響變小，在頻域上向長(zhǎng)波漂移的量也就減小。因此由對(duì)頻率漂移的量做測(cè)定就可以求出殘余色散大小。當(dāng)測(cè)出殘余色散后，由反饋回路驅(qū)動(dòng)微處理系統(tǒng)讓另一可調(diào)色散補(bǔ)償模塊工作。這里可調(diào)色散補(bǔ)償只要使用的是光纖光柵。實(shí)驗(yàn)顯示系統(tǒng)的色散補(bǔ)償范圍是正負(fù)100ps/nm，能夠保證傳輸網(wǎng)中殘余色散低于5ps/nm。

    Nokia網(wǎng)絡(luò)的研究者也就消除傳輸網(wǎng)色散影響做了研究。首先作者認(rèn)為對(duì)10Gb/s系統(tǒng)，采用電子色散預(yù)補(bǔ)償，能避免昂貴光學(xué)補(bǔ)償元件的使用，且起到不錯(cuò)的效果。之后作者認(rèn)為采用基于歸零交替反轉(zhuǎn)碼（AMI-RZ）的光單邊帶調(diào)制（OSSB）是最有利于提高色散公差的調(diào)制方式，且有利于獲得較大的邊帶抑制比。但作者也認(rèn)為很多情況下，特別是當(dāng)傳輸速率提高時(shí)，單純?cè)诎l(fā)射端使用電子色散補(bǔ)償，由于非線性影響，已經(jīng)不能獲得預(yù)期的信號(hào)質(zhì)量。因此作者也研究了如何在接收端結(jié)合使用光學(xué)色散補(bǔ)償，構(gòu)造良好的色散譜，以抑制非線性影響。

    Arizona大學(xué)的一個(gè)研究組一直以來(lái)都致力于采用便宜的電子色散補(bǔ)償元件消除PMD影響的研究。本期作者采用了BCJR（Bahl-Cocke-Jelinek-Raviv）和低密度校驗(yàn)（LDPC）兩種算法來(lái)糾錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)Turbo均衡。作者證明采用建議的電子補(bǔ)償，可以補(bǔ)償超過(guò)三個(gè)比特周期的差分群時(shí)延。

光交換網(wǎng)： 
    Bell實(shí)驗(yàn)室的研究者報(bào)導(dǎo)了其面向100Gb以太光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的高譜效率光分組交換網(wǎng)。實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)框架主要由三部分構(gòu)成：第一部分是可調(diào)數(shù)據(jù)包發(fā)射器，主要由多段DBR激光器和光多進(jìn)制分組調(diào)制平臺(tái)兩部分組成。其激光器部分能夠以100GHz間隔實(shí)現(xiàn)40nm大范圍波長(zhǎng)的調(diào)節(jié)，兩波長(zhǎng)切換時(shí)間間隔低于50ns。而調(diào)制平臺(tái)則首先對(duì)激光發(fā)射門(mén)限時(shí)間進(jìn)行編程控制，獲得13.375Gb/s的分組發(fā)射，之后經(jīng)過(guò)多次電子復(fù)用，達(dá)到107Gb/s的發(fā)射，最后再使用MZ調(diào)制器將電子數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為光多進(jìn)制碼；第二部分是波長(zhǎng)路由器，由一100GHz頻帶間隔的40×40AWG構(gòu)成，這個(gè)環(huán)節(jié)還具有信噪比監(jiān)控等模塊。此外該部分還使用了種子注入式的光均衡器，以補(bǔ)償使用窄帶AWG帶來(lái)的嚴(yán)重濾波效應(yīng)；最后一部分是接收器，其使用由發(fā)射端來(lái)的時(shí)鐘信號(hào)作同步，首先仍使用電子的時(shí)分解復(fù)用器將信號(hào)速率解分為每路13.375Gb/s，再進(jìn)行處理。經(jīng)測(cè)試作者的系統(tǒng)能達(dá)到4Tb/s的總傳輸容量，光譜效率也達(dá)到1bit/s/Hz。 

光收發(fā)系統(tǒng); 
    Bell實(shí)驗(yàn)室的研究者實(shí)驗(yàn)研究了在接收端使用基于最大似然估計(jì)（MLSE）接收器的效果。比起通常的直接域值探測(cè)，采用MLSE算法可以有效抑制色散的影響。此外在光網(wǎng)絡(luò)里使用了窄帶光濾波器后，窄帶濾波效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)10-3的噪聲平臺(tái)，提高誤碼率。作者證明使用MLSE后，通過(guò)適當(dāng)算法處理，也可有效消除這個(gè)噪聲平臺(tái)，進(jìn)而消除使用窄帶濾波器帶來(lái)的探測(cè)副作用。

    此外意大利的研究者也認(rèn)為使用MLSE的接收器能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)距離無(wú)色散補(bǔ)償?shù)耐ㄓ崳�然而作者認(rèn)為該算法使用處理器的復(fù)雜度會(huì)隨著傳輸距離增加呈指數(shù)型增長(zhǎng)，這會(huì)增加成本，不利于長(zhǎng)距離通訊。這里作者將微波通訊常使用的M方法做了改進(jìn)，代替MLSE對(duì)探測(cè)信號(hào)做處理，證明操作比MLSE更簡(jiǎn)單，且?guī)缀鯖](méi)有額外功耗。