1、引言
　　5/9/2008,隨著互聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)快速發(fā)展，各種新業(yè)務層出不窮，使人們對網(wǎng)絡接入帶寬的需求持續(xù)增加，特別是網(wǎng)絡游戲、會議電視、視頻點播等業(yè)務，使得傳統(tǒng)的接入方式將無法滿足帶寬的需求。根據(jù)相關數(shù)據(jù)分析，未來3年用戶平均帶寬需求將超過10 Mbit/s。與其他有線、無線接入技術相比，光纖接入在帶寬容量和覆蓋距離方面具有無與倫比的優(yōu)勢。隨著低成本PON（無源光網(wǎng)絡）技術的出現(xiàn)和迅速成熟以及光纖光纜成本的快速下降，使運營商接入網(wǎng)光纖化的想法逐步得以實現(xiàn)。

　　目前PON是解決接入網(wǎng)“最后一公里”、實現(xiàn)FTTx的最具吸引力的技術。所謂“無源”，是指ODN中不含有任何有源電子器件及電源，全部由光分路器（Splitter）等無源器件組成，因此其管理維護的成本較低，這是PON在接入網(wǎng)發(fā)展中最具優(yōu)勢的一面。

　　PON按信號分配方式可以分為PSPON（功率分割型無源光網(wǎng)絡）和WDMPON（波分復用型無源光網(wǎng)絡）。目前的APON、BPON、EPON和GPON均屬于PSPON，PSPON采用星型耦合器分路，上/下行傳送采用TDMA/TDM方式實現(xiàn)信道帶寬共享，分路器通過功率分配將OLT發(fā)出的信號分配到各個ONU上。WDMPON技術則是將波分復用技術運用在PON中，光分路器通過識別OLT發(fā)出的各種波長，將信號分配到各路ONU。雖然PSPON較為成熟，特別是E-PON、GPON，在北美、日本已經(jīng)有較大規(guī)模的部署，但是PSPON仍然存在一些問題需要解決，例如快速比特同步、動態(tài)帶寬分配、基線漂移、ONU的測距與延時補償、突發(fā)模式光收發(fā)模塊的設計等。部分問題雖然得到了解決，但是成本較大。例如，在上行的TDMA復用測距方面，光纜中信號每米傳輸時間大約為5 ns，而STM-1、STM-16、GE系統(tǒng)的比特周期分別只有6.4 ns、0.4 ns和0.8 ns�？梢�，隨著速率的提高，測距和上行成幀的難度將會大幅度增加�；�于波分復用技術的WDMPON采用波長作為用戶端ONU標識，利用波分復用技術實現(xiàn)上行接入，能夠提供較高的工作帶寬，可以實現(xiàn)真正意義上的對稱寬帶接入。同時，它還可以避免TDMA技術中ONU的測距、快速比特同步等諸多技術難點，并且在網(wǎng)絡管理以及系統(tǒng)升級性能方面都有著明顯的優(yōu)勢。隨著技術的進步，波分復用光器件的成本，尤其是無源光器件成本大幅度下降，質(zhì)優(yōu)價廉的WDM器件不斷出現(xiàn)，WDMPON技術將是接入網(wǎng)一個可以預見的發(fā)展趨勢。下面對WDMPON中的OLT光源、ONU光源、光分路器所涉及的核心技術問題進行分析。

2、OLT光源的選擇

　　目前有多種方法構(gòu)造多波長光源。一種方法是選擇一組波長接近的、離散的、可調(diào)諧的DFB激光器（DFB激光器陣列），利用溫度調(diào)諧產(chǎn)生多波長的下行信號。由于DFB激光器陣列輸出光譜可以通過控制溫度統(tǒng)一調(diào)諧，容易實現(xiàn)波長監(jiān)控，但由于DFB激光器輸出波長隨波導有效折射率變化，很難精確控制輸出光譜與波長路由器信道間隔的匹配。第二種方法是采用MFL（多頻激光器）。MFL是一種基于集成半導體放大器和WGR（Waveguide Grating Router，波導光柵路由器）技術的新型WDM激光器。MFL包含N個光放大器和一個1×N的陣列波導光柵，陣列波導光柵的每個輸入端集成一個光放大器。在光放大器和陣列波導光柵輸出端之間形成一個光學腔，如果放大器的增益克服腔內(nèi)的損耗，則有激光輸出，輸出波長由陣列波導光柵的濾波特性決定。通過直接調(diào)制各個放大器的偏置電流，就可以產(chǎn)生多波長的下行信號。MFL的波長間隔由陣列波導光柵中的波導長度差決定，可以精確控制，各波長可以通過控制同一個溫度統(tǒng)一調(diào)節(jié)，便于波長監(jiān)控。目前已經(jīng)開發(fā)出16信道間隔為200 GHz和20信道間隔為400 GHz的MFL產(chǎn)品，直接調(diào)制速率為622 Mbit/s。第三種方法是比特交錯光源。它使用了一個飛秒級（10-15，）光纖激光器來產(chǎn)生一個1.5μm附近70 nm譜寬的脈沖，這一脈沖被22 km長的標準單模光纖啁啾。隨著脈沖的傳輸，數(shù)據(jù)可在高速調(diào)制器中以比特交錯的方式被編碼。

3、光分路器的選擇

　　在WDMPON系統(tǒng)中，波分復用器通常被稱為波長分路器，它解復用下行信號，并分配給指定的ONU，同時把上行信號復用到一根光纖，傳輸?shù)絆LT。波長分路器主要由AWG構(gòu)成。目前在波長分路器實現(xiàn)當中需要關注的問題有串擾問題、溫度穩(wěn)定性問題和色散效應。

　　由于AWG器件隔離度的不理想和非線性光學效應的影響，其他光通道的信號會泄露到傳輸通道形成噪聲，從而對系統(tǒng)性能造成影響。AWG由輸入輸出波導、平板波導和波導陣列組成。聚焦模場和輸出波導的場分布不是矩形結(jié)構(gòu)，這是串擾的最直接來源。目前已經(jīng)有三種方法來抑制串擾：激光束逐點掃描法、變跡相位模板法、均勻相位模板法。

　　在WDMPON系統(tǒng)中，AWG器件一般都放在野外，環(huán)境溫度變化比較大，由于AWG主要材料是石英，而石英的折射率隨溫度變化而變化，因此AWG復用的信道波長容易受溫度的影響。因此當溫度變化時，如何保證信道波長的穩(wěn)定性是一個值得研究的問題。目前人們已研究出多種方法增強AWG的溫度穩(wěn)定性。其中，有利用折射率隨溫度作反方向變化的波導或在陣列波導之間刻蝕不同長度的凹槽的方法來實現(xiàn)溫度控制，這些方法可以讓AWG的光譜響應在-20～80 ºC幾乎沒有變化。另外，也有利用聚合物材料制造陣列波導光柵，如丙稀鹽酸和聚硅樹脂，這些材料減少了熱膨脹系數(shù)，使折射率得到控制。

　　隨著WDMPON系統(tǒng)接入距離的增加，光纖和陣列波導的色散效應會導致系統(tǒng)誤碼率增加。目前解決色散效應比較好的方法是色散補償光纖光柵，通過在AWG中加入補償光纖光柵改善色散特性。色散補償是對頻率的二次相移所造成的脈沖展寬進行壓縮補償。如果波導光柵輸出的響應頻率的二次相移特性比較平坦，頻帶較寬且幅度滿足要求，則認為此波導光柵的色散補償特性較好。

4、ONU光源的選擇

　　ONU光源的選擇原則是易于安裝維護、成本低、光譜應工作于WDMPON的整個波長范圍內(nèi)。目前有4種ONU光源。

　�。�1）單頻激光器

　　目前寬調(diào)諧單模DFB激光器陣列可以滿足要求，但由于價格昂貴，仍處于實驗階段，距市場化應用還有一定距離。

　�。�2）光環(huán)回

　　光環(huán)回技術是利用OLT發(fā)出的一部分下行光信號作為載波，在ONU中調(diào)制上行信號，再發(fā)送到OLT。光環(huán)回技術避免了使用ONU光源，但也存在一些缺點。它要求OLT光源輸出功率很大，以支持上下行傳輸。如果沒有高功率的OLT光，替代方法是放大上行信號。為了在OLT和ONU間保持無源設備，放大器必須放在ONU內(nèi)，這樣就導致了ONU成本的增加。光環(huán)回的另一個缺點是，為了避免瑞利后向散射造成的較大干擾，必須將上下行信號分離在不同的光纖里進行傳輸，這樣導致了光纖和路由器端口數(shù)量成倍增加，設備安裝維護的復雜度提高。

　�。�3）光譜分割

　　光譜分割的原理是：WDMPON利用寬帶光源作為ONU的光源，發(fā)射光通過AWG后，輸出信號的頻譜是原來寬帶信號的一部分，其波長取決于與ONU相連的復用器端口，輸出信號復用到一根光纖上，在OLT通過解復用器到達目的接收機。目前WDMPON系統(tǒng)中普遍采用窄帶光濾波器對寬頻譜的光源進行頻譜分割，使每個WDM信道獲得惟一光波作為上行光源。頻譜分割WDMPON系統(tǒng)采用寬帶光源（如LED），與可調(diào)諧單頻激光器相比，寬帶光源具有設備簡單、成本低的優(yōu)點，因此對成本敏感的接入網(wǎng)很有吸引力。光譜分割的主要缺點是頻譜分割導致光功率損耗很大（18 dB），而LED的入纖功率一般只有-10 dBm，造成功率預算緊張；引起信道間的串擾，限制了系統(tǒng)的動態(tài)范圍；多模或?qū)拵Ч庠垂逃械膸追N噪聲（模分散噪聲、強度噪聲、光差拍噪聲）的存在，使調(diào)制速率受限。

　�。�4）波長鎖定FP激光器

　　最近基于波長鎖定FP激光器的WDMPON系統(tǒng)被采納并開始商用，該系統(tǒng)把FP激光器作為OLT和ONU的信號發(fā)射器。工作原理是：摻鉺光纖放大器產(chǎn)生光譜放大自發(fā)輻射（ASE）信號，ASE信號通過OLT到達AWG，被AWG進行光譜分割后產(chǎn)生多個窄帶信號，這些信號被注入不同的ONU的同一類型FP激光器中，迫使FP激光器產(chǎn)生單波長模式，抑制了多波長模式的產(chǎn)生。最新的產(chǎn)品可支持16個WDM信道，信道間隔為200 GHz，每信道速率為1.25 Gbit/s，可支持大約21 dB的ODN鏈路預算。

5、結(jié)束語

　　PON自出現(xiàn)以來，經(jīng)過多年發(fā)展，形成了APON、EPON、GPON、WDMPON等一系列技術，而WDMPON結(jié)合了WDM技術和PON拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，日益成為一種高性能的接入方式。目前WDMPON系統(tǒng)面臨的最大困難在于器件成本過高，多數(shù)研究仍處于實驗室的理論研究階段。在光接入網(wǎng)方面表現(xiàn)突出的韓國，最近開始測試并小規(guī)模試商用WDMPON系統(tǒng)，其最大運營商KT與一家新興器件公司Novera，于2005年開始合作進行5萬戶、16波的WDMPON實驗。Novera的突破在于使局端設備不需要多個激光器從而降低了系統(tǒng)成本，并且使用了波長鎖定和溫度穩(wěn)定AWG技術。該公司預測：利用特殊的光學技術，有可能將每用戶成本降低到目前EPON每用戶成本的2倍以下，隨著使用量的增長價格還會降低。雖然WDMPON技術還不穩(wěn)定，但相關器件技術的成熟和用戶帶寬需求的增長，必將推動業(yè)界和市場對WDMPON技術的持續(xù)關注。(中國聯(lián)通新聞網(wǎng))