為了在接入網部分提供更高的帶寬，全球運營商都開始逐步實施“光進銅退”計劃，部署以EPON、GPON為代表的無源光網絡。技術而言，EPON、GPON都工作在時分復用方式下，可統稱為TDM-PON。TDM-PON在單一波長上為每用戶分配時間片的機制，既限制了每用戶的可用帶寬，又大大浪費了光纖自身的可用帶寬。將波分復用技術引入到PON系統中，即WDM-PON，將可以極大地增加用戶接入帶寬，滿足用戶的終極需求，因此WDM-PON也被認為是下一代接入網的解決方案。

發射機光源

ONU光源

WDM-PON系統中的各種ONU光源技術都屬于單波長光源的范疇。FP-LD和RSOA是當前WDM-PON系統主要使用的無色ONU的實現技術。 其中FP-LD已廣泛應用于現在的光通信系統中，在WDM-PON系統中使用的FP-LD雖然略有不同（如要求前表面反射率較低而后表面較高），但其成本仍然比較低廉，并且產量也相對較大。 而對SOA而言，本身在光網絡和光模塊中有多種應用，除了作為放大器使用外，利用其非線性效應還可實現調制、波長變換、再生以及高速（尤其是40Gb/s以上）光交換等各種功能。對其結構進行略微改動即可得到反射型器件RSOA，這在WDM-PON系統中尤為有用。 總的來說，SOA/RSOA器件雖然功能多樣，工藝也較成熟，并且可針對不同的應用進行參數優化，但可視作仍然停留在實驗室應用階段，商用市場才處于起步階段，當前也沒有需要廣泛應用SOA/RSOA器件的驅動力。世界上制造SOA/RSOA產品的供應商還不太多，規模比較大的包括英國的CIP、蘇格蘭的Kamelian等，韓國的ETRI也在自行研制用于WDM-PON系統的RSOA器件并提供給Corecess。但目前用于WDM-PON的RSOA器件價格還比較昂貴，有待于生產的規模化以進一步降低成本。

OLT光源

而對OLT而言，由于要使用不同的波長與各個ONU進行通信，使用這種單波長光源的方案就很不方便。OLT光源也可以采用寬譜光源頻譜分割的方式，但由于頻譜分割會引入較大的損耗（約18dB），會造成功率預算緊張，因此目前主要采用多波長光源。多波長光源是在一個集成的器件上，可以同時產生多個波長的光，它很適合用作WDM-PON系統中的OLT光源。目前多波長光源主要有以下幾種。

多頻激光器（MFL）：如圖1所示，在多頻激光器中，集成了一個1×N的陣列波導光柵和N個光放大器，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，如果放大器提供足夠的增益克服腔內的損耗，則有激光輸出，輸出波長由陣列波導光柵的濾波特性決定。通過直接調制各個放大器的偏置電流，就可以產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一調節，便于波長監控，是理想的OLT光源。在多頻激光器中也可以進行直接調制，但由于激光腔比較長，調制速度也受到限制。16信道間隔為200GHz和20信道間隔為400GHz的MFL已經推出，直接調制速率為622Mbit/s。

圖1：多頻激光器結構示意圖

增益耦合DFB激光器陣列：DFB激光器陣列是在同一襯底上制造多個性質相同的InGaAsP/InP多量子阱波導激光器，它是一種集成的多波長光源。DFB激光器陣列在一個激光器模塊上將增益耦合機制和調諧能力結合起來，波長調諧是通過控制溫度來實現的。器件上集成了薄膜電阻，控制其溫度可以改變波長，這種方式可得到幾近連續的調諧。這種器件的優點在于緊湊的尺寸和高速調制特性，但是它也存在一個主要問題，即難以精確控制陣列中每個激光器的波長，因為每個激光波長是由獨立的濾波器決定的。

超連續激光光源：使用飛秒級激光器產生一個飛秒級脈沖，經過非線性介質傳輸后，由于自相位調制效應導致脈沖擴展和線性頻率啁啾。在展寬的頻譜上，波長隨時間線性增加，因而不同的波長占用不同的時隙，下行數據通過TDM方式調制在各信道上。展寬的頻譜可被放大和分路，以支持多個PON，為大量用戶所共享。 ?

波分復用器

在WDM-PON中，波分復用器通常稱作波長路由器，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，傳輸到OLT。它的主要指標有插入損耗、串音、信道間距、偏振依賴性和溫度敏感性等。目前已有多種結構的器件，如薄膜干涉濾光片、聲光濾波器、光纖光柵、AWG等。在通道數不多的情況下，薄膜干涉濾波器和光纖光柵是比較好多一種選擇；而對于16路以上的WDM系統，復用/解復用器件大多選用AWG，這主要是因為AWG是損耗與通路數無關。最近幾年發展的陣列波導光柵具有尺寸小、易于集成、通道間距窄、性能穩定等優點，促進了WDM-PON的發展。

雖然目前AWG在DWDM系統中已經被廣泛使用，但應用于PON網絡時，無法使用有源的溫控裝置，將會面臨由于溫度變化引起的波長漂移問題，因此熱不敏感AW（AAWG）對WDM-PON系統至關重要。目前熱不敏感的AWG技術上已比較成熟，但價格與普通AWG相比稍貴，如果能夠量產并得到廣泛應用，熱不敏感的AWG的成本將與普通AWG的成本基本相當。

WDM接收機

WDM-PON系統中的接收機包括光電探測器和信號恢復的伴隨電路（數字光接收機）。

常用的光電探測器有PIN光電二極管和雪崩光電二極管，根據所需的敏感度有不同的應用。數字光接收機通常由前置放大器、主放大器和時鐘數據恢復電路（CDR）組成。 WDM-PON中接收機由解復用器和接收機陣列組成。在WDM接收機中，需考慮解復用器處的線性串音，線性串音會引起功率損耗迅速增加。控制串音的方法有對來自各ONU的功率均衡，對接收信號進行雙重濾波等。 ? ?

波長監控

由于WDM-PON中采用多個波長，而且由于AWG一般放在露天，并且沒有溫度控制，因此溫度對于AWG通帶變化的影響非常重要。一般說來，AWG的溫差范圍為-40~85℃，通帶偏移率為0.011nm/℃。因此，在這樣的溫差下，波長將有1.4nm的偏移。這樣的偏移將與DWDM的波長間隔在同一數量級上（100~200GHz），將嚴重影響WDM-PON的工作。因此，需要在OLT中進行波長的檢測和調諧工作。

波長監控采用差分算法，比較一個信道的發送功率與通過波長路由器的功率，得到差值信號，如果小于上一時刻的差值信號，溫度按當前方向改變ΔT，反之說明信道失配增加，溫度以反方向改變ΔT。該方法要適當選取溫度調節的速率和步距ΔT。

波長監控可采用監測下行信道功率和監測上行信道功率實現。對于只在下行采用 WDM的復合PON，只能監測下行信道功率，這種方法需要附加環回光纖，或一個監控信道和光纖光柵。對于上行采用頻譜分割WDM-PON，可以通過在OLT比較解復用前后的上行信號功率，進行波長監控只需增加耦合器，不需要附加的信道。

——本文轉自《WDM-PON技術的研究》

編輯：黃飛

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