隨著人們對通信需求的增長,，光纖接入（FTTx）得到了快速發(fā)展,。以無源光網(wǎng)絡(luò)（PON：Passive Optical Network）技術(shù)為主的光纖接入技術(shù)已經(jīng)以多種形態(tài)在全球得到了廣泛應(yīng)用。全球FTTx用戶數(shù)2009年底已超過6000萬,，比2008年增長35%,。其中，亞洲約占81%,，北美約占11%,，歐洲約占8%。2009年中國已成為FTTx用戶數(shù)最大的國家,，其次是日本和韓國,。由于各國經(jīng)濟(jì)狀況的不同，F(xiàn)TTx在日本覆蓋率已很高,，將逐漸進(jìn)入飽和期,，其他國家還仍然處在發(fā)展期。

當(dāng)前,，在我國全業(yè)務(wù)運(yùn)營和網(wǎng)絡(luò)融合的背景下,，高帶寬應(yīng)用如視頻會議、實(shí)時游戲,、IPTV等正不斷涌現(xiàn),，尤其是HDTV,、網(wǎng)真等視頻業(yè)務(wù)，對網(wǎng)絡(luò)接入帶寬提出了更高的要求,，也推動著新的FTTx技術(shù)層出不窮,。此外，“三網(wǎng)融合”的逐步推進(jìn),、物聯(lián)網(wǎng)的逐漸普及,、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以及固定和移動融合（FMC）等也將有力推動高帶寬業(yè)務(wù)的應(yīng)用和相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展,。因此,，未來光纖接入技術(shù)將向更高速率、更多傳輸波長,、更廣覆蓋范圍（包括長距離,、大分路比）的方向發(fā)展。

為了適應(yīng)未來光接入網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求,，我國“十一五”863計劃及時啟動了“低成本的多波長以太網(wǎng)綜合接入系統(tǒng)（λ-EMD）”重大課題的研究,；歐盟FP7計劃也將WDM PON的研究列為重點(diǎn)攻關(guān)的項目?；赪DM PON和WDM-TDM PON技術(shù)的λ-EMD系統(tǒng)具有光纖資源利用充分,、對速率和業(yè)務(wù)完全透明、安全性高,、易管理維護(hù),、傳輸距離長、擴(kuò)展性好等特點(diǎn),，能夠極大的節(jié)約主干光纖和其他光分配網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及維護(hù)費(fèi)用,，擴(kuò)大用戶覆蓋范圍和增加用戶接入數(shù)量，為運(yùn)營商構(gòu)建具有更大接入容量,、更高傳輸速率,、面向全業(yè)務(wù)運(yùn)營的全新光接入網(wǎng)提供了理想的解決方案。

一,、WDM PON基本原理及主要特點(diǎn)

1. WDM PON基本原理

WDM PON是一種采用波分復(fù)用技術(shù)的、點(diǎn)對點(diǎn)的無源光網(wǎng)絡(luò),。即在同一根光纖中,，雙向采用的波長數(shù)目大于3個以上，利用波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)上行接入,，能夠以較低的成本提供較大的工作帶寬,，是光纖接入未來重要的發(fā)展方向。典型的WDM PON系統(tǒng)由三部分組成：光線路終端（OLT：Optical Line Termination）,、光波長分配網(wǎng)絡(luò)（OWDN：Optical Wavelength Distribution Network）和光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU：Opitcal Network Unit）,，見圖1,。OLT是局端設(shè)備，包括光波分復(fù)用器/ 解復(fù)用器（OM/OD）,。一般具有控制,、交換、管理等功能,。局端的OM/OD在物理上與OLT設(shè)備可以是分立的,。OWDN是指在位于OLT與ONU之間，實(shí)現(xiàn)從OLT到ONU或者從ONU到OLT的按波長分配的光網(wǎng)絡(luò),。物理鏈路上包括饋線光纖和無源遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)（PRN：Passive Remote Node）,。PRN主要包括熱不敏感的陣列波導(dǎo)光柵（AAWG：Athermal Arrayed Waveguide Grating），AAWG是波長敏感無源光器件,，完成光波長復(fù)用,、解復(fù)用功能。 ONU放置在用戶終端,，是用戶側(cè)的光終端設(shè)備,。

下行方向，多個不同的波長ld1……ldn在局端OM/OD合波后傳送到OWDN,，按照不同波長分配到各個ONU中,。上行方向，不同用戶 ONU發(fā)射不同的光波長lu1……lun到OWDN中,，在OWDN的PRN處合波,，然后傳送到OLT。完成光信號的上下行傳送,。其中,，下行波長ldn和上行波長lun可工作在相同波段，也可工作在不同波段,。

圖1,、典型的WDM-PON框圖[center]

2.WDM PON的主要特點(diǎn)

采用波分復(fù)用技術(shù)的PON技術(shù)主要特點(diǎn)有：

1)更長的傳輸距離。由于WDM PON中AAWG的插入損耗比傳統(tǒng)的TDM PON系統(tǒng)中光功率分路器的插入損耗要小,，因此在OLT或 ONU激光器輸出功率相等的情況下,，WDM PON傳輸距離更遠(yuǎn)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍更大,。

2)更高的傳輸效率,。在WDM PON中上行傳輸時，每個ONU均使用獨(dú)立的,、不同的波長通道,，不需要專門的MAC協(xié)議，故系統(tǒng)的復(fù)雜度有很大的降低,，傳輸效率也得到了大幅提高,。

3)更高的帶寬,。WDM PON是典型的點(diǎn)對點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，每個用戶獨(dú)享一個波長通道的帶寬,，不需要帶寬的動態(tài)分配,，其能夠在相對低的速率下為每個用戶提供更高的帶寬。

4)更具安全性,。每個ONU獨(dú)享各自的波長通道帶寬,，所有ONU在物理層面上是隔離的，不會相互產(chǎn)生影響,，因此更具安全性,。

5)對業(yè)務(wù)、速率完全透明,。由于電信號在物理層光路不做任何處理,，無需任何封裝協(xié)議。

6)成本更低,。由于WDM PON中光源無色技術(shù)的應(yīng)用,，使得ONU所用光模塊完全相同，解決了器件的存儲問題的同時,，也降低了OPEX和CAPEX,。且單纖32波~40波，可擴(kuò)展至80波,，節(jié)約主干光纖和OSP費(fèi)用,。

7)更易維護(hù)。避免OTDR由于高插入損耗對光纖線路等測量限制,。另外,，無色光源技術(shù)的應(yīng)用，使得維護(hù)更方便,。

二,、WDM PON關(guān)鍵技術(shù)

WDM PON技術(shù)的規(guī)模商用首先需要解決光模塊的互換性，尤其是ONU側(cè)光模塊,。固定波長光源的方案難以應(yīng)用于商用的WDM PON中,，因此“無色”光源技術(shù)是WDM PON系統(tǒng)攻關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。

目前,，無色ONU方案包括但不限于此三種：可調(diào)激光器,、注入鎖定FP-LD和波長重用RSOA方式，其技術(shù)特點(diǎn)分析如下,。

可調(diào)激光器作為無色ONU的方案,，即可調(diào)激光器工作在特定波長,，可通過輔助手段對波長進(jìn)行調(diào)諧,，使用激光器發(fā)射不同的波長,。采用此種方案的系統(tǒng)不需要種子光源，且可調(diào)激光器的調(diào)諧范圍較寬,，可達(dá)50nm,。采用直接調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)2.5Gb/s以上的傳輸速率，若采用外調(diào)制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)10Gb/s的傳輸速率,，且傳輸距離大于 20km,，整個網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性好。但不足之處在于,，系統(tǒng)需要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制,，需要對ONU波長控制，增加了ONU設(shè)計的復(fù)雜度,，且目前成本較高,。

注入鎖定FP-LD方式作為無色ONU的方案，即FP-LD在自由運(yùn)行時為多縱模輸出,，當(dāng)有適當(dāng)?shù)耐獠糠N子光注入時,，被激發(fā)鎖模輸出與種子光波長相一致的光信號，F(xiàn)P-LD鎖定輸出的工作波長與種子光源和波分復(fù)用/解復(fù)用的通道波長相對應(yīng),。采用此方案的系統(tǒng)無需制冷控制,，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡單。不足之處在于受限于傳輸速率和傳輸距離,，且成本較高,。由于鎖模器件FP-LD調(diào)制速率低，理論帶寬為0.2Ghz-4Ghz,，且器件模間噪聲大,，不宜于高速率的傳輸系統(tǒng)。另外,，系統(tǒng)中需要兩個種子光源,，若用在混合PON中，上行信號對種子光源的要求更高,，高功率的種子光源存在安全問題,。由于種子光源的問題，使得傳輸距離受限于20km,，且系統(tǒng)不宜于擴(kuò)展,。

波長重用RSOA方式作為無色ONU的方案，即種子光源經(jīng)過頻譜分割后注入到局端RSOA內(nèi),，激發(fā)RSOA輸出與種子光波長相一致的光信號,。此光信號具有兩個用途，既作為下行方向的信號光,，又作為上行方向信號的種子光,。當(dāng)作為上行方向的種子光時,，激發(fā)ONU內(nèi)RSOA輸出與種子光波長一致的光信號。采用此方案系統(tǒng)無需制冷控制,，且網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡單,。不足之處在于傳輸距離受限。系統(tǒng)中需要種子光源,，具有較強(qiáng)的后向反射,，系統(tǒng)以易于擴(kuò)展，且價格較高,。

三,、WDM PON應(yīng)用

WDM PON是邏輯層面點(diǎn)到點(diǎn)，物理層面點(diǎn)到多點(diǎn)的連接,，具有對協(xié)議和速率透明的特性,，具有良好的可擴(kuò)展性，因此應(yīng)用也非常靈活,。目前,，WDM-PON可應(yīng)用于以下多種場合。

1.WDM-PON直接用于FTTx

WDM PON可作為FTTH,、 FTTB,、FTTC的實(shí)現(xiàn)方案，并可同時為商業(yè)用戶,、單個家庭用戶,、多家庭用戶等多種類型的用戶提供服務(wù)，如圖2,。在這種場合下,，WDM PON每波長提供的巨大帶寬直接為用戶所用，對于國內(nèi)規(guī)模部署的 FTTB,、FTTC網(wǎng)絡(luò)升級,、無線WLAN覆蓋、商業(yè)VIP 客戶接入等來說是一個很好的選擇,。

[center]圖2,、 WDM-PON用于FTTx

2.WDM-PON與TDM-PON構(gòu)成HPON

WDM-PON與TDM-PON構(gòu)成混合網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示,，共同為用戶提供服務(wù),。用戶通過分路器共享一對波長，由位于CO的具有多波長光源的EPON OLT進(jìn)行資源調(diào)度,。此種組網(wǎng)模式適用于接入主干光纖資源緊張和EPON網(wǎng)絡(luò)帶寬升級等場合,。

圖3、 WDM-PON與TDM-PON構(gòu)成HPON

3.WDM-PON用于本地匯聚傳輸

WDM-PON與TDM-PON以級聯(lián)的方式連接可實(shí)現(xiàn)本地匯聚傳輸，如圖4,。用戶業(yè)務(wù)首先通過TDM-PON進(jìn)行匯聚,，然后再由 WDM PON系統(tǒng)傳輸?shù)奖镜刂行木帧Ｔ谠缙谥挥胁糠稚虡I(yè)客戶或少量其他用戶需要大帶寬時,，這種架構(gòu)可提供靈活的接入選擇，例如為大客戶分配單獨(dú)的波長,，而密集居住的普通小區(qū)用戶通過級聯(lián)的TDM-PON共享一個波長,。

圖4、 WDM-PON用于本地匯聚傳輸

4. 基站回傳

隨著移動基站回傳所需帶寬的不斷增加,，對基站回傳網(wǎng)絡(luò)也提出了新的挑戰(zhàn),。WDM-PON提供了豐富的帶寬，能很好的滿足3G,、LTE基站回傳的帶寬需求,，可以作為移動基站回傳的主要技術(shù)選擇之一。WDM-PON用于基站回傳的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與圖2相似,。

四,、863 計劃

我國“十一五”863計劃啟動了“低成本的多波長以太網(wǎng)綜合接入系統(tǒng)（λ-EMD）”的研究。該項目的牽頭單位烽火科技與合作單位通過刻苦鉆研,，攻克了多項電信級λ-EMD系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),，包括基于TDM與WDM的混合模式PON結(jié)構(gòu)、支持三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)的受控傳送,、可擴(kuò)展的開放系統(tǒng)架構(gòu)和高可用性等,，成功地研制出了系列化的λ-EMD綜合接入設(shè)備和自主知識產(chǎn)權(quán)的光收發(fā)模塊，可滿足低成本化應(yīng)用要求,。通過該項目的實(shí)施,，烽火科技已全面掌握了一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的相關(guān)核心技術(shù)，申請或取得了十多項國家發(fā)明專利,，牽頭完成了中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（CCSA）標(biāo)準(zhǔn)類技術(shù)報告《接入網(wǎng)技術(shù)要求－采用基于波長可調(diào)方式密集波分復(fù)用技術(shù)的無源光網(wǎng)絡(luò)》的起草,，進(jìn)一步凸顯了烽火科技在光接入領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先地位。

烽火科技研制出的WDM-TDM PON系統(tǒng)是業(yè)界第一款單纖32波,，每波支持1：64分路,，傳輸距離達(dá)20公里以上的xPON系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用業(yè)界首個局遠(yuǎn)端雙“無色”光模塊設(shè)計,，具有業(yè)界最高的單纖接入速率（對稱40G）以及業(yè)界最高的業(yè)務(wù)單板端口密度,；采用WDM和TDM混合模式的PON結(jié)構(gòu)，可以兼容現(xiàn)有的1G/2.5G /10G EPON,、GPON和P2P等多種光纖接入技術(shù),；通過WDM方式可以承載現(xiàn)有CATV業(yè)務(wù)，方便實(shí)現(xiàn)“三網(wǎng)融合”業(yè)務(wù)接入，實(shí)現(xiàn)了我國下一代光纖接入技術(shù)研究的新跨越,。

五,、結(jié)束語

隨著用戶對帶寬和速率的要求越來越高，WDM PON越來越顯示出它獨(dú)特的優(yōu)勢,。日前,，烽火科技聯(lián)合中國電信集團(tuán)公司、清華大學(xué)和北京郵電大學(xué)共同承擔(dān)的國家“十一五”863重大項目課題“低成本的多波長以太網(wǎng)綜合接入系統(tǒng)（λ-EMD）”已取得重大進(jìn)展,，攻克了多項關(guān)鍵技術(shù),，成功完成上海未來寬帶技術(shù)及應(yīng)用工程研究中心有限公司基于國家863柔性試驗床進(jìn)行的全面測試。

烽火科技研制出的WDM-TDM PONλ-EMD綜合接入設(shè)備系統(tǒng)是業(yè)界第一款單纖32波,，每波支持1：64分路,，傳輸距離達(dá)20公里以上的xPON系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用業(yè)界首個局遠(yuǎn)端雙“無色”光模塊設(shè)計,，具有業(yè)界最高的單纖接入速率（對稱40G）以及業(yè)界最高的業(yè)務(wù)單板端口密度,；采用WDM和TDM混合模式的PON結(jié)構(gòu)，可以兼容現(xiàn)有的1G/2.5G /10G EPON,、GPON和P2P等多種光纖接入技術(shù),，實(shí)現(xiàn)了我國下一代光纖接入技術(shù)研究的新跨越。