摘要：目前宽带接入网发展非常迅速，而WDM-PON（波分复用无源光纤网络）是未来宽带光接入网的发展趋势，基于动态波长分配的WDM-PON技术在系统安全和网络宽带升级等方面具有独特优势。基于此，本文通过分析TDM-PON（时分复用无源光网络）存在的问题，介绍WDM-PON（波分复用无源光网络）的工作原理、基本结构及其优势，并提出一种有线业务与无线业务综合光接入方案，对其进行阐述，可为有关方面的需要提供帮助。
关键词：WDM-PON技术；接入方案；拓扑；有线业务
近年来，随着现代通信网的迅速发展，对宽带接入技术提出了更高的要求，但是现有的接入网络并不能满足用户对高速率、超带宽的需求。因此，为了解决用户高增长的带宽需求和目前受限的可用带宽之间的矛盾，WDM-PON（波分复用无源光纤网络）技术应运而生。在WDM-PON系统中，各用户间不共享带宽，所以它是满足传输网络带宽需求剧增的最佳解决方案。WDM-PON是在树形结构PON的基础上，引入了在城域网中应用广泛的WDM技术，为每个光网络单位（ONU）分配独有的一对上/下行波长。这样的结合使得WDM-PON技术具有高信息安全性、高传输带宽、传输距离远、覆盖范围大以及系统故障定位容易实现等优势。下文就基于动态波长分配的WDM-PON技术进行研究。
1 WDM-PON技术
1.1 WDM-PON拓扑结构
WDM-PON技术是基于多个波长的信号承载在一根光纤上传输的方式，实际上就是虚拟的点对点的通信。WDM-PON系统拓扑如图1所示。
图1 WDM-PON的拓扑结构.png)
WDM-PON系统由OLT（光线路终端）、RN（远端节点）和ONU组成，远端节点一般采用无热AWG（阵列波导光栅）器件。下行方向，在不同的波长通道上加载将要发送到不同ONU的数据，通过OLT上的WDM器件将不同波长的信号复用后，在一根光纤中将这一合波信号传送到RN，在RN处把在同一根光纤中传输的合波信号解复用成OLT发送时的波长信号，再传输到不同的ONU。每个ONU在其上行方向上单独采用一个波长，在RN处通过AWG器件复用成合波信号在光纤上传输，由OLT侧WDM器件的接收功能单元接收。
与TDM-PON技术相比，WDM-PON优势显著：a）由于采用的是点对点传输方式，OLT无需对ONU带宽进行动态分配，每个ONU独占其带宽，而且每个ONU的传输带宽不会随着同一PON口下ONU的增多而降低。b）作为合分波的AWG是无热光栅，相对于无源光分路器来说，其插损值更低。此外，光接收机在很低的比特率时运行，其接收灵敏度很高，所以在激光器的发光功率一致的情况下，能够传送更远的距离，有更广阔的网络覆盖。c）在上行方向，每个ONU与OLT之间采用不同波长、虚拟点对点的通信形式，具备更高的安全性能。另外，因为ONU在发送数据时与TDM-PON不同，无需等待OLT为其分配上行传输时隙，具有更高的传输效率。d）WDM-PON系统提供业务时是以波长为基础的，当需要增加其他增值业务时，只需为其分配与现有业务所使用的不同波长的信道即可，对不同业务的适应性极强。e）WDM-PON系统对于每种业务的传送都是透明的，因此在发送业务时直接将数据信息承载在波长信道上，不经过TDM复用器的处理，无需不同物理层协议的适配，在实现网络保护等方面更简单。
1.2 WDM-PON的ONU波长选择方案
WDM-PON在ONU波长选择方面主要有3种设计方案：
（1）ONU采用固定波长
每个ONU都单独使用一个波长，且互不相同，但是每个ONU工作在固定波长。因此，每个ONU的工作通道是离散分开的，无需时钟同步和定时。
（2）ONU采用可调谐波长
ONU采用的波长不固定，能够根据实际需要调谐，网络具有很强的可重构性。在上行方向，OLT为同一PON口下的ONU使用动态的方式分配波长。由于动态分配上行波长，采用该方案的WDM-PON系统所能支持的ONU数量就能大大增加，同时也提高了上行波长的利用效率。但是该方案会造成成本增加，而且要为每个ONU配置一个专用发射机和一个专用的可调谐发射机，分别用于控制信道和发送数据。
（3）ONU采用无色波长
由光栅决定ONU所使用的特定波长，对ONU没有特殊要求，是目前使用最广泛的方法之一。这种类型的ONU称为无色ONU，在设计和生产时，有利于大规模生产和ONU的管理及运行维护，也有利于降低设备成本。WDM-PON可以结合TDMAPON，成为WDM-TDMPON，能进一步提高PON的接入能力。WDM-TDMPON网络拓扑如图2所示。
图2 WDM-TDMPON的网络拓扑结构.png)
目前，烽火、中兴、华为等国内设备商都已研发出成熟的WDM-PON产品。烽火通信的WDMTDMPON系统每波的分光比可达1：64，单纤可承载32波，传输距离最远可达20km以上。该系统设计采用局端和远端双“无色”光模块，单纤接入速率最高可达对称40Gbit/s，业务单板端口密度也是业界最高的。这种混合的PON结构模式可以支持现有的EPON、GPON和P2P（点对点）等光纤接入技术。对于CATV（有线电视）业务，通过WDM方式承载更有利于实现三网业务融合。
2 有线业务与无线业务综合光接入方案
虽然WDM-PON系统相比TDM-PON系统有很多优势，但TDM-PON网络已经大规模部署，TDM-PON不可能都被WDM-PON系统取代。因此，如何利用现有的光线路资源，使这两种PON能够共存于同一个ODN（光分配网络），就成为各大运营商亟需解决的重要问题。
全业务运营是目前各大运营商的发展方向，每个运营商都拥有着大量有线和无线网络资源，怎样有效整合这两种资源，以提高光纤资源利用率和企业效益，也成为各运营商非常关心的焦点问题。现有采用TDM-PON技术的PON网络已经规模部署，如果能利用它来实现全业务光纤接入，运营商无需重新敷设光纤，就能在原先有线业务覆盖的区域实现移动业务的灵活接入。因此，结合实际业务需要，提出了有线业务与无线业务综合光接入方案，其拓扑如图3所示。
图3 有线业务与无线业务综合光接入方.png)
有线业务信号通过TDM-PON和WDM-PON承载，移动业务信号通过波分复用器复用进同一个光分配网络。这个接入系统包括WDM-PON中心局（室内基带处理单元〔BBU〕所在处）、WDM-PON用户单元（射频拉远模块〔RRU〕所在处）、TDM-PON中心局、共用的波分复用器、TDM-PON用户单元及光分配网络。在WDM-PON中心局，由不同BBU发送的基站信号通过波长转换器（W240）转换成具有不同波长的WDM信号，再由共存波分复用器将其与来自PON中心局的信号进行耦合复用，然后输入主干光纤进行传输。ODN将骨干光纤中的WDM信号传输到PON用户侧和无线业务用户终端，在远端通过无热的AWG分离出各个波长的业务，有线业务再通过分光器进行1：N的分路，扩展业务接入能力。无线业务的WDM信号通过W240或W220这样的波长转换器转换回无线的移动基站信号，由RRU将信号发射至用户侧。反之采用相同的传输方式。此外，所用WDM-PON、无线信号及TDM-PON信号的工作波长都要包含在单模光纤所许可的波段范围内。
在上述解决方案中，TDM-PON、WDM-PON以及无线业务所采用的波段都不相同，其波长路由是由共存的波分复用器这个无源器件来完成的，要尽量减少它们所用波段之间的串扰，以保证这三种网络的通信业务互不干扰，这就需要采用具有高通道隔离度的WDM器件，同时WDM器件的插损也要尽可能小，以此来降低对原有TDM-PON网络的跨段损耗影响。此类WDM器件可以采用DWDM（密集波分复用）模块，也可以采用CWDM（稀疏波分复用）模块。由于CWDM模块技术成熟，价格低廉，在业务初期可以选用CWDM模块。在具体选用波长时，WDM-PON以及无线业务信号要避开TDMPON已经用的1310nm、1490nm、1270nm、1577nm波长和用于CATV信号的1550nm波长，所以在方案部署前必须做好业务波长的使用规划。
3 结束语
综上所述，WDM-PON技术作为一种大容量、易升级、网络安全性高的新一代光接入网技术，是未来光接入网的重要发展方向之一。该技术能使光纤的波长和带宽资源得到充分利用，很大程度上提高了PON网络的总带宽，相信在不久的将来，WDM-PON必将在全世界范围内得到广泛应用，成为接入网的首选解决方案。本文提出的有线业务与无线业务综合光接入方案可以继承TDM-PON大规模部署的成功经验，在不改变现有ODN的情况下，以最低廉的成本，实现有线网络与无线网络的融合。该方案还具有以下3个特点：利用现有 TDM-PON 系统的ODN，使管道、光缆线路设施的建设和运行维护成本都能大幅度降低；PON与BBU-RRU一同组网兼容性好，工程实施简单、方便、灵活，不会额外增加设备成本；采用低廉的CWDM模块和波长转换模块，能够以低成本部署多对BBU-RRU，极大降低了移动网络的建设成本，同时扩大了移动业务的覆盖区域。
参考文献：
[1] 陈海灵.WDM--PON中动态波长分配算法研究[J].兰州交通大学.2013
[2] 张春蕾，陈海灵，闫彩化.WDM-PON的动态波长分配算法[J].光通信技术.2013
[3] 邢盈盈，沈建华.WDM-TDM PON结构及下行动态波长分配算法研究[J].光通信技术.2012
论文作者:李俊钊
论文发表刊物:《基层建设》2016年12期
论文发表时间:2016/10/20
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