探讨新型无源光接入网的关键技术应用

彭扬名

摘 要：为了满足宽带接入对带宽的需求，要关注光接入网在宽带接入的应用，分析新型无源光网络的OCDMA/WDM系统结构，使之具有良好的安全使用性能，并探讨和分析新型无源光接入网的关键技术，例如：正交波分复用无源光网络系统的超连续谱光源技术、光纤光栅技术等，更加灵活地处理带宽资源，提升带宽效率，改善和优化网络系统性能。

关键词：新型 无源 光接入网 关键技术

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（c）-0020-02

互联网通信技术处于快速发展的趋势下，带宽需求日益增加，对网络的服务性能也提出更高的要求，在当前电信网、广播电视网、互联网三网融合的背景下，通信接入网成为关注的焦点和核心，宽带接入网技术正逐渐向IP化、宽带化方向发展和迈进。

1 接入网及无源光网络概述

无源光网络相较于有源光网络（AON）而言，体现出传输距离大、投入成本低、用户容量大等优势特点，实现灵活便捷的扩容，具有动态带宽的分配特性，能够承载多种数据业务的传送和操作，它通过点对多点的通信方式，利用无源光节点传送信号，较好地规避电磁干扰及雷电灾害因素，突破接入网的瓶頸问题，是极具潜力的宽带技术。当前研究的主要技术有：（1）时分复用无源光网络（TDM）PON。它是在下行方向采用广播方式、上行方向采用时分复用方式，依赖于一个波长实现上行数据和下行数据的传送。（2）波分复用无源光网络（WDM）PON。这是采用波分复用方式的点对点传输网络，由于受到一些因素的限制而尚未大规模的采用，例如：宽带光源和光模块芯片等关键光器件不够成熟；缺乏统一的国际标准；波分复用/解复用器和光发射/接收模块系统的器件昂贵等，目前尚无法满足多用户同时接入的需求。（3）基于光码分多址接入无源光网络（OCDMA）。它是一种多址接入技术，以OCDMA编解码器、构造地址码为关键技术，广泛应用于光纤通信和无线通信之中，尤其在全光接入方面体现出不可比拟的优势，极大地提升接入网系统的性能，实现完全异步传输。从无源光网络的发展趋势来看，未来会倾向于大容量的单波长系统和密集波分复用技术，提升无源光网络的应用效果[1]。

2 OCDMA/WDM混合无源光网络技术分析

2.1 混合接入系统架构

该系统包括有光线路终端、远端节点、光网络单元等部分，内部组件有光编解码器、光收发器和耦合器、波长路由器、收发器和编解码器等，能够在频域内对带宽进行波分复用，合理分配不同波长信道的地址码，提升系统的准确解码和安全保密性能。

2.2 关键技术

OCDMA/WDM混合无源光网络的关键技术主要有以下内容：（1）WDM-PON技术。这是以波分复用技术为支撑的点对点无源光网络，能够为不同的ONU提供独立波长通道和更高的带宽，避免上行信道拥挤、抢占资源的现象。同时，不同业务可以在不同波长的依托下进行无障碍传输，实现各业务和速率的完全透明和安全性。（2）光编解码器。在确定了选用的地址码之后，可以采用不同的解码方案，例如：利用衍射光栅和相位掩模板的频域编解码方案；利用光纤延时线的时域编解码方案；利用光纤光栅、超结构光纤光栅、阵列波导光栅的时域编解码方案等。

3 正交波分复用无源光网络系统分析

3.1 系统方案设计

考虑到多网融合背景下的网络高带宽需求，可以将正交波分复用技术引入到网络之中，使频谱交叠时信道的串扰最小，并在设计中无须使用波分复用/解复用器，仅须采用低成本、高性能的分路器和耦合器进行设计，有效避免长途波分复用传输中的色散问题。

3.2 正交波分复用关键技术分析

正交波分复用技术是基于波分复用的前提，以超短脉冲光源和SSFBG为载体，实现矩形光脉冲的整形，通过合理设置波长间隔，使不同光波道频谱正交交叠和波分复用，具有极高的频带利用率。其关键技术主要包括有：（1）超连续谱光源。超连续谱光源利用窄带入射脉冲在非线性介质中生成的宽带连续谱，获取相干光载波，体现出高相干性、高稳定性、光谱平坦性的优势特点。（2）光纤光栅。这是一种无源滤波器件，由轴向上纤芯的折射率周期性变化而产生的一种衍射光栅现象，并根据不同应用场合的拓宽条件，进行不同的分类[2]。

4 基于OFDM的无源光网络系统分析

4.1 OFDMA-PON系统结构

正交频分复用（OFDM）技术作为一种先进的调制技术，体现出较高的频谱利用率、抑制码间干扰和多径衰落的特性，通过相邻子频带交叠、子信道信号相互正交的方式，较好地消除子载波间的干扰（ICI）。在将正交频分复用技术应用于无源光接入网的过程中，使高速数据流串并变换形成多路低速数据流，再加载到频谱正交的子载波上，较好地提升系统的频谱效率。在OFDMA-PON系统结构之中，主要包括光线路终端、光网络单元和光分配网络，体现出高度的重配置性、动态带宽分配和透明传输的性能。

4.2 关键技术

该系统的关键技术主要为O-OFDM技术。该技术实现大容量数据传输，具有良好的信道容量扩展能力，避免由色散而引起的符号间干扰（ISI）现象，提升数据传输率，有效利用频谱资源。具体的关键技术指标有：（1）抑制峰值平均功率比。也即峰值功率和其平均功率之比，通过技术应用规避光纤通信系统中的信号失真的现象。（2）同步技术。在不同多址方式相结合的OFDM系统应用中，频率和时域同步是关键，必须充分考虑O-OFDM系统采用低复杂度、科学合理的同步技术。（3）单抽头均衡技术。这主要包括电学均衡和光学均衡技术，减少光通信中的色散和符号间干扰。

5 基于频谱分割的波分复用无源光网络技术分析

5.1 WDM-PON光源方案

基于频谱分割的波分复用无源光网络技术有自身的技术优势，然而其光器件成本昂贵，成为系统应用的阻碍、为此，要研究低成本、可靠性高的光源，可以设计如下方案：（1）自由选择波长光源。利用滤波器和注入信号的方式，确定自由选择波长光源的输出波长，主要应用于ONU、OLT的两端。（2）波长指定光源。可以采用控制器、监控电路等装置，发出固定波长的光源，并将其应用于ONU、OLT的两端。（3）共享光源。该方案适用于ONU侧，要具有足够大的光功率承载上下行信号的传输。

5.2 无色ONU关键技术

它以网络中ONU的位置确定发射波长，对于波长没有选择性。主要包括以下技术：（1）宽光源频谱分割技术。以宽谱光源为依托，调制上行信号，并经由波分复用器AWG进行波长过滤，再将宽光源传输到OLT侧。（2）可调谐激光器技术。该技术简单灵活，具有较高的覆盖范围和传输距离，调制速率高，信号的抗色散性较强。（3）无光源技术。该技术在ONU侧没有光源，仅在OLT侧设置光源并实现上下行光信号的传输[3]。

6 结语

综上所述，随着接入网的光纤化发展趋势，无源光网络是经济有效的光接入网，能够利用各种关键性技术，改善系统性能，满足用户需求。并要不断优化正交波分复用无源光网络系统的传输性能，加强OFDMA-PON的MAC层协议和算法研究。

参考文献

[1] 白巍.智能泛在光接入网关键技术研究[D].北京邮电大学，2018.

[2] 刘明涛.下一代光接入网中基于SOA/RSOA的光信号处理关键技术研究[D].北京邮电大学，2012.

[3] 郑冠男.混合无源光网络关键技术研究[D].北京邮电大学，2011.