من أجل توفير نطاق ترددي أعلى في شبكة الوصول ، بدأ المشغلون في جميع أنحاء العالم في تنفيذ خطة استبدال الكابلات النحاسية بكابلات الألياف الضوئية ونشر الشبكات البصرية المنفعلة التي يمثلها EPON و GPON. من الناحية الفنية ، يعمل كل من EPON و GPON في وضع تعدد الإرسال بتقسيم الوقت ، والذي يطلق عليه بشكل جماعي TDM-PON.
آلية تخصيص TDM-PON لشرائح زمنية لكل مستخدم بطول موجة واحد لا تحد فقط من عرض النطاق الترددي المتاح لكل مستخدم ، ولكنها أيضًا تهدر بشكل كبير النطاق الترددي المتاح للألياف الضوئية نفسها. سيؤدي إدخال تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي في نظام PON ، أي WDM-PON ، إلى زيادة عرض النطاق الترددي لوصول المستخدمين بشكل كبير وتلبية الاحتياجات النهائية للمستخدمين. لذلك ، يعتبر WDM-PON حلاً لشبكة وصول الجيل التالي.
مصدر الضوء لجهاز الإرسال
-
مصدر ضوء ONU
تنتمي تقنيات مصدر الضوء المختلفة ONU في نظام WDM-PON إلى فئة مصادر الضوء أحادية الطول الموجي. FP-LD و RSOA هي تقنيات تحقيق لـ ONU عديم اللون المستخدمة بشكل أساسي في نظام WDM-PON الحالي. تم استخدام FP-LD على نطاق واسع في نظام الاتصال البصري الحالي. على الرغم من اختلاف FP-LD المستخدم في نظام WDM-PON اختلافًا طفيفًا (على سبيل المثال ، يجب أن يكون انعكاس السطح الأمامي منخفضًا والسطح الخلفي مرتفعًا) ، إلا أن تكلفته لا تزال منخفضة والإنتاج كبير. أما بالنسبة للخدمية SOA ، فلها تطبيقات متعددة في الشبكات الضوئية والوحدات النمطية الضوئية إلى جانب استخدامها كمكبر للصوت. يمكن أيضًا استخدام تأثيره غير الخطي لتحقيق التعديل ، وتحويل الطول الموجي ، والتجديد ، والتبديل البصري عالي السرعة (خاصة فوق 40 جيجابت / ثانية) ووظائف أخرى. يمكن الحصول على الجهاز العاكس RSOA من خلال تعديل هيكله بشكل طفيف ، وهو أمر مفيد بشكل خاص في أنظمة WDM-PON.
بشكل عام ، على الرغم من أن أجهزة SOA / RSOA لها وظائف مختلفة وعمليات ناضجة ، ويمكنها تحسين المعلمات للتطبيقات المختلفة ، إلا أنها لا تزال تعتبر في مرحلة التطبيق المختبري ، والسوق التجاري في مهدها فقط ، ولا يوجد حاليًا القوة الدافعة لاعتماد أجهزة SOA / RSOA على نطاق واسع. لا يوجد العديد من موردي منتجات SOA / RSOA في العالم. تشمل الشركات الكبيرة CIP في المملكة المتحدة و Kamelian في اسكتلندا. تقوم ETRI في كوريا الجنوبية أيضًا بتطوير أجهزة RSOA لأنظمة WDM-PON وتزويدها بـ Corecess. ومع ذلك ، فإن سعر أجهزة RSOA المستخدمة في WDM-PON باهظ الثمن في الوقت الحالي ، لذا فإن حجم الإنتاج مطلوب لتقليل التكلفة بشكل أكبر.
-
مصدر ضوء OLT
بالنسبة إلى OLT ، نظرًا لأنه يحتاج إلى استخدام أطوال موجية مختلفة للتواصل مع كل وحدة ONU ، فمن غير الملائم استخدام حل مصدر الضوء أحادي الموجة هذا. يمكن لمصدر ضوء OLT أيضًا استخدام تقسيم الطيف لمصدر الضوء واسع الطيف ، لكن تقسيم الطيف سيؤدي إلى خسارة كبيرة (حوالي 18 ديسيبل) ، وسيؤدي إلى ميزانية محدودة للطاقة ، لذلك ، في الوقت الحالي ، مصادر الضوء متعددة الأطوال الموجية تستخدم بشكل رئيسي. مصدر الضوء متعدد الأطوال الموجية موجود على جهاز متكامل يمكنه توليد أطوال موجية متعددة من الضوء في نفس الوقت ، وهو مناسب جدًا للاستخدام كمصدر ضوء OLT في نظام WDM-PON. هناك الأنواع التالية من مصادر الضوء متعددة الأطوال الموجية.
ليزر متعدد التردد (MFL): كما هو مبين في الشكل 1 ، في الليزر متعدد الترددات ، تم دمج شبكة دليل موجي مصفوفة 1 × N ومضخمات بصرية متعددة ، وكل طرف إدخال لشبكة الدليل الموجي المصفوفة يدمج مضخمًا ضوئيًا. يتم تكوين تجويف بصري بين مكبر الصوت البصري ونهاية الإخراج لشبكة الدليل الموجي المصفوفة. إذا كان مكبر الصوت يوفر ربحًا كافيًا للتغلب على الخسارة في التجويف ، فسيكون هناك إخراج ليزر ، ويتم تحديد الطول الموجي الناتج من خلال خصائص الترشيح لشبكة الدليل الموجي المصفوفة. من خلال التعديل المباشر لتيار التحيز لكل مضخم ، يمكن إنشاء إشارات ذات أطوال موجية متعددة للوصلة الهابطة.
الشكل 1: رسم تخطيطي لهيكل ليزر متعدد الترددات
يتم تحديد فاصل الطول الموجي لـ MFL من خلال اختلاف طول الدليل الموجي في شبكة الدليل الموجي المصفوفة ، والتي يمكن التحكم فيها بدقة. يمكن ضبط كل طول موجي بشكل موحد عن طريق الحفاظ على نفس درجة الحرارة ، وهو أمر مناسب لمراقبة الطول الموجي. يعد MLF مصدرًا مثاليًا للضوء OLT. التعديل المباشر ممكن أيضًا في الليزر متعدد التردد ، لكن سرعة التعديل محدودة بسبب تجويف الليزر الطويل. تم إطلاق MFL مع تباعد 200 جيجاهرتز و 20 قناة ، وبتباعد 400 جيجاهرتز و 16 قناة ، بمعدل تعديل مباشر يبلغ 622 ميجابت / ثانية.
مجموعة ليزر DFB المقترنة بالكسب: تقوم مصفوفة الليزر DFB بتصنيع العديد من ليزرات الدليل الموجي متعددة الكم InGaAsP / InP مع نفس الخصائص على نفس الركيزة ، وهي مصدر ضوئي متكامل متعدد الأطوال الموجية. تجمع صفيفات الليزر DFB بين آلية اقتران الكسب وإمكانيات الضبط على وحدة ليزر واحدة ، ويتم ضبط الطول الموجي من خلال التحكم في درجة الحرارة. يتم دمج مقاومات الأغشية الرقيقة في الجهاز ، ويمكن تغيير الطول الموجي من خلال التحكم في درجة حرارته ، مما يسمح بضبط شبه مستمر. تكمن ميزة هذا الجهاز في حجمه المضغوط وسرعته العالية في التعديل ، ولكن لديه مشكلة كبيرة ، وهي أنه من الصعب التحكم بدقة في الطول الموجي لكل ليزر في المصفوفة ، لأن كل طول موجة ليزر يتم تحديده بواسطة مستقل منقي.
مصدر ضوء الليزر Supercontinuum: يتم إنشاء نبضة فيمتوثانية بواسطة ليزر فيمتوثانية ، وبعد الإرسال عبر وسيط غير خطي ، ينتج تمديد النبض وزقزقة التردد الخطي عن تأثير تعديل الطور الذاتي. على الطيف الموسع ، يزيد الطول الموجي خطيًا بمرور الوقت ، لذا تشغل الأطوال الموجية المختلفة فترات زمنية مختلفة ، ويتم تشكيل بيانات الوصلة الهابطة على كل قناة بواسطة TDM. يمكن تضخيم الطيف الموسع وتقسيمه لدعم العديد من PONs ليتم مشاركتها من قبل عدد كبير من المستخدمين.
WDM
في WDM-PON ، يُطلق على مُضاعِف تقسيم الطول الموجي عادةً جهاز توجيه الطول الموجي. يقوم بإلغاء تعدد إرسال إشارة الوصلة الهابطة وتوزيعها على وحدة ONU معينة وتعدد إرسال إشارة الوصلة الصاعدة إلى ألياف بصرية وتنقلها إلى OLT. تشمل مؤشراته الرئيسية فقدان الإدخال ، والتداخل ، وتباعد القنوات ، والاعتماد على الاستقطاب ، وحساسية درجة الحرارة.
الشكل 2: مخطط WDM-PON
في الوقت الحالي ، توجد أجهزة ذات هياكل مختلفة ، مثل مرشحات التداخل ذات الأغشية الرقيقة ، والمرشحات الصوتية البصرية ، وحواجز شبكية من الألياف Bragg ، و AWGs ، وما إلى ذلك. في حالة وجود عدد صغير من القنوات ، تكون مرشحات التداخل الرقيقة وشبكات الألياف جيدة اختيارات. بالنسبة لأنظمة WDM التي تحتوي على أكثر من 16 قناة ، يتم استخدام AWG في الغالب لأجهزة تعدد الإرسال / فك تعدد الإرسال ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن فقدان AWG لا علاقة له بعدد القنوات. تتميز شبكة الدليل الموجي المصفوفة التي تم تطويرها في السنوات الأخيرة بمزايا الحجم الصغير والتكامل السهل وتباعد القنوات الضيق والأداء المستقر ، مما يعزز تطوير WDM-PON.
على الرغم من استخدام AWG على نطاق واسع في أنظمة DWDM ، عندما يتم تطبيقه على شبكات PON ، فإنه لا يمكنه استخدام أجهزة التحكم في درجة الحرارة النشطة ، وسيواجه مشكلة انجراف الطول الموجي الناجم عن تغيرات درجة الحرارة. لذلك ، تعتبر AWG غير الحساسة للحرارة ضرورية لأنظمة WDM-PON. تعد تقنية AWG غير الحساسة للحرارة ناضجة نسبيًا ، لكن السعر أعلى من AWG العادي. إذا كان من الممكن إنتاجه بكميات كبيرة واستخدامه على نطاق واسع ، فستكون التكلفة في الأساس نفس تكلفة AWG العادي.
جهاز استقبال WDM
يشتمل جهاز الاستقبال في نظام WDM-PON على كاشف ضوئي ودائرة مصاحبة لاستعادة الإشارة (مستقبل بصري رقمي). تُستخدم الثنائيات الضوئية PIN و الثنائيات الضوئية الجليدية بشكل شائع ، والتي لها تطبيقات مختلفة اعتمادًا على الحساسية المطلوبة. يتكون المستقبل البصري الرقمي عادةً من مضخم صوت ، ومضخم رئيسي ، ودائرة استعادة بيانات على مدار الساعة (CDR).
يتكون جهاز الاستقبال في WDM-PON من جهاز إزالة متعدد الإرسال وصفيف استقبال. في مستقبل WDM ، يجب مراعاة الحديث المتبادل الخطي عند مزيل تعدد الإرسال ، مما يؤدي إلى زيادة سريعة في فقد الطاقة. تتضمن طرق التحكم في الحديث المتبادل معادلة الطاقة من كل وحدة ONU ، والترشيح المزدوج للإشارة المستقبلة ، وما إلى ذلك.
مراقبة الطول الموجي
نظرًا لاستخدام أطوال موجية متعددة في WDM-PON ، وبما أن AWG يتم وضعه بشكل عام في الهواء الطلق دون التحكم في درجة الحرارة ، فإن درجة الحرارة لها تأثير كبير على تغيير نطاق تمرير AWG. بشكل عام ، نطاق فرق درجة الحرارة لـ AWG هو -40 ~ 85 درجة مئوية ، ومعدل تحول نطاق المرور هو 0.011 نانومتر / درجة مئوية. لذلك ، عند هذا الاختلاف في درجة الحرارة ، سيكون هناك تحول 1.4 نانومتر في الطول الموجي. مثل هذا offستكون المجموعة بنفس ترتيب الأحجام (100 ~ 200 جيجا هرتز) مثل فاصل الطول الموجي لـ DWDM ، مما سيؤثر بشكل خطير على عمل WDM-PON. لذلك ، من الضروري إجراء كشف الطول الموجي وضبط العمل في OLT.
تستخدم مراقبة الطول الموجي خوارزمية تفاضلية لمقارنة قوة الإرسال لقناة مع القدرة التي تمر عبر جهاز توجيه الطول الموجي للحصول على إشارة فرق. إذا كانت أقل من إشارة الاختلاف في اللحظة السابقة ، ستتغير درجة الحرارة بمقدار T في الاتجاه الحالي. خلاف ذلك ، فهذا يعني أن عدم تطابق القناة يزداد ، وستتغير درجة الحرارة T في الاتجاه المعاكس. في هذه الطريقة ، يجب تحديد السرعة ومسافة الخطوة ΔT لتعديل درجة الحرارة بشكل مناسب.
يمكن تحقيق مراقبة الطول الموجي من خلال مراقبة قدرة قناة الوصلة الهابطة وقدرة قناة الوصلة الصاعدة. بالنسبة إلى PONs المركبة التي تستخدم WDM فقط في الوصلة الهابطة ، يمكن فقط مراقبة طاقة قناة الوصلة الهابطة. تتطلب هذه الطريقة ألياف استرجاع إضافية ، أو قناة مراقبة وشبكة ألياف. بالنسبة لـ WDM-PON باستخدام وصلة تقسيم الطيف الصاعد ، يمكنك مقارنة قوة إشارة الوصلة الصاعدة قبل وبعد فك تعدد الإرسال في OLT ، وتحتاج فقط إلى إضافة مقرن لمراقبة الطول الموجي بدون قنوات إضافية.