Was ist WDM-PON?

Um eine höhere Bandbreite im Zugangsnetz bereitzustellen, haben Betreiber auf der ganzen Welt damit begonnen, den Plan umzusetzen, Kupferkabel durch Glasfaserkabel zu ersetzen und passive optische Netze einzusetzen, die durch EPON und GPON repräsentiert werden. Technisch gesehen arbeiten sowohl EPON als auch GPON im Zeitmultiplexverfahren, die zusammen als TDM-PON bezeichnet werden.

Der Mechanismus von TDM-PON, der jedem Benutzer Zeitscheiben auf einer einzigen Wellenlänge zuweist, begrenzt nicht nur die verfügbare Bandbreite jedes Benutzers, sondern verschwendet auch stark die verfügbare Bandbreite der optischen Faser selbst. Die Einführung der Wellenlängenmultiplextechnologie in das PON-System, d. h. WDM-PON, wird die Zugriffsbandbreite der Benutzer erheblich erhöhen und die ultimativen Anforderungen der Benutzer erfüllen. Daher wird WDM-PON als Lösung für das Zugangsnetz der nächsten Generation angesehen.

Lichtquelle des Senders

1. ONU-Lichtquelle

Verschiedene ONU-Lichtquellentechnologien im WDM-PON-System gehören zur Kategorie der Einwellenlängen-Lichtquellen. FP-LD und RSOA sind die Realisierungstechnologien der farblosen ONU, die hauptsächlich im aktuellen WDM-PON-System verwendet werden. FP-LD ist im derzeitigen optischen Kommunikationssystem weit verbreitet. Obwohl die im WDM-PON-System verwendete FP-LD etwas anders ist (z. B. muss das Reflexionsvermögen der Vorderfläche niedrig und die Rückfläche hoch sein), sind ihre Kosten immer noch gering und die Leistung groß. Was SOA betrifft, hat es neben der Verwendung als Verstärker mehrere Anwendungen in optischen Netzwerken und optischen Modulen. Sein nichtlinearer Effekt kann auch verwendet werden, um Modulation, Wellenlängenumwandlung, Regeneration und optische Hochgeschwindigkeitsschaltung (insbesondere über 40 Gb/s) und andere Funktionen zu realisieren. Die reflektierende Vorrichtung RSOA kann erhalten werden, indem ihre Struktur leicht modifiziert wird, was besonders nützlich in WDM-PON-Systemen ist.

Obwohl SOA/RSOA-Geräte verschiedene Funktionen und ausgereifte Prozesse haben und Parameter für verschiedene Anwendungen optimieren können, gelten sie im Allgemeinen immer noch als im Laboranwendungsstadium, und der kommerzielle Markt steckt noch in den Kinderschuhen, und es gibt derzeit keinen treibende Kraft für die weit verbreitete Einführung von SOA/RSOA-Geräten. Es gibt weltweit nicht viele Anbieter von SOA/RSOA-Produkten. Zu den großen gehören CIP in Großbritannien und Kamelian in Schottland. ETRI in Südkorea entwickelt auch RSOA-Geräte für WDM-PON-Systeme und stellt sie Corecess zur Verfügung. Der Preis von RSOA-Geräten, die für WDM-PON verwendet werden, ist derzeit jedoch hoch, sodass der Produktionsumfang erforderlich ist, um die Kosten weiter zu senken.

2. OLT-Lichtquelle

Für OLT ist es, da es unterschiedliche Wellenlängen verwenden muss, um mit jeder ONU zu kommunizieren, sehr unbequem, diese Lichtquellenlösung mit einer einzigen Wellenlänge zu verwenden. Die OLT-Lichtquelle kann auch die Spektralteilung der Breitspektrum-Lichtquelle verwenden, aber die Spektralteilung wird einen großen Verlust (etwa 18 dB) einführen und ein knappes Leistungsbudget verursachen, daher derzeit Lichtquellen mit mehreren Wellenlängen werden hauptsächlich verwendet. Die Multiwellenlängen-Lichtquelle befindet sich auf einem integrierten Gerät, das mehrere Lichtwellenlängen gleichzeitig erzeugen kann, und eignet sich sehr gut als OLT-Lichtquelle in einem WDM-PON-System. Es gibt die folgenden Arten von Lichtquellen mit mehreren Wellenlängen.

Multifrequenzlaser (MFL): Wie in 1 gezeigt, sind in dem Mehrfrequenzlaser ein 1 × N-Array-Wellenleitergitter und mehrere optische Verstärker integriert, und jedes Eingangsende des Array-Wellenleitergitters integriert einen optischen Verstärker. Zwischen dem optischen Verstärker und dem Ausgangsende des Wellenleitergitters ist ein optischer Hohlraum gebildet. Wenn der Verstärker genügend Verstärkung liefert, um den Verlust in der Kavität zu überwinden, gibt es eine Laserausgabe, und die Ausgabewellenlänge wird durch die Filtereigenschaften des Wellenleitergitters bestimmt. Durch direktes Modulieren des Bias-Stroms jedes Verstärkers können Downlink-Signale mit mehreren Wellenlängen erzeugt werden.

Abbildung 1: Schematische Darstellung des Aufbaus eines Multifrequenzlasers

Das Wellenlängenintervall der MFL wird durch die Wellenleiterlängendifferenz im Arrayed Waveguide Grating bestimmt, das präzise gesteuert werden kann. Jede Wellenlänge kann einheitlich eingestellt werden, indem die gleiche Temperatur beibehalten wird, was für die Wellenlängenüberwachung praktisch ist. Das MLF ist eine ideale OLT-Lichtquelle. Bei Multifrequenzlasern ist auch eine direkte Modulation möglich, jedoch ist die Modulationsgeschwindigkeit aufgrund der langen Laserkavität begrenzt. Die MFL mit 200 GHz und 20 Kanalraster sowie mit 400 GHz und 16 Kanalraster wurden auf den Markt gebracht, deren direkte Modulationsrate 622 Mbit/s beträgt.

Verstärkungsgekoppeltes DFB-Laserarray: Das DFB-Laserarray stellt mehrere InGaAsP/InP-Multi-Quantum-Well-Wellenleiterlaser mit denselben Eigenschaften auf demselben Substrat her und ist eine integrierte Lichtquelle mit mehreren Wellenlängen. DFB-Laserarrays kombinieren einen Verstärkungskopplungsmechanismus mit Abstimmmöglichkeiten auf einem Lasermodul, und die Wellenlängenabstimmung wird durch Temperatursteuerung erreicht. Dünnschichtwiderstände sind in das Gerät integriert, und die Wellenlänge kann durch Steuern der Temperatur geändert werden, was eine nahezu kontinuierliche Abstimmung ermöglicht. Der Vorteil dieses Geräts liegt in seiner kompakten Größe und Hochgeschwindigkeitsmodulation, aber es hat ein großes Problem, nämlich dass es schwierig ist, die Wellenlänge jedes Lasers in dem Array genau zu steuern, weil jede Laserwellenlänge von einem unabhängigen bestimmt wird Filter.

Superkontinuum-Laserlichtquelle: Ein Femtosekundenpuls wird von einem Femtosekundenlaser erzeugt, und nach der Übertragung durch ein nichtlineares Medium werden durch den Selbstphasenmodulationseffekt eine Pulsverlängerung und ein linearer Frequenzchirp verursacht. Auf dem verbreiterten Spektrum nimmt die Wellenlänge linear mit der Zeit zu, sodass unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Zeitschlitze belegen und die Downlink-Daten auf jedem Kanal durch TDM moduliert werden. Das erweiterte Spektrum kann verstärkt und aufgeteilt werden, um mehrere PONs zu unterstützen, die von einer großen Anzahl von Benutzern gemeinsam genutzt werden.

WDM

Bei WDM-PON wird ein Wellenlängenmultiplexer üblicherweise als Wellenlängenrouter bezeichnet. Es demultiplext das Downlink-Signal und verteilt es an eine bestimmte ONU und multiplext das Uplink-Signal in eine Glasfaser und überträgt es an das OLT. Seine Hauptindikatoren sind Einfügungsdämpfung, Übersprechen, Kanalabstand, Polarisationsabhängigkeit und Temperaturempfindlichkeit.

Abbildung 2: WDM-PON-Diagramm

Derzeit gibt es Geräte mit verschiedenen Strukturen, wie Dünnschicht-Interferenzfilter, akusto-optische Filter, Faser-Bragg-Gitter, AWGs usw. Bei einer geringen Anzahl von Kanälen sind Dünnschicht-Interferenzfilter und Fasergitter gut Auswahlmöglichkeiten. Bei WDM-Systemen mit mehr als 16 Kanälen wird AWG hauptsächlich für Multiplex-/Demultiplex-Geräte verwendet, hauptsächlich weil der Verlust von AWG nichts mit der Anzahl der Kanäle zu tun hat. Das in den letzten Jahren entwickelte Arrayed Waveguide Grating hat die Vorteile einer geringen Größe, einer einfachen Integration, eines engen Kanalabstands und einer stabilen Leistung, was die Entwicklung von WDM-PON vorantreibt.

Obwohl AWG in DWDM-Systemen weit verbreitet ist, kann es, wenn es auf PON-Netzwerke angewendet wird, keine aktiven Temperatursteuergeräte verwenden, und es wird mit dem Problem der durch Temperaturänderungen verursachten Wellenlängendrift konfrontiert. Daher sind wärmeunempfindliche AWGs für WDM-PON-Systeme von entscheidender Bedeutung. Die hitzeunempfindliche AWG-Technologie ist relativ ausgereift, aber der Preis ist höher als bei gewöhnlichen AWG. Wenn es in Massenproduktion hergestellt und weit verbreitet verwendet werden kann, sind die Kosten im Wesentlichen die gleichen wie bei gewöhnlichem AWG.

WDM-Empfänger

Der Empfänger im WDM-PON-System enthält einen Fotodetektor und eine zugehörige Schaltung zur Signalwiederherstellung (digitaler optischer Empfänger). PIN-Fotodioden und Avalanche-Fotodioden sind häufig verwendete Fotodetektoren, die je nach erforderlicher Empfindlichkeit unterschiedliche Anwendungen haben. Ein digitaler optischer Empfänger besteht normalerweise aus einem Vorverstärker, einem Hauptverstärker und einer Taktdatenrückgewinnungsschaltung (CDR).

Der Empfänger in WDM-PON besteht aus einem Demultiplexer und einem Empfängerarray. In einem WDM-Empfänger muss lineares Übersprechen am Demultiplexer berücksichtigt werden, was zu einem schnellen Anstieg der Verlustleistung führt. Verfahren zum Steuern des Übersprechens umfassen das Entzerren der Leistung von jeder ONU, das doppelte Filtern des empfangenen Signals und so weiter.

Wellenlängenüberwachung

Da bei WDM-PON mehrere Wellenlängen verwendet werden und der AWG im Allgemeinen ohne Temperaturkontrolle im Freien platziert wird, hat die Temperatur einen großen Einfluss auf die Änderung des AWG-Durchlassbereichs. Im Allgemeinen liegt der Temperaturdifferenzbereich von AWG bei -40 bis 85 °C und die Durchlassbereichsverschiebungsrate bei 0.011 nm/°C. Daher tritt bei einer solchen Temperaturdifferenz eine Wellenlängenverschiebung von 1.4 nm auf. So ein offin der gleichen Größenordnung (100 bis 200 GHz) liegen wie das Wellenlängenintervall von DWDM, was die Arbeit von WDM-PON ernsthaft beeinträchtigen wird. Daher ist es notwendig, Wellenlängenerkennungs- und Abstimmungsarbeiten im OLT durchzuführen.

Die Wellenlängenüberwachung verwendet einen Differentialalgorithmus, um die Sendeleistung eines Kanals mit der Leistung zu vergleichen, die durch den Wellenlängenrouter geht, um ein Differenzsignal zu erhalten. Wenn es kleiner als das Differenzsignal im vorherigen Moment ist, ändert sich die Temperatur um ΔT in der aktuellen Richtung. Andernfalls bedeutet dies, dass die Kanalfehlanpassung zunimmt und die Temperatur ΔT in die entgegengesetzte Richtung ändert. Bei diesem Verfahren sollten die Geschwindigkeit und die Schrittweite ΔT der Temperatureinstellung geeignet ausgewählt werden.

Die Wellenlängenüberwachung kann durch Überwachen der Downlink-Kanalleistung und der Uplink-Kanalleistung realisiert werden. Bei zusammengesetzten PONs, die WDM nur im Downlink verwenden, kann nur die Downlink-Kanalleistung überwacht werden. Dieses Verfahren erfordert zusätzliche Loopback-Fasern oder einen Überwachungskanal und ein Fasergitter. Für WDM-PON mit Spektrum-Split-Uplink können Sie die Uplink-Signalleistung vor und nach dem Demultiplexen am OLT vergleichen und müssen nur einen Koppler für die Wellenlängenüberwachung ohne zusätzliche Kanäle hinzufügen.