Con el fin de brindar un mayor ancho de banda en la red de acceso, los operadores de todo el mundo han comenzado a implementar el plan de reemplazar los cables de cobre por cables de fibra óptica y desplegar redes ópticas pasivas representadas por EPON y GPON. Técnicamente hablando, tanto EPON como GPON funcionan en el modo de multiplexación por división de tiempo, que se denominan colectivamente TDM-PON.
El mecanismo de TDM-PON que asigna segmentos de tiempo a cada usuario en una sola longitud de onda no solo limita el ancho de banda disponible de cada usuario, sino que también desperdicia en gran medida el ancho de banda disponible de la propia fibra óptica. La introducción de la tecnología de multiplexación por división de longitud de onda en el sistema PON, es decir, WDM-PON, aumentará en gran medida el ancho de banda de acceso de los usuarios y satisfará las necesidades finales de los usuarios. Por lo tanto, WDM-PON se considera una solución para la red de acceso de próxima generación.
Fuente de luz del transmisor
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Fuente de luz ONU
Varias tecnologías de fuente de luz ONU en el sistema WDM-PON pertenecen a la categoría de fuentes de luz de longitud de onda única. FP-LD y RSOA son las tecnologías de realización de la ONU incolora que se utilizan principalmente en el sistema WDM-PON actual. FP-LD ha sido ampliamente utilizado en el sistema de comunicación óptica actual. Aunque el FP-LD utilizado en el sistema WDM-PON es ligeramente diferente (por ejemplo, se requiere que la reflectividad de la superficie frontal sea baja y la superficie trasera alta), su costo sigue siendo bajo y la producción es grande. En cuanto a SOA, tiene múltiples aplicaciones en redes ópticas y módulos ópticos además de ser utilizado como amplificador. Su efecto no lineal también se puede utilizar para realizar modulación, conversión de longitud de onda, regeneración y conmutación óptica de alta velocidad (especialmente por encima de 40 Gb/s) y otras funciones. El dispositivo reflectante RSOA se puede obtener modificando ligeramente su estructura, lo que es especialmente útil en sistemas WDM-PON.
En general, aunque los dispositivos SOA/RSOA tienen varias funciones y procesos maduros, y pueden optimizar los parámetros para diferentes aplicaciones, todavía se considera que están en la etapa de aplicación de laboratorio, y el mercado comercial está solo en sus inicios, y actualmente no hay impulsor de la adopción generalizada de dispositivos SOA/RSOA. No hay muchos proveedores de productos SOA/RSOA en el mundo. Los grandes incluyen CIP en el Reino Unido y Kamelian en Escocia. ETRI en Corea del Sur también está desarrollando dispositivos RSOA para sistemas WDM-PON y se los proporciona a Corecess. Sin embargo, el precio de los dispositivos RSOA utilizados para WDM-PON es elevado en la actualidad, por lo que se requiere la escala de producción para reducir aún más el costo.
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fuente de luz OLT
Para OLT, dado que necesita usar diferentes longitudes de onda para comunicarse con cada ONU, es muy inconveniente usar esta solución de fuente de luz de longitud de onda única. La fuente de luz OLT también puede usar la división de espectro de la fuente de luz de amplio espectro, pero la división de espectro introducirá una gran pérdida (alrededor de 18 dB), provocará un presupuesto de energía ajustado, por lo que, en la actualidad, las fuentes de luz de longitud de onda múltiple se utilizan principalmente. La fuente de luz de múltiples longitudes de onda está en un dispositivo integrado que puede generar múltiples longitudes de onda de luz al mismo tiempo, y es muy adecuado para usar como fuente de luz OLT en un sistema WDM-PON. Existen los siguientes tipos de fuentes de luz de múltiples longitudes de onda.
Láser multifrecuencia (MFL): Como se muestra en la Figura 1, en el láser multifrecuencia, se integran una rejilla de guía de ondas ordenada 1 × N y varios amplificadores ópticos, y cada extremo de entrada de la rejilla de guía de ondas ordenada integra un amplificador óptico. Se forma una cavidad óptica entre el amplificador óptico y el extremo de salida de la rejilla de guía de ondas ordenada. Si el amplificador proporciona suficiente ganancia para superar la pérdida en la cavidad, habrá una salida de láser y la longitud de onda de salida está determinada por las características de filtrado de la rejilla de guía de ondas ordenada. Mediante la modulación directa de la corriente de polarización de cada amplificador, se pueden generar señales de enlace descendente de múltiples longitudes de onda.
Figura 1: Diagrama esquemático de la estructura de un láser multifrecuencia
El intervalo de longitud de onda de la MFL está determinado por la diferencia de longitud de la guía de ondas en la rejilla de la guía de ondas ordenada, que se puede controlar con precisión. Cada longitud de onda se puede ajustar de manera uniforme manteniendo la misma temperatura, lo cual es conveniente para monitorear la longitud de onda. El MLF es una fuente de luz OLT ideal. La modulación directa también es posible en láseres multifrecuencia, pero la velocidad de modulación está limitada debido a la cavidad láser larga. Se han lanzado los MFL con 200 GHz y 20 canales, y con 400 GHz y 16 canales, cuya tasa de modulación directa es de 622 Mbit/s.
Matriz de láser DFB con acoplamiento de ganancia: La matriz láser DFB fabrica múltiples láseres de guía de onda de pozo multicuántico InGaAsP/InP con las mismas propiedades en el mismo sustrato, y es una fuente de luz integrada de longitud de onda múltiple. Los arreglos láser DFB combinan un mecanismo de acoplamiento de ganancia con capacidades de sintonización en un módulo láser, y la sintonización de longitud de onda se logra a través del control de temperatura. Las resistencias de película delgada están integradas en el dispositivo y la longitud de onda se puede cambiar controlando su temperatura, lo que permite una sintonización casi continua. La ventaja de este dispositivo radica en su tamaño compacto y modulación de alta velocidad, pero tiene un problema importante, que es que es difícil controlar con precisión la longitud de onda de cada láser en la matriz, porque cada longitud de onda del láser está determinada por una longitud de onda independiente. filtrar.
Fuente de luz láser supercontinua: Un pulso de femtosegundo es generado por un láser de femtosegundo, y después de la transmisión a través de un medio no lineal, la extensión del pulso y el chirrido de frecuencia lineal son causados por el efecto de modulación de fase propia. En el espectro ampliado, la longitud de onda aumenta linealmente con el tiempo, por lo que diferentes longitudes de onda ocupan diferentes intervalos de tiempo y los datos de enlace descendente se modulan en cada canal mediante TDM. El espectro ampliado se puede amplificar y dividir para admitir múltiples PON para ser compartidas por una gran cantidad de usuarios.
WDM
En WDM-PON, un multiplexor por división de longitud de onda generalmente se denomina enrutador de longitud de onda. Desmultiplexa la señal de enlace descendente y la distribuye a una ONU designada y multiplexa la señal de enlace ascendente en una fibra óptica y la transmite a la OLT. Sus principales indicadores incluyen pérdida de inserción, diafonía, separación de canales, dependencia de polarización y sensibilidad a la temperatura.
Figura 2: diagrama WDM-PON
En la actualidad, existen dispositivos con varias estructuras, como filtros de interferencia de película delgada, filtros acústico-ópticos, rejillas de Bragg de fibra, AWG, etc. En el caso de una pequeña cantidad de canales, los filtros de interferencia de película delgada y las rejillas de fibra son buenos. opciones Para los sistemas WDM con más de 16 canales, AWG se usa principalmente para dispositivos de multiplexación/desmultiplexación, principalmente porque la pérdida de AWG no tiene nada que ver con la cantidad de canales. La rejilla de guía de ondas en matriz desarrollada en los últimos años tiene las ventajas de un tamaño pequeño, fácil integración, espacio de canal estrecho y rendimiento estable, lo que promueve el desarrollo de WDM-PON.
Aunque AWG se ha utilizado ampliamente en sistemas DWDM, cuando se aplica a redes PON, no puede usar dispositivos de control de temperatura activos y enfrentará el problema de la desviación de longitud de onda causada por cambios de temperatura. Por lo tanto, los AWG insensibles al calor son fundamentales para los sistemas WDM-PON. La tecnología AWG insensible al calor es relativamente madura, pero el precio es más alto que el AWG ordinario. Si puede producirse en masa y usarse ampliamente, el costo será básicamente el mismo que el del AWG ordinario.
receptor WDM
El receptor del sistema WDM-PON incluye un fotodetector y un circuito adjunto para la recuperación de la señal (receptor óptico digital). Los fotodiodos PIN y los fotodiodos de avalancha son fotodetectores de uso común, que tienen diferentes aplicaciones según la sensibilidad requerida. Un receptor óptico digital generalmente consta de un preamplificador, un amplificador principal y un circuito de recuperación de datos de reloj (CDR).
El receptor en WDM-PON consta de un demultiplexor y una matriz de receptores. En un receptor WDM, debe tenerse en cuenta la diafonía lineal en el demultiplexor, lo que provoca un rápido aumento de la pérdida de potencia. Los métodos para controlar la diafonía incluyen igualar la potencia de cada ONU, filtrar dos veces la señal recibida, etc.
Monitoreo de longitud de onda
Dado que se utilizan múltiples longitudes de onda en WDM-PON, y dado que el AWG generalmente se coloca al aire libre sin control de temperatura, la temperatura tiene una gran influencia en el cambio de la banda de paso del AWG. En términos generales, el rango de diferencia de temperatura de AWG es de -40~85 °C, y la tasa de cambio de banda de paso es de 0.011 nm/°C. Por lo tanto, a tal diferencia de temperatura, habrá un cambio de 1.4 nm en la longitud de onda. Tal offEl conjunto estará en el mismo orden de magnitudes (100 ~ 200 GHz) que el intervalo de longitud de onda de DWDM, lo que afectará seriamente el trabajo de WDM-PON. Por lo tanto, es necesario realizar un trabajo de detección y sintonización de longitud de onda en la OLT.
El monitoreo de longitud de onda utiliza un algoritmo diferencial para comparar la potencia de transmisión de un canal con la potencia que pasa a través del enrutador de longitud de onda para obtener una señal de diferencia. Si es menor que la señal de diferencia en el momento anterior, la temperatura cambiará en ΔT en la dirección actual. De lo contrario, significa que el desajuste del canal aumenta y la temperatura cambiará ΔT en la dirección opuesta. En este método, la velocidad y la distancia de paso ΔT del ajuste de temperatura deben seleccionarse adecuadamente.
El monitoreo de la longitud de onda se puede realizar al monitorear la potencia del canal de enlace descendente y la potencia del canal de enlace ascendente. Para las PON compuestas que solo usan WDM en el enlace descendente, solo se puede monitorear la potencia del canal de enlace descendente. Este método requiere fibras loopback adicionales, o un canal de monitoreo y rejilla de fibra. Para WDM-PON que utiliza un enlace ascendente de división de espectro, puede comparar la potencia de la señal del enlace ascendente antes y después de la demultiplexación en la OLT, y solo necesita agregar un acoplador para monitorear la longitud de onda sin canales adicionales.