Qu'est-ce que le WDM-PON ?

Afin de fournir une bande passante plus élevée dans le réseau d'accès, les opérateurs du monde entier ont commencé à mettre en œuvre le plan de remplacement des câbles en cuivre par des câbles à fibre optique et à déployer des réseaux optiques passifs représentés par EPON et GPON. Techniquement parlant, EPON et GPON fonctionnent en mode de multiplexage temporel, qui sont collectivement appelés TDM-PON.

Le mécanisme de TDM-PON attribuant des tranches de temps à chaque utilisateur sur une seule longueur d'onde limite non seulement la bande passante disponible de chaque utilisateur, mais gaspille également considérablement la bande passante disponible de la fibre optique elle-même. L'introduction de la technologie de multiplexage par répartition en longueur d'onde dans le système PON, c'est-à-dire WDM-PON, augmentera considérablement la bande passante d'accès des utilisateurs et répondra aux besoins ultimes des utilisateurs. Par conséquent, WDM-PON est considéré comme une solution pour le réseau d'accès de nouvelle génération.

Source lumineuse de l'émetteur

1. Source lumineuse ONU

Diverses technologies de source lumineuse ONU dans le système WDM-PON appartiennent à la catégorie des sources lumineuses à longueur d'onde unique. FP-LD et RSOA sont les technologies de réalisation de l'ONU incolore principalement utilisées dans le système WDM-PON actuel. FP-LD a été largement utilisé dans le système de communication optique actuel. Bien que le FP-LD utilisé dans le système WDM-PON soit légèrement différent (par exemple, la réflectivité de la surface avant doit être faible et la surface arrière est élevée), son coût est encore faible et la sortie est importante. Quant à SOA, il a de multiples applications dans les réseaux optiques et les modules optiques en plus d'être utilisé comme amplificateur. Son effet non linéaire peut également être utilisé pour réaliser la modulation, la conversion de longueur d'onde, la régénération et la commutation optique à grande vitesse (en particulier au-dessus de 40 Gb/s) et d'autres fonctions. Le dispositif réfléchissant RSOA peut être obtenu en modifiant légèrement sa structure, ce qui est particulièrement utile dans les systèmes WDM-PON.

En général, bien que les dispositifs SOA/RSOA aient diverses fonctions et processus matures, et puissent optimiser les paramètres pour différentes applications, ils sont toujours considérés comme étant au stade d'application en laboratoire, et le marché commercial n'en est qu'à ses balbutiements, et il n'existe actuellement aucun moteur de l'adoption généralisée des dispositifs SOA/RSOA. Il n'y a pas beaucoup de fournisseurs de produits SOA/RSOA dans le monde. Les plus importants sont CIP au Royaume-Uni et Kamelian en Écosse. ETRI en Corée du Sud développe également des dispositifs RSOA pour les systèmes WDM-PON et les fournit à Corecess. Cependant, le prix des dispositifs RSOA utilisés pour le WDM-PON est élevé à l'heure actuelle, de sorte que l'échelle de production est nécessaire pour réduire davantage le coût.

2. Source de lumière OLT

Pour OLT, puisqu'il doit utiliser différentes longueurs d'onde pour communiquer avec chaque ONU, il est très peu pratique d'utiliser cette solution de source lumineuse à longueur d'onde unique. La source lumineuse OLT peut également utiliser la division spectrale de la source lumineuse à large spectre, mais la division spectrale introduira une perte importante (environ 18 dB), cela entraînera un budget de puissance serré, donc, à l'heure actuelle, des sources lumineuses à plusieurs longueurs d'onde sont principalement utilisés. La source lumineuse multi-longueurs d'onde se trouve sur un dispositif intégré qui peut générer plusieurs longueurs d'onde de lumière en même temps, et elle est très appropriée pour une utilisation en tant que source lumineuse OLT dans un système WDM-PON. Il existe les types suivants de sources lumineuses à plusieurs longueurs d'onde.

Laser multifréquence (MFL) : Comme le montre la figure 1, dans le laser multifréquence, un réseau de guides d'ondes en réseau 1 × N et plusieurs amplificateurs optiques sont intégrés, et chaque extrémité d'entrée du réseau de guides d'ondes en réseau intègre un amplificateur optique. Une cavité optique est formée entre l'amplificateur optique et l'extrémité de sortie du réseau de guides d'ondes en réseau. Si l'amplificateur fournit un gain suffisant pour surmonter la perte dans la cavité, il y aura une sortie laser et la longueur d'onde de sortie est déterminée par les caractéristiques de filtrage du réseau de guides d'ondes en réseau. En modulant directement le courant de polarisation de chaque amplificateur, des signaux de liaison descendante à plusieurs longueurs d'onde peuvent être générés.

Figure 1 : Schéma de principe de la structure d'un laser multifréquence

L'intervalle de longueur d'onde du MFL est déterminé par la différence de longueur de guide d'ondes dans le réseau de guides d'ondes en réseau, qui peut être contrôlé avec précision. Chaque longueur d'onde peut être ajustée uniformément en gardant la même température, ce qui est pratique pour la surveillance de la longueur d'onde. Le MLF est une source de lumière OLT idéale. La modulation directe est également possible dans les lasers multifréquences, mais la vitesse de modulation est limitée en raison de la longue cavité laser. Les MFL avec un espacement de 200 GHz et 20 canaux, et avec un espacement de 400 GHz et 16 canaux ont été lancés, dont le taux de modulation directe est de 622 Mbit/s.

Réseau laser DFB à gain couplé : Le réseau laser DFB fabrique plusieurs lasers à guides d'ondes multi-puits quantiques InGaAsP / InP avec les mêmes propriétés sur le même substrat, et il s'agit d'une source de lumière intégrée à plusieurs longueurs d'onde. Les matrices laser DFB combinent un mécanisme de couplage de gain avec des capacités de réglage sur un module laser, et le réglage de la longueur d'onde est obtenu grâce au contrôle de la température. Des résistances à couche mince sont intégrées sur l'appareil et la longueur d'onde peut être modifiée en contrôlant sa température, ce qui permet un réglage quasi continu. L'avantage de ce dispositif réside dans sa taille compacte et sa modulation à grande vitesse, mais il a un problème majeur, qui est qu'il est difficile de contrôler précisément la longueur d'onde de chaque laser du réseau, car chaque longueur d'onde laser est déterminée par un indépendant filtre.

Source de lumière laser supercontinuum : Une impulsion femtoseconde est générée par un laser femtoseconde, et après transmission à travers un milieu non linéaire, l'extension de l'impulsion et le chirp de fréquence linéaire sont provoqués par l'effet d'automodulation de phase. Sur le spectre élargi, la longueur d'onde augmente linéairement avec le temps, de sorte que différentes longueurs d'onde occupent différentes tranches de temps, et les données de liaison descendante sont modulées sur chaque canal par TDM. Le spectre élargi peut être amplifié et divisé pour prendre en charge plusieurs PON à partager par un grand nombre d'utilisateurs.

WDM

Dans WDM-PON, un multiplexeur par répartition en longueur d'onde est généralement appelé routeur de longueur d'onde. Il démultiplexe le signal de liaison descendante et le distribue à une ONU désignée et multiplexe le signal de liaison montante dans une fibre optique et le transmet à l'OLT. Ses principaux indicateurs comprennent la perte d'insertion, la diaphonie, l'espacement des canaux, la dépendance à la polarisation et la sensibilité à la température.

Figure 2 : Diagramme WDM-PON

À l'heure actuelle, il existe des dispositifs avec différentes structures, tels que des filtres interférentiels à couche mince, des filtres acousto-optiques, des réseaux de Bragg à fibre, des AWG, etc. Dans le cas d'un petit nombre de canaux, les filtres interférentiels à couche mince et les réseaux à fibre sont bons. les choix. Pour les systèmes WDM avec plus de 16 canaux, AWG est principalement utilisé pour les dispositifs de multiplexage/démultiplexage, principalement parce que la perte d'AWG n'a rien à voir avec le nombre de canaux. Le réseau de guides d'ondes en réseau développé ces dernières années présente les avantages d'une petite taille, d'une intégration facile, d'un espacement étroit des canaux et de performances stables, ce qui favorise le développement du WDM-PON.

Bien que l'AWG ait été largement utilisé dans les systèmes DWDM, lorsqu'il est appliqué aux réseaux PON, il ne peut pas utiliser de dispositifs de contrôle de température actifs et il sera confronté au problème de dérive de longueur d'onde causée par les changements de température. Par conséquent, les câbles AWG insensibles à la chaleur sont essentiels pour les systèmes WDM-PON. La technologie AWG insensible à la chaleur est relativement mature, mais le prix est plus élevé que l'AWG ordinaire. S'il peut être produit en série et largement utilisé, le coût sera fondamentalement le même que celui d'un AWG ordinaire.

Récepteur WDM

Le récepteur du système WDM-PON comprend un photodétecteur et un circuit d'accompagnement pour la récupération du signal (récepteur optique numérique). Les photodiodes PIN et les photodiodes à avalanche sont des photodétecteurs couramment utilisés, qui ont des applications différentes selon la sensibilité requise. Un récepteur optique numérique se compose généralement d'un préamplificateur, d'un amplificateur principal et d'un circuit de récupération de données d'horloge (CDR).

Le récepteur dans WDM-PON se compose d'un démultiplexeur et d'un réseau de récepteurs. Dans un récepteur WDM, la diaphonie linéaire au niveau du démultiplexeur doit être prise en compte, ce qui provoque une augmentation rapide de la perte de puissance. Les procédés de contrôle de la diaphonie comprennent l'égalisation de la puissance de chaque ONU, le double filtrage du signal reçu, etc.

Surveillance de la longueur d'onde

Étant donné que plusieurs longueurs d'onde sont utilisées dans WDM-PON et que l'AWG est généralement placé à l'air libre sans contrôle de température, la température a une influence majeure sur le changement de la bande passante AWG. D'une manière générale, la plage de différence de température d'AWG est de -40 à 85 °C et le taux de décalage de la bande passante est de 0.011 nm/°C. Par conséquent, à une telle différence de température, il y aura un décalage de 1.4 nm de longueur d'onde. Un tel offsera du même ordre de grandeur (100 ~ 200 GHz) que l'intervalle de longueur d'onde de DWDM, ce qui affectera sérieusement le travail de WDM-PON. Par conséquent, il est nécessaire d'effectuer un travail de détection et de réglage de longueur d'onde dans l'OLT.

La surveillance de la longueur d'onde utilise un algorithme différentiel pour comparer la puissance de transmission d'un canal avec la puissance traversant le routeur de longueur d'onde pour obtenir un signal de différence. Si elle est inférieure au signal de différence à l'instant précédent, la température changera de ΔT dans la direction actuelle. Sinon, cela signifie que le décalage de canal augmente et que la température changera ΔT dans la direction opposée. Dans cette méthode, la vitesse et la distance de pas ΔT du réglage de la température doivent être sélectionnées de manière appropriée.

La surveillance de la longueur d'onde peut être réalisée en surveillant la puissance du canal de liaison descendante et la puissance du canal de liaison montante. Pour les PON composites qui utilisent uniquement WDM dans la liaison descendante, seule la puissance du canal de liaison descendante peut être surveillée. Cette méthode nécessite des fibres de bouclage supplémentaires, ou un canal de surveillance et un réseau de fibres. Pour WDM-PON utilisant une liaison montante à spectre divisé, vous pouvez comparer la puissance du signal de liaison montante avant et après le démultiplexage au niveau de l'OLT, et il vous suffit d'ajouter un coupleur pour la surveillance de la longueur d'onde sans canaux supplémentaires.