アクセスネットワークでより高い帯域幅を提供するために、世界中の通信事業者は、銅線ケーブルを光ファイバーケーブルに置き換える計画を実行し始め、EPON および GPON に代表されるパッシブ光ネットワークを展開し始めています。 技術的に言えば、EPON と GPON は両方とも、TDM-PON と総称される時分割多重モードで動作します。
単一の波長で各ユーザーにタイム スライスを割り当てる TDM-PON のメカニズムは、各ユーザーの使用可能な帯域幅を制限するだけでなく、光ファイバー自体の使用可能な帯域幅を大幅に浪費します。 波長分割多重技術をPONシステム、つまりWDM-PONに導入すると、ユーザーのアクセス帯域幅が大幅に増加し、ユーザーの究極のニーズを満たすことができます。 したがって、WDM-PON は次世代アクセス ネットワークのソリューションと見なされます。
送信機の光源
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ONU光源
WDM-PON システムのさまざまな ONU 光源技術は、単一波長光源のカテゴリに属します。 FP-LD と RSOA は、現在の WDM-PON システムで主に使用されているカラーレス ONU の実現技術です。 FP-LDは、現在の光通信システムで広く使用されています。 WDM-PONシステムで使用されるFP-LDは若干異なりますが（たとえば、前面の反射率が低く、背面の反射率が高くなる必要があります）、それでもコストは低く、出力は大きくなります。 SOAに関しては、増幅器として使用される以外に、光ネットワークと光モジュールで複数のアプリケーションがあります。 その非線形効果を利用して、変調、波長変換、再生、高速 (特に 40 Gb/s 以上) の光スイッチングなどの機能を実現することもできます。 反射デバイス RSOA は、その構造をわずかに変更することで取得できます。これは、WDM-PON システムで特に役立ちます。
一般に、SOA/RSOA デバイスにはさまざまな機能と成熟したプロセスがあり、さまざまなアプリケーションに合わせてパラメーターを最適化できますが、それらはまだ実験室のアプリケーション段階にあると見なされており、商用市場はまだ始まったばかりであり、現在はありません。 SOA/RSOA デバイスの広範な採用の原動力となっています。 世界には、SOA/RSOA 製品のサプライヤは多くありません。 大きいものには、英国の CIP とスコットランドのカメリアンが含まれます。 韓国の ETRI も WDM-PON システム用の RSOA デバイスを開発し、Corecess に提供しています。 しかし、WDM-PONに使用されるRSOAデバイスの価格は現状では高価であるため、さらなるコスト削減には生産規模の拡大が必要です。
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OLT光源
OLT の場合、各 ONU と通信するために異なる波長を使用する必要があるため、この単一波長光源ソリューションを使用するのは非常に不便です。 OLT光源は、ワイドスペクトル光源のスペクトル分割も使用できますが、スペクトル分割は大きな損失（約18 dB）を導入し、電力バジェットが逼迫するため、現在、多波長光源が主に使用されます。 多波長光源は、同時に複数の波長の光を生成できる統合デバイス上にあり、WDM-PON システムで OLT 光源として使用するのに非常に適しています。 多波長光源には以下の種類があります。
多周波レーザー (MFL): 図1に示すように、多周波レーザでは、1×Nのアレイ導波路回折格子と複数の光増幅器が集積され、アレイ導波路回折格子の各入力端に光増幅器が集積されています。 光増幅器とアレイ導波路回折格子の出力端との間に光キャビティが形成される。 アンプがキャビティ内の損失を克服するのに十分なゲインを提供する場合、レーザー出力があり、出力波長はアレイ導波路グレーティングのフィルタリング特性によって決まります。 各増幅器のバイアス電流を直接変調することにより、多波長のダウンリンク信号を生成できます。
図1：多周波レーザーの構造模式図
MFLの波長間隔は、アレイ導波路回折格子の導波路長差によって決まり、これを精密に制御することができます。 温度を一定に保つことで各波長を均一に調整できるため、波長監視に便利です。 MLF は理想的な OLT 光源です。 多周波レーザーでも直接変調が可能ですが、レーザー共振器が長いため、変調速度が制限されます。 200 GHz で 20 チャネル間隔、および 400 GHz で 16 チャネル間隔の MFL が発売されており、その直接変調速度は 622 Mbit/s です。
ゲイン結合 DFB レーザー アレイ: DFBレーザアレイは、同一基板上に同一特性のInGaAsP/InP多重量子井戸導波路レーザを複数作製した集積化多波長光源です。 DFB レーザー アレイは、ゲイン結合メカニズムとチューニング機能を XNUMX つのレーザー モジュールに組み合わせており、波長のチューニングは温度制御によって実現されます。 デバイスには薄膜抵抗が組み込まれており、温度を制御することで波長を変更できるため、ほぼ連続的なチューニングが可能です。 この装置の利点は小型で変調速度が速いことですが、アレイ内の各レーザーの波長は独立した波長によって決定されるため、正確に波長を制御することが難しいという大きな問題があります。フィルター。
スーパーコンティニウムレーザー光源: フェムト秒レーザーによりフェムト秒パルスを発生させ、非線形媒質を透過させた後、自己位相変調効果によりパルス伸長と線形周波数チャープを発生させます。 拡張されたスペクトルでは、波長は時間とともに直線的に増加するため、異なる波長が異なるタイムスロットを占有し、ダウンリンク データは TDM によって各チャネルで変調されます。 拡大されたスペクトルは、多数のユーザーが共有する複数の PON をサポートするために、増幅および分割することができます。
WDM
WDM-PONでは、波長分割多重化装置は通常、波長ルーターと呼ばれます。 ダウンリンク信号を逆多重化して指定されたONUに分配し、アップリンク信号を光ファイバーに多重化してOLTに送信します。 その主な指標には、挿入損失、クロストーク、チャネル間隔、偏波依存性、および温度感度が含まれます。
図 2: WDM-PON ダイアグラム
現在、薄膜干渉フィルター、音響光学フィルター、ファイバー ブラッグ グレーティング、AWG など、さまざまな構造のデバイスがあります。チャンネル数が少ない場合は、薄膜干渉フィルターやファイバー グレーティングが適しています。選択肢。 16 チャネルを超える WDM システムの場合、主に AWG の損失はチャネル数とは関係がないため、AWG は主に多重化/逆多重化デバイスに使用されます。 近年開発されたアレイ導波路回折格子は、サイズが小さく、統合が容易で、チャネル間隔が狭く、性能が安定しているという利点があり、WDM-PONの開発を促進しています。
AWGはDWDMシステムで広く使用されていますが、PONネットワークに適用すると、アクティブな温度制御デバイスを使用できず、温度変化による波長ドリフトの問題に直面します。 したがって、熱に弱い AWG は WDM-PON システムにとって重要です。 熱に弱いAWG技術は比較的成熟していますが、価格は通常のAWGよりも高くなります。 量産して広く使われるようになれば、コストは基本的に通常のAWGと変わらない。
WDMレシーバー
WDM-PONシステムの受信機には、光検出器とそれに付随する信号再生用の回路（デジタル光受信機）が含まれます。 PIN フォトダイオードとアバランシェ フォトダイオードは一般的に使用される光検出器であり、必要な感度に応じて用途が異なります。 通常、デジタル光受信機は、プリアンプ、メインアンプ、およびクロックデータリカバリ回路 (CDR) で構成されます。
WDM-PON の受信機は、デマルチプレクサと受信機アレイで構成されます。 WDMレシーバーでは、デマルチプレクサーでの線形クロストークを考慮する必要があり、電力損失が急激に増加します。 クロストークを制御する方法には、各 ONU からの電力を等化する、受信信号を二重にフィルタリングするなどがあります。
波長モニタリング
WDM-PON では複数の波長が使用され、AWG は一般に温度制御されていない屋外に置かれるため、温度は AWG 通過帯域の変化に大きな影響を与えます。 一般的に、AWG の温度差範囲は -40~85°C で、通過帯域シフト率は 0.011nm/°C です。 したがって、このような温度差では、波長が 1.4 nm シフトします。 そのような off設定は、DWDM の波長間隔と同じ桁数 (100 ~ 200 GHz) になり、WDM-PON の動作に深刻な影響を与えます。 そのため、OLT で波長の検出とチューニング作業を行う必要があります。
波長監視では、差分アルゴリズムを使用してチャネルの送信電力と波長ルーターを通過する電力を比較し、差分信号を取得します。 前の瞬間の差分信号よりも小さい場合、温度は現在の方向に ΔT だけ変化します。 そうしないと、チャネルのミスマッチが増加し、温度が反対方向に ΔT 変化することを意味します。 この方法では、温度調整の速度とステップ距離 ΔT を適切に選択する必要があります。
波長監視は、下りチャネル電力と上りチャネル電力を監視することで実現できます。 ダウンリンクで WDM のみを使用する複合 PON の場合、ダウンリンク チャネル パワーのみを監視できます。 この方法には、追加のループバック ファイバ、またはモニタリング チャネルとファイバ グレーティングが必要です。 スペクトル分割アップリンクを使用する WDM-PON の場合、OLT で分離する前後のアップリンク信号電力を比較でき、チャネルを追加せずに波長監視用のカプラーを追加するだけで済みます。