Что такое WDM-PON?

Для обеспечения более высокой пропускной способности в сети доступа операторы по всему миру приступили к реализации плана по замене медных кабелей на оптоволоконные и развертыванию пассивных оптических сетей, представленных EPON и GPON. С технической точки зрения, и EPON, и GPON работают в режиме мультиплексирования с временным разделением, которые в совокупности называются TDM-PON.

Механизм TDM-PON, выделяющий временные интервалы каждому пользователю на одной длине волны, не только ограничивает доступную полосу пропускания каждого пользователя, но также значительно расходует доступную полосу пропускания самого оптического волокна. Внедрение в систему PON технологии мультиплексирования с разделением по длине волны, то есть WDM-PON, значительно увеличит пропускную способность доступа пользователей и удовлетворит максимальные потребности пользователей. Поэтому WDM-PON считается решением для сети доступа следующего поколения.

Источник света передатчика

1. ОНУ источник света

Различные технологии источников света ONU в системе WDM-PON относятся к категории источников света с одной длиной волны. FP-LD и RSOA — это технологии реализации бесцветного ONU, используемые в основном в текущей системе WDM-PON. FP-LD широко используется в современной системе оптической связи. Хотя FP-LD, используемый в системе WDM-PON, немного отличается (например, отражательная способность передней поверхности должна быть низкой, а задней — высокой), его стоимость по-прежнему невысока, а выход большой. Что касается SOA, то помимо использования в качестве усилителя он имеет множество применений в оптических сетях и оптических модулях. Его нелинейный эффект также можно использовать для реализации модуляции, преобразования длины волны, регенерации и высокоскоростной (особенно выше 40 Гбит/с) оптической коммутации и других функций. Отражающее устройство RSOA можно получить, немного изменив его структуру, что особенно полезно в системах WDM-PON.

В целом, хотя устройства SOA/RSOA имеют различные функции и отработанные процессы и могут оптимизировать параметры для различных приложений, они все еще считаются находящимися на стадии лабораторного применения, а коммерческий рынок находится только в зачаточном состоянии, и в настоящее время нет движущая сила для широкого внедрения устройств SOA/RSOA. В мире не так много поставщиков продуктов SOA/RSOA. К крупным относятся CIP в Великобритании и Kamelian в Шотландии. ETRI в Южной Корее также разрабатывает устройства RSOA для систем WDM-PON и поставляет их компании Corecess. Однако цена устройств RSOA, используемых для WDM-PON, в настоящее время высока, поэтому для дальнейшего снижения стоимости требуется масштабирование производства.

2. ОЛТ источник света

Для OLT, поскольку для связи с каждым ONU необходимо использовать разные длины волн, очень неудобно использовать это решение с источником света с одной длиной волны. Источник света OLT также может использовать спектральное разделение широкоспектрального источника света, но спектральное разделение приведет к большим потерям (около 18 дБ), что вызовет ограниченный бюджет мощности, поэтому в настоящее время многоволновые источники света в основном используются. Источник света с несколькими длинами волн находится на интегрированном устройстве, которое может генерировать свет с несколькими длинами волн одновременно, и он очень подходит для использования в качестве источника света OLT в системе WDM-PON. Существуют следующие типы многоволновых источников света.

Многочастотный лазер (MFL): Как показано на рисунке 1, в многочастотном лазере объединены волноводная решетка 1×N и несколько оптических усилителей, а каждый входной конец массивной волноводной решетки объединяет оптический усилитель. Между оптическим усилителем и выходным концом массивной волноводной решетки формируется оптический резонатор. Если усилитель обеспечивает достаточное усиление, чтобы компенсировать потери в резонаторе, будет выходной сигнал лазера, а выходная длина волны определяется фильтрующими характеристиками массивной волноводной решетки. Путем прямой модуляции тока смещения каждого усилителя можно генерировать многоволновые сигналы нисходящей линии связи.

Рисунок 1: Принципиальная схема структуры многочастотного лазера.

Интервал длин волн MFL определяется разностью длин волноводов в массивной волноводной решетке, которой можно точно управлять. Каждую длину волны можно отрегулировать равномерно, поддерживая одинаковую температуру, что удобно для мониторинга длины волны. MLF является идеальным источником света OLT. Прямая модуляция также возможна в многочастотных лазерах, но скорость модуляции ограничена из-за длинного резонатора лазера. Запущены МФЛ с частотой 200 ГГц и разносом 20 каналов, а также с частотой 400 ГГц и разносом 16 каналов, скорость прямой модуляции которых составляет 622 Мбит/с.

Лазерная решетка РОС с усилением: Лазерный массив DFB производит несколько волноводных лазеров InGaAsP / InP с несколькими квантовыми ямами с одинаковыми свойствами на одной и той же подложке и представляет собой интегрированный источник света с несколькими длинами волн. Лазерные массивы DFB сочетают в себе механизм связи усиления с возможностями настройки в одном лазерном модуле, а настройка длины волны достигается за счет контроля температуры. В устройство встроены тонкопленочные резисторы, а длину волны можно изменить, контролируя ее температуру, что позволяет практически непрерывную настройку. Преимущество этого устройства заключается в его компактных размерах и высокой скорости модуляции, но у него есть главная проблема, состоящая в том, что трудно точно контролировать длину волны каждого лазера в массиве, поскольку каждая длина волны лазера определяется независимым фильтр.

Лазерный источник суперконтинуума: Фемтосекундный импульс генерируется фемтосекундным лазером, и после прохождения через нелинейную среду удлинение импульса и линейный частотный чирп вызываются эффектом фазовой самомодуляции. В расширенном спектре длина волны линейно увеличивается со временем, поэтому разные длины волн занимают разные временные интервалы, а данные нисходящей линии связи модулируются на каждом канале с помощью TDM. Расширенный спектр может быть усилен и разделен для поддержки нескольких PON, которые будут совместно использоваться большим количеством пользователей.

WDM

В WDM-PON мультиплексор с разделением по длине волны обычно называется маршрутизатором длины волны. Он демультиплексирует сигнал нисходящей линии связи и распределяет его по назначенному ONU, а также мультиплексирует сигнал восходящей линии связи в оптическое волокно и передает его на OLT. Его основные показатели включают вносимые потери, перекрестные помехи, разнос каналов, зависимость от поляризации и температурную чувствительность.

Рисунок 2: Схема WDM-PON

В настоящее время существуют устройства с различной структурой, такие как тонкопленочные интерференционные фильтры, акустооптические фильтры, волоконные брэгговские решетки, АВГ и др. В случае небольшого числа каналов хороши тонкопленочные интерференционные фильтры и волоконные решетки. выбор. Для систем WDM с более чем 16 каналами AWG в основном используется для устройств мультиплексирования/демультиплексирования, главным образом потому, что потеря AWG не имеет ничего общего с количеством каналов. Массивная волноводная решетка, разработанная в последние годы, имеет преимущества небольшого размера, простоты интеграции, узкого расстояния между каналами и стабильной работы, что способствует развитию WDM-PON.

Хотя AWG широко используется в системах DWDM, когда он применяется к сетям PON, он не может использовать активные устройства контроля температуры и сталкивается с проблемой дрейфа длины волны, вызванного изменениями температуры. Поэтому нечувствительные к нагреву генераторы сигналов произвольной формы имеют решающее значение для систем WDM-PON. Технология термостойких AWG относительно зрелая, но цена выше, чем у обычных AWG. Если его можно будет производить серийно и широко использовать, стоимость будет в основном такой же, как и у обычного AWG.

WDM-приемник

Приемник в системе WDM-PON включает в себя фотоприемник и сопутствующую схему восстановления сигнала (цифровой оптический приемник). PIN-фотодиоды и лавинные фотодиоды являются широко используемыми фотодетекторами, которые имеют различные применения в зависимости от требуемой чувствительности. Цифровой оптический приемник обычно состоит из предварительного усилителя, основного усилителя и схемы восстановления тактовых данных (CDR).

Приемник в WDM-PON состоит из демультиплексора и массива приемников. В приемнике WDM необходимо учитывать линейные перекрестные помехи в демультиплексоре, которые вызывают быстрое увеличение потерь мощности. Методы управления перекрестными помехами включают выравнивание мощности каждого ONU, двойную фильтрацию принятого сигнала и т.д.

Мониторинг длины волны

Поскольку в WDM-PON используются несколько длин волн, а генератор сигналов произвольной формы обычно размещается на открытом воздухе без регулирования температуры, температура оказывает большое влияние на изменение полосы пропускания генератора сигналов произвольной формы. Вообще говоря, диапазон разницы температур AWG составляет от -40 до 85°C, а скорость сдвига полосы пропускания составляет 0.011 нм/°C. Следовательно, при такой разнице температур будет сдвиг длины волны на 1.4 нм. Такой offбудет иметь тот же порядок значений (100~200 ГГц), что и интервал длин волн DWDM, что серьезно повлияет на работу WDM-PON. Следовательно, необходимо выполнять работу по определению длины волны и настройке в OLT.

Мониторинг длины волны использует дифференциальный алгоритм для сравнения мощности передачи канала с мощностью, проходящей через маршрутизатор длины волны, для получения разностного сигнала. Если он меньше разностного сигнала в предыдущий момент, то температура изменится на ΔT в текущем направлении. В противном случае это означает, что рассогласование каналов увеличивается, и температура будет изменять ΔT в противоположном направлении. В этом методе скорость и расстояние шага ΔT регулировки температуры должны быть выбраны соответствующим образом.

Мониторинг длины волны может быть реализован путем мониторинга мощности канала нисходящей линии связи и мощности канала восходящей линии связи. Для составных PON, которые используют только WDM в нисходящем канале, можно контролировать только мощность канала нисходящего канала. Для этого метода требуются дополнительные петлевые волокна или канал мониторинга и волоконная решетка. Для WDM-PON, использующего восходящую линию с разделением спектра, вы можете сравнить мощность сигнала восходящей линии до и после демультиплексирования на OLT, и вам нужно только добавить ответвитель для контроля длины волны без дополнительных каналов.