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使用無(wú)源波分復(fù)用技術(shù)(WDM-PON)是擴(kuò)大光纖傳輸容量、提高速率的主要途徑。 據(jù)相關(guān)單位數(shù)據(jù)顯示，隨著5G時(shí)代的來(lái)臨，2018年全球光器件市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到100億美元，2020年有望達(dá)到123億美元，其中，波分設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約800到850億，預(yù)計(jì)未來(lái)三年內(nèi)的增速維持在30%到50%之間，整體產(chǎn)業(yè)前景十分廣闊。 2017年以來(lái)，國(guó)際上的運(yùn)營(yíng)商把WDM-PON技術(shù)作為5G前傳的重點(diǎn)方案進(jìn)行研究，那么WDM-PON是什么技術(shù)呢？應(yīng)用于什么樣的場(chǎng)景呢？ 5G前傳的建設(shè)難點(diǎn)WDM-PON技術(shù)用于5G的前傳領(lǐng)域，5G前傳受限于光纖資源不足、基站數(shù)量龐大、成本敏感度高等因素，一直是令運(yùn)營(yíng)商們頗為為難的話題。 由于不太愿意花更多資金重新布設(shè)光纖，當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商解決問(wèn)題的總體原則是：光纖直驅(qū)為主，光纖不足的區(qū)域引入WDM波分復(fù)用技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)。 ◮圖片來(lái)自《5G承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)方案白皮書(shū)》 光纖資源豐富的區(qū)域采用25G單纖雙向(BiDi)光模塊，可節(jié)約50%的光纖資源；光纖稀缺區(qū)域采用點(diǎn)到點(diǎn)有源WDM/OTN方案；而光纖極度稀缺的場(chǎng)景采用點(diǎn)到多點(diǎn)的WDM環(huán)形結(jié)構(gòu)。 WDM技術(shù)作為5G前傳方案的重要補(bǔ)充，其基本思路是節(jié)約光纖，具體實(shí)現(xiàn)形態(tài)包括無(wú)源WDM、有源WDM/M-OTN和WDM PON三種： ◮來(lái)自易飛揚(yáng)通信Gigalight 1. 無(wú)源WDM方案將彩光模塊安裝在無(wú)線側(cè)AAU和DU設(shè)備上，通過(guò)外置的無(wú)源合/分波板卡或設(shè)備完成WDM功能，成本較低，但是維護(hù)管理功能弱； 2. 有源WDM/M-OTN方案將AAU和DU連接到WDM/M-OTN設(shè)備上，可調(diào)諧(Tunable)光模塊應(yīng)運(yùn)而生； 3. WDM PON方案延續(xù)FTTx點(diǎn)到多點(diǎn)組網(wǎng)拓?fù)洌珹AU接入ONU終端設(shè)備或模塊化ONU（SFP+模塊）, DU連接到局端OLT設(shè)備，從而可最大幅度地節(jié)省接入主干層光纖資源。 什么是WDM-PON技術(shù)？PON技術(shù)是解決接入網(wǎng)“最后一公里”、實(shí)現(xiàn)FTTx的最具吸引力的技術(shù)。 目前光纖接入網(wǎng)主要采用的是EPON或GPON, 上下行均工作在單一波長(zhǎng)，各用戶通過(guò)時(shí)分的方式進(jìn)行傳輸，這種在單一波長(zhǎng)上為每用戶分配時(shí)間片的機(jī)制，既限制了每用戶的可用帶寬，又大大浪費(fèi)了光纖自身的可用帶寬。 而WDM-PON是一種采用波分復(fù)用技術(shù)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)，可以將用戶接入寬帶增加數(shù)倍乃至數(shù)十倍，滿足用戶的終極需求。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組織開(kāi)始關(guān)注WDM-PON在5G前傳的應(yīng)用，特別是單波25G速率的WDM-PON系統(tǒng)，將在5G前傳的整體解決方案中發(fā)揮重要作用。 典型的WDM-PON由三部分組成：
OLT是局端設(shè)備，包括光波分復(fù)用器/解復(fù)用器(OMUX/ODEMUX), 一般具有控制、交換、管理等功能，局端的OMUX和ODEMUX在物理上與OLT設(shè)備是可以分離的。 OWDN是指位于OLT與ONU之間，實(shí)現(xiàn)按波長(zhǎng)分配的網(wǎng)絡(luò)，物理鏈路上包括饋線光纖和無(wú)源遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)(PRN, Passive Remote Node)。 PRN中包含了熱不敏感的陣列波導(dǎo)光柵(AAWG, Athermal Arrayed Waveguide Grating), AAWG是波長(zhǎng)不敏感無(wú)源光器件，完成光波長(zhǎng)復(fù)用、解復(fù)用功能。 ONU放置在用戶終端，是用戶側(cè)的光終端設(shè)備。 ◮來(lái)自網(wǎng)絡(luò) WDM-PON技術(shù)可以使系統(tǒng)擁有更長(zhǎng)的傳輸距離、更高的傳輸效率、更高的帶寬，并且具有安全性、業(yè)務(wù)透明性、易維護(hù)性，從而成為5G前傳方案的重要補(bǔ)充。 WDM-PON解決方案在WDM-PON系統(tǒng)中，多個(gè)不同波長(zhǎng)同時(shí)工作，因此最直接的WDM-PON方案是OLT中有多個(gè)不同波長(zhǎng)的光源，每個(gè)ONU也使用特定波長(zhǎng)的光源，各點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接都按預(yù)先設(shè)計(jì)的波長(zhǎng)進(jìn)行配置和工作。如果波長(zhǎng)數(shù)越多，需要的光源種類也越多，帶來(lái)嚴(yán)重的倉(cāng)儲(chǔ)問(wèn)題，這對(duì)ONU尤其突出。 由于存在嚴(yán)重的ONU倉(cāng)儲(chǔ)問(wèn)題，固定光源的解決方案難以應(yīng)用于商用WDM-PON系統(tǒng)，因此使用無(wú)色ONU已基本成為當(dāng)前WDM-PON相關(guān)研究的共識(shí)，基于無(wú)色ONU的技術(shù)方案是WDM-PON系統(tǒng)的主流。 無(wú)色ONU的實(shí)現(xiàn)技術(shù)根據(jù)使用的器件不同可分為以下三類：
◮來(lái)自易飛揚(yáng)通信Gigalight 方案一 可調(diào)激光器是使用波長(zhǎng)可調(diào)的激光器使ONU可以工作在不同的波長(zhǎng)，可調(diào)激光器也工作在特定波長(zhǎng)，但可通過(guò)輔助手段對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)諧，如電調(diào)諧、溫度調(diào)諧和機(jī)械調(diào)諧，這樣在系統(tǒng)中可使用同樣的激光器以產(chǎn)生不同的工作波長(zhǎng)。 但是可調(diào)激光器比傳統(tǒng)PON系統(tǒng)中使用的激光器更為復(fù)雜，價(jià)格也較為高昂，因此在目前的WDM-PON系統(tǒng)中一般不采用。 方案二 第二種方案是在ONU中放置一個(gè)寬譜光源，發(fā)出的光從ONU出來(lái)之后，再接一個(gè)WDM設(shè)備，比如薄膜濾波器或者AWG, 對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分割，只允許特定的波長(zhǎng)部分通過(guò)并傳輸?shù)轿挥谥行木值腛LT。這樣各個(gè)ONU具有相同的光源，但由于它們接在WDM合波器的不同端口上，從而可為每個(gè)通道生成單獨(dú)的波長(zhǎng)信號(hào)。 在采用寬譜光源的WDM-PON系統(tǒng)中，光源發(fā)出的光中只有很窄的一部分譜線被用作承載上行信號(hào)，而其他大量的能量都被浪費(fèi)了，因此需要光源提供足夠的光功率。 此外，頻譜分割會(huì)引起較大的線性串?dāng)_，限制了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，需要適當(dāng)?shù)剡x擇復(fù)用器和解復(fù)用器的通帶譜寬以及信道間隔。 方案三 還有一種方案是在ONU處無(wú)光源，系統(tǒng)中的所有光源都置于OLT處，并通過(guò)AWG進(jìn)行頻譜分割后向ONU提供特定波長(zhǎng)的光信號(hào)，而ONU直接對(duì)此光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以產(chǎn)生上行信號(hào)。 根據(jù)上行信號(hào)的路徑，這類方案也稱為基于反射的無(wú)色ONU實(shí)現(xiàn)方案，在這種實(shí)現(xiàn)方案中，寬譜光源發(fā)出的光經(jīng)AWG分波后提供給不同的ONU作為上行光源，因此沒(méi)有光信號(hào)的浪費(fèi)。 無(wú)源波分復(fù)用設(shè)備: 5G OMUX & AAWGWDM-PON最大的特點(diǎn)在于ODN中不含有任何有源電子器件及電子電源，全都由光分路器(Splitter)等無(wú)源器件組成，而實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用功能的關(guān)鍵設(shè)備就是OMUX和AAWG。 同樣作為無(wú)源波分復(fù)用的設(shè)備，兩者的工作原理不盡相同。 AWG是一種由很多波導(dǎo)組成的陣列形式的光柵，能實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)中多波長(zhǎng)信道的互聯(lián)、交換、回路等。從Fiber出來(lái)的高斯光束到達(dá)自由空間（空氣中）, 發(fā)散的很快，耦合損耗也很大，在光柵的基礎(chǔ)上人們又加入了準(zhǔn)直lens和聚焦微透鏡。 后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)這種方案不夠穩(wěn)定、可靠性有風(fēng)險(xiǎn)，并且不利于小型化的集成，人們又進(jìn)一步地在結(jié)構(gòu)上做了簡(jiǎn)化，形成了如下圖的結(jié)構(gòu)。 ◮來(lái)自易飛揚(yáng)通信 而AAWG是AWG的無(wú)熱版本（對(duì)溫度不敏感），無(wú)需外置電路控制。多個(gè)波長(zhǎng)經(jīng)AAWG匯聚后分到分支光纖傳輸，可節(jié)省大量主干光纖資源。 OMUX采用的是薄膜濾波器(TFF)工藝，運(yùn)用的是在基片上鍍膜的原理，每個(gè)鍍膜片上直通某一路波長(zhǎng)的光，反射其余波長(zhǎng)的光。 兩者的優(yōu)缺點(diǎn)比較 • AAWG采用波段工藝設(shè)計(jì)，優(yōu)勢(shì)是客戶可使用32個(gè)以上通道，插損和一致性較好，成本也比OMUX低，劣勢(shì)在于不適合低通道，且通道變換的靈活性不強(qiáng)。 • OMUX采用TFF工藝，客戶需求通道靈活性強(qiáng)，可以任意選擇通道組合；弊端在于采用器件串接工藝，級(jí)聯(lián)通道數(shù)越多，IL的鏈路損耗和一致性差，一般用于32通道以下。 • OMUX和AAWG作為無(wú)源波分設(shè)備，在5G承載網(wǎng)的WDM-PON架構(gòu)中發(fā)揮著重要作用，當(dāng)前基于新材料的開(kāi)發(fā)以及新專利的出現(xiàn)，還將進(jìn)一步推動(dòng)無(wú)源市場(chǎng)的發(fā)展。 小結(jié)5G前傳的大帶寬需求，帶動(dòng)傳輸網(wǎng)的大接口需求，同時(shí)隨著eCPRI新的前傳接口的定義，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)為支持DU、CU池化的新型架構(gòu)，對(duì)無(wú)線接入和5G承載提出了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 WDM-PON技術(shù)很好地解決了傳輸效率、帶寬以及成本問(wèn)題，并且為實(shí)現(xiàn)固移結(jié)合提供了有力的支撐。易飛揚(yáng)(Gigalight)推出的應(yīng)用于5G的OMUX以及50GHz的AAWG等無(wú)源器件，充分結(jié)合了光模塊產(chǎn)線的優(yōu)勢(shì)，完美補(bǔ)充了5G前傳的整體解決方案。 參考資料：張傲等，《三網(wǎng)融合下的FTTx網(wǎng)絡(luò)》，人民郵電出版社 本文轉(zhuǎn)自易飛揚(yáng)通信(Gigalight)社區(qū)站，詳情→https://www.gigalight.com/cn/bbs/article/wdm-pon-5g-fronthual-solution.html |
