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使用無源波分復用技術(WDM-PON)是擴大光纖傳輸容量、提高速率的主要途徑。 據相關單位數據顯示，隨著5G時代的來臨，2018年全球光器件市場規模將達到100億美元，2020年有望達到123億美元，其中，波分設備市場規模約800到850億，預計未來三年內的增速維持在30%到50%之間，整體產業前景十分廣闊。 2017年以來，國際上的運營商把WDM-PON技術作為5G前傳的重點方案進行研究，那么WDM-PON是什么技術呢？應用于什么樣的場景呢？ 5G前傳的建設難點WDM-PON技術用于5G的前傳領域，5G前傳受限于光纖資源不足、基站數量龐大、成本敏感度高等因素，一直是令運營商們頗為為難的話題。 由于不太愿意花更多資金重新布設光纖，當前運營商解決問題的總體原則是：光纖直驅為主，光纖不足的區域引入WDM波分復用技術來彌補。 ◮圖片來自《5G承載網絡架構和技術方案白皮書》 光纖資源豐富的區域采用25G單纖雙向(BiDi)光模塊，可節約50%的光纖資源；光纖稀缺區域采用點到點有源WDM/OTN方案；而光纖極度稀缺的場景采用點到多點的WDM環形結構。 WDM技術作為5G前傳方案的重要補充，其基本思路是節約光纖，具體實現形態包括無源WDM、有源WDM/M-OTN和WDM PON三種： ◮來自易飛揚通信Gigalight 1. 無源WDM方案將彩光模塊安裝在無線側AAU和DU設備上，通過外置的無源合/分波板卡或設備完成WDM功能，成本較低，但是維護管理功能弱； 2. 有源WDM/M-OTN方案將AAU和DU連接到WDM/M-OTN設備上，可調諧(Tunable)光模塊應運而生； 3. WDM PON方案延續FTTx點到多點組網拓撲，AAU接入ONU終端設備或模塊化ONU（SFP+模塊）, DU連接到局端OLT設備，從而可最大幅度地節省接入主干層光纖資源。 什么是WDM-PON技術？PON技術是解決接入網“最后一公里”、實現FTTx的最具吸引力的技術。 目前光纖接入網主要采用的是EPON或GPON, 上下行均工作在單一波長，各用戶通過時分的方式進行傳輸，這種在單一波長上為每用戶分配時間片的機制，既限制了每用戶的可用帶寬，又大大浪費了光纖自身的可用帶寬。 而WDM-PON是一種采用波分復用技術、點對點的無源光網絡，可以將用戶接入寬帶增加數倍乃至數十倍，滿足用戶的終極需求。相關標準組織開始關注WDM-PON在5G前傳的應用，特別是單波25G速率的WDM-PON系統，將在5G前傳的整體解決方案中發揮重要作用。 典型的WDM-PON由三部分組成：
OLT是局端設備，包括光波分復用器/解復用器(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設備是可以分離的。 OWDN是指位于OLT與ONU之間，實現按波長分配的網絡，物理鏈路上包括饋線光纖和無源遠端節點(PRN, Passive Remote Node)。 PRN中包含了熱不敏感的陣列波導光柵(AAWG, Athermal Arrayed Waveguide Grating), AAWG是波長不敏感無源光器件，完成光波長復用、解復用功能。 ONU放置在用戶終端，是用戶側的光終端設備。 ◮來自網絡 WDM-PON技術可以使系統擁有更長的傳輸距離、更高的傳輸效率、更高的帶寬，并且具有安全性、業務透明性、易維護性，從而成為5G前傳方案的重要補充。 WDM-PON解決方案在WDM-PON系統中，多個不同波長同時工作，因此最直接的WDM-PON方案是OLT中有多個不同波長的光源，每個ONU也使用特定波長的光源，各點對點連接都按預先設計的波長進行配置和工作。如果波長數越多，需要的光源種類也越多，帶來嚴重的倉儲問題，這對ONU尤其突出。 由于存在嚴重的ONU倉儲問題，固定光源的解決方案難以應用于商用WDM-PON系統，因此使用無色ONU已基本成為當前WDM-PON相關研究的共識，基于無色ONU的技術方案是WDM-PON系統的主流。 無色ONU的實現技術根據使用的器件不同可分為以下三類：
◮來自易飛揚通信Gigalight 方案一 可調激光器是使用波長可調的激光器使ONU可以工作在不同的波長，可調激光器也工作在特定波長，但可通過輔助手段對波長進行調諧，如電調諧、溫度調諧和機械調諧，這樣在系統中可使用同樣的激光器以產生不同的工作波長。 但是可調激光器比傳統PON系統中使用的激光器更為復雜，價格也較為高昂，因此在目前的WDM-PON系統中一般不采用。 方案二 第二種方案是在ONU中放置一個寬譜光源，發出的光從ONU出來之后，再接一個WDM設備，比如薄膜濾波器或者AWG, 對信號進行頻譜分割，只允許特定的波長部分通過并傳輸到位于中心局的OLT。這樣各個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，從而可為每個通道生成單獨的波長信號。 在采用寬譜光源的WDM-PON系統中，光源發出的光中只有很窄的一部分譜線被用作承載上行信號，而其他大量的能量都被浪費了，因此需要光源提供足夠的光功率。 此外，頻譜分割會引起較大的線性串擾，限制了系統的動態范圍，需要適當地選擇復用器和解復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處無光源，系統中的所有光源都置于OLT處，并通過AWG進行頻譜分割后向ONU提供特定波長的光信號，而ONU直接對此光信號進行調制，以產生上行信號。 根據上行信號的路徑，這類方案也稱為基于反射的無色ONU實現方案，在這種實現方案中，寬譜光源發出的光經AWG分波后提供給不同的ONU作為上行光源，因此沒有光信號的浪費。 無源波分復用設備: 5G OMUX & AAWGWDM-PON最大的特點在于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)等無源器件組成，而實現波分復用功能的關鍵設備就是OMUX和AAWG。 同樣作為無源波分復用的設備，兩者的工作原理不盡相同。 AWG是一種由很多波導組成的陣列形式的光柵，能實現通信網絡中多波長信道的互聯、交換、回路等。從Fiber出來的高斯光束到達自由空間（空氣中）, 發散的很快，耦合損耗也很大，在光柵的基礎上人們又加入了準直lens和聚焦微透鏡。 后來人們發現這種方案不夠穩定、可靠性有風險，并且不利于小型化的集成，人們又進一步地在結構上做了簡化，形成了如下圖的結構。 ◮來自易飛揚通信 而AAWG是AWG的無熱版本（對溫度不敏感），無需外置電路控制。多個波長經AAWG匯聚后分到分支光纖傳輸，可節省大量主干光纖資源。 OMUX采用的是薄膜濾波器(TFF)工藝，運用的是在基片上鍍膜的原理，每個鍍膜片上直通某一路波長的光，反射其余波長的光。 兩者的優缺點比較 • AAWG采用波段工藝設計，優勢是客戶可使用32個以上通道，插損和一致性較好，成本也比OMUX低，劣勢在于不適合低通道，且通道變換的靈活性不強。 • OMUX采用TFF工藝，客戶需求通道靈活性強，可以任意選擇通道組合；弊端在于采用器件串接工藝，級聯通道數越多，IL的鏈路損耗和一致性差，一般用于32通道以下。 • OMUX和AAWG作為無源波分設備，在5G承載網的WDM-PON架構中發揮著重要作用，當前基于新材料的開發以及新專利的出現，還將進一步推動無源市場的發展。 小結5G前傳的大帶寬需求，帶動傳輸網的大接口需求，同時隨著eCPRI新的前傳接口的定義，網絡架構演進為支持DU、CU池化的新型架構，對無線接入和5G承載提出了新的機遇和挑戰。 WDM-PON技術很好地解決了傳輸效率、帶寬以及成本問題，并且為實現固移結合提供了有力的支撐。易飛揚(Gigalight)推出的應用于5G的OMUX以及50GHz的AAWG等無源器件，充分結合了光模塊產線的優勢，完美補充了5G前傳的整體解決方案。 參考資料：張傲等，《三網融合下的FTTx網絡》，人民郵電出版社 本文轉自易飛揚通信(Gigalight)社區站，詳情→https://www.gigalight.com/cn/bbs/article/wdm-pon-5g-fronthual-solution.html |
