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使用無(wú)源波分復用技術(shù)(WDM-PON)是擴大光纖傳輸容量、提高速率的主要途徑。 據相關(guān)單位數據顯示，隨著(zhù)5G時(shí)代的來(lái)臨，2018年全球光器件市場(chǎng)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(chǎng)規模約800到850億，預計未來(lái)三年內的增速維持在30%到50%之間，整體產(chǎn)業(yè)前景十分廣闊。 2017年以來(lái)，國際上的運營(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？應用于什么樣的場(chǎng)景呢？ 5G前傳的建設難點(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、基站數量龐大、成本敏感度高等因素，一直是令運營(yíng)商們頗為為難的話(huà)題。 由于不太愿意花更多資金重新布設光纖，當前運營(yíng)商解決問(wèn)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(shù)來(lái)彌補。 ◮圖片來(lái)自《5G承載網(wǎng)絡(luò )架構和技術(shù)方案白皮書(shū)》 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(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)形結構。 WDM技術(shù)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(shí)現形態(tài)包括無(wú)源WDM、有源WDM/M-OTN和WDM PON三種： ◮來(lái)自易飛揚通信Gigalight 1. 無(wú)源WDM方案將彩光模塊安裝在無(wú)線(xiàn)側AAU和DU設備上，通過(guò)外置的無(wú)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(diǎn)到多點(diǎn)組網(wǎng)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(shù)？PON技術(shù)是解決接入網(wǎng)“最后一公里”、實(shí)現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(cháng)，各用戶(hù)通過(guò)時(shí)分的方式進(jìn)行傳輸，這種在單一波長(cháng)上為每用戶(hù)分配時(shí)間片的機制，既限制了每用戶(hù)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(shù)、點(diǎn)對點(diǎn)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )，可以將用戶(hù)接入寬帶增加數倍乃至數十倍，滿(mǎn)足用戶(hù)的終極需求。相關(guān)標準組織開(kāi)始關(guān)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(fā)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(shí)現按波長(cháng)分配的網(wǎng)絡(luò )，物理鏈路上包括饋線(xiàn)光纖和無(wú)源遠端節點(diǎn)(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(cháng)不敏感無(wú)源光器件，完成光波長(cháng)復用、解復用功能。 ONU放置在用戶(hù)終端，是用戶(hù)側的光終端設備。 ◮來(lái)自網(wǎng)絡(luò ) WDM-PON技術(shù)可以使系統擁有更長(cháng)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(gè)不同波長(cháng)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(cháng)的光源，每個(gè)ONU也使用特定波長(cháng)的光源，各點(diǎn)對點(diǎn)連接都按預先設計的波長(cháng)進(jìn)行配置和工作。如果波長(cháng)數越多，需要的光源種類(lèi)也越多，帶來(lái)嚴重的倉儲問(wèn)題，這對ONU尤其突出。 由于存在嚴重的ONU倉儲問(wèn)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(wú)色ONU已基本成為當前WDM-PON相關(guān)研究的共識，基于無(wú)色ONU的技術(shù)方案是WDM-PON系統的主流。 無(wú)色ONU的實(shí)現技術(shù)根據使用的器件不同可分為以下三類(lèi)：
◮來(lái)自易飛揚通信Gigalight 方案一 可調激光器是使用波長(cháng)可調的激光器使ONU可以工作在不同的波長(cháng)，可調激光器也工作在特定波長(cháng)，但可通過(guò)輔助手段對波長(cháng)進(jìn)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(chǎn)生不同的工作波長(cháng)。 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(jià)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(gè)寬譜光源，發(fā)出的光從ONU出來(lái)之后，再接一個(gè)WDM設備，比如薄膜濾波器或者AWG, 對信號進(jìn)行頻譜分割，只允許特定的波長(cháng)部分通過(guò)并傳輸到位于中心局的OLT。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)通道生成單獨的波長(cháng)信號。 在采用寬譜光源的WDM-PON系統中，光源發(fā)出的光中只有很窄的一部分譜線(xiàn)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(huì )引起較大的線(xiàn)性串擾，限制了系統的動(dòng)態(tài)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(wú)光源，系統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(cháng)的光信號，而ONU直接對此光信號進(jìn)行調制，以產(chǎn)生上行信號。 根據上行信號的路徑，這類(lèi)方案也稱(chēng)為基于反射的無(wú)色ONU實(shí)現方案，在這種實(shí)現方案中，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)有光信號的浪費。 無(wú)源波分復用設備: 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)現波分復用功能的關(guān)鍵設備就是OMUX和AAWG。 同樣作為無(wú)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(shí)現通信網(wǎng)絡(luò )中多波長(cháng)信道的互聯(lián)、交換、回路等。從Fiber出來(lái)的高斯光束到達自由空間（空氣中）, 發(fā)散的很快，耦合損耗也很大，在光柵的基礎上人們又加入了準直lens和聚焦微透鏡。 后來(lái)人們發(fā)現這種方案不夠穩定、可靠性有風(fēng)險，并且不利于小型化的集成，人們又進(jìn)一步地在結構上做了簡(jiǎn)化，形成了如下圖的結構。 ◮來(lái)自易飛揚通信 而AAWG是AWG的無(wú)熱版本（對溫度不敏感），無(wú)需外置電路控制。多個(gè)波長(cháng)經(jīng)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(gè)鍍膜片上直通某一路波長(cháng)的光，反射其余波長(cháng)的光。 兩者的優(yōu)缺點(diǎn)比較 • AAWG采用波段工藝設計，優(yōu)勢是客戶(hù)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(hù)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(lián)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(wú)源波分設備，在5G承載網(wǎng)的WDM-PON架構中發(fā)揮著(zhù)重要作用，當前基于新材料的開(kāi)發(fā)以及新專(zhuān)利的出現，還將進(jìn)一步推動(dòng)無(wú)源市場(chǎng)的發(fā)展。 小結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(zhù)eCPRI新的前傳接口的定義，網(wǎng)絡(luò )架構演進(jìn)為支持DU、CU池化的新型架構，對無(wú)線(xiàn)接入和5G承載提出了新的機遇和挑戰。 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(wú)源器件，充分結合了光模塊產(chǎn)線(xiàn)的優(yōu)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(wǎng)融合下的FTTx網(wǎng)絡(luò )》，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 |
