WDM-PON光接入网技术研究

WDM-PON光接入网技术研究
摘要】在令人们眼花缭乱的通信体验背后，电信运营商的接入承载网络面临着
不断升级、替换、改造的压力。

无源光网络(PON)是当今宽带接入网领域中的热门技术之一。

本文从WDM-PON拓扑结构出发，从技术和产品成熟度上分析了技术
的优越性，分析了其ONU波长选择的方案，最后讨论了综合WDM-PON和TDM-PON技术的有线业务与无线业务接入设计方案，研究技术实施可行性，为今后的
设计工作提供参考。

【关键词】通信网；接入网；无源光网络；WDM-PON技术
随着光通信技术的飞速发展和国内电信运营商的增多，整个电信网络面临着
网络结构扁平化、管理维护智能化、融合业务综合承载，以及更高的网络安全可
靠性等发展趋势。

现有的光通信网络中，接入网是整个通信网络的“瓶颈”，影响
甚至限制整个通信网的发展。

如何通过经济、科学、合理的方式解决这个问题成
为各运营商和设备商关注的焦点。

在这种情况下，无源光网络(PON)技术开始浮出水面，无源光网络技术以其独特的优势正在随着“光进铜退”的趋势迅速发展，并
为人们解决这一问题带来了希望。

其中，WDM-PON是一种采用波分复用技术的、点对点的无源光网络，继承了PON的所有优点，又避免了PON中像ONU测距等
技术难题，在网络管理以及系统升级性能方面它也具有明显优势。

随着技术的进步，波分复用光器件的成本尤其是无源光器件的成本大幅度下降，质优价廉的WDM器件不断出现，WDM-PON技术将成为PON接入网一个可以预见的发展趋势，并有可能成为接入网的最终解决方案。

1 WDM-PON技术
1.1 WDM-PON拓扑结构
WDM-PON技术实际上就是虚拟的点对点的通信。

WDM-PON系统拓扑如图1
所示。

WDM-PON系统由OLT(光线路终端)、RN(远端节点)和ONU组成，远端节点一般采用无热AWG(阵列波导光栅)器件。

下行方向，在不同的波长通道上加载将要发送到不同ONU的数据，通过OLT上的WDM器件将不同波长的信号复用后，在一根光纤中将这一合波信号传送到RN，在RN处把在同一根光纤中传输的合波信号解复用成OLT发送时的波长信号，再传输到不同
的ONU。

每个ONU在其上行方向上单独采用一个波长，在RN处通过AWG器件复用成合波
信号在光纤上传输，由OLT侧WDM器件的接收功能单元接收。

与TDM-PON技术相比，WDM-PON优势显著：a)由于采用的是点对点传输方式，OLT无
需对ONU带宽进行动态分配，每个ONU独占其带宽，而且每个ONU的传输带宽不会随着同
一PON口下ONU的增多而降低。

b)作为合分波的AWG是无热光栅，相对于无源光分路器来说，其插损值更低。

此外，光接收机在很低的比特率时运行，其接收灵敏度很高，所以在激
光器的发光功率一致的情况下，能够传送更远的距离，有更广阔的网络覆盖。

c)在上行方向，每个ONU与OLT之间采用不同波长、虚拟点对点的通信形式，具备更高的安全性能。

另外，因为ONU在发送数据时与TDM-PON不同，无需等待OLT为其分配上行传输时隙，具有更高
的传输效率。

d)WDM-PON系统提供业务时是以波长为基础的，当需要增加其他增值业务时，只需为其分配与现有业务所使用的不同波长的信道即可，对不同业务的适应性极强。

e)WDM-PON系统对于每种业务的传送都是透明的，因此在发送业务时直接将数据信息承载在波长信
道上，不经过TDM复用器的处理，无需不同物理层协议的适配，在实现网络保护等方面更简单。

1.2 WDM-PON的ONU波长选择方案
WDM-PON在ONU波长选择方面主要有3种设计方案：
(1)ONU采用固定波长
每个ONU都单独使用一个波长，且互不相同，但是每个ONU工作在固定波长。

因此，
每个ONU的工作通道是离散分开的，无需时钟同步和定时。

(2)ONU采用可调谐波长
ONU采用的波长不固定，能够根据实际需要调谐，网络具有很强的可重构性。

在上行方向，OLT为同一PON口下的ONU使用动态的方式分配波长。

由于动态分配上行波长，采用
该方案的WDM-PON系统所能支持的ONU数量就能大大增加，同时也提高了上行波长的利用效率。

但是该方案会造成成本增加，而且要为每个ONU配置一个专用发射机和一个专用的可调谐发射机，分别用于控制信道和发送数据。

(3)ONU采用无色波长
由光栅决定ONU所使用的特定波长，对ONU没有特殊要求，是目前使用最广泛的方法
之一。

这种类型的ONU称为无色ONU，在设计和生产时，有利于大规模生产和ONU的管理
及运行维护，也有利于降低设备成本。

WDM-PON可以结合TDMAPON，成为WDM-TDMPON，能进一步提高PON的接入能力。

WDM-TDMPON网络拓扑如图2所示。

目前，烽火、中兴、华为等国内设备商都已研发出成熟的WDM-PON产品。

烽火通信的WDMTDMPON系统每波的分光比可达1：64，单纤可承载32波，传输距离最远可达20km以上。

该系统设计采用局端和远端双“无色”光模块，单纤接入速率最高可达对称40Gbit/s，业
务单板端口密度也是业界最高的。

这种混合的PON结构模式可以支持现有的EPON、GPON
和P2P(点对点)等光纤接入技术。

对于CATV(有线电视)业务，通过WDM方式承载更有利于实
现三网业务融合。

2 有线业务与无线业务综合光接入方案
虽然WDM-PON系统相比TDM-PON系统有很多优势，但TDM-PON网络已经大规模部署，TDM-PON不可能都被WDM-PON系统取代。

因此，如何利用现有的光线路资源，使这两种PON能够共存于同一个ODN(光分配网络)，就成为各大运营商亟需解决的重要问题。

全业务运营是目前各大运营商的发展方向，每个运营商都拥有着大量有线和无线网络资源，怎样有效整合这两种资源，以提高光纤资源利用率和企业效益，也成为各运营商非常关
心的焦点问题。

现有采用TDM-PON技术的PON网络已经规模部署，如果能利用它来实现全
业务光纤接入，运营商无需重新敷设光纤，就能在原先有线业务覆盖的区域实现移动业务的
灵活接入。

因此，结合实际业务需要，提出了有线业务与无线业务综合光接入方案，其拓扑
如图3所示。

有线业务信号通过TDM-PON和WDM-PON承载，移动业务信号通过波分复用器复用进同一个光分配网络。

这个接入系统包括WDM-PON中心局(室内基带处理单元〔BBU〕所在处)、WDM-PON用户单元(射频拉远模块〔RRU〕所在处)、TDM-PON中心局、共用的波分复用器、TDM-PON用户单元及光分配网络。

在WDM-PON中心局，由不同BBU发送的基站信号通过
波长转换器(W240)转换成具有不同波长的WDM信号，再由共存波分复用器将其与来自PON
中心局的信号进行耦合复用，然后输入主干光纤进行传输。

ODN将骨干光纤中的WDM信号
传输到PON用户侧和无线业务用户终端，在远端通过无热的AWG分离出各个波长的业务，
有线业务再通过分光器进行1：N的分路，扩展业务接入能力。

无线业务的WDM信号通过
W240或W220这样的波长转换器转换回无线的移动基站信号，由RRU将信号发射至用户侧。

反之采用相同的传输方式。

此外，所用WDM-PON、无线信号及TDM-PON信号的工作波长都
要包含在单模光纤所许可的波段范围内。

在上述解决方案中，TDM-PON、WDM-PON以及无线业务所采用的波段都不相同，其波
长路由是由共存的波分复用器这个无源器件来完成的，要尽量减少它们所用波段之间的串扰，以保证这三种网络的通信业务互不干扰，这就需要采用具有高通道隔离度的WDM器件，同
时WDM器件的插损也要尽可能小，以此来降低对原有TDM-PON网络的跨段损耗影响。

此类WDM器件可以采用DWDM(密集波分复用)模块，也可以采用CWDM(稀疏波分复用)模块。

由
于CWDM模块技术成熟，价格低廉，在业务初期可以选用CWDM模块。

在具体选用波长时，
WDM-PON以及无线业务信号要避开TDMPON已经用的1310nm、1490nm、1270nm、1577nm波长和用于CATV信号的1550nm波长，所以在方案部署前必须做好业务波长的使用规划。

3 结束语
总之，PON作为主流通信运营商共同推崇的全业务接入网技术，能实现不同业务类型的服务要求并满足网络的精细化管理，真正实现可运营，可维护，可盈利的技术要求。

随着我国光纤技术与网络的不断普及发展，运营商也将进一步的降低建网成本，服务于用户，使得PON接入网建设越来越深入人心。

文章在分析WDM-PON技术及优势的基础上，提出了有线业务与无线业务的综合接入方案，具有工程实施简单、方便、灵活，建设成本低以及覆盖区域大等优势，正式商用指日可待，对接入网建设有一定的借鉴意义。

参考文献：
[1]聂邵华.基于PON技术电信光纤接入网设计[D].吉林大学，2012
[2]吴佳宁，唐雄燕.基于PON技术的光接入网络应用模式[J].电信科学， 2005， 21(11)：29-31
[3]孙权.多种应用环境下光接入网解决方案的研究[D].南京邮电大学.2013
[4]刘强.WDM-PON的接入方法及DBA算法的研究[D].电子科技大学.2010
[5]陈海灵，闫彩化，房艳华，赵春和.WDM-PON技术研究和实现方案[J].信息通信，2012(5)：51-52。