隨著人們對通信需求的增長，光纖接入（FTTx）得到了快速發(fā)展。以無源光網(wǎng)絡（PON：Passive Optical Network）技術(shù)為主的光纖接入技術(shù)已經(jīng)以多種形態(tài)在全球得到了廣泛應用。全球FTTx用戶數(shù)2009年底已超過6000萬，比2008年增長35%。其中，亞洲約占81%，北美約占11%，歐洲約占8%。2009年中國已成為FTTx用戶數(shù)最大的國家，其次是日本和韓國。由于各國經(jīng)濟狀況的不同，F(xiàn)TTx在日本覆蓋率已很高，將逐漸進入飽和期，其他國家還仍然處在發(fā)展期。
當前，在我國全業(yè)務運營和網(wǎng)絡融合的背景下，高帶寬應用如視頻會議、實時游戲、IPTV等正不斷涌現(xiàn)，尤其是HDTV、網(wǎng)真等視頻業(yè)務，對網(wǎng)絡接入帶寬提出了更高的要求，也推動著新的FTTx技術(shù)層出不窮。此外，“三網(wǎng)融合”的逐步推進、物聯(lián)網(wǎng)的逐漸普及、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以及固定和移動融合（FMC）等也將有力推動高帶寬業(yè)務的應用和相應網(wǎng)絡的快速發(fā)展。因此，未來光纖接入技術(shù)將向更高速率、更多傳輸波長、更廣覆蓋范圍（包括長距離、大分路比）的方向發(fā)展。
為了適應未來光接入網(wǎng)絡的發(fā)展需求，我國“十一五”863計劃及時啟動了“低成本的多波長以太網(wǎng)綜合接入系統(tǒng)（λ-EMD）”重大課題的研究；歐盟FP7計劃也將WDM PON的研究列為重點攻關(guān)的項目。基于WDM PON和WDM-TDM PON技術(shù)的λ-EMD系統(tǒng)具有光纖資源利用充分、對速率和業(yè)務完全透明、安全性高、易管理維護、傳輸距離長、擴展性好等特點，能夠極大的節(jié)約主干光纖和其他光分配網(wǎng)絡建設及維護費用，擴大用戶覆蓋范圍和增加用戶接入數(shù)量，為運營商構(gòu)建具有更大接入容量、更高傳輸速率、面向全業(yè)務運營的全新光接入網(wǎng)提供了理想的解決方案。
一、WDM PON基本原理及主要特點
1. WDM PON基本原理
WDM PON是一種采用波分復用技術(shù)的、點對點的無源光網(wǎng)絡。即在同一根光纖中，雙向采用的波長數(shù)目大于3個以上，利用波分復用技術(shù)實現(xiàn)上行接入，能夠以較低的成本提供較大的工作帶寬，是光纖接入未來重要的發(fā)展方向。典型的WDM PON系統(tǒng)由三部分組成：光線路終端（OLT：Optical Line Termination）、光波長分配網(wǎng)絡（OWDN：Optical Wavelength Distribution Network）和光網(wǎng)絡單元（ONU：Opitcal Network Unit），見圖1。OLT是局端設備，包括光波分復用器/ 解復用器（OM/OD）。一般具有控制、交換、管理等功能。局端的OM/OD在物理上與OLT設備可以是分立的。OWDN是指在位于OLT與ONU之間，實現(xiàn)從OLT到ONU或者從ONU到OLT的按波長分配的光網(wǎng)絡。物理鏈路上包括饋線光纖和無源遠端節(jié)點（PRN：Passive Remote Node）。PRN主要包括熱不敏感的陣列波導光柵（AAWG：Athermal Arrayed Waveguide Grating），AAWG是波長敏感無源光器件，完成光波長復用、解復用功能。 ONU放置在用戶終端，是用戶側(cè)的光終端設備。
下行方向，多個不同的波長ld1……ldn在局端OM/OD合波后傳送到OWDN，按照不同波長分配到各個ONU中。上行方向，不同用戶 ONU發(fā)射不同的光波長lu1……lun到OWDN中，在OWDN的PRN處合波，然后傳送到OLT。完成光信號的上下行傳送。其中，下行波長ldn和上行波長lun可工作在相同波段，也可工作在不同波段。
圖1、典型的WDM-PON框圖[center]
2.WDM PON的主要特點
采用波分復用技術(shù)的PON技術(shù)主要特點有：
1)更長的傳輸距離。由于WDM PON中AAWG的插入損耗比傳統(tǒng)的TDM PON系統(tǒng)中光功率分路器的插入損耗要小，因此在OLT或 ONU激光器輸出功率相等的情況下，WDM PON傳輸距離更遠，網(wǎng)絡覆蓋范圍更大。
2)更高的傳輸效率。在WDM PON中上行傳輸時，每個ONU均使用獨立的、不同的波長通道，不需要專門的MAC協(xié)議，故系統(tǒng)的復雜度有很大的降低，傳輸效率也得到了大幅提高。
3)更高的帶寬。WDM PON是典型的點對點的網(wǎng)絡架構(gòu)，每個用戶獨享一個波長通道的帶寬，不需要帶寬的動態(tài)分配，其能夠在相對低的速率下為每個用戶提供更高的帶寬。
4)更具安全性。每個ONU獨享各自的波長通道帶寬，所有ONU在物理層面上是隔離的，不會相互產(chǎn)生影響，因此更具安全性。
5)對業(yè)務、速率完全透明。由于電信號在物理層光路不做任何處理，無需任何封裝協(xié)議。
6)成本更低。由于WDM PON中光源無色技術(shù)的應用，使得ONU所用光模塊完全相同，解決了器件的存儲問題的同時，也降低了OPEX和CAPEX。且單纖32波~40波，可擴展至80波，節(jié)約主干光纖和OSP費用。
7)更易維護。避免OTDR由于高插入損耗對光纖線路等測量限制。另外，無色光源技術(shù)的應用，使得維護更方便。
二、WDM PON關(guān)鍵技術(shù)
WDM PON技術(shù)的規(guī)模商用首先需要解決光模塊的互換性，尤其是ONU側(cè)光模塊。固定波長光源的方案難以應用于商用的WDM PON中，因此“無色”光源技術(shù)是WDM PON系統(tǒng)攻關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。
目前，無色ONU方案包括但不限于此三種：可調(diào)激光器、注入鎖定FP-LD和波長重用RSOA方式，其技術(shù)特點分析如下。
可調(diào)激光器作為無色ONU的方案，即可調(diào)激光器工作在特定波長，可通過輔助手段對波長進行調(diào)諧，使用激光器發(fā)射不同的波長。采用此種方案的系統(tǒng)不需要種子光源，且可調(diào)激光器的調(diào)諧范圍較寬，可達50nm。采用直接調(diào)制可以實現(xiàn)2.5Gb/s以上的傳輸速率，若采用外調(diào)制技術(shù)可實現(xiàn)10Gb/s的傳輸速率，且傳輸距離大于 20km，整個網(wǎng)絡擴展性好。但不足之處在于，系統(tǒng)需要網(wǎng)絡協(xié)議控制，需要對ONU波長控制，增加了ONU設計的復雜度，且目前成本較高。
注入鎖定FP-LD方式作為無色ONU的方案，即FP-LD在自由運行時為多縱模輸出，當有適當?shù)耐獠糠N子光注入時，被激發(fā)鎖模輸出與種子光波長相一致的光信號，F(xiàn)P-LD鎖定輸出的工作波長與種子光源和波分復用/解復用的通道波長相對應。采用此方案的系統(tǒng)無需制冷控制，網(wǎng)絡架構(gòu)簡單。不足之處在于受限于傳輸速率和傳輸距離，且成本較高。由于鎖模器件FP-LD調(diào)制速率低，理論帶寬為0.2Ghz-4Ghz，且器件模間噪聲大，不宜于高速率的傳輸系統(tǒng)。另外，系統(tǒng)中需要兩個種子光源，若用在混合PON中，上行信號對種子光源的要求更高，高功率的種子光源存在安全問題。由于種子光源的問題，使得傳輸距離受限于20km，且系統(tǒng)不宜于擴展。
波長重用RSOA方式作為無色ONU的方案，即種子光源經(jīng)過頻譜分割后注入到局端RSOA內(nèi)，激發(fā)RSOA輸出與種子光波長相一致的光信號。此光信號具有兩個用途，既作為下行方向的信號光，又作為上行方向信號的種子光。當作為上行方向的種子光時，激發(fā)ONU內(nèi)RSOA輸出與種子光波長一致的光信號。采用此方案系統(tǒng)無需制冷控制，且網(wǎng)絡架構(gòu)簡單。不足之處在于傳輸距離受限。系統(tǒng)中需要種子光源，具有較強的后向反射，系統(tǒng)以易于擴展，且價格較高。
三、WDM PON應用
WDM PON是邏輯層面點到點，物理層面點到多點的連接，具有對協(xié)議和速率透明的特性，具有良好的可擴展性，因此應用也非常靈活。目前，WDM-PON可應用于以下多種場合。
1.WDM-PON直接用于FTTx
WDM PON可作為FTTH、 FTTB、FTTC的實現(xiàn)方案，并可同時為商業(yè)用戶、單個家庭用戶、多家庭用戶等多種類型的用戶提供服務，如圖2。在這種場合下，WDM PON每波長提供的巨大帶寬直接為用戶所用，對于國內(nèi)規(guī)模部署的 FTTB、FTTC網(wǎng)絡升級、無線WLAN覆蓋、商業(yè)VIP 客戶接入等來說是一個很好的選擇。
[center]圖2、 WDM-PON用于FTTx
2.WDM-PON與TDM-PON構(gòu)成HPON
WDM-PON與TDM-PON構(gòu)成混合網(wǎng)絡，如圖3所示，共同為用戶提供服務。用戶通過分路器共享一對波長，由位于CO的具有多波長光源的EPON OLT進行資源調(diào)度。此種組網(wǎng)模式適用于接入主干光纖資源緊張和EPON網(wǎng)絡帶寬升級等場合。
圖3、 WDM-PON與TDM-PON構(gòu)成HPON
3.WDM-PON用于本地匯聚傳輸
WDM-PON與TDM-PON以級聯(lián)的方式連接可實現(xiàn)本地匯聚傳輸，如圖4。用戶業(yè)務首先通過TDM-PON進行匯聚，然后再由 WDM PON系統(tǒng)傳輸?shù)奖镜刂行木帧Ｔ谠缙谥挥胁糠稚虡I(yè)客戶或少量其他用戶需要大帶寬時，這種架構(gòu)可提供靈活的接入選擇，例如為大客戶分配單獨的波長，而密集居住的普通小區(qū)用戶通過級聯(lián)的TDM-PON共享一個波長。
圖4、 WDM-PON用于本地匯聚傳輸
4. 基站回傳
隨著移動基站回傳所需帶寬的不斷增加，對基站回傳網(wǎng)絡也提出了新的挑戰(zhàn)。WDM-PON提供了豐富的帶寬，能很好的滿足3G、LTE基站回傳的帶寬需求，可以作為移動基站回傳的主要技術(shù)選擇之一。WDM-PON用于基站回傳的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)與圖2相似。
四、863 計劃
我國“十一五”863計劃啟動了“低成本的多波長以太網(wǎng)綜合接入系統(tǒng)（λ-EMD）”的研究。該項目的牽頭單位烽火科技與合作單位通過刻苦鉆研，攻克了多項電信級λ-EMD系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，包括基于TDM與WDM的混合模式PON結(jié)構(gòu)、支持三網(wǎng)融合業(yè)務的受控傳送、可擴展的開放系統(tǒng)架構(gòu)和高可用性等，成功地研制出了系列化的λ-EMD綜合接入設備和自主知識產(chǎn)權(quán)的光收發(fā)模塊，可滿足低成本化應用要求。通過該項目的實施，烽火科技已全面掌握了一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的相關(guān)核心技術(shù)，申請或取得了十多項國家發(fā)明專利，牽頭完成了中國通信標準化協(xié)會（CCSA）標準類技術(shù)報告《接入網(wǎng)技術(shù)要求－采用基于波長可調(diào)方式密集波分復用技術(shù)的無源光網(wǎng)絡》的起草，進一步凸顯了烽火科技在光接入領域的技術(shù)領先地位。
烽火科技研制出的WDM-TDM PON系統(tǒng)是業(yè)界第一款單纖32波，每波支持1：64分路，傳輸距離達20公里以上的xPON系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用業(yè)界首個局遠端雙“無色”光模塊設計，具有業(yè)界最高的單纖接入速率（對稱40G）以及業(yè)界最高的業(yè)務單板端口密度；采用WDM和TDM混合模式的PON結(jié)構(gòu)，可以兼容現(xiàn)有的1G/2.5G /10G EPON、GPON和P2P等多種光纖接入技術(shù)；通過WDM方式可以承載現(xiàn)有CATV業(yè)務，方便實現(xiàn)“三網(wǎng)融合”業(yè)務接入，實現(xiàn)了我國下一代光纖接入技術(shù)研究的新跨越。
五、結(jié)束語
隨著用戶對帶寬和速率的要求越來越高，WDM PON越來越顯示出它獨特的優(yōu)勢。日前，烽火科技聯(lián)合中國電信集團公司、清華大學和北京郵電大學共同承擔的國家“十一五”863重大項目課題“低成本的多波長以太網(wǎng)綜合接入系統(tǒng)（λ-EMD）”已取得重大進展，攻克了多項關(guān)鍵技術(shù)，成功完成上海未來寬帶技術(shù)及應用工程研究中心有限公司基于國家863柔性試驗床進行的全面測試。
烽火科技研制出的WDM-TDM PONλ-EMD綜合接入設備系統(tǒng)是業(yè)界第一款單纖32波，每波支持1：64分路，傳輸距離達20公里以上的xPON系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用業(yè)界首個局遠端雙“無色”光模塊設計，具有業(yè)界最高的單纖接入速率（對稱40G）以及業(yè)界最高的業(yè)務單板端口密度；采用WDM和TDM混合模式的PON結(jié)構(gòu)，可以兼容現(xiàn)有的1G/2.5G /10G EPON、GPON和P2P等多種光纖接入技術(shù)，實現(xiàn)了我國下一代光纖接入技術(shù)研究的新跨越。