基于RSOA的双向长距离WDM-PON系统研究

杨斐，赵亮，唐亮

（石家庄邮电职业技术学院，河北石家庄，050000）

0 引言

目前在我国的光纤宽带接入网络中，主要采用基于以太网无源光网络EPON和千兆无源光网络GPON技术，其主要为用户提供三网融合业务，其中包括电视业务，数据业务和语音业务。然而随着信息数据呈现爆炸式的发展态势，超清视频、IPTV、交互式游戏等新型互联网业务对光纤接入宽带的需求将快速增长，与此同时随着移动互联网以及物联网业务的兴起，用户对接入带宽的需求也将大幅提高。研究表明，在上述需求的驱动下，未来的无源光网络（PON）将为用户提供 1Gb/s 以上的接入带宽，所以传统的时分复用无源光网络接入带宽无法满足各类业务带宽需求，下一代无源光网络将具有高速对称业务带宽，用户数据安全性和灵活性的特点。可以预见，未来波分复用无源光网络（WDMPON）技术将成为下一代光接入网的主流技术。

1 波分复用无源光网络系统结构与特点

典型的波分复用无源光网络（WDM-PON）系统的基本原理如图1所示，在光线路终端（OLT）侧采用不同波长λn光信号承载不同用户的下行数据，在接收端每个不同的光网络单元（ONU）只接收其所对应波长为λn的下行光信号，依据此原理可实现光线路终端（OLT）与光网络单元（ONU）之间的点对多点连接。在远端节点（RN）中WDM-PON系统通常采用波分复用/解复用器（AWG），在下行方向上复用器将OLT发送端不同波长的光信号复用至同一条光纤中，经过系统传输后再利用解复用器将不同波长λn的光信号数据分别发送到其波长对应的ONU中。由于WDM-PON系统中不同波长承载不同的用户数据，因此每个ONU的光接收机只会接收所对应特定波长λn的下行光信号。而ONU1至ONUn的上行信号会调制在指定的上行波长λ1至λn上，并且通过远端节点中的波分复用器复用后传输至ODN 中。

波分复用无源光网络具有以下技术特点：

（1）由于采用了波分复用技术，每个用户独享单一波长，用户接入速率得到极大提高，同时解复用器对不同用户数据进行分离，提升了数据传输的安全性；

图1 波分复用无源光网络（WDM—PON）的系统结构

（2）WDM-PON对通信协议以及数据格式速率透明，资源调度机制较为简单；

（3）网络管理和升级方面具有明显的优势，若提升网络传输速率时，只需对单个ONU进行改造和升级，无需改造原有ODN，也不会影响其他用户ONU的正常使用。

2 基于RSOA的波分复用无源光网络系统仿真

本文介绍了波分复用无源光网络（WDM-PON）系统提供一个单一波长的下行数据和上行数据。为了提高网络的波长利用率，系统仿真采用了单波长的下行和上行数据传输。这不仅减少了所需的光源和波长数目也减轻了WDM-PON复杂性。

仿真中展示了一个10 Gbit/s全双工波长重用WDMPON系统，在系统的上、下行传输方向分别使用反射型半导体放大器和连续波激光器（CW）进行设计。此外，系统中还提出了一种由光纤布拉格光栅（FBG）阵列构成的色散补偿方案。为了抑制反射光拍频噪声（OBN），系统在上行ONU侧和下行OLT侧通过贝塞尔低通滤波器（LPF1）和贝塞尔低通滤波器（LPF2）进行滤波，系统仿真结构图如图2所示。

图2 基于RSOA的WDM—PON系统仿真结构图

在实验仿真中光接入网常规单模光纤传输长度为35km，ONU1的光载波信号波长为1550nm，ODN中常规单模光纤衰减系数设置为0.2 dB/km，光纤色散系数设置为16.75 ps/nm·km。同时在实验中建立了光纤非线性效应、瑞利散射和衰减效应。光纤光栅的色散系数等于-200 ps/nm。掺铒光纤放大器（EDFA）的噪声系数为1，增益等于分别为4dB和10dB。光分路器插入损耗等于0.5dB。

■2.1 反射型半导体放大器注入光功率分析

在实验仿真中，我们将马赫-增德尔调制器（MZM）的消光比设置为30dB，调节上行信号输出光功率，使RSOA的注入光功率范围为-10dBm至-20dBm，通过optisystem14.0仿真测试得到，反射型半导体放大器输入光功率与上行OLT接收端Q因子的对应关系如图3所示。通过仿真显示当RSOA输入光功率在-20至-10dBm之间时，其工作在线性放大区，此时该器件对下行光载波的擦除效果不明显，且系统信号的Q因子小于8，因此在ONU接收端无法利用RSOA进行信号再调制。而当下行接收端输入光功率大于-10dBm 时，反射型半导体放大器将工作在其增益饱和区，此时系统的光功率增益快速降低，下行信号1与信号0输出功率近似，此时反射型半导体放大器对下行载波的擦除作用显著，可利用下行信号进行再调制，系统对应的Q因子>8，而且输入光功率与Q因子取值成正比，显示上行方向传输性能良好。

■2.2 上下行信号传输特性分析

在该实验仿真中利用光纤布拉格光栅（FBG）阵列对色散进行了最佳补偿。在前向色散补偿方案中采用光纤光栅，可以消除色散引起的超强度噪声。外部调制的下行信号从OLT传输到光网络单元（ONU）通过单模光纤，掺铒光纤放大器（EDFA）和贝塞尔光学带通滤波器1（OBPF 1）。在ONU接收端通过1：2光分路器将下行信号分为两部分，一部分输入光电检测器（PIN），另一部分输入至反射型半导体放大器（RSOA）中利用RSOA工作在饱和区的特性，对下行光载波进行信号再调制。实验仿真中对ONU侧接收端光功率与误码率进行采集，下行光功率与误码率对应关系如图4所示，接收端光功率越高其系统误码率越小，其接收功率与系统误码率成反比。通过对OLT接收端眼图和误码率进行观测如图5所示，发现接收端眼图展开幅度较大，且无码间干扰可实现上行信号无差错传输。

图3 RSOA输入光功率与接收端Q值对应图

图4 下行接收光功率与误码率的关系

图5 上行接收端眼图

3 结束语

该系统成功仿真了35公里的波分复用无源光网络（WDM-PON）系统。系统成功的将下行10 Gbit/s和上行10 Gbit/s数据复用至单一波长中。本文所提出的WDMPON系统的传输距离较长而而可以保证传输可靠性。同时系统采用布拉格光纤光栅缓解了色散对系统传输性能的影响，得到了上行和下行两个方向的无误差传输。值得注意的是，在OLT前端插入布拉格光纤光栅可有效的缓解瑞利后向散射噪声对上行数据和下行数据的影响，同时也可提高接收器灵敏度。

* [1]H. Kim, “10 Gbit/s operation of RSOA using a delayinter ferometer,” IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 22, no. 18,pp.1379–1381, Sep. 2010.

* [2]沈成彬,王成巍,蒋铭,王波.下一代PON技术的进展与应用[J]电信科学,2010,（8）

* [3]方圆圆,寿国础，胡怡红. WDM—PON无色ONU实现方法研究[J].光通信技术,2007,31（1）

* [4]杨阳，刘继红.上行相干接收的对称10Gb/s长距离WDM—PON[J].光通信技术,2014,（8）

* [5]原荣.光纤通信网络[M].第二版.北京：电子工业出版社，2012