WDM-PON技术—5G前传的重要补充方案
发布时间：2019-5-7 17:32
发布者：chaser12
 使用无源波分复用技术(WDM-PON)是扩大光纤传输容量、提高速率的主要途径。 据相关单位数据显示，随着5G时代的来临，2018年全球光器件市场规模将达到100亿美元，2020年有望达到123亿美元，其中，波分设备市场规模约800到850亿，预计未来三年内的增速维持在30%到50%之间，整体产业前景十分广阔。 2017年以来，国际上的运营商把WDM-PON技术作为5G前传的重点方案进行研究，那么WDM-PON是什么技术呢？应用于什么样的场景呢？ 5G前传的建设难点WDM-PON技术用于5G的前传领域，5G前传受限于光纤资源不足、基站数量庞大、成本敏感度高等因素，一直是令运营商们颇为为难的话题。 由于不太愿意花更多资金重新布设光纤，当前运营商解决问题的总体原则是：光纤直驱为主，光纤不足的区域引入WDM波分复用技术来弥补。  ◮图片来自《5G承载网络架构和技术方案白皮书》 光纤资源丰富的区域采用25G单纤双向(BiDi)光模块，可节约50%的光纤资源；光纤稀缺区域采用点到点有源WDM/OTN方案；而光纤极度稀缺的场景采用点到多点的WDM环形结构。 WDM技术作为5G前传方案的重要补充，其基本思路是节约光纤，具体实现形态包括无源WDM、有源WDM/M-OTN和WDM PON三种：  ◮来自易飞扬通信Gigalight 1. 无源WDM方案将彩光模块安装在无线侧AAU和DU设备上，通过外置的无源合/分波板卡或设备完成WDM功能，成本较低，但是维护管理功能弱； 2. 有源WDM/M-OTN方案将AAU和DU连接到WDM/M-OTN设备上，可调谐(Tunable)光模块应运而生； 3. WDM PON方案延续FTTx点到多点组网拓扑，AAU接入ONU终端设备或模块化ONU（SFP+模块）, DU连接到局端OLT设备，从而可最大幅度地节省接入主干层光纤资源。 什么是WDM-PON技术？PON技术是解决接入网“最后一公里”、实现FTTx的最具吸引力的技术。 目前光纤接入网主要采用的是EPON或GPON, 上下行均工作在单一波长，各用户通过时分的方式进行传输，这种在单一波长上为每用户分配时间片的机制，既限制了每用户的可用带宽，又大大浪费了光纤自身的可用带宽。  而WDM-PON是一种采用波分复用技术、点对点的无源光网络，可以将用户接入宽带增加数倍乃至数十倍，满足用户的终极需求。相关标准组织开始关注WDM-PON在5G前传的应用，特别是单波25G速率的WDM-PON系统，将在5G前传的整体解决方案中发挥重要作用。 典型的WDM-PON由三部分组成：
OLT是局端设备，包括光波分复用器/解复用器(OMUX/ODEMUX), 一般具有控制、交换、管理等功能，局端的OMUX和ODEMUX在物理上与OLT设备是可以分离的。 OWDN是指位于OLT与ONU之间，实现按波长分配的网络，物理链路上包括馈线光纤和无源远端节点(PRN, Passive Remote Node)。 PRN中包含了热不敏感的阵列波导光栅(AAWG, Athermal Arrayed Waveguide Grating), AAWG是波长不敏感无源光器件，完成光波长复用、解复用功能。 ONU放置在用户终端，是用户侧的光终端设备。  ◮来自网络 WDM-PON技术可以使系统拥有更长的传输距离、更高的传输效率、更高的带宽，并且具有安全性、业务透明性、易维护性，从而成为5G前传方案的重要补充。 WDM-PON解决方案在WDM-PON系统中，多个不同波长同时工作，因此最直接的WDM-PON方案是OLT中有多个不同波长的光源，每个ONU也使用特定波长的光源，各点对点连接都按预先设计的波长进行配置和工作。如果波长数越多，需要的光源种类也越多，带来严重的仓储问题，这对ONU尤其突出。 由于存在严重的ONU仓储问题，固定光源的解决方案难以应用于商用WDM-PON系统，因此使用无色ONU已基本成为当前WDM-PON相关研究的共识，基于无色ONU的技术方案是WDM-PON系统的主流。 无色ONU的实现技术根据使用的器件不同可分为以下三类：
 ◮来自易飞扬通信Gigalight 方案一 可调激光器是使用波长可调的激光器使ONU可以工作在不同的波长，可调激光器也工作在特定波长，但可通过辅助手段对波长进行调谐，如电调谐、温度调谐和机械调谐，这样在系统中可使用同样的激光器以产生不同的工作波长。 但是可调激光器比传统PON系统中使用的激光器更为复杂，价格也较为高昂，因此在目前的WDM-PON系统中一般不采用。 方案二 第二种方案是在ONU中放置一个宽谱光源，发出的光从ONU出来之后，再接一个WDM设备，比如薄膜滤波器或者AWG, 对信号进行频谱分割，只允许特定的波长部分通过并传输到位于中心局的OLT。这样各个ONU具有相同的光源，但由于它们接在WDM合波器的不同端口上，从而可为每个通道生成单独的波长信号。 在采用宽谱光源的WDM-PON系统中，光源发出的光中只有很窄的一部分谱线被用作承载上行信号，而其他大量的能量都被浪费了，因此需要光源提供足够的光功率。 此外，频谱分割会引起较大的线性串扰，限制了系统的动态范围，需要适当地选择复用器和解复用器的通带谱宽以及信道间隔。 方案三 还有一种方案是在ONU处无光源，系统中的所有光源都置于OLT处，并通过AWG进行频谱分割后向ONU提供特定波长的光信号，而ONU直接对此光信号进行调制，以产生上行信号。 根据上行信号的路径，这类方案也称为基于反射的无色ONU实现方案，在这种实现方案中，宽谱光源发出的光经AWG分波后提供给不同的ONU作为上行光源，因此没有光信号的浪费。 无源波分复用设备: 5G OMUX & AAWGWDM-PON最大的特点在于ODN中不含有任何有源电子器件及电子电源，全都由光分路器(Splitter)等无源器件组成，而实现波分复用功能的关键设备就是OMUX和AAWG。 同样作为无源波分复用的设备，两者的工作原理不尽相同。 AWG是一种由很多波导组成的阵列形式的光栅，能实现通信网络中多波长信道的互联、交换、回路等。从Fiber出来的高斯光束到达自由空间（空气中）, 发散的很快，耦合损耗也很大，在光栅的基础上人们又加入了准直lens和聚焦微透镜。 后来人们发现这种方案不够稳定、可靠性有风险，并且不利于小型化的集成，人们又进一步地在结构上做了简化，形成了如下图的结构。  ◮来自易飞扬通信 而AAWG是AWG的无热版本（对温度不敏感），无需外置电路控制。多个波长经AAWG汇聚后分到分支光纤传输，可节省大量主干光纤资源。 OMUX采用的是薄膜滤波器(TFF)工艺，运用的是在基片上镀膜的原理，每个镀膜片上直通某一路波长的光，反射其余波长的光。 两者的优缺点比较 • AAWG采用波段工艺设计，优势是客户可使用32个以上通道，插损和一致性较好，成本也比OMUX低，劣势在于不适合低通道，且通道变换的灵活性不强。 • OMUX采用TFF工艺，客户需求通道灵活性强，可以任意选择通道组合；弊端在于采用器件串接工艺，级联通道数越多，IL的链路损耗和一致性差，一般用于32通道以下。 • OMUX和AAWG作为无源波分设备，在5G承载网的WDM-PON架构中发挥着重要作用，当前基于新材料的开发以及新专利的出现，还将进一步推动无源市场的发展。 小结5G前传的大带宽需求，带动传输网的大接口需求，同时随着eCPRI新的前传接口的定义，网络架构演进为支持DU、CU池化的新型架构，对无线接入和5G承载提出了新的机遇和挑战。 WDM-PON技术很好地解决了传输效率、带宽以及成本问题，并且为实现固移结合提供了有力的支撑。易飞扬(Gigalight)推出的应用于5G的OMUX以及50GHz的AAWG等无源器件，充分结合了光模块产线的优势，完美补充了5G前传的整体解决方案。 参考资料：张傲等，《三网融合下的FTTx网络》，人民邮电出版社 本文转自易飞扬通信(Gigalight)社区站，详情→https://www.gigalight.com/cn/bbs/article/wdm-pon-5g-fronthual-solution.html |
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