頻譜分割WDM-PON系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、由于話音技術(shù)的巨大發(fā)展和光纖在世界范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用，近十年中核心傳送網(wǎng)的傳輸容量有了巨大的增加。商業(yè)上1Tb/s傳輸系統(tǒng)僅用可設(shè)置在架子上的設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)有的最先進(jìn)技術(shù)的光纖傳輸技術(shù)可以達(dá)到10Tb/s。同時(shí)在用戶端，數(shù)字設(shè)備和計(jì)算機(jī)性能的巨大進(jìn)步使展開(kāi)多媒體服務(wù)成為可能，這些多媒體服務(wù)包括視頻點(diǎn)播，電視會(huì)議，高清電視（HDTV），在線學(xué)習(xí)，網(wǎng)絡(luò)游戲，網(wǎng)絡(luò)聊天等等。這樣帶來(lái)的結(jié)果是在不久的將來(lái)每一個(gè)用戶將會(huì)需要大于30Mb/s的基本

2、帶寬。然而，現(xiàn)有的利用銅纜橋接用戶和核心網(wǎng)的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了帶寬的極限從而引發(fā)了所謂的最后一公里瓶頸。
　　 PON技術(shù)是一種重要的實(shí)現(xiàn) FTTx的技術(shù)。到目前為止，兩種用時(shí)分復(fù)用 PON技術(shù)--EPON和 GPON被大規(guī)模應(yīng)用。根據(jù) ITU-TG.984的 GPON被廣泛應(yīng)用于美國(guó)和歐洲，根據(jù)以太網(wǎng)第一公里標(biāo)準(zhǔn)-IEEE802.3ah的 EPON被廣泛應(yīng)用于日本和韓國(guó)。大多數(shù)意見(jiàn)認(rèn)為T(mén)DMA PON在總體線速（雖然其有總體比特率

3、增加到10Gb/s的趨勢(shì)，例如所謂的10GEPON）和功率預(yù)算方面無(wú)法滿足未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求。功率預(yù)算不僅限制了 PON的分路比，也限制了 OLT到 ONU的距離。無(wú)源1：N分路器的使用會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的損耗（例如一個(gè)1:32的分路器引入插入/分割損耗大于17dB）并且限制了可達(dá)到的連接長(zhǎng)度。以上這些問(wèn)題將隨著波分復(fù)用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（WDM-PON）的引入得到緩和。在 WDM-PON中，每一個(gè) ONU被分配一個(gè)單獨(dú)的波長(zhǎng)，這將為每個(gè) ONU提供更

4、大的帶寬。并且每個(gè) ONU可以工作在獨(dú)自的速率而不是整體（WDM）的速率。由于每個(gè) ONU是通過(guò)物理波長(zhǎng)被分開(kāi)，所以網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)融合問(wèn)題可以從根本上得到解決。另外WDM-PON的插入損耗比 TDM-PON的分路損耗小。
　　 頻譜分割技術(shù)是實(shí)現(xiàn) WDM-PON的一種關(guān)鍵技術(shù)，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本相對(duì)較低一直吸引了大量國(guó)內(nèi)外研究，但是頻譜分割WDM-PON始終面臨功率預(yù)算不足和成本高的挑戰(zhàn)。本課題采用基于LED的頻譜分割 WDM

5、-PON系統(tǒng)，功率預(yù)算充足并且成本較為低廉。同時(shí)國(guó)內(nèi)外對(duì)于頻譜分割特性的研究已有一定的理論基礎(chǔ)，但是缺乏實(shí)驗(yàn)支持。本課題基于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了對(duì)各種特性的深入全面的實(shí)驗(yàn)研究。
　　 本課題是國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目：“智能化光接入網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究”（60672025）的研究?jī)?nèi)容之一。本文作者在研究生期間主要從事 WDM-PON光接入網(wǎng)的研究，并作為研究人員之一，參與頻譜WDM-PON光接入網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建工作。在此期間的工作成果主要

6、有：
　　 1、系統(tǒng)研究了國(guó)內(nèi)外光接入網(wǎng)的發(fā)展情況，重點(diǎn)研究了頻譜波分復(fù)用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（WDM-PON）的國(guó)際發(fā)展動(dòng)態(tài)，分析了其特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)；
　　 2、參加國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目：“智能化光接入網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究”，主要研究頻譜分割 WDM-PON系統(tǒng)的研究，包括其關(guān)鍵技術(shù)，組網(wǎng)方案，影響其性能的主要因素，以及改善頻譜分割 WDM-PON系統(tǒng)的主要方法。
　　 3、搭建了基于 LED/SLD光源的頻譜分割 WDM-

7、PON實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在粗波分情況下光線路功率預(yù)算富余，系統(tǒng)靈敏度較好。在密集波分情況下加入放大器后功率預(yù)算充足、系統(tǒng)靈敏度可接受。驗(yàn)證了使用低成本的光源和接收裝置的 WDM-PON系統(tǒng)的實(shí)際可行性。
　　 4、密集 WDM-PON系統(tǒng)在采用 LED/SLD光源時(shí)面臨的功率預(yù)算不足和系統(tǒng)靈敏度低的問(wèn)題，本文采用了 EDFA作為前置放大和線路放大來(lái)改善頻譜分割 WDM系統(tǒng)的性能。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)定分析了加入 EDFA后的系統(tǒng)性能以及

8、 EDFA帶來(lái)的噪聲大小。
　　 5、針對(duì)實(shí)驗(yàn)搭建的頻譜分割 WDM-PON系統(tǒng)，對(duì)于其串?dāng)_性能進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析，得出了更有說(shuō)服力的性能影響指標(biāo)。
　　 本文是作者在研究生期間的理論學(xué)習(xí)和實(shí)際研發(fā)的總結(jié)，分為以下五章：
　　 第一章闡述課題研究的一些背景知識(shí)，以及作者在研究生期間的一些工作內(nèi)容和成果；
　　 第二章介紹了頻譜分割技術(shù)在 WDM的系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要研究了 WDM-P

9、ON的系統(tǒng)原理、組網(wǎng)方案和關(guān)鍵技術(shù)，其次研究了頻譜分割技術(shù)與 WDM-PON系統(tǒng)結(jié)合的應(yīng)用；
　　 第三章研究了頻譜分割 WDM-PON系統(tǒng)的串?dāng)_特性，通過(guò)理論模型、實(shí)驗(yàn)測(cè)定和光譜圖分析了串?dāng)_帶來(lái)的影響。
　　 第四章利用實(shí)驗(yàn)條件，搭建了一個(gè)基于 LED/SLD的頻譜分割WDM-PON系統(tǒng)，測(cè)試了 CWDM和 DWDM的性能指標(biāo)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性。
　　 第五章提出了采用 EDFA來(lái)改善頻譜分割 WDM-PO