一种基于10G EPON的TDM/WDM混合组网方案研究
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摘要：考虑带宽容量和系统成本，讨论了一种基于10g epon的tdm/wdm混合型无源光网络组网方案，分别从系统架构、应用场景和器件选择等方面进行了分析。分析表明，这种组网技术保证了较高的接入带宽和较低的用户使用成本，兼具两类技术的特长，可以有效应用于现有网络向WDM PON网络的过渡升级。
关键词：网络升级；10G EPON；TDM/WDM混合；两级结构
中图分类号：TN929.11 文献标识码：A 文章编号：1007—9599 （2012） 14—0000—02
一、引言
近年来接入技术飞速发展，基于时分复用的EPON、GPON早已成为FTTx的主流接入方案，其与生俱来的可兼容升级特性以及光纤接入网络与日俱增的带宽要求，也促使着10G PON技术快速发展成熟。但是这并不能从根本上改变基于TDMA方式的网络面临着因网速不断提升而成本急剧增加的境况：高清视频类业务、云计算/云存储、物联网、无线互联网的发展，十倍百倍的提升了用户带宽需求，后续3—5年，用户普遍带宽需求将由1—2M提升到20—100M。这样严峻的网络容量升级形势下，新一轮的带宽危机正逐渐显现。而WDM PON由于支持高带宽、大接入量、高安全性和易扩展等特点，被视为网络发展的最终目标。但是其标准化进展缓慢，器件昂贵，不利于当前规模化应用。
我国EPON宽带端口已超8000万线，建成使用仅3年左右，为达到“十二五”通信网络发展规划百兆到户的目标，在TDM PON向WDM PON的迁移过程中，应尽量采用平滑演进方案，充分利用EPON已建立的成熟完善的业务运营和网络管理体系和流程。TDM/WDM混合组网可以很大限度的重用现网资源，在保证较高用户接入带宽的前提下，以较低的使用成本，实现了较高的安全性和可扩展性。
二、组网方案分析
（一）网络结构
基于成本和性能的考虑，文献[1][2]提出了几种混合组网技术，在OLT和ONU之间插入波分复用和波长转换模块。可以在保证充足的单用户接入带宽的前提下大幅提高系统的光分路比，有效降低分摊到每个用户的建设与维护成本。
本文根据参考文献提出一种基于10G EPON的混合组网方案，系统结构设计规格如下：在OLT和ONU之间加上一级Sub—OLT，在OLT和Sub—OLT之间使用DWDM技术，设计单波10G的上下行对称传输，同时信号复用解复用之间加入分光器以实现用户数量的大规模扩展，在Sub—OLT与ONU之间下行采用广播技术，上行采用TDMA技术。期望在满足用户接入带宽需求的同时方便运营商带宽升级，并为系统提供更强的保障和更高的可行性。
OLT和Sub—OLT之间为最大限度的与已有标准保持一致，可在分别在：下行频带1575—1581nm范围内，以200GHz的频率间隔，选取四个波长（可选用190.3、190.1、189.9、189.7THz）；上行频带可以在1260—1280nm窗口内，选取适当间隔的四个波长。
（二）局端配置
OLT用于连接下一级的Sub—OLT，它一方面将承载各种业务的信号进行汇聚，按照一定的信号格式送入接入网络以便下一级Sub—OLT传输，另一方面将来自Sub—OLT的信号按照业务类型分别送入各种业务网中。由于选用DWDM技术，在光源方面，可采用性能良好的带制冷的DFB激光器，理论上各个波长的接收机可以根据所需的敏感度采用不同的配置。接收器方面，如果系统的功率预算比较宽裕，可以采用价格便宜的PIN来配置；如果系统中的功率预算比较紧张，则采用APD来配置接收机。由于其的成本是由所有用户共享，所以OLT可以尽量采用更好的设备以保障系统性能。因此，本文建议局端接收机统一采用APD来配置。
（三）用户端配置
本文设计结构中ONU使用标准的1G EPON/10G EPON光收发端口配置：1490/1310nm收发端口或者1577/1270收发端口。接入网对成本是十分敏感的，所以在系统的设计过程中，必须重点考虑控制ONU 的成本因素，应尽可能在满足整个系统功率预算的条件下降低ONU光模块的成本。因此，在功率预算的范围内，ONU端光模块可以采用普通的收发光器件。如果功率预算不足也可以选择DFB激光器和APD接收机，这样同时能扩大系统覆盖范围。
（四）远端配置
Sub—OLT综合标准EPON系统中的OLT和ONU的双重功能，对OLT相当于“ONU”，对ONU相当于“OLT”。为最大限度重用已有网络，在Sub—OLT与ONU之间，我们选用标准化的1G/10G EPON技术，其收发模块依据设计可以选用标准的1G EPON/10G EPON OLT收发模块配置。此时为实现系统功能，需在Sub—OLT处实现波长转换功能，下行方向上，经由Sub—OLT多种信道波长均转换成标准的1G/10G EPON技术标准波长；上行方向上，对应的需将标准波长转换成波分复用设计使用波长进行传输。而OLT与Sub—OLT之间的收发模块部分可参照局端标准配置。
（五）波分复用器件的选择
市场可用器件有多种，在MUX/DEMUX应用方面，有关资料统计显示，在小于16通道的 DWDM滤波器中，薄膜技术占65%，AWG占15%，FBG占10%；而在大于16通道的模块制作中，薄膜技术占15%，AWG占65%，全息技术20%。可以看出，薄膜型滤波器仍是目前工艺最成熟、性能最稳定的产品，现在的工艺技术已经可以制造出间隔为50GHz的MUX/DMUX器件，信道间隔25GHz的器件。必须要提到的是由于薄膜型需要光开关等器件的配合，所以结构较复杂，但是在混合组网过程中，本文仍建议采用介质薄膜型器件。
三、性能分析
通过Optisystem平台对混合组网下行方向建模仿真，本节仅以下行方向为例：OLT光发送模块采用LD阵列，选取四个波长向下传送给Sub—OLT，将波分复用后的下行信号经过1：8分光，随后在对应的8个分路进行解复用，相当于OLT向下分出32路Sub—OLT，链路速率上下行对称，均为10G。Sub—OLT和ONU之间选用标准的EPON/10G EPON链路速率，将OLT与Sub—OLT距离设定为3Km，Sub—OLT与ONU之间的距离设定为15Km。光发送设备由伪随机序列发生器、NRZ 脉冲发生器、CW激光器和M—Z外调制器构成。OLT光发送机发送光功率均设为—1dBm，Sub—OLT光发送机发送光功率均设为4dBm，两者线宽均设定为1GHz，调制器消光比为30dB。干路支路光纤均使用单模光纤，损耗设定为0.25dB/Km，色散16.75ps/nm/km，零色散斜率0.075ps/nm^2/km，非线性系数2.6e—20 m^2/W。