光纤接入技术的应用

光纤接入技术的应用 N o. 4 O P T ICA L COM M U N ICA T IO N T ECHN O L O GY 中国无线电电子学、电信技术类核心期刊 α 3 光纤接入技术的应用 丁涛郝素君李毛和 ( 上海交通大学光纤技术研究所“区域光纤通信网与新型光通信 )系统”国家重点实验室上海 200030 摘要 介绍了在光纤接入方面的一些技术应用, 在简要介绍了接入网的基础上, 对、非相干光 W DM 源等新的接入技术做了较深入的探讨, 最后介绍了世界各国在光纤接入网方面的研究情况。 关键词 光纤接入网 波分复用 非相干光源 中图分类号文献标识码A TN 915. 6 (), . OL T O p y ica l L in e T e rn in a l1 引言 接入网同传输、交换网一样, 是整个电信网的重 () 2. 1 无源光网络 , PON P a ssio n O p t ica l N e tw o rk 要组成部分。 鉴于接入网在今后发展中的关键作用, 该网络采用无源光器件进行分路, 所以网络的内 决定了它将在通信信息网中扮演极其重要的角色, 主 (部是无源的。用这种方式来实现光纤到路边 ,F T T C () 要有以下两点原因: 1它直接面向用户, 服务质量和 )。 如图 1 所示, 从交换中心由无 F ib e r T o T h e C u rb ( ) 内 容直接影响通信网的发展; 2它是完成语音、数 源光网络直接分配到用户, 或由有源光纤通信系统馈 据、视像等全业务综合的主要部分。因此, 世界各国一 直都在不断地开发各种类型的接入网技术包括铜线 送到 再由无源光网络或铜线送至用户。 此方 , ON U 接入网、无线接入网等。但是从发展的角度来看, 随着 式的优点是在建设的初期投资小, 大部分的费用将推 许多宽带业务的出现, 如果要真正解决宽带多媒体业 迟到企业、商业用户正式开通宽带业务。务的接入问题, 就必须将光纤引入接入网。 光纤通信的最大优点就在于具有极大的传输容 量, 从而大大降低了传输的费用。 光纤接入可以提供 足够的带宽而满足电信业务向声音、数据、视像相结 合的多媒体宽带业务转变的要求, 是真正适合发展的 一种接入技术。 2 光纤接入网的分类 光纤接入网的传输媒介是光纤。由于目前接入网 的用户终端设备都属于电气设备, 故以光纤作为传输 媒质时, 必须在发送端和接收端进行光ƒ电转换, 这种无源光网络; : 光线路终端; : 光网络单元 : PON OL T ON U (光电转 换 设 备 在 用 户 侧 称 为 光 网 络 单 元 , ƒON U 图 1 基于无源光网络的“光纤到路边”方式 ) , 而在局端称为光线路终端O p t ica l N e tw o rk U n io n α ( ) 3 国家高技术研究发展“863”资助项目 307216216丁涛 男, 1977 年生, 在读研究生 312 2000 年第 4 期光 通 信技 术 () 2. 2 有源光网络 , 更高的要求, 同时随宽带业务和用户数量的不断增A ON A c t ive O p t ica l N e tw o rk 顾名思义, 该网络采用有源光器件进行分路。 如 技加, 对光纤的吞吐量也提出了更高的要求。 W DM (在 应用中含有有源的阵列波导光栅 , W DM AW G 术能在同一根光纤中传输多路光波, 使传输能力成倍 1 ) 的光接入网就属于 A r rayed W avegu ide G ra t in g s增长, 对于解决以上问题是一个很好的方法。 此类。 此外该网络包括下列结构: W DM 技术的不断发展, 一方面得力于发送激光 ()1 () 光纤到远端 , 电 F T T R f ib e r toth e rem o te和接收滤波技术的改进, 以至多路载波的波长间隔得 以缩小而仍不引起路际串扰, 另一方面归功于 ED FA () , 如图 2 所示, 是贝尔电话 在美国大部 节点BRO C s技术的成功, 使波长间隔很小的多路光信号可以在同 分区域实现光纤化所采用的方案。一光放大器中得到功率增益, 而且能在更大的波带宽 度内提供平坦增益。 目前常用的 器件主要包括光栅型、棱镜 W DM 型和干涉滤波片型波分复用器。其中光栅型波分复用 器是利用衍射光栅的角色散特性, 使输入光波中不同 ( ) 波 长 或频率成分以不同角度输出, 从而把它们分 开, 其核心是衍射光栅。 因为其优良的性能而得到广 泛的研究。其中阵列波导光栅就是一种很好的光栅型 2, 3 器件。 它包括多个输入ƒ输出波导, 两个聚W DM 焦平板波导和一个存在着 光路差的阵列波导如?L 图 2 光纤到远端电节点方式 图 4 所示, 从第一个平板波导辐射出的光信号激励着 阵列波导, 通过阵列波导分离出不同波长, 再经过第 () ()2有源双星形结构 , A D SA c t ive D o u b le S ta r 二个平板波导并相互对应地聚焦于输出波导上, 在阵 如图 3 所示, 这是一种基于有源双星形结构的光纤 列波导的中点插有一片薄薄的聚酰亚胺半波长光片 () 到 路边 2结构。 它是把 光同步A D SF T T C SON E T 用于消除附加偏振。通过确定 值可以得到有着理 ?L 设备安装在环境可控的入孔中, 构成环状网, 然后再想信道间距和信道数量的。通过两次聚焦的方 W DM () 由有源星形光网络连接到光网络单元 , 最后 ON U 法 可 以 得 到 平 且 宽 的 输 出 光 谱, 从 而 更 加 适 合 于 由铜线分配到用户。 的使用。将 同其它光路综合使用可以得 W DM AW G () 到许多新的功能, 包括光双向复用器 , 波导 OA DM () 光栅路由器 , 以及多波长光源等。W GR 3. 2 光接入网中非相干光源的使用 技术, 稳定的光源在光纤接入网中应用 W DM 至关重要。目前使用的激光器及可调谐激光器, D FB 性能稳定, 但价格昂贵, 使传输系统成本上升。 自 90 年代初期, 世界各国的研究人员利用发光 管 超辐射二极管 与多通道的器件 , L ED SL D W DM 相结合研制低速率、短距离的光纤网, 确立了用于多 光纤传输系统的非相干宽带光谱可分通道的 W DM 割光源。 文献 4 中的 在光网络单元 , L A RN e tON U 数字主机; : 光网络单元; : 环境可控手孔 : HD T ON U O EV 中使用 作为上行信道的光源, 但其输出功率有 L ED 图 3 基于有源双星结构的“光纤到路边”方式限, 光谱密度不均匀, 限制了传输速率及信道的数目。 5 1997 年, 澳大利亚 大学将置于 M o lo u rn e P a rk v ill 3 光纤接入技术的发展阈值电流以下的 半导体激光器发射的自发辐射F P (3. 1 波 分 多 路 复 用 技 术 , W DM W ave len g th() 光通过两极掺杂光纤放大器 掺 、获得的放大 A lY b ) D iv isio n M u lt ip lex in g光谱可分割光源, 实现了具有 30 个稳定波长通道, 传 - 9 当前, 交换网正向“大容量、少局所、少汇接”的方 输速率为 622ƒ误码率小于 10的接入网系统。, M b s 6 向发展, 因此, 对接入网物理链路的传输距离提出了 1998 年, 英国和日本的研究人员利用掺铒光纤放 2000 年第 4 期丁 涛等:313 光纤接入技术的应用 大器与阵列波导光栅滤波器相结合, 得到多信道的1998 年, 韩 国 的 Sw itch in g an d T ran sm issio n光源, 将这个光源用于低成本的 光纤接 A SE W DM 开发出多业务接入综合网2光网络 T ech no lo gy L ab 入系统。 (单元 22, M A IN ON U M u lt ise rv ice A cce ss In teg ra ted 7 由于新型 器件的诞生, 使得非相干光源 W DM ) 2。由于费用等原 N e tw o rk O p t ica l N e tw o rk U n io n 在光纤接入网及各种形式的局域网中再次得到重视, 因, 现存的铜线接入网不可能完全被光纤所替代, 加 并将得到广泛的应用。之企业和住户对宽带高速业务的要求不断增加, 于是 就出现了这种多业务接入综合网。它可以通过现存铜 线提供高速的数字和视像业务。作为综合接 M A IN 入网的平台能提供支持基于 和 ƒƒA TM SD H A TM 的 的接入结构。 它包括两个主要部分:PON F T T C () ()位于1接入节点 , M A IN A N A cce ss N o de 中 心 办 公 室, 含 有 2、2、和 B ISDN N ISDN P STN 的业务接口, 此外还含有 的接口; CA TV ON U ( ) 2光网络单元 它利用现存铜线使用 M A IN 技 术 提 供 等 接 口, 同 时ƒƒV D SL PO T SISDN V D SL 中使用了一些特定的使用 技术传输, 在 A TM ON U 电路来实现其核心功能。 1998 年, 英 国 F u jit su T e lecomm u n ica t io n 图 4 阵列波导光栅结构图 开发的两级阵列波导光栅构成的光纤接E u rop e L td 1 入网, 如图 6 所示。它包括第一级的细调 第 , AW G 4 世界各国光纤接入网的研究二级的粗调 两级 实现 功能, 达 , AW G AW G W DM 4 研制的一种本1995 年美国实验室A T &T B e ll 到了大量用户使用同一光源同时接入的目的。同时使 (, 地 接 入 路 由 网 络 L A RN e tL o ca l A cce ss R o u te r用了一个可调谐光源, 它有足够宽的光谱但小于细调 ) , 如 图 5 所 示。 使 用 了 一 种 多 频 激 光 器N e tw o rk () 的自由光谱区 , 的 AW G F SR F ree Sp ec t ra l R an ge s() , 通过改变温度可以产生多种频率而且相当 M FL 宽度, 同时细调 的输出光谱也经过特别控制以 AW G 稳定的光信号, 对于系统是很适合的。此方案W DM 满足第二级粗调 对波长间隔的要求。AW G () 使用了一个 1×的波导光栅路由器 作为远 端N W GR 目前我国也正在大力发展光纤接入网技术。图 7() 节点 完成寻址功能。 下行方向使用位于中心 局 RN 8 示出某单位的一个大院光纤接入系统配置图。其单 () 的产生 路光波进行承载, 通过 1. 3ƒCO M FL N 位所在地属于武汉市江汉分局 5 分局交换区。离交换 5光纤复用器耦合进入光纤, 通过 寻址,1. Λm W GR 局管道距离约 1. 2, 路由选择沿主干电缆的管孔 km 最后进入 经分解器分解后接收。 上行方向, 在 ON U路由, 加放较大芯配线光缆至大院的北门交接箱, 由 中使用了一个波长 1. 3作为光源, 然ON U Λm L ED 交接箱再经局前入孔放六芯配线光缆至大院内, 由无 后同样使用 1. 3ƒ1. 5光纤复用器耦合进入光纤,Λm 源光网络进行分配。 在 因为不同的距离和速度要求分配到不同的光 RN 波段并被确认。W GR 图 6 两级的无源接入网 图 5多信道结构图 L A RN e t 314 2000 年第 4 期光 通 信 技 术 5 大力发展光纤接入网势在必行 目前, 在用户网中利用电缆进行传输, 存在着带 宽窄、容量小、损耗大、防干扰能力差和成本逐步上升 等缺点。 而全球通信事业的发展越来越快, 新的通信 ( 业务, 尤其是宽带业务 如高速数据通信、图像通信、 ) 远程教学、居家购物等对用户网的传输能力正提出 越来越高的要求, 可以看到, 光纤接入网将是接入网 发展的必然方向。 图 7 大院光纤接入系统配置图 参考文献 22, , . . 1 M ich ae l C P a rk e r F a r sh id fa r jadyS tua r t Dw a lk e rW ave len th to le ran t op t ica l acce ss a rch itec tu re s fea tu r ing N d im en sio na l adde ssing and ( ) . , 1998, 16 12: 2296, 2302ca scaded a r rayed w avegu ide g ra t ing sJo u rna l o f L igh tw ave T ech no lo gy . 22, 81. ƒ99 , ƒ99 2: 80Sen ich i Suzuk iA r rayedw avegu ide g ra t ing s fo r den seW DM sy stem sA PCC OW CC ’ P ro ceed ing s A PCC O ECC ’ 2 () , , , . 22. , 1997,Ya suyuk i Ino ueA k im a sa Kaneko F um iak i H anaw aet a lA th e rm a l silicaba sed a r rayedw avedu ide g ra t ing AW G m u lt ip lexe rIE E 3 448: 33, 35 ( ) , , . . , 1995, 7 2: 215, 217Zirng ib le M Jo yne r C H S tu lz L W et a lL A RN e t a lo ca l ace ss ro u te r ne tw o rkIE E E P ho to n ic s T ech no lo gy L e t te r s 4 , , . 2. W a rw ich T H o llow ayA d r io n J Kea t ingD a r id D Sam p so nM u lt iw ave len th so u rce fo r sp ec t rum sliced W DM acce ss ne tw o rk s and L A N ’ sIE E E ( ) 5 , 1997, 9 7: 1014, 1016P ho to n ic s T ech no lo gy L e t te r s , . 222. L ane P M K itayam a KO p t ica l gene ra t io n o f mm w ave s u sing sp ec t rum sliced A SE fo r low co st W DM ba sed f ie re rad io sy stem sE lec t ro n ic s ( ) , 1998, 34 10: 1010, 1011L e t te r s 6 , , . 222, 26. ƒ99, 23Jo ng O h K im B yung D o Ko J ae Geum K imT h e a rch itec tu re o f M A IN ON U fo r F T T C ba sed A cce ssN e tw o rkA PCC O ECC ’ ( ) 王宁, 张学明. 光纤接入技术初探. 现代通信技术, 1998, 4: 64, 67 7 8 A pp l ica t ion of O p t ica l A cce ss Techn o logy , , D in g T a oH a o S u j u n L i M a oh e (2, N a t io n a l K ey L ab F ib e rop t ic Comm u n ica t io n N e tw o rk & A dvan ced O p t ica l Comm u n ica t io n Sy stem s ), 200030In st itu te o f O p t ica l F ib e r T ech no lo gySh an gh a i A bstra c t T h is p ap e r in t ro du ce s th e app lica t io n s o f tech no lo gy o n op t ica l acce ss, b a se o n th e op t ica l acce ss , , , . n e tw o rk show s an d an a lyze s seve ra l n ew op t ica l acce ss tech no lo g ie sin c lu de W DM in co h e ren t so u rce e tcA t , .la stw e in ve st iga te th e deve lopm en t o f op t ica l acce s n e tw o rk in th e w o r ld () Keyword s op t ica l acce ss n e tw o rk; w ave d iv isio n m u lt ip lex W DM ; in co h ecen t so u rce