頻譜分割WDM-PON系統(tǒng)與實驗研究.pdf

1、由于話音技術的巨大發(fā)展和光纖在世界范圍內的廣泛應用，近十年中核心傳送網的傳輸容量有了巨大的增加。商業(yè)上1Tb/s傳輸系統(tǒng)僅用可設置在架子上的設備就可以實現(xiàn)，現(xiàn)有的最先進技術的光纖傳輸技術可以達到10Tb/s。同時在用戶端，數字設備和計算機性能的巨大進步使展開多媒體服務成為可能，這些多媒體服務包括視頻點播，電視會議，高清電視（HDTV），在線學習，網絡游戲，網絡聊天等等。這樣帶來的結果是在不久的將來每一個用戶將會需要大于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的技術已經達到了帶寬的極限從而引發(fā)了所謂的最后一公里瓶頸。
　　 PON技術是一種重要的實現(xiàn) FTTx的技術。到目前為止，兩種用時分復用 PON技術--EPON和 GPON被大規(guī)模應用。根據 ITU-TG.984的 GPON被廣泛應用于美國和歐洲，根據以太網第一公里標準-IEEE802.3ah的 EPON被廣泛應用于日本和韓國。大多數意見認為TDMA PON在總體線速（雖然其有總體比特率

3、增加到10Gb/s的趨勢，例如所謂的10GEPON）和功率預算方面無法滿足未來網絡發(fā)展的需求。功率預算不僅限制了 PON的分路比，也限制了 OLT到 ONU的距離。無源1：N分路器的使用會帶來嚴重的損耗（例如一個1:32的分路器引入插入/分割損耗大于17dB）并且限制了可達到的連接長度。以上這些問題將隨著波分復用無源光網絡（WDM-PON）的引入得到緩和。在 WDM-PON中，每一個 ONU被分配一個單獨的波長，這將為每個 ONU提供更

4、大的帶寬。并且每個 ONU可以工作在獨自的速率而不是整體（WDM）的速率。由于每個 ONU是通過物理波長被分開，所以網絡安全和網絡融合問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。
　　 頻譜分割技術是實現(xiàn) WDM-PON的一種關鍵技術，由于其結構簡單和成本相對較低一直吸引了大量國內外研究，但是頻譜分割WDM-PON始終面臨功率預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)，功率預算充足并且成本較為低廉。同時國內外對于頻譜分割特性的研究已有一定的理論基礎，但是缺乏實驗支持。本課題基于實驗平臺，進行了對各種特性的深入全面的實驗研究。
　　 本課題是國家自然科學基金重點項目：“智能化光接入網關鍵技術研究”（60672025）的研究內容之一。本文作者在研究生期間主要從事 WDM-PON光接入網的研究，并作為研究人員之一，參與頻譜WDM-PON光接入網實驗平臺的構建工作。在此期間的工作成果主要

6、有：
　　 1、系統(tǒng)研究了國內外光接入網的發(fā)展情況，重點研究了頻譜波分復用無源光網絡（WDM-PON）的國際發(fā)展動態(tài)，分析了其特點及其優(yōu)勢；
　　 2、參加國家自然科學基金重點項目：“智能化光接入網關鍵技術研究”，主要研究頻譜分割 WDM-PON系統(tǒng)的研究，包括其關鍵技術，組網方案，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實驗環(huán)境。在粗波分情況下光線路功率預算富余，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算充足、系統(tǒng)靈敏度可接受。驗證了使用低成本的光源和接收裝置的 WDM-PON系統(tǒng)的實際可行性。
　　 4、密集 WDM-PON系統(tǒng)在采用 LED/SLD光源時面臨的功率預算不足和系統(tǒng)靈敏度低的問題，本文采用了 EDFA作為前置放大和線路放大來改善頻譜分割 WDM系統(tǒng)的性能。通過理論分析和實驗測定分析了加入 EDFA后的系統(tǒng)性能以及

8、 EDFA帶來的噪聲大小。
　　 5、針對實驗搭建的頻譜分割 WDM-PON系統(tǒng)，對于其串擾性能進行了大量實驗，通過對比實驗結果和理論分析，得出了更有說服力的性能影響指標。
　　 本文是作者在研究生期間的理論學習和實際研發(fā)的總結，分為以下五章：
　　 第一章闡述課題研究的一些背景知識，以及作者在研究生期間的一些工作內容和成果；
　　 第二章介紹了頻譜分割技術在 WDM的系統(tǒng)中的應用，主要研究了 WDM-P

9、ON的系統(tǒng)原理、組網方案和關鍵技術，其次研究了頻譜分割技術與 WDM-PON系統(tǒng)結合的應用；
　　 第三章研究了頻譜分割 WDM-PON系統(tǒng)的串擾特性，通過理論模型、實驗測定和光譜圖分析了串擾帶來的影響。
　　 第四章利用實驗條件，搭建了一個基于 LED/SLD的頻譜分割WDM-PON系統(tǒng)，測試了 CWDM和 DWDM的性能指標，驗證了該系統(tǒng)的可行性。
　　 第五章提出了采用 EDFA來改善頻譜分割 WDM-PO