波分复用无源光网络的组建

波分复用无源光网络的组建

概述：

无源光网络（PON），是指在OLT和ONU之间是光分配网络（ODN），没有任何有源电子设备，它包括基于ATM的无源光网络APON及基于IP的无源光网络。

组建原理：

APON的业务开发是分阶段实施的，初期主要是VP专线业务。第二步实现一次群和二次群电路仿真业务，提供企业内部网的连接和企业电话及数据业务。第三步实现以太网接口，提供互联网上网业务和VLAN业务。以后再逐步扩展至其它业务，成为名副其实的全业务接入网系统。

PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率信号。APON采用基于信元的传输系统，允许接入网中的多个用户共享整个带宽。

IPPON的上层是IP，这种方式可更加充分地利用网络资源，容易实现系统带宽的动态分配，简化中间层的复杂设备。

基于PON的OAN不需要在外部站中安装昂贵的有源电子设备，因此使服务提供商可以高性价比地向企业用户提供所需的带宽。

WDM系统的划分

开放式WDM系统:在终端复用设备中，具备光接口变换功能，可以和任何厂家的 SDH 设备进行对接。

集成式WDM系统:在终端复用设备中，不具备光接口变换功能，SDH 设备中的光发送单元性能必须满足波分系统的要求：

如：波长精度、光谱特性、发送光功率等等。

半开放式WDM系统:在终端复用设备中，发端具备光接口变换功能，可以和任何厂家的 SDH 设备进行对接。

光网络的分层

SDM/SONET的分层模型

新一代光网络的分层模型

光信通道：为透明传送各种不同的格式的客户层信号提供端到端的光通路联网功能。

光复用段层：为多波长光信号提供联网功能。

光传输段层：为光信号在各种不同媒体上提供传输功能。

从用户的角度看，光网络具有的功能主要属于物理层，其实它包含的其它几个子层则可以完成数据链路层和网络层的功能。

光网络的设计

需求分析

网络结构设计：定义网络的结构形式，确定网络结构参数。

分层网路设计：即每一层的拓扑结构设计。包括SDH/SONET   层设计，WDM光层设计，物理层设计。

可用性分析

网络结构设计

光网络基本类型有星形，总线型和树形三种。可以组合成多种复杂的网络结构。可分为核心网，城域网和接入网。

核心网采用网络结构，城域网采用环型结构，接入网则是两者相结合的复合结构。

分层网络设计

环状光网络

1）环网结构的定义以及确定环网互联方式

主要方式有单环和多环，多环网络可以使用一种启发式算法从网络最底层开始逐步向上一层网络进行设计。

环内，环间业务选路以及环网分割与功能定位

主要包括环承载和波长分配。环承载是在满足环网中节点间所有业务需求的情况下，尽可能使网络所需要使用的波长数量最少。对于光网络通道专用保护网采用1+1保护，环承载是个小问题，因为针对某一个业务需求分别在环网的不同区段上承载着，而在共享保护网中，每一个业务需求沿环网的工作通道既可以顺时针

也可以逆时针进行选路。为了计算共享保护环网所需要的波长数

量，则需要确定环网中承载业务量最多的链路。因此，环网的选路策略就是要可能少的使用最大承载链路，同时使网络所需要的波长数量最少。此外，在光通道专用保护环网中，对非保护业务

的选路问题也同样存在路由优化的问题。

考虑一条光路在环网中的不同段上究竟应该分配到那个特定波长。如果在节点处使用了波长转化技术，可以通过在中间节点改变某一条光路的波长来避免不同光路对波长资源的竞争和冲突。如果节点不具有转换功能，构成每一条光路的所有的段都必须分配相同的波长。在光通道专用保护环网中，由于工作通道和保护通道沿环网传输信息时使用相同的波长，因此这种环网结构中的波长分配问题可以直接解决，但是它却不可能在多个业务需求之间提供波长级的共享。

网状光网络的设计

步骤一：确定业务节点。

根据网络地位的重要性确定网状光网络中的业务节点。核心节点尽量有较多的光通道出口，从而可以拥有更多的迂回路由，以降低所需的备份带宽的数量。

图（a）所示为环状结构，只存在一条迂回路由，保护带宽与工作带宽在任意保护机制下都是1:1.图（b）中由于存在两条迂回路由，网络的安全性就提高，同时每条迂回路由只要预留50%的工作电路带宽，保护带宽与工作带宽之比为0.5:1.图（c）在一个网状光网络中，某个节点有N个光通道出口，则存在N--1条迂回路由，保护带宽与工作带宽之比可以达到1/(N-1):1.

步骤二：确定业务保护类型

确定业务节点后，得到业务矩阵表。对不同类型的业务安排不同的保护类型。网状光网络区别于传统SDH网络的一个重要特点就在于它可以承载不同保护方式的业务。对一般性的业务，可以安排恢复的保护方式以降低保护带宽的数量。对较重要的业务，可以安排到端到端的保护还可以安排保护与恢复相结合的方式。

步骤三：确定SDH层网络拓扑

SDH层的拓扑和网络造价与网络的效率密切相关。从传送效率的角度看，任意节点间设置直达的SDH链路是最高效的做法，此时节点间距离为一跳。从设备配置的角度看，任意节点间设置直达的SDH链路将使整体的网络端口数降到最低。

如图为不同SDH链路组织对端口设备数量的影响。图（a）中各个节点之间均存在直达路由，共需3条SDH链路，对应6个端口。图（b）中各个节点之间均存在直达路由，需经B节点转接，这样总计需要4条SDH链路，对应8个SDH端口。因此，理论上在任意有业务的节点间建立直达路由是最高效，最经济的做法。但是，实际情况要复杂得多，在选择建立SDH链路时还要考虑节点之间业务的数量以及节点之间的距离。图（c）所示，假设BC之间的SDH链路上传输，这样所需的SDH链路数量同样是3条，对应6个SDH端口，与图(a)的端口距离较短，此时AC之间如果要建立直达通路，就必须应用与长距离光端口，而目前的长距离光端口的价格要比短距离光端口高的多。因此，即使使用直达通路的方式可以节省一些数量的端口，但是实际投资不一定低。

最后，如果网络中存在一些核心节点和一些汇聚节点，假设所有汇聚节点均开设直达核心节点的SDH链路，核心节点所需的容量将会膨胀，反过来汇聚节点的连通度就无法进一步地提高。此时，让某些边缘节点的业务有其他较靠近核心节点的汇聚节点归并一下，再传送到核心节点，则不仅会降低核心节点的负荷，同时还可以提高带宽的利用效率和网络所有节点的平均连通度，进而提高网络的可靠性。

波分复用光网络(WDM)组建

WDM系统的工作原理与实现：

如图，在模拟载波通信系统中，通常采用频分复用方法提高系统的传输容量，充分利用电缆的带宽资源，即在同一根电缆中同时传输若干个信道的信号，接收端根据各载波频率的不同，利用带通滤波器就可滤出每一个信道的信号。同样，在光纤通信系统中也可以采用光的频分复用的方法来提高系统的传输容量，在接收端采用解复用器（等效于光带通滤波器）将各信号光载波分开。由于在光的频域上信号频率差别比较大，一般采用波长来定义频率上的差别，该复用方法称为波分复用。WDM技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率（或波长）不同可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器）将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可实现双向传输。根据波分复用器的不同，可以复用的波长数也不同，从2个至几十个不等，一般商用化是8波长和16波长系统，这取决于所允许的光载波波长的间隔大小。

单.双向WDM的工作原理

如图所示，一个WDM系统可以承载多种格式的“业务”信号，如ATM、IP等；在网络扩充和发展中，是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务（例如CATV、HDTV和B-ISDN等）的有利手段，增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新容量；利用WDM技术实现网络交换和恢复，从而可能实现未来透明的、具有高度生存性的光网络；在国家骨干网的传输时，EDFA的应用可以减少长途干线系统SDH中继器的数目，从而减少成本。

波分复用光网络接入网络

如上图，上下行业务在不同的波长窗口传输，一般采用阵列波导光栅实现复用，解复用功能，每个光网络终端（ONU）只能收到一个波长通信的信号。下行数据时光线路终端（OLT）中的波长信号经过传输光纤，经过解复用器，最终各个波长信号达到相应的ONU接收端被接收。上行数据时，不同ONU的信号经复用解复用耦合到一个光纤，传输到接收端，经ONU与OLT之间实现了一种虚拟的点到点通信。

WDM系统的基本结构

一般来说，WDM系统主要由以下五部分组成：光发射机、光中继放大、光接收机、光监控言道和网络管理系统。

光发射机是WDM系统的核心，根据ITU-T的建议和标准，除了对WDM系统中发射激光器的中心波长有特殊的要求外，还需要根据WDM系统的不同应用(主要是传输光纤的类型和无电中继传输的距离)来选择具有一定色度色散容限的发射机。在发送端首先将来自终端设各(如SDH端机)输出的光信号，利用光转发器(OTU)把符合ITU-T G．957建议的非特定波长的光信号转换成具有稳定的特定波长的光信号：利用合波器合成多通路光信号：通过光功率放大器(BA)放大输出多通路光信号。

经过长距离光纤传输后(80-120km)，需要对光信号进行光中继放大。目前使用的光放大器多数为掺饵光纤光放大器(EDFA)。在WDM系统中，必须采用增益平坦技术，使EDFA对不同波长的光信号具有的相同放大增益，同时，还需要考虑到不同数量的光信道同时工作的情况，能够保证光信道的增益竞争不影响传输性能。在应用时，可根据具体情况，将EDFA用作“线放(LA)”、“功放(BA)”和“前放(PA)”。

在接收端，光前置放大器(PA)放大经传输而衰减的主信道光信号，采用分波器从主信道光信号中分出特定波长的光信道。接收机不但要满足一般接收机对光信号灵敏度、过载功率等参数的要求，还要能承受有一定光噪声的信号，要有足够的电带宽性能。

光监控信道主要功能是监控系统内各信道的传输情况，在发送端，插入本节点产生的波长为λs(151Onm)的光监控信号，与主信道的光信号合波输出，在接收端，将接收到的光信号分波，分别输出λs (151Onm)波长的光监控信号和业务信道光信号。帧同步字节、公务字节和网管所用的开销字节等都是通过光监控信道来传递的。

OLT光源的选择

目前有多种方法构造多波长光源。

一种方法是选择一组波长接近的、离散的、可调谐的DFB激光器（DFB激光器阵列），利用温度调谐产生多波长的下行信号。

第二种方法是采用MFL（多频激光器）。MFL包含N个光放大器和一个1×N的阵列波导光栅，阵列波导光栅的每个输入端集成一个光放大器。在光放大器和阵列波导光栅输出端之间形成一个光学腔，如果放大器的增益克服腔内的损耗，则有激光输出，输出波长由阵列波导光栅的滤波特性决定。通过直接调制各个放大器的偏置电流，就可以产生多波长的下行信号。

第三种方法是比特交错光源。它使用了一个飞秒级（10-15，）光纤激光器来产生一个1.5μm附近70 nm谱宽的脉冲，这一脉冲被22 km长的标准单模光纤啁啾。随着脉冲的传输，数据可在高速调制器中以比特交错的方式被编码。

光分路器的选择

在WDMPON系统中，波分复用器通常被称为波长分路器，它解复用下行信号，并分配给指定的ONU，同时把上行信号复用到一根光纤，传输到OLT。波长分路器主要由AWG构成。

ONU光源的选择

（1）单频激光器

目前宽调谐单模DFB激光器阵列可以满足要求

（2）光回环

光回环技术是利用OLT发出的一部分下行光信号作为载波，在ONU中调制上行信号，再发送到OLT。

（3）光谱分割

光谱分割的原理是：WDMPON利用宽带光源作为ONU的光源，发射光通过AWG后，输出信号的频谱是原来宽带信号的一部分，其波长取决于与ON

（4）波长锁定FP激光器

原理是：掺铒光纤放大器产生光谱放大自发辐射（ASE）信号，ASE信号通过OLT到达AWG，被AWG进行光谱分割后产生多个窄带信号，这些信号被注入不同的ONU的同一类型FP激光器中，迫使FP激光器产生单波长模式，抑制了多波长模式的产生。