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1 WDM-PON 发展浅析 光纤通信技术和网络国家重点实验室 ( 武汉邮电科学研究院 ) 杨铸 何炜 周鹏

2 演讲内容 一二三四五六七 前言背景 WDM-PON 发展现状 WDM-PON 原理和特点 WDM-PON 技术方案 WDM-PON 的新进展 WDM-PON 的商用前景总结 2

3 NG-PON 技术的发展方向 Bitrate per wavelength (Gbps) G technologies incl. long-reach/high-split technologies -Low-cost optics (direct mod, EDC, FEC ) -Burst-mode receivers STM- PON G-PON GE-PON B-PON Video overlay NGA -PHY layer WDM, 10G and/or longer reach / higher split -MAC layer Full service Matching with new functions (eg: FEC, wavelength OA&M) WDM technologies -Colorless optics (tunable lasers & filters, ) -Wavelength OA&M Number of wavelengths 32 TDM-PON 向更高速率方向发展 融合 WDM 和 TDM 技术的 Hybrid-PON 是过渡解决方案光纤通信技术和网络国家重点实验室 WDM-PON 将是终极演进目标 ( 武汉邮电科学研究院 ) 3

4 NG-PON 技术的演进路线 Capacity Co-existence arrows mean to allow gradual migration in the same ODN. NGA1 incl. longreach option WDM option to enable stacked G/XGPON and/or PtoP overlay NGA2 E.g. Higher-rate TDM DWDM Elect. CDM OFDM,Etc. G-PON GE-PON Power splitter deployed for Giga PON (no replacement / no addition) XG-PON (Up: 2.5G, 5G and/or 10G, Down: 10G) Splitter for NGA2 (power splitter or something new) Now ~2010 ~2015 EPON 向 10G EPON 演进,2009 年 9 月已经完成 10G EPON 标准制定 IEEE 制定, 仅规定物理层和 MAC 层, 运营商使用时需自行定义 OAM 相关规范 GPON 演进分成了两个阶段 : NG-PON1 是向 10G GPON 演进, 非对称相关标准 2010 年 6 月发布 考虑到应用场景很少, 对称式标准可能被跳过 NG-PON2 主要包括 WDM PON Hybirid PON( 混合 PON) 等演进方向 WDM-PON 采用光波分复用技术扩展带宽,Hybrid PON 混合采用光波分复用技术和 10G/40G OFDM 等高速电域技术扩展带宽 4

5 WDM-PON 发展现状 三大难题 : 标准 产业链和性价比 韩国电信 KT 日本 NTT 美国 Verizon 法国电信 FT 荷兰 UNET 和挪威 INS 等多家运营商都在积极推进 WDM-PON 研究和实验 韩国电信 KT 是世界上最坚定的 WDM-PON 技术支持者, 其与 LG-Nortel 和 Novera Optics 合作,2005 至 2009 年间在光州部署 15 万 线 WDM-PON 商用网 光纤通信技术和网络国家重点实验室 烽火科技牵头承担完成国家 十一五 863 ( 武汉邮电科学研究院重大项目课题 低成本的多波长以太网综合接入系统 ) (λ-emd) 5

6 WDM-PON 技术原理 OLT: Optical Line Terminal ONT: Optical Network Termination WDM: Wavelength Division Multiplexing

7 WDM-PON 技术特点 Symmetrical Bandwidth 100M or GigE in both directions Point-to-point operational model GE FE/GigE WDM PON Point to point topology Secure connectivity Physical separation Simple deployment model: Automatic wavelength allocation No link engineering Configuration downloaded from OLT Ethernet OAM Universal sparing Simple fault isolation IEEE 802.1ag Ethernet OAM Other Capabilities Up to 20+ Km reach Efficient IP multicasting Traffic Management Protocol/data rate transparency IEEE 802.1q / 802.1ad / 802.3ah 7

8 WDM-PON 技术方案 无色 技术是实现 WDM-PON 的关键, 其方案包括可调谐激光器 注入波长锁 定 F-P 激光器 激光注入 RSOA 和波长重用 RSOA 四种 8

9 可调谐激光器 Operation Principle: Key features: Full C-band tuning (32ch at 100GHz spacing) 1.25Gbps transmission Extinction ratio > 9dB Low power consumption Polymer Bragg grating for External Cavity & Tunability Low cost for WDM-PON High TO coefficient of polymer materials Tuning range: More than 30nm 无需种子光源 需低成本 ECL-LD 发端激光器 9

10 注入波长锁定 F-P 激光器 Operation Principle W/O ASE injection - Mode partition noise With ASE injection - Mode locked 10

11 注入波长锁定 F-P 激光器 System Architecture C-Band up/stream λ L-Band down-stream λ C-Band tuning λ C-Band up/stream λ L-Band down-stream λ L-Band tuning λ Ι C-Band BLS λ L C L C PON Interface Card Ι L-Band BLS λ DS : L Band US : C Band λ Filter (RN) CPE CPE > OLT card contains Broadband Light Sources, AWG and Laser Diodes > L-Band BLS is used to lock the near end OLT > L-Band carries Data modulated on wavelengths Downstream > C-Band BLS is used to lock the far end /ONT > C-Band carries Data modulated on wavelengths Upstream 11 11

12 Mutually Injected FP-LD for BLS 注入波长锁定 F-P 激光器 需两个种子光源 L-band 下行,C-band 上行 需特殊 LD 作为发端激光器 12

13 激光注入 RSOA Features of R-SOA Current injection Waveguide HR AR R-SOA Optical Power (dbm) Wavelength (nm) Injection current : 80mA Gain (db) Current (ma) 2.4dB TE Gain TM Gain Injection optical power : -20dBm 13

14 激光注入 RSOA System Architecture R-SOA PD. Seed for down stream. R-SOA PD OLT Seed for up stream - Multi-wavelength laser (DFB-LD array) is used as seed light (shared) - Reflection noise 需两个种子光源 L-band 下行,C-band 上行 RSOA 作为发端和收端激光器 ( 放大 调制 ) 14

15 波长重用 RSOA Operation Principle Saturation Effect System Architecture SML 无需种子光源 上 下行同波段 C-band RSOA 作为收端激光器 ( 擦除 放大 调制 ) PD 15

16 方案比较 Wavelength control Modulation scheme Modulation speed Colorless ONT Operation bandwidth Remarks Wavelength specific laser Needed at ONT Direct 10Gbps No Unlimited Solitary source at ONT Tunable laser Needed at ONT Direct ~2.5Gbps Yes 40nm -Wavelength information Broadband light: ASE from LED No Direct ~100Mbps Yes >50nm -High splicing loss -Dispersion limit SLD No Direct <1Gbps Yes >50nm for >1Gbps EDF No External >10Gbps Yes 30nm Seed from OLT Array of wavelength specific laser at OLT Broadband light at OLT External modulator Needed at OLT External 2.5Gbps Yes Unlimited -Back reflection penalty -Two feeder fiber RSOA Needed at OLT Direct 2.5Gbps Yes >50nm FP-LD Needed at OLT and ONT Direct ~1Gbps Yes 50nm External No External >10Gbps Yes 30~50nm -High power seed light modulator - Dispersion limit for > RSOA No Direct ~1Gbps Yes 1Gbps FP-LD No Direct 2.5Gbps Yes Re-modulation of downstream data Needed at OLT Direct/ External ~2.5Gbps Yes 50nm -Back reflection penalty -Limited dynamic range 16

17 1. 低成本的多波长以太网综合接入系统 (λ-emd) WDM-PON 的新进展 局远端均采用波长可调激光器作为无色光源技术方案 17

18 WDM-PON 的新进展 内场测试和外场示范工程 ( 上海古北社区 ) 18

19 2. 新型广域覆盖混合波分时分复用无源光网络系统 Area 2 WDM-PON 的新进展 OLT 1 λ1 λ2 W D M PS AOWC λ2 ROADM 1 ROADM 2 λn ROADM m AOWC PS Area n OLT n λn-1 λn λ1 AOWC λn-1 AOWC PS Area n-1 PS λ1 λ2 λn-1 λn 301 λ1 λ2 λn-1 λn λ1 λ2 λn-1 λn 合波器 分波器 Area 1 下行数据 λ1 λn λ1 λn 上行数据 PS AOWC λx/λup λx 302 ROADM 1 λ1 303 AOWC λ1/λup 304 PS 远端采用波长重用 SOA 作为无色光源技术方案 PS AOWC ROADM m AOWC PS λz/λup λz λy λy/λup λn AOWC λn/λup x, y, z Є {1...n} PS Uplink Port 302 下行输入 上行输出 ROADM Add Port W S S W S S Drop Port λa λb λc λd λa λb λc λd (a) 新型可重构光分插复用器结构 303 AOWC λx λx 512 BPF 511 SOA Splitter 510 Coupler Downlink Port λx λup 506 Attenuator 509 PC Common Port Uplink Port 502 EDFA 505 SOA Attenuator Wavelength Selectable Switch (WSS) N Ports λa λb λc λd Downlink Port a, b, c, d Є {1...n} (b) 波长选择开关工作原理 λx λx 504 EDFA 507 EDFA 503 λup WDM λx/λup Add/Drop Ports 下行输出上行输入 19

20 WDM-PON 的新进展 3. Hybrid Integrated Optical module for WDM-PON 20

21 WDM-PON 的新进展 21

22 WDM-PON 的新进展 4. 40G 波长堆叠时分复用无源光网络系统 (TWDM-PON) 后 10G PON 系统关键需求 : 下行速率不低于 40Gbit/s 上行速率不低于 10Gbit/s 支持不低于 40km 无源距离 支持 40km 的 距离差 支持至少 1Gbit/s 对称速率 兼容已部署 PON 系统, 重用已铺设 ODN 支持不低于 1:64 分支比 两大挑战 : 可调滤波器可调激光器 22

23 各种 PON 网络设备成本和总建设费用对比分析 WDM-PON 的商用前景 各种 PON 技术方案对比分析 降低成本是关键! 23

24 总结 波分复用技术必将成为 NG-PON 后 10G 时代的中长期技术选择 ; ITU-T 和 FSAN 已并行启动 XG-PON 过渡到 40G PON 的研究, 融合 WDM 技术的 TWDM-PON 系统标准化在即 ; 拓展 WDM-PON 技术的应用场景, 发掘推动其发展的新业务, 破除阻碍前进的三大障碍 ( 标准 产业链和性价比 ); 降低成本将是 WDM-PON 实现规模商用的关键, 各种技术方案的开发研究都应以此作为指引 24

25 Thank you! 25

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