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摘要：再调制波分复用无源光网络（WDM-PON）系统是将ONU端的光源用调制器来替代，就可以不用再ONU端配置光源设备大大降低了成本，也能够达到ONU“无色化”的技术方案。主要有两种实现再调制WDM-PON的方案：一种是采用马赫曾德尔调制器的直接调制方式，另一种是采用RSOA的光环回的再调制方式。而其中主要的是基于RSOA的再调制的WDM-PON系统，由于RSOA自身的一些优点使得它特别适合于再调制WDM-PON系统。
关键词：WDM-PON；直接再调制；光环回再调制；RSOA
中图分类号：TN915 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2012.07.037
引言
在目前的光接入网技术中，无源光网络（PON）由于其组网特点以及成本优势占据着很重要的位置，各大运营商也都纷纷建立自己的EPON/GPON网络为用户提供宽带业务。而波分复用无源光网络（WDM-PON），具有接入容量大、信息安全性高以及易升级等优点，被认为是下一代最具潜力的一种光接入网技术。但是由于受到其成本限制的问题WDM-PON目前还未能够得到广泛的商用。而主要影响其系统成本问题在于ONU，在实际用途中ONU的用量是非常大的远超过OLT，因此控制ONU的成本基本就等于在控制WDM-PON系统的成本。由于ONU的用量大，而且考虑到使用过程中的升级，扩容，维修等问题，因此ONU的“无色化”问题成为WDM-PON网络的一个至关重要的问题。ONU的“无色化”是指ONU的波长可以在工作范围内能够自动的适应网络。“无色化”方案主要有宽光源频谱分割技术、光载波源技术、注入锁定技术、以及再调制技术几种。本文就主要讨论采用再调制技术来实现WDM-PON无色ONU的方案：一种是基于马赫曾德尔调制器的直接调制的再调制WDM-PON结构，另一种是基于RSOA的光环回再调制WDM-PON结构。
1.再调制WDM-PON的基本原理
基于再调制技术的WDM-PON的系统中，在OLT端集中部署系统的光源，而在ONU中不需要配置光源。不同波长的下行光信号从OLT端被发出并通过光纤传送至ONU，用光功率分路器将光信号分成两个部分，其中一部分光信号作为接收单元的接收信号被ONU接收机接收解调；而另一部分光信号则被用作再调制的光载波，上行的数据电信号可以调制到这部分下行的光载波上，然后再传至OLT接收机处接收解调，由于下行光载波经过两次调制过程，于是我们称这种系统为再调制WDM-PON。图1是再调制WDM-PON的系统结构图。
可以很清楚的从结构图中看出，ONU端是没有光发射机的，而且也去掉了ONU中检测和控制的部分，结构得到了大大的简化，这就实现了再调制系统的ONU的“无色”化设计。光源以及系统的控制部分都设置在OLT中，使得OLT能够对ONU进行集中控制。
2.采用MZ直接调制的方式
直接再调制WDM-PON结构比较的简单，在再调制单元只需要一个马赫曾德尔调制器（MZ）就可以，用MZ将上行电数据信息调制到接收到的下行光载波上传回至OLT接收机处接收解调。对于上行信号我们一般是采用NRZ码型，速率一般采用622Mbit/s或者1.25Gbit/s。而上行信号则有多种的选择。
当下行和上行都采用NRZ码型时，由于NRZ信号的产生与解调都非常的简单而且成本也低一些，但是由于NRZ对于色散因素等的性能不是很好，整个的传输性能就不是很好。当下行采用FSK调，上行采用NRZ时，由于下行信号是包络恒定的即其幅度是恒定的，因此上行再调制信号能够比较容易的就被调制到下行信号的光载波上。但同时在OLT中需要使用可调谐激光器去实现FSK的调制，而这种激光器对温度敏感，因此需要在系统中实现温度控制以保证激光器的正常工作。下行采用相位调制，上行采用NRZ。由于它也是包络恒定，因此同样上行再调制信号能够比较容易的就被调制到下行信号的光载波上。由于PSK在解调的时候会出现倒π现象，因此在使用这种调制方案时，下行信号我们通常选择的是DPSK调制格式。DPSK格式的信号包络恒定，能够使下行信号保持高的消光比，它对非线性损耗以及色散的容忍度就比较高，从而系统的功率预算就大一些。若下行传输采用DPSK格式的信号，在ONU接收端采用接收机的平衡探测，这会使接收机的灵敏度提高大约3dB。
直接调制的WDM-PON系统的实现会相对比较简单，但是功率预算限制着整个系统的传输性能，当传输距离较长时，在直接再调制WDM-PON中需要使用光放大器来增加系统的功率预算。图2为下行采用DPSK调制信号的端到端的基于MZ的再调制WDM-PON系统的结构。用Optisystem进行简单的仿真，进行一些参数的设定：下行信号速率2.5Gbit/s，上行信号速率1.25Gbit/s，激光器光源中心频率为193.1THz，光功率为OdBm，光纤的长度为20km。可以得到下行接收眼图图3与上行接收的眼图图4。
3.采用RSOA的光环回再调制的方式
RSOA输出信号与注入信号的功率比为RSOA的增益，图2是RSOA增益随输入光功率变化的曲线图。从图5中可以看到，RSOA对小信号的放大作用比较明显，当注入信号光功率增加至一定的程度，它的增益曲线开始走向下降，增益值由于注入功率的增加反而是减少的，这就是RSOA饱和增益特性。如果我们利用RSOA的饱和增益特性，使它对“0”信号的增益大于“1”信号的增益，就可以达到“擦除”下行信号的效果，使得恢复光载波。下行信号的消光比以及注入RSOA的光功率决定着“擦除”效果的好坏。消光比高，则信号的功率预算高，对于下行信号来说利于接收解调；消光比低，则有利于恢复光载波，对于上行信号来说有利于再调制，因此消光比以及光功率的选择要适当。
基于RSOA光环回再调制的WDM-PON，当下行光信号采用幅度调制时，利用RSOA的增益饱和效应能够减少下行信号“0”与“1”的幅度差异，从而仍然可以将上行信息加载至下行光载波的幅度上，但是这种方案是以牺牲下行信号的消光比来达到再调制。输入进RSOA的二进制信号的幅度要相差不大即消光比要低，这样在RSOA进行增益饱和效应时，被“擦除”信号才能够保持幅度上的稳定。因此下行如果采用幅度恒定的调制信号，会比下行采用幅度调制的效果好。习性如果采用行为调制时，比如采用DPSK格式的下行信号，DPSK信号自身就比ASK信号有着更好的性能，它能够在下行方向上传输更远的距离，在上行方向又可以利用RSOA进行调制和放大。
图6为下行采用DPSK调制信号的端到端的基于RSOA的再调制WDM-PON系统的结构。用Optisystem进行仿真，进行一些参数的设定：下行信号速率2.5Gbit/s，上行信号速率1.25Gbit/s，激光器光源中心频率为193.1THz，光功率为0dBm，光纤的长度为20km。可以得到下行接收的眼图图7与上行接收的眼图图8。
4.结论
采用MZ调制器与采用RSOA的再调制WDM-PON技术，系统的结构都比较简单并且成本也不是特别高，再调制方式是实现ONU“无色化”比较理想的方案。在ONU端都不配置光发射机，对于采用MZ调制器的再调制结构，直接将上行电信号调制到下行的光载波上，这种方案受到功率的制约，在实际的运用中需要使用光放大器进行功率的中继；对于采用RSOA的这种再调制方案，利用RSOA的增益饱和效应，在ONU处对下行信号进行“擦除”恢复光载波，为上行电信号提供光载波。由于RSOA既能够进行调制又可以进行功率放大，因此在实际用途中可以不设置光放大器，比直接调制方案要经济方便。RSOA的饱和增益特性对“0”信号的增益比对“1”信号的增益大，从而能有“消除”效果，而下行信号的消光比与输入功率决定着RSOA对信号的“擦除”效果，因此要合理的调整消光比与输入光功率。对于两种方案，用软件对采用DPSK下行信号的端到端的WDM-PON系统进行了简单的仿真，得到下行信号接收以及上行接收的眼图，对这两种再调制的方式进行了简单的分析。
关键词：WDM-PON；直接再调制；光环回再调制；RSOA
中图分类号：TN915 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2012.07.037
引言
在目前的光接入网技术中，无源光网络（PON）由于其组网特点以及成本优势占据着很重要的位置，各大运营商也都纷纷建立自己的EPON/GPON网络为用户提供宽带业务。而波分复用无源光网络（WDM-PON），具有接入容量大、信息安全性高以及易升级等优点，被认为是下一代最具潜力的一种光接入网技术。但是由于受到其成本限制的问题WDM-PON目前还未能够得到广泛的商用。而主要影响其系统成本问题在于ONU，在实际用途中ONU的用量是非常大的远超过OLT，因此控制ONU的成本基本就等于在控制WDM-PON系统的成本。由于ONU的用量大，而且考虑到使用过程中的升级，扩容，维修等问题，因此ONU的“无色化”问题成为WDM-PON网络的一个至关重要的问题。ONU的“无色化”是指ONU的波长可以在工作范围内能够自动的适应网络。“无色化”方案主要有宽光源频谱分割技术、光载波源技术、注入锁定技术、以及再调制技术几种。本文就主要讨论采用再调制技术来实现WDM-PON无色ONU的方案：一种是基于马赫曾德尔调制器的直接调制的再调制WDM-PON结构，另一种是基于RSOA的光环回再调制WDM-PON结构。
1.再调制WDM-PON的基本原理
基于再调制技术的WDM-PON的系统中，在OLT端集中部署系统的光源，而在ONU中不需要配置光源。不同波长的下行光信号从OLT端被发出并通过光纤传送至ONU，用光功率分路器将光信号分成两个部分，其中一部分光信号作为接收单元的接收信号被ONU接收机接收解调；而另一部分光信号则被用作再调制的光载波，上行的数据电信号可以调制到这部分下行的光载波上，然后再传至OLT接收机处接收解调，由于下行光载波经过两次调制过程，于是我们称这种系统为再调制WDM-PON。图1是再调制WDM-PON的系统结构图。
可以很清楚的从结构图中看出，ONU端是没有光发射机的，而且也去掉了ONU中检测和控制的部分，结构得到了大大的简化，这就实现了再调制系统的ONU的“无色”化设计。光源以及系统的控制部分都设置在OLT中，使得OLT能够对ONU进行集中控制。
2.采用MZ直接调制的方式
直接再调制WDM-PON结构比较的简单，在再调制单元只需要一个马赫曾德尔调制器（MZ）就可以，用MZ将上行电数据信息调制到接收到的下行光载波上传回至OLT接收机处接收解调。对于上行信号我们一般是采用NRZ码型，速率一般采用622Mbit/s或者1.25Gbit/s。而上行信号则有多种的选择。
当下行和上行都采用NRZ码型时，由于NRZ信号的产生与解调都非常的简单而且成本也低一些，但是由于NRZ对于色散因素等的性能不是很好，整个的传输性能就不是很好。当下行采用FSK调，上行采用NRZ时，由于下行信号是包络恒定的即其幅度是恒定的，因此上行再调制信号能够比较容易的就被调制到下行信号的光载波上。但同时在OLT中需要使用可调谐激光器去实现FSK的调制，而这种激光器对温度敏感，因此需要在系统中实现温度控制以保证激光器的正常工作。下行采用相位调制，上行采用NRZ。由于它也是包络恒定，因此同样上行再调制信号能够比较容易的就被调制到下行信号的光载波上。由于PSK在解调的时候会出现倒π现象，因此在使用这种调制方案时，下行信号我们通常选择的是DPSK调制格式。DPSK格式的信号包络恒定，能够使下行信号保持高的消光比，它对非线性损耗以及色散的容忍度就比较高，从而系统的功率预算就大一些。若下行传输采用DPSK格式的信号，在ONU接收端采用接收机的平衡探测，这会使接收机的灵敏度提高大约3dB。
直接调制的WDM-PON系统的实现会相对比较简单，但是功率预算限制着整个系统的传输性能，当传输距离较长时，在直接再调制WDM-PON中需要使用光放大器来增加系统的功率预算。图2为下行采用DPSK调制信号的端到端的基于MZ的再调制WDM-PON系统的结构。用Optisystem进行简单的仿真，进行一些参数的设定：下行信号速率2.5Gbit/s，上行信号速率1.25Gbit/s，激光器光源中心频率为193.1THz，光功率为OdBm，光纤的长度为20km。可以得到下行接收眼图图3与上行接收的眼图图4。
3.采用RSOA的光环回再调制的方式
RSOA输出信号与注入信号的功率比为RSOA的增益，图2是RSOA增益随输入光功率变化的曲线图。从图5中可以看到，RSOA对小信号的放大作用比较明显，当注入信号光功率增加至一定的程度，它的增益曲线开始走向下降，增益值由于注入功率的增加反而是减少的，这就是RSOA饱和增益特性。如果我们利用RSOA的饱和增益特性，使它对“0”信号的增益大于“1”信号的增益，就可以达到“擦除”下行信号的效果，使得恢复光载波。下行信号的消光比以及注入RSOA的光功率决定着“擦除”效果的好坏。消光比高，则信号的功率预算高，对于下行信号来说利于接收解调；消光比低，则有利于恢复光载波，对于上行信号来说有利于再调制，因此消光比以及光功率的选择要适当。
基于RSOA光环回再调制的WDM-PON，当下行光信号采用幅度调制时，利用RSOA的增益饱和效应能够减少下行信号“0”与“1”的幅度差异，从而仍然可以将上行信息加载至下行光载波的幅度上，但是这种方案是以牺牲下行信号的消光比来达到再调制。输入进RSOA的二进制信号的幅度要相差不大即消光比要低，这样在RSOA进行增益饱和效应时，被“擦除”信号才能够保持幅度上的稳定。因此下行如果采用幅度恒定的调制信号，会比下行采用幅度调制的效果好。习性如果采用行为调制时，比如采用DPSK格式的下行信号，DPSK信号自身就比ASK信号有着更好的性能，它能够在下行方向上传输更远的距离，在上行方向又可以利用RSOA进行调制和放大。
图6为下行采用DPSK调制信号的端到端的基于RSOA的再调制WDM-PON系统的结构。用Optisystem进行仿真，进行一些参数的设定：下行信号速率2.5Gbit/s，上行信号速率1.25Gbit/s，激光器光源中心频率为193.1THz，光功率为0dBm，光纤的长度为20km。可以得到下行接收的眼图图7与上行接收的眼图图8。
4.结论
采用MZ调制器与采用RSOA的再调制WDM-PON技术，系统的结构都比较简单并且成本也不是特别高，再调制方式是实现ONU“无色化”比较理想的方案。在ONU端都不配置光发射机，对于采用MZ调制器的再调制结构，直接将上行电信号调制到下行的光载波上，这种方案受到功率的制约，在实际的运用中需要使用光放大器进行功率的中继；对于采用RSOA的这种再调制方案，利用RSOA的增益饱和效应，在ONU处对下行信号进行“擦除”恢复光载波，为上行电信号提供光载波。由于RSOA既能够进行调制又可以进行功率放大，因此在实际用途中可以不设置光放大器，比直接调制方案要经济方便。RSOA的饱和增益特性对“0”信号的增益比对“1”信号的增益大，从而能有“消除”效果，而下行信号的消光比与输入功率决定着RSOA对信号的“擦除”效果，因此要合理的调整消光比与输入光功率。对于两种方案，用软件对采用DPSK下行信号的端到端的WDM-PON系统进行了简单的仿真，得到下行信号接收以及上行接收的眼图，对这两种再调制的方式进行了简单的分析。