TWDM-PON：引領(lǐng)光纖進(jìn)入全新波分時(shí)代

　　基于時(shí)分和波分復(fù)用(以下簡稱TWDM-PON)將是通信行業(yè)在NG-PON2即下一代光纖接入的技術(shù)選擇。TWDM-PON技術(shù)將幫助網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商實(shí)現(xiàn)開源節(jié)流。

　　從提升帶寬到創(chuàng)造價(jià)值：光纖正在進(jìn)行角色轉(zhuǎn)換

　　目前運(yùn)營商主要通過GPON技術(shù)實(shí)現(xiàn)將光纖網(wǎng)絡(luò)向用戶側(cè)的延伸。GPON技術(shù)可以充分滿足未來幾年駐地用戶對于帶寬的要求。但從未來業(yè)務(wù)和市場角度考慮，運(yùn)營商必須及時(shí)找到合適的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對GPON在傳輸帶寬上的超越，從而發(fā)揮光纖網(wǎng)絡(luò)的極致能力，獲得收益的最大化。

　　許多運(yùn)營商希望擁有一張靈活彈性的網(wǎng)絡(luò)，可以支持很多可盈利業(yè)務(wù)，有效地利用已有資產(chǎn)，并降低大規(guī)模部署極速寬帶時(shí)的成本。

　　TWDM技術(shù)正是為達(dá)成以上幾個(gè)目標(biāo)而出現(xiàn)。最近全業(yè)務(wù)接入組織FSAN和國際通信聯(lián)盟ITU正在完成對TWDM的標(biāo)準(zhǔn)化，這將幫助運(yùn)營商未來實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有GPON網(wǎng)絡(luò)平滑高效的演進(jìn)發(fā)展。

　　光纖演進(jìn)路標(biāo)

　　FSAN和ITU將光纖網(wǎng)絡(luò)未來演進(jìn)定義為兩個(gè)階段：NG-PON1(中期)和NG-PON2(長期)。NG-PON1是基于XG-PON1的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，可提供10Gbps下行速率和2.5Gbps上行速率。然而當(dāng)XG-PON1可實(shí)際商用投入市場后卻遇到一定的阻礙，在中短期時(shí)間內(nèi)市場對于10Gbps速率的接入業(yè)務(wù)需求并不明顯。隨著更新技術(shù)的出現(xiàn)，市場也逐步將注意力轉(zhuǎn)移到了NG-PON2。

　　對于NG-PON2的發(fā)展，F(xiàn)SAN做了幾個(gè)評估方案，認(rèn)為可能會出現(xiàn)以下三個(gè)主要競爭技術(shù):

　　● TDM演進(jìn)方案在概念上是與當(dāng)前的PON系統(tǒng)非常接近的，采用了更高速率的光電子，可以為用戶提供非常高效的共享帶寬。但該技術(shù)方案需要每個(gè)ONT(光終端)在40Gbps的線速下運(yùn)作，該速率已遠(yuǎn)超市場對終端個(gè)人用戶需求的預(yù)測?；诟叱杀尽⑸栴}無法解決等難題角度考慮，F(xiàn)SAN組織已經(jīng)放棄了TDM-PON技術(shù)。

　　● 密波分復(fù)用PON(DWDM-PON)技術(shù)支持在一根光纖上傳送很多波長，它可以為每個(gè)PON用戶提供一根獨(dú)享的1Gbps對稱速率的波長(未來可實(shí)現(xiàn)10Gbps)。但最終由于該技術(shù)成本高，無法實(shí)現(xiàn)用戶間的帶寬共享，運(yùn)維復(fù)雜(每個(gè)用戶都需終結(jié)和管理一根波長)等問題，F(xiàn)SAN并不傾向于這種技術(shù)選擇。但是DWDM-PON技術(shù)在小范圍領(lǐng)域仍然存在價(jià)值，比如在GPON方案中疊加一根DWDM波長用于支持類似移動前傳。在ITU標(biāo)準(zhǔn)的附錄中描述了該特殊應(yīng)用，被稱為點(diǎn)到點(diǎn)WDM。

　　● 基于時(shí)分和波分復(fù)用的PON(TWDM-PON)技術(shù)在每根光纖提供四根或更多波長，每根波長可提供2.5Gbps或10Gbps對稱或非對稱速率的傳輸能力。在2012年，F(xiàn)SAN將TWDM-PON技術(shù)定為NG-PON2架構(gòu)實(shí)施的方案選擇。

　　● TWDM-PON：正確的演進(jìn)路線 每個(gè)NG-PON2候選技術(shù)都會帶來相比現(xiàn)有GPON技術(shù)更高的數(shù)據(jù)傳輸能力或靈活性。但是這些改進(jìn)也會帶來額外的成本。我們必須清楚的鑒別出這些新技術(shù)在性能上的提升是否能與其所帶來的價(jià)值相匹配，哪種技術(shù)在未來創(chuàng)造價(jià)值的成本最低。

　　DWDM-PON技術(shù)雖然增加的容量有限，但如果每個(gè)波長在單根光纖上獨(dú)立，并在不同光纖器件上終結(jié)，則其所能提供的靈活性最大。但是這種靈活性會造成更大的中心機(jī)房，額外的光分配網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)維更為復(fù)雜、更大的室外設(shè)備等，這些將導(dǎo)致兩倍于目前GPON的設(shè)備投資成本，同時(shí)運(yùn)維成本也會提高很多。在一個(gè)集成的多波長光模塊終結(jié)所有波長則會降低這些成本，但同時(shí)會損失靈活性，因此很難實(shí)現(xiàn)DWDM技術(shù)所能帶來的優(yōu)勢。

　　與此截然相反的是，TWDM技術(shù)既可以實(shí)現(xiàn)更高帶寬(總帶寬最高40Gbps，每用戶最高可實(shí)現(xiàn)10Gbps)，同時(shí)也提供最理想化的靈活性，用于每用戶帶寬的調(diào)整，光纖的管理，業(yè)務(wù)的融合和資源的共享等。這些改進(jìn)使TWDM在設(shè)備資產(chǎn)投入(CAPEX)方面相比DWDM下降30%，同時(shí)維護(hù)復(fù)雜度也大大降低。由此可見，TWDM技術(shù)結(jié)合了TDM和DWDM兩種系統(tǒng)的優(yōu)勢，是NG-PON2最理想的選擇。

　　將靈活性轉(zhuǎn)為收入增長

　　TWDM-PON所帶來的帶寬和靈活性的提升，將為整個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)打開一個(gè)全新領(lǐng)域，比如：

　　TWDM能夠支持、管理或演進(jìn)至合適的帶寬以支持各種不同的業(yè)務(wù)，比如，支持商業(yè)接入對稱的高帶寬，支持移動回程的非對稱高帶寬等。同時(shí)它也能支持在同一架構(gòu)下各種業(yè)務(wù)和用戶的融合。這些能力將幫助運(yùn)營商降低CAPEX，并創(chuàng)造更多收入。 TWDM-PON所提供的靈活性支持在同一根光纖上疊加多種業(yè)務(wù)和用戶組。比如，一個(gè)運(yùn)營商可以通過使用特定的波長來隔絕其不同商業(yè)區(qū)域的業(yè)務(wù)，從而簡化其運(yùn)維工作，如圖1所示。 TWDM-PON技術(shù)能夠加快帶寬提速的進(jìn)程。運(yùn)營商目前正在進(jìn)行光纖節(jié)點(diǎn)下移的建設(shè)，部署更多的微小節(jié)點(diǎn)以便以最有效的成本覆蓋更多用戶。這些部署將會產(chǎn)生巨大的回程需求，這種需求會隨著微小節(jié)點(diǎn)的全部鋪開而迎來高峰。 TWDM-PON能夠幫助運(yùn)營商提供用戶體驗(yàn)的靈活性。用戶可以將未使用的公共部分帶寬能力共享出來。比如，運(yùn)營商為所有用戶承諾保證1Gbps帶寬接入，當(dāng)使用TWDM-PON技術(shù)時(shí)，運(yùn)營商可以將用戶帶寬臨時(shí)提升至最高10Gbps，從而幫助用戶更快的下載高清電影或把備份數(shù)據(jù)更快上傳至云端。通過TWDM技術(shù)，不同的波長可以分配給不同的運(yùn)營商。這種靈活性將促進(jìn)運(yùn)營商在某些共性的架構(gòu)上聯(lián)合投資，鼓勵(lì)他們一起承擔(dān)成本和風(fēng)險(xiǎn)。

通過TWDM-PON技術(shù)，不同的波長可以分配給不同的業(yè)務(wù)

　　從現(xiàn)存光纖中獲得更多價(jià)值

　　對NG-PON2的一大關(guān)鍵需求是如何保留運(yùn)營商已有的PON投資，并允許他們利用原有的那些昂貴的網(wǎng)絡(luò)單元，特別是室外設(shè)備。TWDM-PON可通過以下三個(gè)方面充分滿足這一需求：

　　與GPON的兼容性：TWDM-PON能夠很好的與已部署的GPON網(wǎng)絡(luò)共存，這保證了運(yùn)營商的光纖網(wǎng)絡(luò)投資能長期創(chuàng)造價(jià)值。對室外單元沒有任何影響：TWDM-PON對已有的無源單元包括室外單元沒有任何成本和運(yùn)維的影響。TWDM-PON使用相同的分光器，從而簡化光纖網(wǎng)絡(luò)的管理，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)元器件和終端設(shè)備的最大兼容性。引入簡單：TWDM-PON能夠被平滑和循序漸進(jìn)的引入現(xiàn)有FTTX光纖網(wǎng)絡(luò)部署中。雖然可以集成多波長，但是一些運(yùn)營商仍然希望一開始從簡單的做起，先部署單根波長，以后隨著帶寬需求的提升再逐步增加。升級可以通過增加光纖的方式進(jìn)行，就如同機(jī)房內(nèi)增加和配置新的板卡一樣簡單。

　　降低成本和風(fēng)險(xiǎn)

　　TWDM-PON技術(shù)通過有效的運(yùn)維降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。它支持波長管理技術(shù)，運(yùn)營商借此可以將終端用戶從一個(gè)波長轉(zhuǎn)移到另一個(gè)波長上：實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)帶寬的重新平衡，或者將用戶連接到其它運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)上，亦或者降低軟件升級時(shí)網(wǎng)絡(luò)宕機(jī)的時(shí)間。這些技術(shù)可以幫助運(yùn)營商省去昂貴的上門服務(wù)成本和網(wǎng)上光纖重連。

　　共同投資的方法也為運(yùn)營商提供了其它降低成本和風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)會。TWDM-PON技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對光纖網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的共享，為不同的運(yùn)營商創(chuàng)造一個(gè)共同投資、高效利用網(wǎng)絡(luò)資源的環(huán)境和機(jī)會。通過TWDM-PON技術(shù)，不同的波長可以被不同的運(yùn)營商所管控。每個(gè)共同參與投資的運(yùn)營商都可以通過降低資產(chǎn)投入、降低運(yùn)維成本、增加網(wǎng)絡(luò)彈性、建立合作關(guān)系、創(chuàng)造新的商業(yè)模式等方面獲益。

　　政府所有的開放光纖網(wǎng)絡(luò)同樣可以為運(yùn)營商創(chuàng)造降低成本和風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)會。通過采用TWDM-PON技術(shù)，每個(gè)運(yùn)營商可以連到一個(gè)共有PON設(shè)備的不同波長上。通過自管的波長，運(yùn)營商可以根據(jù)自己的商業(yè)屬性，獨(dú)立、靈活地管理和升級業(yè)務(wù)質(zhì)量。

　　技術(shù)使能和優(yōu)化

　　運(yùn)營商需要有效的解決方案，幫助其利用好TWDM-PON的潛在價(jià)值和收益。這就需要包括波長諧調(diào)、光信號放大和擴(kuò)展在內(nèi)的技術(shù)使能與優(yōu)化。

　　波長諧調(diào)

　　為簡化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營，所有的TWDM ONT(光終端)必須是無色的。ONT的收發(fā)器在用戶使用業(yè)務(wù)時(shí)必須能夠諧調(diào)到正確的上下行波道上。

　　運(yùn)營商可以使用各種不同的技術(shù)來控制上行從ONT到OLT方向的波長。溫度是控制的主要參數(shù)。比如熱電控制的激光可以使用供熱制冷來精確設(shè)置波長。這些激光目前已準(zhǔn)備就緒，可安裝在ONT上，但成本昂貴。

　　單制熱的激光能提供一個(gè)成本效率和功耗效率更高的替換方案用于大規(guī)模市場部署需求。然而，單制熱的方案只能設(shè)置與包括現(xiàn)場環(huán)境溫度及以上溫度相關(guān)的波長，但不能設(shè)置更低溫度對應(yīng)的波長。因此，需要在OLT側(cè)安裝一個(gè)循環(huán)波長復(fù)用器來路由一組波長至每個(gè)OLT端口，而不是路由單個(gè)波長。這種方式，激光可以制熱至高于環(huán)境溫度，直至這個(gè)波長成為設(shè)定的與目的OLT端口關(guān)聯(lián)的波長組。這個(gè)波長組類似于鋼琴上的琴鍵組，有著相同的命名(如“C”，“D”，“E”...)，并在每八個(gè)音階內(nèi)重復(fù)。通過這種方式運(yùn)營商可以獲得一個(gè)簡單、成本低廉的諧調(diào)機(jī)制。

　　從長期來看，光子集成電路將為運(yùn)營商提供另外一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的波長控制方案。

　　在下行方向，熱控薄膜光濾片可集成在ONT的接收器上用于諧調(diào)。光子集成電路將在未來提供相關(guān)方案。

　　在OLT側(cè)，熱電控制激光器可以精準(zhǔn)的將下行波長控制在準(zhǔn)備波道上。上行波長將通過使用薄膜濾光片技術(shù)(TFF)或陣列波導(dǎo)光柵技術(shù)(AWGS)，被波長復(fù)用器路由到正確的OLT接收端。

　　光信號放大

　　為了傳送更高速率的數(shù)據(jù)，同時(shí)保持較低的誤碼率，必須提高接收端的靈敏度或提高接收信號的水平。如果想通過現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡(luò)，在固定衰減的情況下傳送更高速率的光信號，則必須使用信號放大技術(shù)。通過使用信號放大技術(shù)，能同時(shí)幫助NG-PON2實(shí)現(xiàn)更大的分光比、更長的光纖覆蓋距離和更快的速率。

　　一些放大技術(shù)可以同時(shí)在上行和下行兩個(gè)方向上使用。這包括半導(dǎo)體光放大器(SOA)和摻餌光纖放大器(EDFA)。使用SOA放大器時(shí)，最優(yōu)化的光放置位置分別為激光器后端(下行方向)和波長解復(fù)用器前端(上行方向)。所有這些元器件在中心機(jī)房都處于非常有代表性的位置。

　　擴(kuò)展和演進(jìn)

　　運(yùn)營商需要選擇一個(gè)合適的設(shè)備與光纖發(fā)展演進(jìn)策略以便適應(yīng)未來商業(yè)的需求。多數(shù)運(yùn)營商考慮的關(guān)鍵在于是根據(jù)未來發(fā)展戰(zhàn)略選擇模塊化光元器件，還是直接部署一個(gè)集成化方案來應(yīng)對未來的需求。而其他運(yùn)營商則是更多的從商業(yè)和運(yùn)維角度單獨(dú)考慮，或者選擇聯(lián)合投資或網(wǎng)絡(luò)共享的策略。

　　大多數(shù)的技術(shù)問題可以通過廠家提供的方案或技術(shù)支持來解決。廠家同樣也可以幫助運(yùn)營商解決商業(yè)問題，但是運(yùn)營商最終需要選擇與其商業(yè)目標(biāo)契合度最高的發(fā)展策略。

　　釋放TWDM的網(wǎng)絡(luò)潛力

　　今天以GPON為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)為整個(gè)通信行業(yè)帶來了根本性的變化。然而，GPON技術(shù)僅僅是個(gè)敲門磚，它所釋放的光纖潛力非常有限。諸如TWDM在內(nèi)的新一代技術(shù)將更好的發(fā)揮光纖資源在容量和靈活性方面的極大潛力。這些技術(shù)進(jìn)步將幫助運(yùn)營商在同一根光纖中融合更多業(yè)務(wù)，從而創(chuàng)造更多價(jià)值與收入，同時(shí)通過提高運(yùn)維效率極大地降低運(yùn)營商的維護(hù)成本，并提供運(yùn)營商之間合作投資，資源共享，實(shí)現(xiàn)共贏的機(jī)會。TWDM技術(shù)將幫助運(yùn)營商通過利用已有GPON光纖和無源器件，通過簡單疊加新的有源器件方式，保護(hù)現(xiàn)有光纖投入，實(shí)現(xiàn)平滑演進(jìn)。