基于密集波分復(fù)用的無源光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和社會信息化程度的不斷提高，各種寬帶業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，已經(jīng)部署的時分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（TDM-PON）將很難滿足未來用戶對接入服務(wù)不斷增長的容量需求。波分復(fù)用是實現(xiàn)大容量接入的有效手段，因而具有極大容量潛力且易于擴展的密集波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（DWDM-PON）成為目前接入網(wǎng)技術(shù)的研究熱點。融合了現(xiàn)有TDM技術(shù)的密集波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（DWDM/TDM-PON）更因其具有接入用戶數(shù)多、平均用戶成本較低等優(yōu)點，近年受到了國

2、內(nèi)外眾多研究機構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)運營商的普遍青睞。本論文從降低成本、改善系統(tǒng)性能、優(yōu)化動態(tài)資源調(diào)度算法等方面著眼，針對基于密集波分復(fù)用的DWDM-PON和DWDM/TDM-PON的部分關(guān)鍵技術(shù)展開了研究，所完成的工作分為以下幾個方面：
　　1、密集波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)研究
　　DWDM-PON的成本問題一直是影響其大規(guī)模鋪設(shè)的主要因素。本論文基于低成本的上行發(fā)射機技術(shù)提出了兩種新型DWDM-PON體系結(jié)構(gòu)，并研究了一種高光纖利

3、用率的互保護機制來提高網(wǎng)絡(luò)的生存性。
　　為降低上行重調(diào)制方案中后向瑞利散射噪聲對傳輸性能的影響，提出了一種基于共享式光源和光纖互聯(lián)結(jié)構(gòu)的DWDM-PON系統(tǒng)。光線路終端（OLT）通過載波抑制技術(shù)（OCS）產(chǎn)生間隔為25 GHz的共享光源，為兩個相鄰子PON的上下行信號傳輸提供光源。光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）采用上行重調(diào)制技術(shù)。遠端節(jié)點（RN）中的光纖互聯(lián)結(jié)構(gòu)將兩個子PON連接起來，使饋線光纖中傳輸?shù)纳舷滦行盘柗謩e加載在不同的波長上。該

4、系統(tǒng)具有較好的后向瑞利散射噪聲抗性，能以較低的成本升級網(wǎng)絡(luò)容量。
　　提出了一種基于光頻梳和反射式半導(dǎo)體光放大器（RSOA）注入鎖定技術(shù)的長距離DWDM-PON系統(tǒng)。OLT中的光頻梳發(fā)生器產(chǎn)生間隔為25 GHz的多波長光信號作為種子光源，分別注入OLT和ONU端部署的RSOA調(diào)制下行和上行數(shù)據(jù)。光頻梳信號帶寬較窄，能夠有效降低RSOA注入鎖定的相對強度噪聲。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，能夠支持多波長80 km的長距離接入。
　　為了提高

5、 DWDM-PON的生存性，設(shè)計了一種集中式的互保護機制。兩個相鄰子PON的ONU兩兩成組，互相為對方提供1:1保護路徑。相比于現(xiàn)有的PON網(wǎng)絡(luò)保護結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)需要的冗余光纖數(shù)目極少，具有較高的資源利用率。
　　2、密集波分復(fù)用/時分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)研究
　　DWDM/TDM-PON網(wǎng)絡(luò)是對現(xiàn)有TDM-PON網(wǎng)絡(luò)平滑升級的最佳方案之一。通過多波長的TDM共享技術(shù)，系統(tǒng)能夠接入更多的ONU，從而降低平均用戶成本。為了進

6、一步升級網(wǎng)絡(luò)容量，增加用戶數(shù)目，本論文從降低波長間隔和提升單波長傳輸速率兩方面對DWDM/TDM-PON技術(shù)展開研究。
　　研究了DWDM/TDM-PON系統(tǒng)在不同波長間隔情況下的傳輸性能。實驗結(jié)果表明，采用低成本的10 Gb/s非歸零碼（NRZ）強度調(diào)制和直接解調(diào)方式，盡管信號質(zhì)量會受到信道間串?dāng)_和非線性效應(yīng)的影響，系統(tǒng)的波長間隔仍然可以進一步降低到25 GHz。該結(jié)果對于保持系統(tǒng)低成本、增加接入波長數(shù)目和升級網(wǎng)絡(luò)容量具有重要的

7、參考意義。
　　為提升單波長傳輸速率，提出了基于直調(diào)激光器的對稱100 Gb/s DWDM/TDM系統(tǒng)。系統(tǒng)采用4對波長傳輸上下行數(shù)據(jù)，單波長的調(diào)制速率為25 Gb/s。OLT和ONU均使用直接調(diào)制激光器作為光發(fā)射機，在OLT端部署一個光纖延時干涉儀（DI）對上下行光信號進行啁啾管理，抑制了激光器在高速率調(diào)制情況下產(chǎn)生的頻率啁啾效應(yīng)對傳輸性能的影響。該系統(tǒng)具有較充裕的功率預(yù)算，能支持大數(shù)目的用戶接入。
　　3、密集波分復(fù)用/

8、時分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)的在線資源調(diào)度算法研究
　　DWDM/TDM-PON需要在多接入用戶之間合理分配波長和帶寬資源，高效的資源調(diào)度方案是必不可少的。本論文基于在線資源調(diào)度算法對動態(tài)波長分配型DWDM/TDM-PON系統(tǒng)的性能進行了研究，首次考慮了波長切換延時對上行傳輸性能的影響，并提出了相應(yīng)的改進算法。
　　通過仿真，對比了靜態(tài)波長分配機制和動態(tài)波長分配機制的網(wǎng)絡(luò)性能。仿真結(jié)果表明動態(tài)波長分配機制具有更好的平均延時和丟包率性能

9、，在網(wǎng)絡(luò)負載不均的情況下性能優(yōu)勢更加明顯。
　　動態(tài)波長分配型DWDM/TDM-PON系統(tǒng)需要在ONU中部署可調(diào)諧光器件，這將不可避免地帶來波長切換延時。本文首次考慮了波長切換延時對網(wǎng)絡(luò)性能的影響，并對經(jīng)典的波分復(fù)用自適應(yīng)周期輪詢（WDM-IPACT）算法進行了改進和仿真分析。仿真結(jié)果表明網(wǎng)絡(luò)性能會受到波長切換延時的影響而惡化。
　　提出容忍波長切換延時的在線資源調(diào)度算法并作出性能分析。提出一種基于在線調(diào)度的容忍算法來降低波