9/4/2007, 作者 浙江大學宋軍博士
無源光網(wǎng)絡（PON）： 
    對PON最常用的有樹形、環(huán)形和總線形三種拓撲結構。在這三種結構中，要有效實施路徑保護，防止鏈路失效，以環(huán)形結構技術上最難實現(xiàn)。對環(huán)形拓撲，從OLT，以環(huán)形光纖鏈路連接若干個ONU，最終回到原點。對數(shù)據(jù)下載如果使用順時針路線，那么上載則使用逆時針路線，一旦中間某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了斷裂，則斷點后方ONU的上下載都無法完成。對這種結構，最常用的保護方式是雙路徑保護，即使用備用光纖，并增加使用收發(fā)機和必要的無源器件，顯然成本會較高。本期臺灣交大的研究者對OLT和ONU內(nèi)部結構做了改進，提出了單鏈路的環(huán)形PON路徑保護方案。對OLT，在兩個端口（a和b）前各加一個1×2的光耦合器（它們有一個分束端相連），在兩個耦合器中間加一個1×2的光開關（OS），由媒體訪問控制（MAC）決定開關切換。而對每個ONU則在物理層由一個2×2的光耦合器連接兩個線路終端（LT）。當環(huán)形鏈路正常工作時，OLT的OS讓兩耦合器中間的連接斷開，這樣由OLT發(fā)出的光只能由a路口出發(fā)，順時針傳輸?shù)矫總�ONU，而每個ONU也由OS控制選擇逆時針上載線路。一旦這個環(huán)中某點發(fā)生斷裂時，MAC控制OLT的光開關導通，這樣 由OLT發(fā)出的光經(jīng)耦合器分束后可以同時由a和b兩個端口輸出，分別到達端點前的各個ONU，簡單的說這時候已由一個環(huán)形網(wǎng)變成了一個1×2的樹形網(wǎng)。而斷點后面的各個ONU則由OS選擇另一個LT，這樣在斷點前的各ONU仍逆時針上載信號回到a端口，而斷點后的各ONU則順時針選擇b端口上載信號回到OLT。作者在20km的環(huán)狀網(wǎng)上對設計的自愈合TDM-PON做了測試，信號采用1.25Gb/s的直接調(diào)制格式，證明能有效的避免鏈路失效。

    意大利的研究者為降低雙向WDM/TDM-PON的成本做了一些工作，其主要技術點有三個，首先對下載信號使用DPSK格式，以避免交叉增益調(diào)制對信號質(zhì)量的惡化；其次使用商用的半導體光放大器代替EDFA，作者認為除了價格相對便宜外，還具有易雙向工作、低功耗和系統(tǒng)結構緊湊等優(yōu)勢；最后作者使用12.5GHz的窄帶AWG，這是作者研究里最關鍵的一個部分。該器件除了最基本的通道解復用作用以外，還可以將DPSK信號在終端轉換為強度調(diào)制信號進行解調(diào)，這樣避免了波長相關的相位解調(diào)器的使用，此外使用了窄帶AWG后，解調(diào)器對色散的公差增大，這樣可以不需使用色散補償光纖，降低成本的同時也避免了額外損耗的產(chǎn)生。

    意大利的研究者對WDM-PON支持服務的多樣化做了研究，作者在中央站點使用同樣的激光器和MZ調(diào)制器對同一波長進行兩次調(diào)制以實現(xiàn)獨立的網(wǎng)絡服務，一個在基帶上對信號進行1.5Gb/s的偽隨機二進制序列NRZ調(diào)制，另一方面則也對該波長進行低頻的ASK格式副載波調(diào)制。不同波長信號以100GHz間隔通過AWG復用。在ONU，則通過使用延時干涉儀（DI），將兩種不同調(diào)制頻率的信號分開，這里DI相當于一個周期性濾波器的作用，且可以通過對其上加載電壓進行調(diào)節(jié)，來改變溫度，進而對相位進行調(diào)節(jié)。

    面向PON應用，韓國的研究者制作了一個雙向光收發(fā)模塊。系統(tǒng)由激光二極管（LD）、光電二級管（PD），傾斜的光纖光柵（FBG）、單模光纖（SMF）等組成。全部器件通過鍵合技術集成在一塊硅芯片上。信號發(fā)射端，LD發(fā)散角優(yōu)化設置，以具有一定模斑轉換功能，可以在不使用透鏡的前提下實現(xiàn)較高耦合效率。信號發(fā)射使用1310nm波長，接收使用1550nm波長，傾斜的FBG起到波長選擇作用，當接收到信號經(jīng)過傾斜FBG時，被以45°角斜向光纖包層上方反射，在包層上刻有一個直角的V型槽，起到直角反射的作用，讓光線偏折向下（垂直光纖傳輸方向）傳輸，在下部有PD來接收解調(diào)信號。通過測試顯示，作者的芯片符合IEEE 802.3 ah標準，適合具有副載波接入要求的FTTH應用。

    Standford大學的研究者則對多模光纖在短距離PON的運用做了研究，作者指出使用多模光纖作傳輸載體，要特別注意預防多模色散，因為模間色散使系統(tǒng)無法用于高比特率傳輸。作者這里同時使用了三個技術點以讓多模光纖能夠在高速短距離網(wǎng)絡中得到運用。一是作者采用WDM技術來復用10個低比特率信號（10Gb/s），以實現(xiàn)總的高比特率傳輸；二是采用單模發(fā)射，并在接收端使用單模濾波器來抑制模間色散的影響；三是在發(fā)射端結合使用了自適應光學技術。通過這些改進，作者測試使用多模光纖能夠穩(wěn)定實現(xiàn)2.2km，100Gb/s的系統(tǒng)傳輸。

色散補償：、 
    在光通訊系統(tǒng)里，由于溫度變化，以及系統(tǒng)、器件裝配失配造成的殘余色散大小通常是不確定的，因此對40Gb/s的高速系統(tǒng)，對這些殘余色散進行動態(tài)補償是一個難點。因為色散不確定，所以要進行動態(tài)補償，必須首先要對色散大小做監(jiān)控。通常對色散的監(jiān)控常用有兩種方法，一是基于對電頻域的衰減效應做測定，另一個是基于對時域的脈沖展寬作測定。本期清華大學的研究者對40Gb/s系統(tǒng)的動態(tài)色散補償做了研究。作者制作的系統(tǒng)分監(jiān)控和補償兩個模塊。首先對色散的監(jiān)控基于半導體光放大器（SOA）中的頻率漂移效應。當沒有色散的時候，脈沖形狀是個尖峰，峰值功率高，因此在SOA中放大后受非線性效應，主要是自相位調(diào)制（SPM）影響嚴重，脈沖在頻域上向長波方向移動。當有一定殘余色散時，色散讓脈沖展寬，也就是峰值功率降低，這樣SPM影響變小，在頻域上向長波漂移的量也就減小。因此由對頻率漂移的量做測定就可以求出殘余色散大小。當測出殘余色散后，由反饋回路驅動微處理系統(tǒng)讓另一可調(diào)色散補償模塊工作。這里可調(diào)色散補償只要使用的是光纖光柵。實驗顯示系統(tǒng)的色散補償范圍是正負100ps/nm，能夠保證傳輸網(wǎng)中殘余色散低于5ps/nm。

    Nokia網(wǎng)絡的研究者也就消除傳輸網(wǎng)色散影響做了研究。首先作者認為對10Gb/s系統(tǒng)，采用電子色散預補償，能避免昂貴光學補償元件的使用，且起到不錯的效果。之后作者認為采用基于歸零交替反轉碼（AMI-RZ）的光單邊帶調(diào)制（OSSB）是最有利于提高色散公差的調(diào)制方式，且有利于獲得較大的邊帶抑制比。但作者也認為很多情況下，特別是當傳輸速率提高時，單純在發(fā)射端使用電子色散補償，由于非線性影響，已經(jīng)不能獲得預期的信號質(zhì)量。因此作者也研究了如何在接收端結合使用光學色散補償，構造良好的色散譜，以抑制非線性影響。

    Arizona大學的一個研究組一直以來都致力于采用便宜的電子色散補償元件消除PMD影響的研究。本期作者采用了BCJR（Bahl-Cocke-Jelinek-Raviv）和低密度校驗（LDPC）兩種算法來糾錯，實現(xiàn)Turbo均衡。作者證明采用建議的電子補償，可以補償超過三個比特周期的差分群時延。

光交換網(wǎng)： 
    Bell實驗室的研究者報導了其面向100Gb以太光網(wǎng)絡應用的高譜效率光分組交換網(wǎng)。實驗網(wǎng)絡框架主要由三部分構成：第一部分是可調(diào)數(shù)據(jù)包發(fā)射器，主要由多段DBR激光器和光多進制分組調(diào)制平臺兩部分組成。其激光器部分能夠以100GHz間隔實現(xiàn)40nm大范圍波長的調(diào)節(jié)，兩波長切換時間間隔低于50ns。而調(diào)制平臺則首先對激光發(fā)射門限時間進行編程控制，獲得13.375Gb/s的分組發(fā)射，之后經(jīng)過多次電子復用，達到107Gb/s的發(fā)射，最后再使用MZ調(diào)制器將電子數(shù)據(jù)包轉換為光多進制碼；第二部分是波長路由器，由一100GHz頻帶間隔的40×40AWG構成，這個環(huán)節(jié)還具有信噪比監(jiān)控等模塊。此外該部分還使用了種子注入式的光均衡器，以補償使用窄帶AWG帶來的嚴重濾波效應；最后一部分是接收器，其使用由發(fā)射端來的時鐘信號作同步，首先仍使用電子的時分解復用器將信號速率解分為每路13.375Gb/s，再進行處理。經(jīng)測試作者的系統(tǒng)能達到4Tb/s的總傳輸容量，光譜效率也達到1bit/s/Hz。 

光收發(fā)系統(tǒng); 
    Bell實驗室的研究者實驗研究了在接收端使用基于最大似然估計（MLSE）接收器的效果。比起通常的直接域值探測，采用MLSE算法可以有效抑制色散的影響。此外在光網(wǎng)絡里使用了窄帶光濾波器后，窄帶濾波效應會產(chǎn)生一個10-3的噪聲平臺，提高誤碼率。作者證明使用MLSE后，通過適當算法處理，也可有效消除這個噪聲平臺，進而消除使用窄帶濾波器帶來的探測副作用。

    此外意大利的研究者也認為使用MLSE的接收器能夠實現(xiàn)長距離無色散補償?shù)耐ㄓ�，然而作者認為該算法使用處理器的復雜度會隨著傳輸距離增加呈指數(shù)型增長，這會增加成本，不利于長距離通訊。這里作者將微波通訊常使用的M方法做了改進，代替MLSE對探測信號做處理，證明操作比MLSE更簡單，且?guī)缀鯖]有額外功耗。