摘要
随着云计算、云存储、4K、8K、虚拟现实等新业务需求的快速发展，用户带宽以每年近两倍的速度增长，促使现有PON接入技术从EPON、GPON向10G PON不断升级，以适应更高的带宽和技术要求。基于点对多点拓扑结构的PON网络是目前主流的宽带接入技术，已经开始从EPON和GPON向10G PON发展。然而，10G PON等高速PON技术对接入带宽的要求不断提高，而单纯采用 "衰落模型 "的ODN网络规划思路将难以适应高速PON技术的需要，特别是光纤链路的累积色散给现有ODN网络的规划和部署带来新的挑战。例如，25G/100G-PON系统的波长选择主要考虑光纤色散、光纤损耗、与现有PON系统的兼容性、光器件的成本、技术实现的复杂性等几个因素。鉴于上述高速PON技术的发展，原来基于 "耗散模型 "部署ODN网络的规划思路进行了调整，以更好地适应未来业务发展的趋势。
本文分析了10G PON和25G PON技术，讨论和探讨了与光纤链路色散影响相关的ODN网络规划关键技术，并以10Gb/s和20Gb/s PTN技术为例，分析了ODN光纤链路色散对后续高速PON规划和部署的影响，得出25Gb/s速率下光纤链路色散的累积影响。其色散影响与25Gb/s速率下的光纤链路影响相当，为本地接入层的ODN网络规划提供参考。
高速PON ODN网络规划关键技术
现状分析
接入网的PON技术升级速度快、规模大、投资高。高性能和低成本一直是决定接入网PON技术发展的关键因素。尤其是光器件的成本占比很高，所以是接入网技术升级需要考虑的重中之重。目前E/GPON和10G-PON的光器件产业链已经成熟，而10G PON之后的25G/40G光器件具有技术密集、成本高的特点。考虑到产业链的成熟度和关键器件的制造成本，以10G PON为例，目前采用OOK直接调制作为主流编码技术，其中单波长的25G EPON，采用NRZ技术是近期标准组织讨论的主要技术方向。从目前10G PON的技术演进和应用来看，下一代无源光网络（NG-PON）的演进发展路径主要分为以下两个阶段。首先是10G EPON系统的升级。其成本相对合理，可以在短时间内部署（如图1所示）。第二是各种设备技术的成熟可以将WDM-PON的成本控制在一个可接受的范围内。10G EPON将被WDM-PON取代，成为NGPON技术（下一代无源光网络）的替代技术。然而，承载10GPON的ODN网络主要考虑的仍然是PON端口和ONU之间光纤链路的总衰减，并没有考虑ODN网络的光路累积色散。
图1. 10G PON网络的原理图
伴随着10G PON向25G PON的逐步演进，光信号的脉冲码率不断提高，受ODN网络的光纤色散影响更加明显，如图2所示。
考虑到10G PON之后PON技术的演进，主要有两种方式，一种是单波长速率提升，波特率从10G到25G/40G等。另一种是利用多波长叠加，每个波长承载的速率是10G/25Gb/s，利用多波长叠加达到40G/80G/100G或更高的速率。根据工程设计中对于使用C波段PON技术时色散受限的计算公式：传输距离的计算公式为当入户光纤功率为+1dBm。
图2. ODN网络简图
其中L为光纤链路长度（km），D为光纤色散值，B为光信号码率。采用接入网中常用的G.652光纤的参数。采用强度调制技术得到10Gb/s和25Gb/s速率情况下ODN网络的光纤链路对高速PON技术的影响（C波段不同波长下的传输距离），如图3所示。
图3. 色散对10Gb/s和25Gb/s速率下ODN网络的光纤链路的影响
根据结果可以看出，在10Gb/s和25Gb/s速率下，多波长叠加的色散对ODN网络的光纤链路有逐渐显著的影响。25Gb/s允许的最大理论值约为7.5km，10Gb/s允许的最大理论值约为47km。随着光信号脉冲速率的增加，ODN网络中光纤链路的累积色散对高速PON技术有很大的影响，特别是在25Gb/s的速率下，这与目前衰减模型计算出的保守光纤链路值接近。因此，可以初步断定，在更高速度的需求驱动下，特别是WDM-PON技术，使用更好的光信号调制技术来抵抗ODN网络中的光纤链路色散将是后续的关键研究技术之一。
总结
通过对使用光纤CD的WDM-PON传输距离的分析，得到了在不同接入速率的多波长堆叠条件下，光纤CD对WDM-PON建设中光纤链路长度的影响。通过分析也可以看出，对于接入速率大于10Gb/s的无色散补偿光纤的PON，应将光纤CD作为主要限制因素，充分考虑光纤残余色散的影响，满足WDM-PON中不同波长的要求。因此，在规划高速WDM-PON时，应事先对现有ODN网络进行充分评估，如利用服务区的内容再继续绘制小微网格区域，将OLT部署室或汇流箱的OLT设备叠加到接入点上，对于新建ODN网络应充分考虑光纤链路色散对后续高速PON的影响。
