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无源光网络中的多址接入

       下面主要介绍无源光网络(PON)系统设计中的多址接入技术和双向传输技术。
1. 多址接入技术
       在PON中,OLT至ONU的下行信号的传输过程较为简单,通常OLT采用时分复用(TDM)方式将送往各个ONU的信号复用后送往馈线光纤,由光分路器以广播形式送出,各个ONU收到信号后分别取出属于自己的信息。但是各个ONU至OLT的上行信号的传输过程较为复杂,需要采用多址技术来解决上行信道的竞争问题。下面着重讨论各种多址接入技术。
无源光网络
(1) 时分多址(TDMA)
       时分多址接入的工作原理是将上行传输时间分为若干时隙.在每一个时隙内只允许一个ONU以分组形式向OLT发送分组信息,各个ONU要严格按照OLT规定的顺序依次向上游发送,如图14所示。由于各个ONU与OLT之间的距离各不相同,因此在上行传输时,必须解决以下两个关键技术问题。 
TDMA工作原理示意图
图14  TDMA工作原理示意图
相位问题
       由图11.14可知,为了防止各个ONU向OLT发送的信号在光分路器(POS)处出现碰撞,OLT必须在测定它与ONU距离(即测距)的基础上对ONU进行严格的发送定时。各个ONU的定时信号是从OLT发送的下行信号中提取出来的,因此在频率上可以实现同步。但是由于传输距离的不同,造成各个ONU的上行信号到达OLT时相位并不完全一致,因此在OLT端必须具备快速比特同步电路,即在到达的每一个分组信号的开始几个比特信号时间内就要迅速建立同步。
幅度问题
       由于各个ONU与OLT之间的距离各不相同,它们各自的分组信号到达OLT时不仅相位不一致,幅度也存在着不同程度的差异,因此在OLT端不能釆用判决门限固定的常规光接收机,只能采用突发模式的光接收机,即根据到达的每一个分组信号的开始几个比特信号的幅度大小迅速建立合理的判决门限,以正确还原岀该分组信号。
TDMA方式所用器件简单、技术相对成熟,但在实际组网时,必须具备完善的测距手段、快速比特同步能力以及突发模式的光接收技术才能真正实用化,这也使得其电路实现部分相当复杂。另外,这种方式还存在着上行速率低、升级困难等缺点。
(2)波分多址(WDMA)
       波分多址接入的工作原理是采用波分复用技术,将各个ONU的上行传输信号分别调制为不同波长的光信号,送至OBD后耦合到馈线光纤,到达OLT端后利用WDM器件取出属于各个ONU的光信号,再经过工作于相应波长的光探测器(PD)转换为电信号,如图15所示。
WDMA工作原理示意图
图15  WDMA工作原理示意图
       WDMA充分利用了光纤的低损耗波长窗口,每个上行通道完全透明,能够以不同方式支持不同业务的传输,而且扩容和升级方便。它的主要缺点是对光源的波长稳定度要求较高,上行通道数有限,各ONU只能共享光纤线路而不能共享OLT光设备,成本较高等。
(3)副载波多址(SCMA)
       副载波多址接入的工作原理是在电域内将各个()NU的上行信号调制到不同频率的射频波/微波(副载波)上,再用已调副载波去分别调制各ONU的激光器(波长相同),已调光信号经OBD合路后经光纤传输到OLT。在OLT端首先经PD转换为电信号,然后通过不同的滤波器和鉴相器还原出各ONU的上行信号,如图16所示。
     SCMA工作原理示意图
图16   SCMA工作原理示意图
       SCMA主要利用成熟的射频/微波技术,具有器件简单、信道独立、易于升级和经济性好等优点,但是当OLT接收到的相邻信道的信号功率由于传输距离因素而相差很大时,容易引起严重的相邻信道干扰,影响系统性能。
(4)码分多址(CDMA)
        码分多址接入的工作原理是给每一个ONU分配一个多址码,各个ONU首先将自己的上行信号与多址码进行模二加,然后去调制具有相同波长的激光器,经OBD合路后传输到OLT。在OLT端经过PD、放大器和模二加等电路后还原出各ONU的上行信号,如图17所示。
CDMA工作原理示意图
图17   CDMA工作原理示意图
       CDMA方式具有用户地址分配灵活、抗干扰能力强、保密性好、接入灵活等优点;其主要缺陷是系统容量受限,频谱利用率较低。