無源波分復(fù)用器（WDM-PON）是擴大光纖傳輸容量、提高速率的主要途徑；據(jù)相關(guān)單位數(shù)據(jù)顯示，隨著5G時代的來臨，2018年全球光器件市場規(guī)模將達(dá)到100億美元，2020年有望達(dá)到123億美元，其中，波分設(shè)備市場規(guī)模約800到850億，預(yù)計未來三年內(nèi)的增速維持在30%到50%之間，整體產(chǎn)業(yè)前景十分廣闊。
2017年以來，國際上的運營商把WDM-PON技術(shù)作為5G前傳的重點方案進(jìn)行研究，那么WDM-PON是什么技術(shù)呢？應(yīng)用于什么樣的場景呢？
一、5G前傳的建設(shè)難點
WDM-PON技術(shù)用于5G的前傳領(lǐng)域，5G前傳受限于光纖資源不足、基站數(shù)量龐大、成本敏感度高等因素，一直是令運營商們頗為為難的話題。由于不太愿意花更多資金重新布設(shè)光纖，當(dāng)前運營商解決問題的總體原則是：光纖直驅(qū)為主，光纖不足的區(qū)域引入WDM波分復(fù)用技術(shù)來彌補。
（圖片來自《5G承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)方案白皮書》）
光纖資源豐富的區(qū)域采用25G單纖雙向（BiDi）光模塊，可節(jié)約50%的光纖資源；光纖稀缺區(qū)域采用點到點有源WDM/OTN方案；而光纖極度稀缺的場景采用點到多點的WDM環(huán)形結(jié)構(gòu)。
WDM技術(shù)作為5G前傳方案的重要補充，其基本思路是節(jié)約光纖，具體實現(xiàn)形態(tài)包括無源WDM、有源WDM/M-OTN和WDM PON三種：
來自Gigalight內(nèi)部PPT
1、無源WDM方案將彩光模塊安裝在無線側(cè)AAU和DU設(shè)備上，通過外置的無源合/分波板卡或設(shè)備完成WDM功能，成本較低，但是維護(hù)管理功能弱；
2、有源WDM/M-OTN方案將AAU和DU連接到WDM/M-OTN設(shè)備上，可調(diào)諧（Tunable）光模塊應(yīng)運而生；
3、WDM PON方案延續(xù)FTTx點到多點組網(wǎng)拓?fù)?，AAU接入ONU終端設(shè)備或模塊化ONU（SFP+模塊），DU連接到局端OLT設(shè)備，從而可最大幅度地節(jié)省接入主干層光纖資源。
二、什么是WDM-PON技術(shù)？
PON技術(shù)是解決接入網(wǎng)“最后一公里”、實現(xiàn)FTTx的最具吸引力的技術(shù)。目前光纖接入網(wǎng)主要采用的是EPON或GPON，上下行均工作在單一波長，各用戶通過時分的方式進(jìn)行傳輸，這種在單一波長上為每用戶分配時間片的機制，既限制了每用戶的可用帶寬，又大大浪費了光纖自身的可用帶寬。
而WDM-PON是一種采用波分復(fù)用技術(shù)、點對點的無源光網(wǎng)絡(luò)，可以將用戶接入寬帶增加數(shù)倍乃至數(shù)十倍，滿足用戶的終極需求。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組織開始關(guān)注WDM-PON在5G前傳的應(yīng)用，特別是單波25G速率的WDM-PON系統(tǒng)，將在5G前傳的整體解決方案中發(fā)揮重要作用。
典型的WDM-PON由三部分組成：光線路終端（OLT）、光波長分配網(wǎng)絡(luò)（OWDN）和光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）。
OLT是局端設(shè)備，包括光波分復(fù)用器/解復(fù)用器（OMUX/ODEMUX），一般具有控制、交換、管理等功能，局端的OMUX和ODEMUX在物理上與OLT設(shè)備是可以分離的。
OWDN是指位于OLT與ONU之間，實現(xiàn)按波長分配的網(wǎng)絡(luò)，物理鏈路上包括饋線光纖和無源遠(yuǎn)端節(jié)點（PRN，Passive Remote Node）。PRN中包含了熱不敏感的陣列波導(dǎo)光柵（AAWG，Athermal Arrayed Waveguide Grating），AAWG是波長不敏感無源光器件，完成光波長復(fù)用、解復(fù)用功能。
ONU放置在用戶終端，是用戶側(cè)的光終端設(shè)備。
WDM-PON技術(shù)可以使系統(tǒng)擁有更長的傳輸距離、更高的傳輸效率、更高的帶寬，并且具有安全性、業(yè)務(wù)透明性、易維護(hù)性，從而成為5G前傳方案的重要補充。
三、WDM-PON解決方案
在WDM-PON系統(tǒng)中，多個不同波長同時工作，因此最直接的WDM-PON方案是OLT中有多個不同波長的光源，每個ONU也使用特定波長的光源，各點對點連接都按預(yù)先設(shè)計的波長進(jìn)行配置和工作。如果波長數(shù)越多，需要的光源種類也越多，帶來嚴(yán)重的倉儲問題，這對ONU尤其突出。由于存在嚴(yán)重的ONU倉儲問題，固定光源的解決方案難以應(yīng)用于商用WDM-PON系統(tǒng)，因此使用無色ONU已基本成為當(dāng)前WDM-PON相關(guān)研究的共識，基于無色ONU的技術(shù)方案是WDM-PON系統(tǒng)的主流。無色ONU的實現(xiàn)技術(shù)根據(jù)使用的器件不同可分為可調(diào)激光器、寬譜光源和無光源三類。
1、 可調(diào)激光器是使用波長可調(diào)的激光器使ONU可以工作在不同的波長，可調(diào)激光器也工作在特定波長，但可通過輔助手段對波長進(jìn)行調(diào)諧，如電調(diào)諧、溫度調(diào)諧和機械調(diào)諧，這樣在系統(tǒng)中可使用同樣的激光器以產(chǎn)生不同的工作波長。但是可調(diào)激光器比傳統(tǒng)PON系統(tǒng)中使用的激光器更為復(fù)雜，價格也較為高昂，因此在目前的WDM-PON系統(tǒng)中一般不采用。
2、第二種方案是在ONU中放置一個寬譜光源，發(fā)出的光從ONU出來之后，再接一個WDM設(shè)備，比如薄膜濾波器或者AWG，對信號進(jìn)行頻譜分割，只允許特定的波長部分通過并傳輸?shù)轿挥谥行木值腛LT。這樣各個ONU具有相同的光源，但由于它們接在WDM合波器的不同端口上，從而可為每個通道生成單獨的波長信號。
在采用寬譜光源的WDM-PON系統(tǒng)中，光源發(fā)出的光中只有很窄的一部分譜線被用作承載上行信號，而其他大量的能量都被浪費了，因此需要光源提供足夠的光功率。此外，頻譜分割會引起較大的線性串?dāng)_，限制了系統(tǒng)的動態(tài)范圍，需要適當(dāng)?shù)剡x擇復(fù)用器和解復(fù)用器的通帶譜寬以及信道間隔。
3、還有一種方案是在ONU處無光源，系統(tǒng)中的所有光源都置于OLT處，并通過AWG進(jìn)行頻譜分割后向ONU提供特定波長的光信號，而ONU直接對此光信號進(jìn)行調(diào)制，以產(chǎn)生上行信號。根據(jù)上行信號的路徑，這類方案也稱為基于反射的無色ONU實現(xiàn)方案，在這種實現(xiàn)方案中，寬譜光源發(fā)出的光經(jīng)AWG分波后提供給不同的ONU作為上行光源，因此沒有光信號的浪費。
四、無源波分復(fù)用設(shè)備：5G OMUX & AAWG
WDM-PON最大的特點在于ODN中不含有任何有源電子器件及電子電源，全都由光分路器（Splitter）等無源器件組成，而實現(xiàn)波分復(fù)用功能的關(guān)鍵設(shè)備就是OMUX和AAWG。
同樣作為無源波分服用的設(shè)備，兩者的工作原理不盡相同。
AWG是一種由很多波導(dǎo)組成的陣列形式的光柵，能實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)中多波長信道的互聯(lián)、交換、回路等。從Fiber出來的高斯光束到達(dá)自由空間（空氣中），發(fā)散的很快，耦合損耗也很大，在光柵的基礎(chǔ)上人們又加入了準(zhǔn)直lens和聚焦微透鏡。后來人們發(fā)現(xiàn)這種方案不夠穩(wěn)定、可靠性有風(fēng)險，并且不利于小型化的集成，人們又進(jìn)一步地在結(jié)構(gòu)上做了簡化，形成了如下圖的結(jié)構(gòu)。
來自Gigalight內(nèi)部PPT
而AAWG是AWG的無熱版本（對溫度不敏感），無需外置電路控制。多個波長經(jīng)AAWG匯聚后分到分支光纖傳輸，可節(jié)省大量主干光纖資源。
OMUX采用的是薄膜濾波器（TFF）工藝，運用的是在基片上鍍膜的原理，每個鍍膜片上直通某一路波長的光，反射其余波長的光。
這兩者的優(yōu)缺點比較：
1、AAWG采用波段工藝設(shè)計，優(yōu)勢是客戶可使用32個以上通道，插損和一致性較好，成本也比OMUX低，劣勢在于不適合低通道，且通道變換的靈活性不強。
2、OMUX采用TFF工藝，客戶需求通道靈活性強，可以任意選擇通道組合；弊端在于采用器件串接工藝，級聯(lián)通道數(shù)越多，IL的鏈路損耗和一致性差，一般用于32通道以下。
OMUX和AAWG作為無源波分設(shè)備，在5G承載網(wǎng)的WDM-PON架構(gòu)中發(fā)揮著重要作用，當(dāng)前基于新材料的開發(fā)以及新專利的出現(xiàn)，還將進(jìn)一步推動無源市場的發(fā)展。
五、小結(jié)：
5G前傳的大帶寬需求，帶動傳輸網(wǎng)的大接口需求，同時隨著eCPRI新的前傳接口的定義，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)為支持DU、CU池化的新型架構(gòu)，對無線接入和5G承載提出了新的機遇和挑戰(zhàn)。WDM-PON技術(shù)很好地解決了傳輸效率、帶寬以及成本問題，并且為實現(xiàn)固移結(jié)合提供了有力的支撐。易飛揚（Gigalight）推出的應(yīng)用于5G的OMUX以及50GHz的AAWG等無源器件，充分結(jié)合了光模塊產(chǎn)線的優(yōu)勢，完美補充了5G前傳的整體解決方案。