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在光接入技术领域，无源光网络（PON）无疑是话题最多，也是最受系统开发商推崇的技术。大家知道目前商用的PON以EPON和GPON为主，实际系统又以EPON居多，事实上真正的GPON系统并不多见。随着IPTV、HDTV、双向视频、数字家庭娱乐等多元化业务的发展，现有PON的容量已日显捉襟见肘。随之下一代PON（NG-PON）的开发和商用开始被系统开发商提上技术储备日程。关于这方面的技术研究和预测很多。这里我想就我自己的知识背景和研发经验，对NG-PON的发展步骤，和每一步非常有潜力的技术做一些预测和总结分析。
就NG-PON，综合现有商用系统和潜力技术两方面综合考虑，其发展趋势大致分为三个步骤，可以将其归纳为EPON/GPON无缝升级（NG1）、WDM-PON（NG2）和超高速超大容量PON（NG3）。以爱立信为例，其希望能在2010年推出10Gb/s的NG1系统，在2015年推出至少40Gb/s的NG2系统。而NG3目前更多的是停留在实验原理研究阶段。
如果我们将现有PON的技术起点定在EPON/GPON，以GPON为例，能提供2.5Gb/s的下行传输和1.25Gb/s的上行传输。就NG1而言，其概念要点在于成本考虑，即我们不希望对现有EPON、GPON网络做太多的改变，希望通过平滑的技术升级，在不影响已有服务的情况下，对系统做升级，支持具有更高容量需求的新业务。通常这种升级希望下行至少实现10Gb/s的容量，上行至少实现2.5Gb/s的传输。就这一步，我将重点分析潜在的“无缝”升级技术，目标是对已存在的EPON/GPON用户接入不产生任何影响情况下，实现最低成本的系统升级。此外，我将重点介绍在这一步里非常具有应用潜力的两项技术，光学双二进制调制和电子色散补偿。
就NG2，通常指的是容量超过40Gb/s的系统。我们知道时分复用（TDM）在这个容量要求上已经无能为力。但就这一步而言，究竟采用何种技术还没有定论，在没有更好替代技术前提下，无疑WDM-PON会被提上应用日程。我们知道WDM-PON原理上有数不清的优势，但之所以这些年来，被开发商和运营商冷遇，原因在于其高昂的成本。要让其走向实用化，如何有效降低成本是关键。也许有朋友已经获悉，今年爱立信刚从欧盟拉到一个数额庞大的资助项目，并成立了一个名为GigaWaM的小组，专门致力于WDM-PON成本降低的研究。欧洲力图重点攻关，解决WDM-PON推广的最大瓶颈——价格。就我所知，除了爱立信，欧洲还有Tellabs Inc., France Telecom SA, Intracom Holdings S.A., FiconTEC GmbH等公司或机构正开展着相似的工作。因此在这一步里，我将重点分析降低WDM-PON成本的关键技术。
就NG3，目标锁定在几百Gb/s，甚至Tb/s的超高速，超大容量系统。这似乎离眼前的市场需求相去甚远。但技术的开拓是永无止境的，很多知名公司的预研部门，如NTT、Bell实验室等都开展着相关研究。在这一步里，我将就现有提出的，对超高速，超大容量的NG3系统应用最具潜力的三项技术，偏振复用、DQPSK调制和相干检测做概括介绍。并重点揭示这些技术结合使用的集团性优势。
一、对EPON/GPON的无缝升级（smooth update）：
就NG1而言，前面已经提到了，开发原则归纳为两个字，就是兼容。即开发的10Gb/s的新系统只能是对现有EPON/GPON的升级，让新系统同时支持已有EPON/GPON的用户和新购买更大带宽的新用户。以下行GPON为例，就是要让系统同时传输2.5Gb/s的老服务和10Gb/s以上的新服务，且要求两者互不干扰。即升级指导思想是两个，一是平滑，二是低成本。要做到平滑的无缝升级，就不可能对现有系统的传输骨干网做任何改动，而只能在收发端略作调整。
图1. NG1的构成示意图
图1是爱立信的NG1传输网络示意图，其符合我们上述描述的应用模式，让骨干网里同时传输两种服务模式。爱立信这里并没有直接告诉我们如何实现这种无缝对接。但已有很多技术性论文阐述了这一点。如果要把图1的模式现实化，最容易想到是把图中的Co-exister用一个WDM器取代，即采用波分复用，使用两个不同的波长来传输两种不同的服务。但简单的这样做，会带来很多麻烦。最直接的问题是在ONU端，新旧用户通过分束器都会接收到两种业务，如何区分开呢，通常我们必须要在每个ONU前加一个粗解复用器。这对用户数量巨大的局域网，显然不是一个经济性的解决方案。换个角度，我们所期望的无缝升级就是不对已存在的ONU做任何改进，而只对新服务使用的那些ONU做一些小的客户端升级，让其享受更新的带宽服务。类似的实现方式也有不少，比较典型的是图2所示，Bell实验室的一个方案。
图2. Bell实验室建议的NG1方案
图中可以看到，该计划仍使用四个波长，两个支持原EPON/GPON服务上下行传输，另两个支持新的10Gb/s服务上下行传输。而在下行方向上，新服务使用略大的波长做载波。在OLT，新老服务被独立调制后经过一个波分复用器复用到骨干网传输。这里有特色的是新服务信号的调制方式，可以从图2看到，新服务没有被调制在载波基带上，而被调制在边带上。而老服务信号采用正常的调制方式。在ONU端，我们知道每个ONU的构成上，通常都含有一个电子的低通滤波器（LPF）。因此在信号被探测后，在电子域，对老的那些ONU，可以容易的通过LPF滤除加载新服务的那些边带信号（近似于噪声的影响）。而享用新服务的那些ONU则需要一个CWDM器来区分两个波长信号。从图2可看到，采用这样的技术策略，对原有老用户，没有做任何改动，却避免了来自新服务的串扰影响。而对新用户，则需要使用一个2×1的粗波分复用器，这样的器件，采用光纤熔融拉锥工艺，单个成本通常在几十块钱以内。
总结来看，NG1将仍使用时分复用模式，如何对现有系统做最小改动，实现最大兼容才是关键。而新服务毕竟具有更高传输速率，特别对超过10Gb/s的系统，色散成为影响信号质量的最关键系统损伤因素。如何有效维持数据在原有系统里稳定传输，抑制串扰呢？显然，我们在前述的技术框架下，只能对新服务的OLT和ONU做适当改进。我认为，以下两种技术非常适合NG1支持高比特率新服务应用：
1.光学双二进制调制： 如图3所示
图3. 光学双二进制调制原理示意图
通常的强度调制，以两个不同的强度阶表示数字信号的“1”和“0”。所谓光学双二进制调制最直观的想法是在“1”和“0”间引入一个新的强度阶“0.5”，这样频谱利用效率便得到加倍。但显然这样的三阶强度调制会给信号检测带来压力，对探测器要求大大提高，不是经济的选择。因此通常所说的光学双二进制调制是指图3最右边所示，仍使用两个强度阶来表示“1”和“0”，但使用两个不同的相位“0”和“π”来产生“1”和“-1”，实现类似的三个阶。具体到实现方式上，就是先对信号进行一次OOK强度调制，再进行一次相位调制，产生AM-PSK这样的强度-相位混合调制。
为什么建议进行光学双二进制调制呢？原因有两个，其一自然是频谱利用效率得到翻倍，但这只是次要原因；其二是该格式的色散公差比起单纯的强度调制得到翻倍，这才是该技术受到瞩目的关键所在。通常的光学双二进制调制能达到±600 ps/nm的色散公差，这对大多数城域接入都足够了，不必再使用很多价格昂贵的色散补偿光纤。
图4. 不同调制格式下的信号谱宽比较
通常存在这样一个经验关系，信号传输的色散公差与其谱宽的平方成正比。图4比较了几种常见信号调制格式的谱宽，可见到红线所示的光学双二进制调制具有最窄的线宽，这说明其天然具有良好的色散抵御力，甚至好于我们常提到的DPSK格式。
2.电子色散补偿（EDC）：
前面提到的光学双二进制是从调制上来对色散的影响打了一个预防针。但对长距离传输，色散的累积影响，不可避免的会恶化高速信号质量，导致误码。这就需要对色散进行补偿。前面说了对NG1，补偿只能发生在新客户的ONU端。这里我推荐的是EDC，电子色散补偿。但对该技术，一直以来都是富有争议的话题。很多公司推崇具有强大补偿能力的光学色散补偿方法，例如具有很多相关成品的Civcom和TeraXion公司。而另一派则推崇灵活且廉价的EDC技术，比如AMCC、Broadcom 和Scintera等公司，都有成熟的EDC模块，可以与探测器直接集成使用。从我的角度，我更推荐使用EDC技术，特别是对NG1应用，毕竟提倡的概念是升级，当然成本是最重要的考量因素。更何况，EDC的补偿力也并不弱。且其实现起来非常灵活，信号经过探测器转换为电信号后，经过一个DSP模块，以数据图像处理的方式，滤除色散影响，恢复出传输信号。简单又实用。
