PON網(wǎng)絡(luò)中視頻業(yè)務(wù)傳送過(guò)程中的拉曼串?dāng)_

2019-11-04 22:45:47

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供稿：網(wǎng)友

　　1、前言
　　G.983系列標(biāo)準(zhǔn)描述了一類(lèi)PON網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)基于波分雙工和時(shí)分復(fù)用技術(shù)[1]。通常人們稱(chēng)這些網(wǎng)絡(luò)為寬帶PON（即BPON），BPON具備數(shù)字傳輸?shù)哪芰Γ俾蕪?55Mb/s到1244Mb/s不等。這些網(wǎng)絡(luò)是第一種被定義為專(zhuān)業(yè)數(shù)字式的網(wǎng)絡(luò)，具有兩個(gè)波長(zhǎng)：1310nm用于上行鏈路，1550nm用于下行鏈路。
　　
　　自從基本的G.983.1系統(tǒng)問(wèn)世以來(lái)，人們?cè)絹?lái)越明白視頻覆蓋業(yè)務(wù)將成為一種頗有價(jià)值的業(yè)務(wù)。由于視頻業(yè)務(wù)從傳統(tǒng)意義來(lái)說(shuō)是一種廣播業(yè)務(wù)，因此為PON系統(tǒng)增加一個(gè)廣播通道就顯得非常實(shí)用和便利。后來(lái)的G.983.3標(biāo)準(zhǔn)決定使用WDM技術(shù)[2]，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）公布的G.986.3建議提出了通過(guò)波長(zhǎng)分配提高服務(wù)能力的寬帶接入系統(tǒng)（參看圖1）。這個(gè)建議指定1490nm波長(zhǎng)用于下行的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)，1550nm波長(zhǎng)用于下行的視頻信號(hào)，1310nm用于上行的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)。下行數(shù)字發(fā)射波長(zhǎng)范圍一般是很窄的，從最初的100nm寬變成更小的20nm寬，中心波長(zhǎng)為1490nm，而上行波長(zhǎng)范圍依然在以1310 nm為中心的100nm區(qū)域內(nèi)。
　　
　　新的波長(zhǎng)分配方案提出了一對(duì)被稱(chēng)為“增加帶寬”的應(yīng)用，包括密集波分復(fù)用（DWDM）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)覆蓋業(yè)務(wù)，以及一種廣播視頻覆蓋業(yè)務(wù)。利用波長(zhǎng)來(lái)完成所承載視頻業(yè)務(wù)的傳播，然而，這種標(biāo)準(zhǔn)（G.983.3）并沒(méi)有規(guī)定精確的波長(zhǎng)、功率電平以及信號(hào)模式。因此，這等于說(shuō)由系統(tǒng)供給商來(lái)定義視頻業(yè)務(wù)傳送時(shí)的信號(hào)參數(shù)。
　　　 PON網(wǎng)絡(luò)中視頻業(yè)務(wù)傳送過(guò)程中的拉曼串?dāng)_（圖一）

PON網(wǎng)絡(luò)中視頻業(yè)務(wù)傳送過(guò)程中的拉曼串?dāng)_（圖一）

　　綜合各方面因素的考慮，波長(zhǎng)分配方案是最好的。許多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和器件制造商已經(jīng)接受了ITU的G.983.3建議。因此，今天許多光纖網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商都正在安裝這種系統(tǒng)，這些系統(tǒng)由光線路終端（OLT）、光網(wǎng)絡(luò)終端（ONT）、WDM耦合器和1×N分波器組成（圖1）。
　　
　　G.983.3方案中的“增加帶寬”處于EDFA從1530nm到1560nm通帶區(qū)域內(nèi)，這就答應(yīng)使用廉價(jià)的放大器來(lái)覆蓋波長(zhǎng)，這對(duì)視頻傳輸?shù)膱?chǎng)合而言就顯得尤為重要。不僅如此，G.983.3標(biāo)準(zhǔn)也可以在B-PON下行波長(zhǎng)和覆蓋波長(zhǎng)之間形成一條很寬的保護(hù)波段，從而使濾波隔離地更輕易些。
　　
　　無(wú)論如何，任何波長(zhǎng)分配計(jì)劃都會(huì)在150nm范圍內(nèi)放置2個(gè)下行波長(zhǎng)，這樣互相之間就產(chǎn)生了拉曼效應(yīng)。作為G.983.3系統(tǒng)里的一個(gè)事實(shí)，我們將分析這種效應(yīng)對(duì)PON系統(tǒng)的實(shí)際影響到底如何？
　　
　　2、理論
　　G.983.3系統(tǒng)中的情形是這樣的：數(shù)字信號(hào)（1490nm波長(zhǎng)，功率大約為0 dBm）扮演著模擬視頻信號(hào)波長(zhǎng)（C波段波長(zhǎng)，功率大約為17 dBm）的拉曼泵浦的角色。這種效應(yīng)已經(jīng)由Phillips [3]用公式表示出來(lái)。其要害結(jié)果串?dāng)_率（CCR）由公式一表示。由于拉曼效應(yīng)具有低通（low-pass）特性，因此越低的視頻通道性能降級(jí)地就越厲害。
　　　 PON網(wǎng)絡(luò)中視頻業(yè)務(wù)傳送過(guò)程中的拉曼串?dāng)_（圖二）

PON網(wǎng)絡(luò)中視頻業(yè)務(wù)傳送過(guò)程中的拉曼串?dāng)_（圖二）

　　從表一我們可以看到具體參數(shù)定義。起源于一個(gè)NRZ信號(hào)光譜的數(shù)字信號(hào)有效調(diào)制指數(shù)mint表示為：
　　　 PON網(wǎng)絡(luò)中視頻業(yè)務(wù)傳送過(guò)程中的拉曼串?dāng)_（圖三）

　　應(yīng)該要說(shuō)明的是公式2是近似的表述，而不是完全相同的表述。在這里，公式2發(fā)現(xiàn)調(diào)制指數(shù)mint通過(guò)一個(gè) 因子被夸大，因此也就過(guò)高地估計(jì)（overestimates）了CCR數(shù)值（達(dá)到5dB）。這可以通過(guò)計(jì)算總的數(shù)字信號(hào)功率來(lái)證實(shí)上述推斷。我們也因此證實(shí)我們的公式2是正確的，在以下的計(jì)算里我們將采用這個(gè)公式。表一提供了所有使用過(guò)的參數(shù)值。
　　
　　表一：完整的參數(shù)列表
　　　 PON網(wǎng)絡(luò)中視頻業(yè)務(wù)傳送過(guò)程中的拉曼串?dāng)_（圖四）

PON網(wǎng)絡(luò)中視頻業(yè)務(wù)傳送過(guò)程中的拉曼串?dāng)_（圖四）

　　通過(guò)給予的這些參數(shù)，我們可以計(jì)算出給模擬視頻信號(hào)造成的所有CNR劣化。理解CNR與鏈路距離之間的關(guān)系是十分重要的，因?yàn)闊o(wú)論是接收功率還是拉曼干涉都與距離有很大關(guān)系。相關(guān)結(jié)果顯示在圖2中。在這里，損耗誘導(dǎo)降級(jí)與拉曼誘導(dǎo)降級(jí)（degradation）之間達(dá)到了一種平衡。圖中顯示，CNR曲線在感愛(ài)好的距離上都比較平坦，可以預(yù)期對(duì)業(yè)務(wù)的影響是比較小的。
　　　 PON網(wǎng)絡(luò)中視頻業(yè)務(wù)傳送過(guò)程中的拉曼串?dāng)_（圖五）

PON網(wǎng)絡(luò)中視頻業(yè)務(wù)傳送過(guò)程中的拉曼串?dāng)_（圖五）

　　在那些需要額外盈余（margin）的地方，有一種非常簡(jiǎn)單的方法來(lái)減少拉曼效應(yīng)所帶來(lái)的影響。由于拉曼影響僅存在低通道領(lǐng)域，因此增加這些通道的調(diào)制指數(shù)就可以擺脫拉曼效應(yīng)的影響。
　　
　　在北美地區(qū)，只有通道2到6（channels 2 through 6）屬于低波段區(qū)域，通道7（channel 7）高于108MHz，比通道2高兩倍。因此通道7和更高的通道都不受拉曼干涉的影響。
　　
　　3. 試驗(yàn)
　　G.983.3覆蓋系統(tǒng)的性能已經(jīng)通過(guò)一個(gè)商用三工器（triplexer）在實(shí)驗(yàn)室得到驗(yàn)證。視頻發(fā)射機(jī)包含了一個(gè)能產(chǎn)生82個(gè)模擬通道的矩陣發(fā)生器，一個(gè)摩托羅拉GX2外調(diào)制1550nm發(fā)射機(jī)和一個(gè)EDFA放大器。數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)是采用了量子橋（編者注：該公司已經(jīng)被摩托羅拉收購(gòu)）QB5000 OLT (NRZ 622 Mb/s)中的1490nm下行發(fā)射機(jī)代替。這兩個(gè)發(fā)射機(jī)都通過(guò)衰減器來(lái)將其輸出功率控制在要求水平，接著再耦合進(jìn)一根單獨(dú)PON光纖上，該光纖配有WDM器件。而光纖支線（feeder fiber）是10公里長(zhǎng)，非常接近拉曼效應(yīng)最壞情況下所對(duì)應(yīng)的的光纖長(zhǎng)度。在光纖的輸出端連接一個(gè)分路器（splitter），接著再增加一個(gè)衰減器來(lái)控制傳送到ONT triplexer上的視頻功率。在所有的狀況下，模擬視頻功率控制在–4.5 dBm左右，這對(duì)系統(tǒng)而言是最理想的靈敏度。
　　
　　CNR，CSO以及CTB性能指標(biāo)通過(guò)在整個(gè)波段隨選一個(gè)通道來(lái)測(cè)量的。在所有的情況下，CSO和CTB都處于高50領(lǐng)域，因此不會(huì)產(chǎn)生失真。對(duì)通道CNR測(cè)量的結(jié)果顯示表二上。一共有四種情況，第一種情況是在完全沒(méi)有數(shù)據(jù)信號(hào)的狀況下進(jìn)行視頻操作，所有的通道性能表現(xiàn)都是很好的。注重甚高通道都低于48 dBc，不過(guò)我們發(fā)現(xiàn)這主要是由triplexer電路的輸出段額外RF損耗引起的，而不是光信號(hào)本身的原因。
　　
　　表2：G.983.3 系統(tǒng)在四種不同情況下的CNR測(cè)試結(jié)果
　　 PON網(wǎng)絡(luò)中視頻業(yè)務(wù)傳送過(guò)程中的拉曼串?dāng)_（圖六）

PON網(wǎng)絡(luò)中視頻業(yè)務(wù)傳送過(guò)程中的拉曼串?dāng)_（圖六）

　　第二種情況是數(shù)字功率為–6 dBm（在實(shí)際應(yīng)用中最低的）。只有通道2出現(xiàn)了性能降級(jí)，其他通道依舊工作在令人滿足的48 dBc CNR上。當(dāng)光纖長(zhǎng)度達(dá)到10公里，拉曼效應(yīng)增大，這也是理論上所預(yù)期的。第三種情況是數(shù)字功率運(yùn)行在–3 dBm（在實(shí)際應(yīng)用中的最高點(diǎn)），在這種情況下，我們發(fā)現(xiàn)低通道受到拉曼串?dāng)_的嚴(yán)重影響，它們的CNR值也降到48 dBc以下。注重這種情況比實(shí)際中最差情況更糟糕一些，實(shí)際最差的情況是10公里處的視頻功率為-2dBm。在本次試驗(yàn)過(guò)程中，視頻水平（video level）比我們?cè)谝巴鈱?shí)際測(cè)量的要低2.5dB，因此，本次測(cè)試是有一定實(shí)際意義的。
　　
　　第三種情況跟第四種情況類(lèi)似，只不過(guò)在第四種情況里，那些受影響的低通道都被預(yù)先補(bǔ)償了2dB。這增加了信號(hào)的強(qiáng)度，使這些通道的CNR值恢復(fù)到48 dB以上。我們注重到這并沒(méi)有給發(fā)射機(jī)性能造成不適當(dāng)?shù)挠绊憽５谒姆N情況最后證實(shí)了G.983.3系統(tǒng)在最糟糕的狀況下仍能通過(guò)對(duì)低通道的預(yù)加重來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)性能。

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