PON網(wǎng)絡中視頻業(yè)務傳送過程中的拉曼串擾
G.983系列標準描述了一類PON網(wǎng)絡,這些網(wǎng)絡基于波分雙工和時分復用技術[1]。通常人們稱這些網(wǎng)絡為寬帶PON(即BPON),BPON具備數(shù)字傳輸?shù)哪芰?速率從155Mb/s到1244Mb/s不等。這些網(wǎng)絡是第一種被定義為專業(yè)數(shù)字式的網(wǎng)絡,具有兩個波長: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)問世以來,人們越來越明白視頻覆蓋業(yè)務將成為一種頗有價值的業(yè)務。由于視頻業(yè)務從傳統(tǒng)意義來說是一種廣播業(yè)務,因此為PON系統(tǒng)增加一個廣播通道就顯得非常實用和便利。后來的G.983.3標準決定使用WDM技術[2],國際電信聯(lián)盟(ITU)公布的G.986.3建議提出了通過波長分配提高服務能力的寬帶接入系統(tǒng)(參看圖1)。這個建議指定1490nm波長用于下行的語音和數(shù)據(jù)信號,1550nm波長用于下行的視頻信號,1310nm用于上行的語音和數(shù)據(jù)信號。下行數(shù)字發(fā)射波長范圍一般是很窄的,從最初的100nm寬變成更小的20nm寬,中心波長為1490nm,而上行波長范圍依然在以1310 nm為中心的100nm區(qū)域內(nèi)。
?????? 新的波長分配方案提出了一對被稱為“增加帶寬”的應用,包括密集波分復用(DWDM)點對點覆蓋業(yè)務,以及一種廣播視頻覆蓋業(yè)務。利用波長來完成所承載視頻業(yè)務的傳播,然而,這種標準(G.983.3)并沒有規(guī)定精確的波長、功率電平以及信號模式。因此,這等于說由系統(tǒng)供應商來定義視頻業(yè)務傳送時的信號參數(shù)。
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?????? 綜合各方面因素的考慮,波長分配方案是最好的。許多網(wǎng)絡設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)絡運營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),這就允許使用廉價的放大器來覆蓋波長,這對視頻傳輸?shù)膱龊隙跃惋@得尤為重要。不僅如此,G.983.3標準也可以在B-PON下行波長和覆蓋波長之間形成一條很寬的保護波段,從而使濾波隔離地更容易些。
?????? 無論如何,任何波長分配計劃都會在150nm范圍內(nèi)放置2個下行波長,這樣互相之間就產(chǎn)生了拉曼效應。作為G.983.3系統(tǒng)里的一個事實,我們將分析這種效應對PON系統(tǒng)的實際影響到底如何?
?????? 2、理論
?????? G.983.3系統(tǒng)中的情形是這樣的:數(shù)字信號(1490nm波長,功率大約為0 dBm)扮演著模擬視頻信號波長(C波段波長,功率大約為17 dBm)的拉曼泵浦的角色。這種效應已經(jīng)由Phillips [3]用公式表示出來。其關鍵結(jié)果串擾率(CCR)由公式一表示。由于拉曼效應具有低通(low-pass)特性,因此越低的視頻通道性能降級地就越厲害。
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?????? 從表一我們可以看到詳細參數(shù)定義。起源于一個NRZ信號光譜的數(shù)字信號有效調(diào)制指數(shù)mint表示為:
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?????? 應該要說明的是公式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通過一個 因子被夸大,因此也就過高地估計(overestimates)了CCR數(shù)值(達到5dB)。這可以通過計算總的數(shù)字信號功率來證實上述推斷。我們
也因此證明我們的公式2是正確的,在以下的計算里我們將采用這個公式。表一提供了所有使用過的參數(shù)值。
?????? 表一:完整的參數(shù)列表
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?????? 通過給予的這些參數(shù),我們可以計算出給模擬視頻信號造成的所有CNR劣化。理解CNR與鏈路距離之間的關系是十分重要的,因為無論是接收功率還是拉曼干涉都與距離有很大關系。相關結(jié)果顯示在圖2中。在這里,損耗誘導降級與拉曼誘導降級(degradation)之間達到了一種平衡。圖中顯示,CNR曲線在感興趣的距離上都比較平坦,可以預期對業(yè)務的影響是比較小的。
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?????? 在那些需要額外盈余(margin)的地方,有一種非常簡單的方法來減少拉曼效應所帶來的影響。由于拉曼影響僅存在低通道領域,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
?????? G.983.3覆蓋系統(tǒng)的性能已經(jīng)通過一個商用三工器(triplexer)在實驗室得到驗證。視頻發(fā)射機包含了一個能產(chǎn)生82個模擬通道的矩陣發(fā)生器,一個摩托羅拉GX2外調(diào)制1550nm發(fā)射機和一個EDFA放大器。數(shù)據(jù)發(fā)射機是采用了量子橋(編者注:該公司已經(jīng)被摩托羅拉收購)QB5000 OLT (NRZ 622 Mb/s)中的1490nm下行發(fā)射機代替。這兩個發(fā)射機都通過衰減器來將其輸出功率控制在要求水平,接著再耦合進一根單獨PON光纖上,該光纖配有WDM器件。而光纖支線(feeder fiber)是10公里長,非常接近拉曼效應最壞情況下所對應的的光纖長度。在光纖的輸出端連接一個分路器(splitter),接著再增加一個衰減器來控制傳送到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,這對系統(tǒng)而言是最理想的靈敏度。
?????? CNR,CSO以及CTB性能指標通過在整個波段隨選一個通道來測量的。在所有的情況下,CSO和CTB都處于高50領域,因此不會產(chǎn)生失真。對通道CNR測量的結(jié)果顯示表二上。一共有四種情況,第一種情況是在完全沒有數(shù)據(jù)信號的狀況下進行視頻操作,所有的通道性能表現(xiàn)都是很好的。注意甚高通道都低于48 dBc,不過我們發(fā)現(xiàn)這主要是由triplexer電路的輸出段額外RF損耗引起的,而不是光信號本身的原因。
?????? 表2:G.983.3系統(tǒng)在四種不同情況下的CNR測試結(jié)果
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?????? 第二種情況是數(shù)字功率為–6 dBm(在實際應用中最低的)。只有通道2出現(xiàn)了性能降級,其他通道依舊工作在令人滿意的48 dBc CNR上。當光纖長度達到10公里,拉曼效應增大,這也是理論上所預期的。第三種情況是數(shù)字功率運行在–3 dBm(在實際應用中的最高點),在這種情況下,我們發(fā)現(xiàn)低通道受到拉曼串擾的嚴重影響,它們的CNR值也降到48 dBc以下。注意這種情況比實際中最差情況更糟糕一些,實際最差的情況是10公里處的視頻功率為-2dBm。在本次試驗過程中,視頻水平(video level)比我們在野外實際測量的要低2.5dB,因此,本次測試是有一定實際意義的。
?????? 第三種情況跟第四種情況類似,只不過在第四種情況里,那些受影響的低通道都被預先補償了2dB。這增加了信號的強度,使這些通道的CNR值恢復到48 dB以上。我們注意到這并沒有給發(fā)射機性
能造成不適當?shù)挠绊憽5谒姆N情況最后證明了G.983.3系統(tǒng)在最糟糕的狀況下仍能通過對低通道的預加重來優(yōu)化系統(tǒng)性能。
- 拉曼(6926)
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