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

G.983系列標(biāo)準(zhǔn)描述了一類PON網(wǎng)絡(luò),這些網(wǎng)絡(luò)基于波分雙工和時分復(fù)用技術(shù)[1]。通常人們稱這些網(wǎng)絡(luò)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(luò)是第一種被定義為專業(yè)數(shù)字式的網(wǎng)絡(luò),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(wù)將成為一種頗有價值的業(yè)務(wù)。由于視頻業(yè)務(wù)從傳統(tǒng)意義來說是一種廣播業(yè)務(wù),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(biāo)準(zhǔn)決定使用WDM技術(shù)[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(wù)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(yīng)用,包括密集波分復(fù)用（DWDM）點對點覆蓋業(yè)務(wù),以及一種廣播視頻覆蓋業(yè)務(wù)。利用波長來完成所承載視頻業(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(yīng)商來定義視頻業(yè)務(wù)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(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(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(biāo)準(zhǔn)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(hù)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(yīng)。作為G.983.3系統(tǒng)里的一個事實,我們將分析這種效應(yīng)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(yīng)已經(jīng)由Phillips [3]用公式表示出來。其關(guān)鍵結(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地就越厲害。

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?????? 從表一我們可以看到詳細(xì)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(yīng)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(dá)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(guān)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(guān)系。相關(guān)結(jié)果顯示在圖2中。在這里,損耗誘導(dǎo)降級與拉曼誘導(dǎo)降級（degradation）之間達(dá)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(yù)期對業(yè)務(wù)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(yīng)所帶來的影響。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

?????? 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(jī)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(jī)和一個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）QB5000 OLT (NRZ 622 Mb/s)中的1490nm下行發(fā)射機(jī)代替。這兩個發(fā)射機(jī)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(jìn)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(yīng)最壞情況下所對應(yīng)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(biāo)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(lǐng)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(jìn)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(yīng)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(dāng)光纖長度達(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)字功率運行在–3 dBm（在實際應(yīng)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?dāng)_的嚴(yán)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(yù)先補(bǔ)償了2dB。這增加了信號的強(qiáng)度,使這些通道的CNR值恢復(fù)到48 dB以上。我們注意到這并沒有給發(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(yù)加重來優(yōu)化系統(tǒng)性能。

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