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)。

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。

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：

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

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。

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(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

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)先補償了2db。這增加了信號的強度，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。