消除WDMPON中瑞利散射的研究本期優(yōu)秀論文

1、消除中瑞利散射的研究（本期優(yōu)秀論文）張小寒，劉逢清（南京郵電大學 光電工程學院，南京 210046）wdm-pon摘要：在無色化波分復用無源光網(wǎng)絡（wdm-pons）中，基于反射半導體光放大器（rsoa）的單光纖 wdm-pon倍受青睞，但沿光纖傳輸時由于瑞利散射的影響，性能有較大下降，因此主要討論和研究在 wdm-pon 中 如何消除瑞利散射的影響。首先介紹了無色化的 wdm-pon，描述了瑞利散射的產(chǎn)生機理，然后總結(jié)當前 國內(nèi)外研究者消除瑞利散射的方法，并具體闡述其中的 3 個方案。最后用 optisystem 對新型 wdm-pon 結(jié)構(gòu)中瑞利散射的消除方案進行仿真。關鍵詞：wdm-po

2、n；無色 onu；瑞利散射中圖分類號：tn929.11 文獻標識碼：a 文章編號：1002-5561（2012）10-0016-04the study on eliminating the rayleigh scattering in wdm-ponzhang xiao-han, liu feng-qing(college of optoelectronic engineering, nanjing university ofposts and telecommunications, nanjing 210046,china)abstract:single-fiber wdm-pons bas

3、ed on reflective semiconductor optical amplifier(rsoa)has becomewidely accepted in the schemes of colorless wdm-pons,but its performance have larger decline because of the rayleigh scatting efficiency when along the optical fiber teansmission.the paper discusses how to elimi- nate the effects of ray

4、leigh scattering in wdm-pon.first,the colorless wdm-pon is introduced,and a de- scription of the mechanism of the rayleigh scattering is given.the paper then makes a review of methods of e- liminating rayleigh scattering effect,and describes three schemes of them in details.finally,software optisys-

5、 tem is used to demonstrate how to emulate the rayleigh scattering effect in a new ring structure of wdm-pon.key words: wdm-pon; colorless onus; rayleigh scattering0 引言在無色化的 wdm-pons 中，來自中心局（co）的 集中光源可以再次用于波長無關的無色光網(wǎng)絡單元（onu） 端， 減少系統(tǒng)的監(jiān)測和維護成本 ， 這是 一個理 想的解決無色的方案， 并使得 pon 系統(tǒng)更符合低成 本、 高效益1。 因此未來 onu 應具有重用下

6、行（ 副 載 波）信號調(diào)制上行信號的能力,這樣在 co 端只用一個 發(fā)射激光光源就足以提供光載波來傳輸上下行信號。 而上行信號和下行信號在單根光纖雙向傳輸時，全雙 工方式是必不可少的， 這樣可以進一步減少 wdm- pon 的系統(tǒng)成本、復雜性和外部設備。 然而，在雙向傳 輸中，使用相同的波長來傳輸相反方向的信號， 不可避免地受到瑞利散射（rb）和菲涅爾反射的影響，使得系統(tǒng)的傳輸性能受損2。 本文對瑞利散射的產(chǎn)生進行 了詳細地描述，總結(jié)了最近研究消除瑞利散射的一些 方案，并介紹了 3 個具體方案，最后用 optisystem 對新 型環(huán)形結(jié)構(gòu) wdm-pon 系統(tǒng)中瑞利散射效應的消除 方案進行了

7、仿真。1 wdm-pon 中的瑞利散射本文主要研究的是無色化 wdm-pon。通常情況下，“無色”化 onu 技術可以分為三大類：第一類是寬帶光譜分割式的“無色”化 onu；第二類是注入-鎖定 式和“種子”波長式的“無色”化 onu；第三類是波長重 用式 onu3。 本文重點討論的是第三類。 系統(tǒng)中所有的 onu 共用的寬譜光源置于光線路終端（olt） 處，通過收稿日期：2012-07-02。作者簡介：張小寒（1988-），女，碩士生，主要研究方向為光纖通信及其 接入技術。波 導 光 柵 路 由 器 （wgr） 進 行 光 譜 分 割 ， 然 后 向 每 個onu 提供波長互不相同的光信號，

8、而 onu 直接對此2.1 基于副載波調(diào)制的傳輸方案文獻6提出了一種簡單的集中式 wdm-pon 系 統(tǒng)架構(gòu)，能實現(xiàn) 115km 長距離、單纖雙向傳輸，并消除 了 rb 噪音。如圖 1 所示，在這長距離、 單纖雙向傳輸 wdm- pon 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，下行為 10gb/s 的差分正交相移鍵控（dpsk）信號，并且用這下行信號再調(diào)制 2.5gb/s 的上 行 信 號 。 這 里 用 到 的 是 光 載 波 抑 制 載 波 調(diào) 制 技 術光信號進行調(diào)制，以產(chǎn)生上行信號。根據(jù)上行光信號的路徑，該方案也叫基于反射的無色 onu。在光纖傳輸系統(tǒng)中，由于光纖內(nèi)在的折射率不均 勻特性，會在光纖表面產(chǎn)生連貫的瑞

9、利散射， 同時還會在各種光器件存在的節(jié)點上產(chǎn)生離散的反射。如果采用單纖傳輸，這些反射光將與另一個方向上傳輸?shù)挠杏眯盘栂嘤觥?疊加后進入接收機， 以反射噪聲的形 式對系統(tǒng)性能造成影響。（ocs-scm），簡稱副載波調(diào)制技術。經(jīng)過副載波調(diào)制后， 原來光載波波長 i 攜帶的下行信號被抑制并在i-f0 和 i+f0 兩個載波上同時攜帶了 2.5gb/s 的上行信 號。 通過梳狀濾波器（il）將波長為 i-f0 的上行信號傳 輸?shù)?co 端。 梳狀濾波器有單數(shù)通道（odd） 和偶數(shù)通 道(even)之分，下行信號經(jīng)單數(shù)通道路由，上行信號經(jīng)偶數(shù)通道路由，這樣可以在 co 端和 onu 端有效地減 少上下行

10、信號的串擾。 該方案中上、下行信號使用不用的光載波來傳輸，所以有效地消除了瑞利散射噪聲 和菲涅爾反射噪聲。2 瑞利散射的產(chǎn)生及消除方案在基于反射 onu 的結(jié)構(gòu)中，olt 采用集中光源 ，并且通過載 波信號 （cw） 作為 onu 的種子光 源 。在onu 端，載波信號直接調(diào)制上行信號，并將上行信號反射回 olt 端。 在這個過程中，一些干擾信號可能會 影響上行傳輸，比如：由于光纖的不均勻性（即瑞利散 射效應）及無源器件可能產(chǎn)生一些小反射（ 如多路復 用器、分配器等的反射），而其中兩個主要的干擾信號 是由瑞利散射（rb）影響引起的。 在實際傳輸中，第一 個干擾信號來自 onu 端的下行載波分路

11、上的散射和 上行信號的背向散射；第二個干擾信號是當上行信號注入 onu 端后，直接放大再調(diào)制并將上行信號反射到 otl 端時產(chǎn)生的4。為了盡量減少其影響，有一些技術，如擴大光譜， 減少它們重疊的波長抖動， 相位抖動 、 波長偏移失諧 和頻譜切片，或用 psk 和 fsk 調(diào)制、交叉再調(diào)制技術 及副載波調(diào)制（scm）等。 但是基于頻率抖動的方法，信 號傳輸速率是有限的； 而使用相位調(diào)制， 需要復雜的 發(fā)射器。還有一些其它的方案， 如在 onu 端放置復用器 和鏈接器時，首選中等增益的量化分布網(wǎng)絡使光纖和 器件的損耗調(diào)整到最佳增益值，從而最大限度地減少 受 rb 的影響4；噪聲預測均衡器能有效地減

12、輕有色的 瑞利散射噪聲，提高系統(tǒng)的傳輸性能2。 在電氣方面， 可以通過預編碼來減少噪聲5。然而，這些方案不能完全消除載波瑞利散射（cb） 和信號瑞利散射（sb）， 只有上行加上額外的光載波， 或下行信號和上行信號使用單獨的光纖鏈路，才能完 全消除。 在 onu 端加光載波就相當于在 onu 端重新圖 1 長距離單纖雙向傳輸?shù)?wdm-pon 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2 基于交叉再調(diào)制的傳輸方案文獻7提出交叉再調(diào)制的方案，并提高了光源的第一種類型曾在文獻8就已經(jīng)被提出，如圖 2（a）所示。 a 和 b 兩個波段的直接調(diào)制下行信號通過分路 器一分為二：一部分直接傳輸?shù)?onu 端的接收器；另 一部分作為二次調(diào)

13、制光源，這一部分的 a 波段下行信 號被注入到 rsoa 的再調(diào)制 b 波段 onu 端的上行信號， 同樣，這一部分的 b 波段的下行信號被注入到rsoa 的再調(diào)制 a 波段 onu 端的上行信號。 同光纖的上、下行信號在這樣的不同波段上傳輸， 有效地減少 了瑞利散射的干擾。第二種類型為共享式的， 如圖 2（b）所示，路由途 徑是相似的。 在圖 2（b）中不需要從 a 波段的下行信號 中分出一部 分 光圖 3 基于遠程節(jié)點（rn）的環(huán)形結(jié)構(gòu)基于 onu 端的環(huán)形結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。 wdm 的下 行 信 號 通 過 光 循 環(huán) 器 ， 按 逆 時 針 方 向 傳 送 到 每 個 onu。 在這

14、里，每個 onu 由兩個光循環(huán)器、一個光接 收器（rx）和一個 fbg 組成。 通過 fbg 來反射符合條 件的下行信號， 不滿足條件的下行信號繼續(xù)通過光 柵。 被反射的下行信號通過光分路器一分為二，其中 一 部 分 用 作 下 行接 收 ， 另 一 部 分 用 于 再 調(diào) 制 上 行 信 號 ， 調(diào) 制 后 的 上 行 信 號 沿 逆 時 針 方 向 傳 輸 到 接 收 端 。 因 此 ， 在 圖 3 和 圖4 這種新型環(huán)形網(wǎng)絡 架 構(gòu) 中 ， 下 行 和 上 行 信 號 可 以 在 兩 個 不 同 的 方 向 上 傳 播 ， 從 而 消 除源，這樣避 免 了3db 的分裂損耗，有利于下行

15、信 號 的 長 距 離 傳 輸 。 這 種 wdm -pon 系統(tǒng)， 可 以 利 用 il -fp 激 光 器 或 任何 一 種 發(fā) 射 機 發(fā)出 b 波段的光 載 波 來 再 調(diào) 制 無(a)相互式光載波交叉結(jié)構(gòu)色 的上 行onu信號。 a/b 兩個波段 實 際 是 兩 個 wdm -pon 之 間 的 交 叉 再 調(diào) 制 ， 這樣 可 以 滿 足 更 多的用戶。(b)共享式光載波交叉結(jié)構(gòu)圖 2兩種不同的光載波交叉結(jié)構(gòu)2.3 新型的環(huán)形網(wǎng)狀架構(gòu)的方案歐洲、美國和日本已經(jīng)在對環(huán)形網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)進行研 究，由于波長分配的靈活性和良好的安全性， 環(huán)形網(wǎng) 絡結(jié)構(gòu)被作為下一代接入網(wǎng)最有發(fā)展?jié)摿Φ臉?gòu)架之 一。

16、 目前提出的新型環(huán)形網(wǎng)絡架構(gòu)方案有兩種：基于 遠程節(jié)點（rn）9 的環(huán)形結(jié)構(gòu)和基于 onu 端10 的環(huán)形 結(jié)構(gòu)?；谶h程節(jié)點的環(huán)形結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。 從 co 端 發(fā)出的光載波攜帶的下行信號沿逆時針方向傳輸，通 過 rn 時，波長會被布喇格光柵（fbg） 有選擇性地路圖 4 基于 onu 端的環(huán)形結(jié)構(gòu)了瑞利散射噪聲。3 基于 optisystem 的環(huán)形 wdm-pon 仿真針對圖 4 所示的環(huán)形 wdm-pon 結(jié)構(gòu)，我們對其進行了 optisystem 仿真分析。 圖 5 是基于 onu 端的環(huán)形 wdm-pon 仿真原理圖。在該系統(tǒng)仿真中，使用連續(xù)波激光器（cw），發(fā)射 波長為 19

17、3.1thz，線寬為 10mhz，上、下行單模光纖長由 ，并 以 tdm-tree 的 形 式 路 由 到 每 個 對 應 的 onu度 均 為 20km， 參 考 波 長 為 1550nm，光 纖 損 耗 均 為端。 傳輸過程中，每個 onu 的光載波和下行信號都被分開了，光載波將再調(diào)制上行信號，逆時針傳輸?shù)?co端的接收器。0.2db/km， 色 散 系 數(shù) 為 16.75ps/nm/km，色 散 斜 率 為0.075ps/nm2/km， 有效區(qū) 域 為 80m2，非 線 性 系 數(shù) 為2.6e-20m2/w， 上 下 行 信 號 采 用 碼 長 為 （27 -1） 的 nrz4 結(jié)束語w

18、dm-pon 因其獨有的帶寬優(yōu)勢，是下一代接入網(wǎng)可選的主流技術之一。 為了減少客戶成本，通常采用無色化 wdm-pon，它使用相同的波長來傳輸相反方向的信號，不可避免地受到 rb 的影響。本文針對wdm-pon 中 rb 的產(chǎn)生和消除進行了研究，在總結(jié)已有經(jīng)典消除 rb 方案的基礎上，針對新型環(huán)形結(jié)構(gòu)wdm-pon 系統(tǒng)中的 rb 效應的消除方案進行了仿真研究，仿真結(jié)果表明環(huán)形結(jié)構(gòu)采用上下行信號在兩個圖 5 是基于 onu 端的環(huán)形 wdm-pon 仿真原理圖偽隨機比特序列（prbs），上行速率為 10gb/s，下行速 率 分 別 為 2.5gb/s 和 1.25gb/s；fbg 的 中 心

19、波 長 是193.1thz；rsoa 偏置電流為 35ma。通過調(diào)節(jié)接收端的光衰減器，分別在不同接收光不同方向傳播，能。消除了 rb 噪聲，并且達到較好的性參考文獻：1 lopez e t,lazaro j a.optimization of rayleigh-limited wdm-pons with reflective onu by mux positioning and optimal onu gain j.ieee photonics technology letters,2010,22(2):97-99.2 guo q,tran a v.reduction of backscatt

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21、-87.5 josep p.rayleigh back-scattering reduction by means of quantizedfeedback equalization in wdm-pons c.opto-electronics communica- tion (oecc),2010:1-3.6 chowdhury a,hung-chang c.rayleigh backscattering noise e-liminated long-reach bi-directional wdm-pon with 10gb/s dpsk down- stream and remodula

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