一種RFOG網(wǎng)絡(luò)光拍頻干擾噪聲優(yōu)化方案

張速飛

(浙江省廣電科技股份有限公司 浙江省有線數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012)

傳統(tǒng)的RFOG技術(shù)基于時分復(fù)用技術(shù)[1],同一個回傳光接收機(jī)下，只有一個光節(jié)點(diǎn)的相同波長激光器工作，其他光節(jié)點(diǎn)的激光器不工作.隨著網(wǎng)絡(luò)用戶的不斷增長，用戶光節(jié)點(diǎn)越來越多，低成本的FP激光器在主波附近容易產(chǎn)生多種副激光波.因此，在RFOG技術(shù)光節(jié)點(diǎn)的群組中，不僅FP激光器的主波之間，而且一個FP激光器的主波和其他激光器的副波之間會產(chǎn)生光拍頻干擾噪聲，當(dāng)兩路或更多光源中心頻率很接近時，光拍頻干擾噪聲很大[2-3]，將占據(jù)噪聲的主要部分，從而造成載波信號誤碼率的提高.

針對RFOG網(wǎng)絡(luò)的光拍頻干擾噪聲，提出了RFOG網(wǎng)絡(luò)光拍頻干擾噪聲優(yōu)化方案，與優(yōu)化前的方案相比，采用該方案后，網(wǎng)絡(luò)的NPR指標(biāo)更好，噪聲更小.

1 RFOG網(wǎng)絡(luò)光拍頻干擾噪聲優(yōu)化技術(shù)簡介

RFOG網(wǎng)絡(luò)光拍頻干擾噪聲優(yōu)化技術(shù)通過激光器類型選擇、光發(fā)射波長選擇、隔離度指標(biāo)優(yōu)化等技術(shù)創(chuàng)新，改善和消除網(wǎng)絡(luò)和光節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的光拍頻干擾.

1.1 激光器類型選擇

在雙向網(wǎng)絡(luò)中回傳激光器[4]一般使用FP或DFB激光器.FP激光器即“法布里-珀羅半導(dǎo)體激光器”，因價格相對低廉，在傳統(tǒng)雙向網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用較為廣泛.FP激光器內(nèi)有法布里-珀羅諧振腔，產(chǎn)生的激光具有多縱模，主光波長兩邊分布多個雜散光.DFB激光器即“分布反饋半導(dǎo)體激光器”，內(nèi)含布拉格光柵(周期性結(jié)構(gòu)波紋狀衍射光柵)來實(shí)現(xiàn)光波長的選擇反饋，實(shí)現(xiàn)單縱模激光輸出，在單色性和穩(wěn)定性方面優(yōu)于一般的FP激光器.當(dāng)考慮OBI優(yōu)化性能時，F(xiàn)P激光器由于其多縱模的特性，更易引起和加劇OBI，所以應(yīng)該選用DFB激光器.

1.2 CWDM技術(shù)

考慮到OBI沖突發(fā)生的根本原因是由于傳統(tǒng)RFOG網(wǎng)絡(luò)中同1個CMTS端口下所帶的光節(jié)點(diǎn)波長是相同的，當(dāng)Docsis3.0/3.1[5-6]系統(tǒng)采用 4信道捆綁或8信道捆綁時，同1個CMTS端口下同一時刻或會有多臺RFOG光節(jié)點(diǎn)發(fā)射光信號，導(dǎo)致同波長光在混合過程中會出現(xiàn)OBI干擾，使信噪比和MER劣化.采用CWDM技術(shù)，就是考慮同1個CMTS端口下的RFOG光節(jié)點(diǎn)采用不同的波長，利用光譜復(fù)用技術(shù)[7]來避免采用信道捆綁時所產(chǎn)生的同波長干擾情況，實(shí)現(xiàn)OBI優(yōu)化.

1.3 隔離度指標(biāo)優(yōu)化

多路光混合以及傳輸距離較長時，傳輸系統(tǒng)中的光會部分反射回激光器，影響其正常工作，引起系統(tǒng)信噪比下降，加劇OBI問題 .光隔離器采用磁環(huán)、法拉第旋轉(zhuǎn)器、Linb03楔角片和光纖準(zhǔn)直器等構(gòu)件，使光只能單向傳輸，實(shí)現(xiàn)阻止光反射的目的[8-9].采用帶隔離激光器是解決光反射問題的好方法.

2 RFOG網(wǎng)絡(luò)光拍頻干擾噪聲優(yōu)化前后NPR指標(biāo)比較

2.1 光拍頻干擾噪聲優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)NPR指標(biāo)測試

上行回傳通道噪聲功率比(NPR)是指數(shù)字信號電平與反向通道總噪聲功率之比[10-11]，以dB表示.光拍頻干擾噪聲是除熱噪聲、干擾和非線性失真的交調(diào)噪聲外的噪聲.為了測量、分析上行信號的光拍頻干擾，以及導(dǎo)致信號劣化原因，采用上行信號噪聲功率比來測試網(wǎng)絡(luò)的信號質(zhì)量，進(jìn)行NPR指標(biāo)比較，來說明光拍頻干擾噪聲優(yōu)化的程度.本文直接采用帶隔離的激光器進(jìn)行測試.

OBI優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的NPR測試框圖如圖1所示.

圖1 光拍頻干擾噪聲優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的NPR測試框圖

圖1 中噪聲信號發(fā)生器為NC61101A；回傳光接收機(jī)為ZBL5161RB-4；測試光功率為-13.5 dBmW；試驗(yàn)中所有光節(jié)點(diǎn)采用恒光模式，以模擬光拍頻干擾狀態(tài)；頻譜分析儀為N9010A，它的參數(shù)設(shè)置如表1所示.

測試網(wǎng)絡(luò)中采用的上行測試頻率范圍為5～42 MHz,其頻帶寬度為37 MHz，加上25 MHz陷波器帶寬約為10 MHz,那么有效帶寬B為27 MHz.可以用式(1)算出輸入信號總功率電平P為10～45 dBmV時，對應(yīng)的噪聲信號功率譜密度

A=P-60-10lgB.

(1)

根據(jù)式(1)的計(jì)算結(jié)果，可調(diào)節(jié)噪聲信號發(fā)生器的輸出幅度，使輸入到光節(jié)點(diǎn)的噪聲信號功率譜密度如表2所示.

表1 頻譜分析儀為N9010A測試參數(shù)設(shè)置

表2 光節(jié)點(diǎn)的噪聲信號功率譜密度和對應(yīng)的總功率電平

2.2光拍頻干擾噪聲優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的NPR指標(biāo)測試數(shù)據(jù)

1) 光節(jié)點(diǎn)1～8都采用DFB帶隔離激光器，采用粗波分復(fù)用方式，8個CWDM波長選擇為1 310 nm,1 450 nm,1 470 nm,1490 nm,1 510 nm,1 530 nm,1 570 nm,1 610 nm時,NPR的測試數(shù)據(jù)如表3所示.

表3 采用CWDM光波長時網(wǎng)絡(luò)NPR的測試數(shù)據(jù)

2) 光節(jié)點(diǎn)1～8都采用DFB帶隔離激光器，波長均為1 310 nm時，NPR的測試數(shù)據(jù)如表4所示.

表4 采用相同波長DFB帶隔離激光器時網(wǎng)絡(luò)NPR的測試數(shù)據(jù)

3) 光節(jié)點(diǎn)1～8都采用FP帶隔離激光器，波長均為1 310 nm時，NPR的測試數(shù)據(jù)如表5所示.

表5 采用相同波長FP帶隔離激光器時網(wǎng)絡(luò)NPR的測試數(shù)據(jù)

2.3 光拍頻干擾噪聲優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的NPR數(shù)據(jù)分析

1) 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的光節(jié)點(diǎn)1～8采用8個不同波長DFB帶隔離激光器時,NPR基本可穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍之內(nèi).同一時刻同時發(fā)射光信號的光波長越多，因光節(jié)點(diǎn)整機(jī)底噪的疊加效應(yīng)，NPR值會相應(yīng)變差，但這不是OBI的作用.

2) 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中光節(jié)點(diǎn)1～8采用同波長DFB帶隔離激光器時,NPR隨同一時刻同時發(fā)射光信號的光節(jié)點(diǎn)的數(shù)量增多，導(dǎo)致OBI現(xiàn)象增多，而呈現(xiàn)較大幅度的NPR劣化現(xiàn)象.

3) 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中光節(jié)點(diǎn)1～8采用同波長FP帶隔離激光器時,NPR隨同一時刻同時發(fā)射光信號的光節(jié)點(diǎn)的數(shù)量增多，NPR越來越呈現(xiàn)較大幅度范圍內(nèi)的波動劣化現(xiàn)象，無法穩(wěn)定在正常值，體現(xiàn)出來的是底噪大幅度變動.

4) 在總功率電平約為35 dB時，噪聲功率比(NPR)有一最大值.在NPR出現(xiàn)最大值之前，隨著總功率電平加大，噪聲功率比呈線性增長，而在NPR出現(xiàn)最大值之后，隨著總功率電平加大，噪聲功率比呈指數(shù)下降.

5) 通過長時間的觀察測試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)排除那些底噪大幅度變動的影響，而得到NPR較好測試值時，都是采用DFB帶隔離激光器.當(dāng)受到底噪的波動影響時(OBI現(xiàn)象加劇)，F(xiàn)P激光器的網(wǎng)絡(luò)NPR受到很大幅度的劣化，網(wǎng)絡(luò)信噪比急劇下降.

為了更直觀地看出光拍頻干擾噪聲優(yōu)化后的NPR值,將8個不同波長DFB帶隔離激光器、同波長DFB帶隔離激光器和同波長FP帶隔離激光器網(wǎng)絡(luò)的NPR隨總功率電平變化曲線繪制成圖，如圖2所示.

圖2 采用不同光器件時NPR隨總功率電平變化曲線圖

2.4 NPR指標(biāo)比較

由以上測試結(jié)果可知,當(dāng)Docsis3.0/3.1系統(tǒng)4信道捆綁時,采用光拍頻干擾噪聲優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)NPR值比優(yōu)化前NPR值至少高2.5 dB；當(dāng)Docsis3.0/3.1系統(tǒng)8信道捆綁時，采用光拍頻干擾噪聲優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)NPR值比優(yōu)化前NPR值至少高5.7 dB.

3 結(jié) 論

通過對光拍頻干擾噪聲優(yōu)化前后NPR指標(biāo)比較，光拍頻干擾噪聲優(yōu)化后的RFOG網(wǎng)絡(luò)NPR值指標(biāo)明顯優(yōu)于優(yōu)化前的采用同波長FP帶隔離激光器和同波長DFB帶隔離激光器網(wǎng)絡(luò)的NPR值.Docsis3.0/3.1系統(tǒng)采用4信道捆綁或8信道捆綁技術(shù)，用戶光節(jié)點(diǎn)采用符合ITU標(biāo)準(zhǔn)的不同光波長進(jìn)行上行信號傳輸，降低了光拍頻干擾(OBI)噪聲.