可实现故障共享保护的长距离传输光接入网研究
0 引言
互联网数据流量在过去几年中一直呈指数型增长,并由此带动了一系列需求更多带宽资源的新型网络应用孕育而生,如智能手机、网络游戏、视频会议及智能电网等。在电力系统中,作为智能电网建设的主要内容之一,配网自动化也对电力通信接入网提出了新的要求。这就要求下一代光接入网能够在提供更大的传输容量和更强的可靠性的同时,还能够扩展网络的接入距离,实现大规模接入。为了满足这些要求,需要在现有网络中加入基于光放大器或者光电转换中继器的扩展模块,以此增加网络的接入规模[1-7]。于此同时,由上下行信号传输引起的瑞丽后向散射噪声会影响网络的传输性能[8],因此,多种技术被提出用以对瑞丽后向散射噪声进行抑制,如采用新型的网络架构[9-10]、波长转换技
术[11-12]、改进的调制格式[13]等,此外,一种共享光源的方案也被提出用以抑制瑞丽后向散射噪声[14-15]。
本文提出了一种波分复用光接入网架构,这种架构不仅可以实现长距离传输与瑞丽后向散射噪声抑制,更能够实现广播业务的传输以及上行光源的共享,且可以根据网络长距离传输的特点采用共享保护的方案。
1 网络架构与运行原理
1.1 网络架构
长距离传输光接入网架构如
CO节点的内部结构如
RN节点的内部结构如
波段1与波段2相差一个AWG的自由频谱间隔(Free Spectral Range,FSR),而特定波长(λB)位于波段1和波段2之外。
1.2 网络工作原理
正常工作模式下,各个OLT内的下行信号首先被送入(M+1)×(M+1)光开关,随后通过一根信号光纤送至RN。在RN处,下行信号被传输至各自对应的OSACM模块。在OSACM模块中,EDFA1用以补偿下行信号在信号光纤中传输的功率损耗。随后下行信号在AWG处进行波长解复用,并通过分布光纤传输至相应的ONU。在ONU端,下行信号通过CWDM后被光接收机(RX1)所接收。
与此同时,调制在特定波长(λB)上的广播信号通过(M+1)×(M+1)光开关后传输至EDFA中,随后被放大的广播信号通过共享光纤送至RN。在RN中,广播信号首先会被一光信号接收机所接收。随后,所接收的广播电信号通过PM调制在由N个DFB激光器提供的位于波段2的N个光载波上。由此,广播信号在RN中经历了一个光电光的转换过程,且在这个转换过程中,广播信号由单一的特定波长信道(λB)转移到了位于波段2的N根波长信道上。广播信号随后通过1×M光分路器送至M个OSACM模块中。在各个OSACM模块中,广播信号通过CWDM2与下行信号波长复用,然后在AWG处进行解复用。在经过分布光纤传输之后,广播信号在ONU中通过CWDM与下行信号相分离,随后通过一个光分路器分为2部分。一部分通过一个光信号接收机(RX2)所接收,而另一部分被送至RSOA并为上行信号提供光源。对于上行信号而言,在通过了RSOA重调制之后,沿着与下行信号相类似的路径传输至CO中相应的OLT内。值得注意的是,RN处的EDFA3为一个可选光放大器。当M的值很大时,则有必要配置该放大器补偿由于1×M光分路器所产生的光功率损耗。关于M与可选光放大器增益之间的关系将在之后章节详细分析。
1.3 信号光纤故障保护模式
当网络中任意一根信号光纤中发生故障,例如信号光纤2,则网络需要切换至保护模式。故障发生后,CO中的光功率监测仪首先检测到相应链路中光信号的丢失,随后控制单元将切换光开关的连接状态。通过光开关的切换,受影响的下行信号被送入共享光纤,并且与广播信号一起从CO传输至RN。当传输至RN后,下行信号首先通过CWDM3与广播信号相分离,随后通过一个1×M光分路器分为M份分别送入M个OSACM模块。与此同时,通过光功率监测仪的检测,故障信号光纤所对应OSACM模块中的光开关切换至另一状态以保障下行信号得以通过并被送入CWDM1(见
2 网络传输规模及性能
2.1 网络传输规模
网络的传输距离不仅受到光纤色散的制约,同时光信号的功率预算也会对网络传输距离造成影响。为了有效评估网络的功率预算,以最恶劣的情况,即网络处于保护模式下的下行信号进行分析。CO、RN和ONU处的功率损耗的计算公式分别表示如下:
因此,网络中总功率损耗PT可以表示为:
式中,PM为网络功率富裕度,为5 dB;PTX为发射机的输出功率,为0 dBm;RSEN为光信号接收机灵敏度。网络中各光器件的插入损耗参数如
将
根据公式(8),可以得到放大器增益、最大传输距离与信号光纤数量三者之间的关系(见
而当网络使用上行2.5 Gbps和下行10 Gbps非对称传输方案时,网络必须使用色散补偿技术才能实现长距离传输。将网络中的色散值补偿为零,并且将色散补偿光纤的每公里长衰耗值等效至常规光纤中,同时10 Gbps接收机灵敏度RSEN需要
-20 dBm,则可以得到:
2.2 信号传输性能分析
为了论证网络的传输性能,建立了如
2.5 Gbps;上行信号为2.5 Gbps,下行和广播信号为10 Gbps。其中仅在10 Gbps传输速率的仿真方案中,需要使用色散补偿光纤进行色散补偿。
在CO端,2个DFB激光器的中心波长分别为1 552 nm和1 550 nm,这2个波长分别用以加载下行和广播信号。每个激光器的输出光功率为0 dBm,且这2个波长通过电吸收调制器(Electro Absorption Modulator,EAM)进行调整。而EAM采用2.5 Gbps或10 Gbps的不归零码(Non-Return to Zero,NRZ)。对于下行信号,通过2×2光开关和信号光纤传输至RN,随后,经过EDFA1放大后,通过分布光纤传输至ONU。对于广播信号,通过2×2光开关后,经过EDFA4进行放大,随后通过共享光纤传输至RN。在RN处,中心波长位于1 550 nm的广播信号先被接收机所接收,随后通过PM在
1 554 nm波长载波上进行相位调制。此处2个光衰减器(Optical Attenuator,OA)用以模拟光分路器(M=8)的功率损耗。在ONU端,RSOA采用
2.5 Gbps的29-1伪随机序列调制上行信号。EDFA的增益设置为30 dB。通过AWG、EDFA2和信号光纤后,上行信号在CO端被接收。
责任编辑:售电衡衡
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