一種可延長P0N系統傳輸距離的方法

徐延海，李俊，雷蕾

（陜西郵電職業技術學院陜西西安712000）

一種可延長P0N系統傳輸距離的方法

徐延海，李俊，雷蕾

（陜西郵電職業技術學院陜西西安712000）

為了延長現有無源光網絡（Passive Optica1 Network，PON）系統的傳輸距離，本文提出了一種方法，即利用受激拉曼散射增益譜平坦光纖放大器實現對PON系統中光信號的在線放大。通過在PON系統中OLT光模塊處注入泵浦光源，采用普通石英光纖放大和摻磷石英光纖進行增益補償放大的受激拉曼散射增益譜平坦光纖放大器對信號光進行放大，最終實現PON系統光信號的在線放大，從而延長PON系統的傳輸距離。通過對數據的分析研究，所提出的方法是可以實現PON系統的傳輸距離延長的。

拉曼效應；PON系統；增益平坦；傳輸距離

隨著國家“光進銅退”的發展方針推進，接入網方面也不遺余力，各種接入技術都在向光接入技術靠近，特別是近年來光接入網技術［1］的發展更是突飛猛進，城市的大部分地區都實現了光纖取代銅線而作為今天的信息傳輸媒介，并且很多地區都實現光纖接入技術，在未來的發展中，光纖無疑會占據接入網市場很大的份額［2_3］。

目前將光纖延伸到千家萬戶是光接入網發展的一個最終目標，光接入網的技術已越來越成熟，但是PON（Passive Optica1 Network，無源光網絡）系統的傳輸距離普通都是在10 到20Km范圍內，對于一些居民不集中稀疏地區，OLT（Optica1 Line Termina1，光線路終端）中心機房很難滿足對用戶的全覆蓋，鑒于這種情況，本文提出了一種方法，利用受激拉曼散射增益譜平坦光纖放大器［4］對PON系統中光信號進行放大。進而延長PON系統的傳輸距離，利用受激拉曼散射增益譜在OLT光模塊注入可放大信號光的泵浦光，信號光和泵浦光一同耦合進普通石英光纖中，信號光得到放大，再繼續一同進入摻磷石英光纖中，信號光得到補償放大，放大的信號光增益是平坦的，可在PON系統中進行長距離的傳輸，這種方法可滿足PON系統長距離傳輸大范圍覆蓋的需求。

1　P0　N簡介

1.1P0N技術簡介

PON是光接入網的一種網絡方式，PON系統是由光線路終端（Optica1 Line Termina1，OLT）和光網絡單元（Optica1 Network Unit，ONU）之間的光配線網絡（Optica1 Distribution Network，ODN）采用無源設備所構成的新型光接入網絡，PON是一種點對多點的光接入系統，目前應用的主要有EPON （Ethernet Passive Optica1 Networks，以太網無源光網絡）和GPON（Gigabit_capab1e Passive Optica1 Networks，吉比特無源光網絡）技術。

EPON將以太網和無源光網絡PON技術相結合，采用了點對多點的樹形拓撲結構，利用單纖雙向傳輸，實現語音數據和視頻業務在同一平臺。GPON最早是2002年由FSAN（Fu11 Service Access Network A11iance，全業務接入網絡）提出的，2003年ITU_T對其標準化［5］。

1.2P0N系統結構

PON系統由OLT、ODN和ONU組成。PON系統中的傳輸距離指的是OLT到ONU之間的距離。

OLT是為光接入網提供網絡側與本地交換機之間的接口并經一個或多個ODN與用戶側的ONU通信。

ODN是為OLT與ONU之間提供光傳輸手段，主要功能是完成光信號功率分配。

ONU終結來自ODN的光纖處理光信號并為用戶提供業務接口。

圖1　PON系統單星型結構圖

2　受激拉曼散射增益譜平坦光纖放大器

2.1受激拉曼散射效應

拉曼散射效應是1928年印度科學家C.V拉曼發現的［6］。拉曼散射效應有普通拉曼散射效應和受激拉曼散射效應。

受激拉曼散射與普通的拉曼散射相比較，它有如下優點：

1）明顯的閾值特性。只有當一束入射的激光它的功率或者是它的光強大于激勵閾值之后，受激拉曼效應才會產生。

2）受激拉曼散射具有一定的定向性。如果注入的激光超過激勵后，這種拉曼散射的光束它的空間發散角發生很大程度的變小，一般接近入射光的發散角。

3）受激拉曼散射光譜的高單色性。如果超過激勵閾值后，拉曼散射光譜的寬度明顯變窄。這基本達到與入射激光單色性相近或更窄的程度。

4）受激拉曼散射的高亮度特性。在受激拉曼散射中，其光強度幾乎接近入射光的光強度。

5）受激拉曼散射的響應時間短。由時間所引起的受激拉曼散射變化規律是與入射光的變化是一樣的，但有時，受激拉曼散射的光的脈沖持續時間比入射激光脈沖的時間還短。

2.2受激拉曼散射增益譜平坦光纖放大器

受激拉曼散射光纖放大器具體的原理是：當強泵浦光通過傳輸光纖時，會使傳輸光纖材料的分子振動，泵浦光一部分被分子振動散射掉，散射的光會發生頻移，而這些頻移的量正好等于分子振動頻移量，這樣高頻段的能量就轉移到了低頻段，就會在低頻上形成放大增益。圖2為不同頻率信號光的拉曼增益譜。

圖2　不同材料光纖拉曼增益譜

基于光纖中受激拉曼效應的N_信道穩態SRS耦合波方程［7］得到的似化解為式（1）：

在受激拉曼散射效應下，利用泵浦光在普通石英光纖中對信號光進行放大，并且在摻磷石英光纖中進行增益補償放大，最終實現對信號光的增益譜平坦放大［8］。

3　延長P0　N系統距離設計方法

3.1設計原理

在PON系統中的OLT設備光模塊處，將泵浦光與OLT光模塊出的信號光一同在OLT業務板的PON口輸出，泵浦光和信號光一同在普通石英光纖中傳輸，信號光會在非線性效應拉曼效應下得到放大，之后泵浦光與信號光一同繼續在摻磷石英光纖中傳輸，信號光會在拉曼效應得到補償性的放大。

基于由放大和補償兩段光纖構成的放大器設計原理如下：設有i個信道傳輸的信號光，放大部分和補償部分的泵浦光波長分別為λp、λp′，光纖長度分別為L、L′，νd為相鄰信道信號光之間的頻移間隔，取信號光等間隔排列，則可利用式（1）可得出放大部分和補償部分pi（L′）的最終輸出方程為：

由方程（2）可以看出pi（L′）會受到i的影響，要使不受到影響，增益平坦就要滿足以下方程：

如果選取放大光纖和增益補償放大光纖長度相等，那就可以通過選取合適的光纖長度和輸入功率去滿足滿足（3）式，得出如下的化簡公式：

3.2仿真結果及分析

本文假定以下參數：兩段光纖長度選取為L=L′=7 km，M= 2，放大部分光纖的衰減系數α=0.2 dB/km，泵浦波長λp=1 457.1 nm，泵浦功率Pp（0）=500 mW，k=3×10_16m·cm/W，g1=0.7×10_13 m/W；補償部分光纖的衰減系數α′=0.2dB/km，泵浦波長，λp=1 535.8 nm，泵浦功率Pp（0）′=300 mW，k′=_5×10_16m·cm/W，g1′= 1.9×10_13 m/W。假設有32信道的合路信號光，設置光的信道間隔1.6 nm，選取波長范圍為［1 534.8，1 586.0］nm需要放大的信號光，并且設置信號光功率初始10 μW。

在這樣的參數的假定下，得到了如下的仿真結果，從圖3可以看到信號光的功率在普通石英放大光纖7 km處得到了不同的放大，在14 km光纖處得到增益平坦放大。

由圖4可以看到，信號光在經過了兩段光纖之后，增益得到提升，并且實現了增益平坦化的放大，增益值高達9.77 dB。這種增益完全可以延長PON系統的傳輸距離?？梢缘玫椒浅：玫膽?。

4　結論

本文通過將受激拉曼散射增益平坦化光放大器應用在PON系統的傳輸距離中，這個正是目前PON系統所研究的有源擴展盒的發展方向，所采用的光放大器是增益平坦化光放大器，這種光放大器增益高，而且增益平坦度好，可用于OLT系統中，可實現光接入網PON系統的距離延伸。但是在實際應用中，由于光纖不同類型存在著色散不一樣，所以應盡量選取性能好零色散位移的光纖，這樣就可以避免色散所引起的信道間串擾。

圖3　信號光功率隨距離變化

圖4　不同信號光的增益

［1］Fang Juanni.The effect of SRS to DWDM Optica1 System［C］// Internationa1 Conference on E1ectrica1 and Contro1 Engineering.USA：IEEE Computer Society，2010：2340_2342.

［2］方強，梁猛.光纖通信［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2003.

［3］楊淑雯.全光光纖通信網［M］.北京：科學出版社，2004.

［4］Bahrampour A R.M.H.Teimourpour，Rahimi L，A moment me_ thod for ana1ysis the gain spectrum in fiber Raman amp1ifier with broadband pumps［J］.Optics Communications，2008（281）：587_591.

［5］方國濤，雷蕾，楊廣馳等.寬帶接入技術［M］.北京：人民郵電出版社，2013.

［6］馬中秀.多泵浦寬帶光纖拉曼放大器增益平坦的優化設計［D］.北京：北京交通大學，2009.

［7］鞏稼民.密集波分復用石英通信系統中的受激喇曼散射效應和受激布里淵散射效應［D］.西安：西安交通大學，1999.

［8］鞏稼民，李凱，蔣杰偉，等.基于級聯光纖的拉曼光纖放大器的研究［J］.光通信研究，2008，34（6）：43_45.

A method to Prolong P0N system transPort dlstance

XU Yan_hai，LI Jun，LEI Lei
（Shaanxi Vocational College of Posts and Telecommunications，Xi'an 712000，China）

To pro1ong PON system transport distance，this paper proposes a method，it is using stimu1ated Raman scattering f1at gain spectrum of optica1 fiber amp1ifier to amp1ify the optica1 signa1s in the PON system，on1ine.Through in the system of PON OLT optica1 modu1e injection pump 1ight，using common si1ica fiber amp1ifier and compensate the gain phosphorous quartz optica1 fiber amp1ification of stimu1ated Raman scattering f1at fiber amp1ifier gain spectrum of the signa1 1ight amp1ification，fina1-1y rea1izes the PON system to amp1ify the optica1 signa1 on1ine to extend the transmission distance of PON system.Through the study on the ana1ysis of the data，the proposed method can be extended PON system transmission distance.

raman effect；PON system；f1attened gain；transport distance

TN722

A

1674_6236（2016）10_0144_03

2015_06_05稿件編號：201506067

徐延海（1981—），男，陜西咸陽人，碩士，講師。研究方向：通信線路施工與維護，工程管理及光通信技術。