（1内蒙古超高压供电局，内蒙古 呼和浩特 010080 ，2大同供电公司，山西 大同 037006）
摘要：EPON是一种点到多点的光接入网络。本文根据EPON传输链路的原理框图利用OptiSystem仿真软件来构建EPON通信系统的链路模型，通过对该传输链路中的分路器、系统眼图、传输误码率（Bit Error Rate BER）和Q因子等进行研究，从而分析验证了EPON光传输链路方案的可行性。
关键词：EPON 光传输链路 OptiSystem BER Q 因子
1 EPON光传输链路的组成
1）光发射机、接收机：信号在发射端经过光发射机进行A/D转换、编码并调制到特定的波长转换为光信号，完成信号的调制。在接收端接收到的光信号经接收机进行D/A转换、解码并转换成电信号，完成解调过程。
2）滤波器：在系统中进行选择滤波，只让特定波长的光通过，并阻碍其它光波长通过。
3）光纤及无源器件：光纤是构成EPON光传输链路的主要通道，根据系统传输性能的要求我们要选取合适的光纤种类。无源器件这里主要应用了环路器、延迟器和分路器等，来实现上下行光信号在同一根光纤中的双向传输。
4）EDFA（掺铒光纤放大器）：石英光纤掺入稀土元素（如Nd、Er等）后可构成多能级的激光系统，在泵浦光作用下对输入信号光具有放大作用，而且掺入不同的元素做成的光纤放大器具有不同的工作波长区域。对于掺铒光纤放大器EDFA的工作波长则处于1530～1560nm范围，与光纤的最低损耗窗口（1550nm）相近，这也正是下行链路的工作波长，所以能够将下行链路的光信号进行放大。
5）系统分析仪：选用光谱分析仪来跟踪观测上下行光链路中波长的光谱特性；在上下行链路的末端接入了误码率分析仪(BER Analyzer)来分析所建仿真模型的传输性能。
2 基于OptiSystem的EPON光链路仿真
2.1光传输链路仿真模型
在OptiSystem仿真平台上搭建EPON的光传输链路模型，在OLT端选取了WDM Transmitter 作为发射机，该器件集成了随机信号发生器、电脉冲信号发生器和激光器的功能。OLT端发射机的参数设置为：工作波长 1550nm,光功率是-3dB，消光比是15 dB；接收机选取Photodector PIN光电二极管作为检测器完成光信号的转换，再经过低通滤波器滤除不需要的波长信息。在ONU端的发射机的参数设置为：工作波长1310nm，光功率-3 dB，消光比12 dB；接收机部分与OLT端的类似这里不再赘述。
在传输链路中，在OLT输出端放置一个环路器，为了实现上下行链路在同一根光纤中的双向传输；光纤选取20km的对下行链路的1550nm的插入损耗为0.2 dB，对上行链路的插入损耗为0.3 dB；EDFA主要是对下行的1550nm波长进行放大从而保证下行链路传输的误码率符合系统要求。另外选取光谱分析仪，来跟踪观测上下行链路传输的光波的光谱特性；利用BER分析仪来记录系统眼图与传输误码率（BER）等信息来分析系统的综合性能。
2.2光传输通道的性能分析
EPON光传输链路由单纤双向光纤发送和接收上下行链路数据传输，EPON的光路可以使用2个波长，也可以使用3个波长。在使用2个波长时，下行使用1490 nm，上行使用1310nm。其中1310nm波长用于上传来自ONU侧用户的突发数据；1490nm波长用于传输下行语音、数据业务；在使用3个波长时，除下行使用1490 nm，上行使用1310nm外，可增加一个1550nm，1550nm波长用于传输下行音频、视频业务等信息，具体选取几个波长由实际的业务要求来决定。
OLT发出的下行光信号经PON中的1×N光分路器分成N路光信号，传输到多个用户端。ONU发出的上行光信号经PON中的1×N分路器合路成1路光信号，在一根光纤中传输，上下行链路接收到光信号，经PIN光电二极管检测转换为电信号，经过低通滤波器滤除不需要的波长，最后将有用的电信号发送到数据链路层进行数据处理。
分路器是EPON系统中不可缺少的无源光纤分支器件。作为连接OLT设备和ONU用户终端的无源设备，它把输入的光信号按功率分配到若干输出用户光纤上，一般有1：2、1：4、1：8、1：16、1：32等五种分支比，分路器不需要外部能源，仅需要入射光束，但会增加光功率损耗，这主要是由于它们对入射光进行分光，分割了输入（下行）功率的缘故。这种损耗称为分路损耗，通常以dB 表示，主要由输出端口的数量决定。因此，分光比也不能无限制的随意选取，一般EPON支持的最大分光比为1：32，本文采用1：8的分光比。对于一个1：2的分路器，分路损耗大约为3dB，当输出端口每增加一倍，相应就增加了3dB损耗，一个1：8的分路器至少有9dB的分路损耗，而且分路损耗是在上下行链路都是存在的。
一般不能将光纤直接与ONU相连，需要添加分光器或衰减器，避免ONU接收的光强度超过ONU光接收饱和光功率－3dBm；光衰减最大的地方光功率不能小于－23dBm，否则光功率小于ONU的接收灵敏度，OLT无法发现ONU。因此，EPON光传输链路是否合格，在链路搭建完成后，要检测所有ONU接收侧的光功率是否在-8dBm到-23dBm之间。为此，我们引入光传输通道的损耗计算公式来分析EPON光传输链路的可靠性，公式如下所示： 
根据上述公式（1）和（2），我们可以估算出模型中的光链路衰减是否能满足光接收机的灵敏度要求，进而保证各ONU侧的用户都能收到来自OLT的光信号。
3 仿真结果
3.1系统眼图分析
为了防止接收机灵敏度过分份劣化，要求对发送信号的波形加以研究控制，通常在上下行链路都加上眼图分析仪或误码率分析仪，利用接收的眼图形状来分析系统的性能，并根据眼图来规范光信号的脉冲形状。上下行链路的眼图如图1所示。
图1上（左边）下行光传输链路的接收机眼图
3.2系统误码率（BER）及Q因子
在光通信系统中，BER是衡量光路性能的重要指标之一。EPON网络在高速率传送语音、数据和视频业务信息时,使得光传输系统的非线性效应增强,对系统的误码率产生较大的影响。利用信号的Q因子来衡量系统传输信号的质量，并表征系统的BER，Q因子定义为在最佳判决点,信号与噪声的比值。
系统Q因子与BER关系是当Q增大时系统的误码率相应减小，Q因子曲线随着眼图的张开程度大小作如下变化：越靠近眼图张开最大处,其Q因子越大，对应的BER就越小。在眼图张开最大时刻其Q因子达到了最大，其中上行链路的Q因子为64.7515，其BER为0，下行链路的Q因子更是高达427.58，BER为0。由图可知该系统的上下行光传输链路均能达到系统误码率要求(<10-12)，因此，该链路具有良好的传输性能，完全符合系统的性能要求。
4结束语
通过OptiSystem仿真软件对EPON上下行光接收链路进行模拟仿真，得到了较为理想的系统眼图和Q因子曲线,从而验证了该光传输链路设计原理的正确性和实际模拟方案的可行性。如果对系统中的各部分器件作进一步修改，在仿真模型中进行参数扫描和优化设置的话，那么可以量化实际传输链路的性能参数，从而对实际应用具有很强的参考价值。
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论文作者:杨润平,冯利伟
论文发表刊物:《电力技术》2016年第6期
论文发表时间:2016/10/16
标签：链路论文; 波长论文; 分路论文; 光纤论文; 信号论文; 系统论文; 误码率论文; 《电力技术》2016年第6期论文;