實驗結果

圖4.5 為實驗結果的誤碼率(bit error rate)曲線，從圖 4.5 可以看出在傳輸距 離為75 公里時，使用載波抑制單邊帶不歸零調變的訊號其分流比可以達到 64，

眼圖也很清晰；而使用不歸零調變的訊號即使在分流比為零的情況下連無錯

(error free)都無法達到，眼圖也很糟。而在傳輸距離為 25 公里的距離下，載波抑 制單邊帶不歸零調變的訊號其分流比可以達到512，眼圖也很清晰；而不歸零調 變的訊號在分流比為32 的情況下都無法達到無錯，眼圖也很糟。

圖4.1 雷利背向散射的產生示意圖

圖4.2(a) 載波雷利背向散射分析實驗裝置 圖4.2(b) 訊號雷利背向散射分析實驗裝置

圖4.3(a) 載波雷利背向散射分析結果

圖4.3(b) 訊號雷利背向散射分析結果

圖4.5 實驗結果的誤碼率曲線

第 五 章

長距離被動式光纖網路架構二

5.1 實驗介紹

從第四章的實驗結果可知，使用載波抑制單邊帶不歸零調變可以降低雷利背 向散射雜訊的干擾並改善通訊品質，增加系統的效率。但將中央光源放在局端，

當載波下傳到光網絡單元時會有過多的功率損耗(光傳輸的距離為光纖長度的兩 倍)。因此在本章的實驗中，我們試著將中央光源放在遠處節點，以減少載波傳

輸到光網絡單元時所損耗的功率，並試著將傳輸距離加到100 公里。並且在最後 會將實驗結果和前面介紹過的架構用一個表格做比較。

5.2 實驗架構

圖 5.1 是我們所提出的第二個長距離被動式光纖網路架構，密集分波長多工 總共有40 個頻道(channels)，每個頻道的頻寬為 100 GHz，我們將在 40 個頻道的 其中的17 個藍帶(blue side)頻道(1529 nm~1541.6 nm)用來做為下傳的頻道，17 個紅帶(red side)頻道做為上傳的頻道(1547.2 nm~1560.1 nm)，藍帶和紅帶之間用 6 個頻道分開，在密集分波長多工也可以使用 C+L 帶做為替代光源的波長。

在這個架構中，我們將下傳的光源裝置在局端，而上傳的光源裝置在遠處節 點，上、下傳的光源皆使用分佈回授式雷射二極體。上傳的載波首先用耦合器分 成兩路，一路沒有接任何東西，另一路則在入訊號傳輸路徑並先經過可調式光衰

減器(同樣用來計算反射式光網絡單元的分流比)，再經過25 公里的下降光纖，

接個進入反射式光網絡單元，在進入反射式光網絡單元之前會先連接一個光迴旋 器以實現上傳的迴路，反射式光網絡單元端裝置了兩台摻鉺光纖放大器(增益

=23dB, 雜訊指數 =5dB)，以補償訊號在光纖傳輸中的衰減以及耦合進調變器調

變之後的功率損失。而在調變的部份，使用雙平行馬赫曾德爾調變器產生載波抑 制單邊帶不歸零訊號方法就跟前面所提到的一樣，同樣使用偽隨機二進位序列 2³¹-1 訊號源。經過調變的上傳訊號會經過下降光纖(25 公里)，紅帶/藍帶濾波器 (R/B filter)，接駁光纖 (75 公里)傳送到局端，並載入到預放大接收器進行訊號 分析。而下傳的訊號則先經過接駁光纖，紅帶/藍帶濾波器，下降光纖傳送到反 射式光網絡單元的接收器，並同樣載入到預放大接收器進行訊號分析，而實驗結 果的誤碼率曲線分別在圖5.2、5.3(a)、5.3(b)。

5.3 實驗結果

從圖5.2 可以看出，下傳 10 Gb/s 的不歸零訊號分流比可以達到 512，眼圖 也很清晰。圖5.3(a)可以看到，當上傳訊號為 2.5 Gb/s 載波抑制單邊帶不歸零調 變，分流比可以到512，功率代價約為 5 dB。而當上傳為 2.5 Gb/s 不歸零調變，

雖然在分流比為 0 時可以到無錯，但在分流比為 64 誤碼率的極限為 10^-7，眼圖 也變的比較沒那麼清晰。而在分流比為512 時，眼圖就變的很糟，也量不到訊號。

而表5.1 為本章的實驗結果和第二章所介紹過的架構比較表。

圖5.2 下傳 10 Gb/s 誤碼率曲線圖

圖5.3(a) 上傳 2.5 Gb/s 載波抑制單邊帶不歸零誤碼率曲線圖

表5.1 長距離被動式光纖網路架構二和第二章介紹過的架構的比較

第 六 章

光纖網路的功率消耗

6.1 前言

網路已經成為世界上的基本通訊方式之ㄧ，隨著網路流通量的快速成長，網 路所消耗的能量也隨之快速增加。圖6.1[16]是日本的路由器(routers)的總功率消 耗的預測圖，從圖可以看到網路的快速發展，圖中預測當在西元2034 年時，光 是路由器的功率消耗就等於2005 年整個日本的發電量。如果 2025 年之後，電視 換成了超高解晰度電視(超高解晰度電視的傳輸速度可能需要 72 Gb/s)功率消耗 的成長將更為可觀。未來網路的發展極可能不是被頻寬限制，而是被功率所限 制，因此功率消耗也成為了網路發展所遇到的問題。在本章的功率消耗的計算的 模型以及式子，皆是以[1]為基礎。

6.2 網路的架構

現在的網路架構大概可以分為四個部份(見圖 6.2)：接入網路、城域網邊緣 網路、視頻分配網路(video distribution network)、核心網路(core network)。

接入網路

接入網路連接了光網絡單元和邊緣乙太網路交換器(edge Ethernet switch)，現

今有多種不同的技術被使用在這裡 ex.以電纜線作為傳輸媒介的非對稱數位子載 波線路(asymmetric digital subcarrier line)、混和光纖和電纜線作為傳輸媒介的光 纖到節點(fiber to the node)、以光纖作為傳輸媒介的被動式光纖網路等。

非對稱數位子載波線路使用的傳輸媒介為電纜線，而電纜線的頻寬有其限制

而且很容易就會使頻寬的滿載，因此造就了光纖通訊的興起。光纖到節點混合了 電纜線光纖的傳輸，從交換器到數位子載波線路接入多工器(digital subcarrier line access multiplexer)是用以光纖為傳輸媒介，而數位子載波線路接入多工器到用戶 端則是用電纜線傳輸。隨著通訊量的增加，光纖到節點和光纖網路的傳輸也從單 一載波變成分波長多工的傳輸，因為網路的功率消耗跟傳輸速度有很大的關係，

因此下面我們先看傳輸速度的部份。

每個用戶端下傳的總速度為 AT：

( )

MC C I

T A A A

A = + +

AI和 AC分為光網絡單元在公共網路和視頻分配網路的速度，而 AMC 為多重播

送視頻(multicast video)的速度。而

( )

A_I = A^P

AP 為每個光網絡單元的最快接觸速度(peak access rate)，M 為超額認證比率

(oversubscription rate)：

( )

per Capacity

user to sold rate access Peak

= M

超額認證比率為最快速度和預設速度的比率，網路的使用者並非隨時隨地都在使

用網路，因此當存在空閒的頻寬時，網路業者利用了這空閒的頻寬給予其他的使 用者使用，令其他的用戶端可以得到比較快的速度。在模型裡，我們設M=25。

而AMC：

( )

CO B

MC N

A = L

NCO是局端所連接的光網絡單元個數，LB 則是回程(backhaul)從局端連接到城域 網邊緣網路的個數。

城域網邊緣網路

城域網邊緣網路是作為接入網路和核心網路的介面，包括邊緣乙太網路交換

器 、 寬 帶 網 路 閘 道 器(broadband network gateway) 或 寬 帶 遠 程 接 入 伺 服 器 (broadband remote access server)、供應邊緣路由器(provider edge router)。

邊緣乙太網路交換器會連接多個接入節點(access node)收集大量的資訊流通

量，然後上傳給兩個或是多個的寬帶網路閘道器或寬帶遠程接入伺服器，而這些 設備會連接到多個供應邊緣路由器，而供應邊緣路由器連接到核心網路。

視頻分配網路

視頻分配網路主要提供網路協議電視(Internet Protocol Television)的服務，而 這些服務也可以從城域網邊緣網路和核心網路傳輸，但為了能夠提供好的服務品 質，從圖6.1 可以看出，視頻分配網路是從寬帶網路閘道器或供應邊緣路由器旁

通。

核心網路

核心網路主要包含大量的核心路由器並建立在主要的人口中心，這些路由器

主要提供必要的傳輸路徑也會作為連接到鄰近核心節點的通道。而核心節點之間 的連結傳輸主要是用容量的分波長多工系統來做傳輸連結。

6.3 網路模型

我們在這邊假設網路的各個部位所使用的儀器設備，以及接入網路的架構，

以方便計算每個光網絡單元在使用網路時所消耗的功率。

而在此之前，我們在此先介紹一個參數 α，α 為每年科技進步率(technology improvement rate per year)。路由器或交換器的容量和消耗功率跟 α 之間的關係式

為：

(

) (

0

0 t

R R

C P C

P = −α

)

P0、C0是現在路由器或交換器的容量和功率，P0/C0 則是設備傳輸每一位元所耗

的能量；而PR、CR 在t 年後的情況，P0/C0即是估算t 年後設備傳輸每一位元所 耗的能量，Neilson 觀察過去 10 年的路由器或交換器的容量和功率消耗的關係，

推算出α～0.2(實際上為 0.1~0.2)[17]。從過去的觀察網路的流通量每兩年成長一 倍[1]，所以現在的接觸速度(access rate) A0和t 年後的接觸速度 A 的關係式可表

成：

PCEP (CEP : customer premises equipment)是光網絡單元所消耗的功率 ex. 數據機 (modem)，PRN、NRN分別為遠處節點的功率和連結的光網絡單元的個數，PCO、 NCO是局端的功率和連結的光網絡單元的個數，而在PCO的係數2 是因為需要使

接下來，將介紹幾種常見接入網路的技術。

非對稱數位子載波線路：通常非對稱數位子載波線路的下載速度會比上傳的速度 來的快，在這個模型中，數位子載波線路接入多工器使用的是Alcatel Stinger FS+

DSL Access Concentrator[18]，能夠提供1008個光網絡單元，功率為1.7 kW。而光 網絡單元使用的是D-Link DSL-502T modem[19]，功率為5W。雖然此技術在理論 上最大的速度可以到24 Mb/s，但因為考慮傳輸長度和雜訊，所以在這裡假設最 大的傳輸速度為15 Mb/s。

光纖到節點：VDSL2 line card 可以支援 16 個光網絡單元，遠處節點包含數位子

載 波 線 路 接 入 多 工 器 和 光 網 絡 單 元 ， 模 型 中 遠 處 節 點 使 用 NEC AM3160 multiservice access platform[22]，數位子載波線路接入多工器功率為 42 W，光網

絡單元的功率為5 W。VDSL2 的用戶端的速度可到 50 Mb/s，模型中使用 NEC VF200F6 VDSL modem[23]功率為 10 W，而模型中限制了一個光線路終端器最多

可支援8192 個用戶端，也就是說一個數位子載波線路接入多工器可支援 512 個 用戶端

被動式光纖網路：模型中上、下傳的速度為非對稱，下傳速度為2.4 Gb/s，上傳 速度為1.2 Gb/s。而模型中光線路終端器使用Hitachi 1220 OLT[20]，功率為1.34

kW，可以支援32個 G-PON，每個網路的光網絡單元的分流比為32，所以光線路 終端器總共可以支援1024的光網絡單元。而光網絡單元使用Wave7 ONT-G1000i ONU[21]，功率為5 W，速度最快可達1 Gb/s。

PES是乙太網路交換器的功率，PGateway和PPEdge分別是閘道路由器(gateway router) 和供應邊緣路由器的功率，CGateway和CPEdg分別是閘道路由器和供應邊緣路由器

PES是乙太網路交換器的功率，PGateway和PPEdge分別是閘道路由器(gateway router) 和供應邊緣路由器的功率，CGateway和CPEdg分別是閘道路由器和供應邊緣路由器