數字電視信號市縣長距離聯網傳輸技術淺析

摘 要:本文介紹了1550nm市縣聯網長距離傳輸中涉及的關鍵技術、方案設計等。

關鍵詞:1550nm外調制光發射機 EDFA 拉曼光纖放大器SBSDCM

中圖分類號:TN94文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)7(b)-0021-02

1 關鍵技術分析

所謂SBS即受激布里淵散射，即當光纖中輸入的光強度超過受激布里淵散射的門限時，就會有較多的有效光功率轉換成相反方向傳播的光功率(后向散射)。SBS會限制光纖的傳輸光功率，超過門限即會產生反射。長距離傳輸時我們要求輸入光纖的光功率足夠大，以便能傳輸到足夠遠的地方，因此需要提高SBS閾值。為了提高SBS閾值，生產廠家都在1550光發射機內增加了SBS抑制電路。我們在設計光鏈路時必須保證入纖的光功率不大于發射機的SBS閾值。當然SBS門限也不是越高越好，因為采用SBS門限擴展技術的同時也展寬了光源的光譜，從而使得光纖色散影響變強，限制了系統的傳輸距離。

信號光強的瞬時變化引起其自身的相位調制即自相位調制(SPM)。SPM效應在高累積色散或長距離傳輸系統中比較明顯。G.652光纖在長距離傳輸系統使用時，可采用以適當間隔作色散補償的方法來控制自相位調制效應的影響。當然也可通過減少輸入光功率的方法來減少自相位調制效應的影響。

2 關鍵設備情況介紹

2.1 1550nm外調制光發射機

激光器本身的光譜特性與色散有很大的相關性，光源光譜越寬，其引起色散越嚴重。反之光源光譜越窄，其本身引起的色散就越輕，這對于長距離傳輸來說非常重要。因此在設備選擇時盡量選擇激光器光譜線寬小的型號。一般的1550nm外調制光發射機光源本身光譜線寬為1MHz左右，部分高端機光譜線寬僅0.3MHz。

為了提高SBS閾值，一般1550外調光發射機內都增加了SBS抑制電路，目前高端產品可達到SBS≥19dBm。因為SBS越低越有助于提高傳輸質量，但反過來它又會限制傳輸距離。工程上一般SBS取17dBm是1550nm長距離傳輸系統中一個較好的折中取值。

2.2 色散補償器DCM

長距離和超長距離的傳輸必須要解決色散補償問題，一般采用的是加色散補償器的辦法(針對G.652)。色散補償器DCM由多級諧振腔級聯組成，主要用于補償G.652光纖在1550nm波長上的色散。其標準補償規格通常有20km、30km、40km、50km、60km、70km和80km。

色散補償器的缺點是插入損耗較大和會引入非線性失真，此外對補償位置也有一定的要求。在實際應用中，究竟需要多大的色散補償量與1550nm外調制光發射機有一定的關系。通常是發射機光譜線越窄，補償量也隨之減少，而發射機的光譜線越寬，補償量就越大。這主要是因為光發射機的光譜線越窄，意味著信號源形成的色散小，而光發射機的光譜線越寬，則信號源形成的色散大。

2.3 EDFA摻鉺光纖放大器、特種摻鉺光纖放大器

對于跨度較大或者損耗較大的光鏈路，光纖放大器的輸入光功率過低，會嚴重影響系統指標，這時可以采用目前市場的一種特種摻鉺光纖放大器補償光鏈路和色散補償器的損耗。特種摻鉺光纖放大器除具備一般EDFA的低噪聲系統和高靈敏度外，最主要的功能是可以配合色散補償器使用來達到優良的色散補償效果。其后面板除OPT IN(光輸入)和OPT OUT(光輸出)接口外，還有FROM DCM(色散補償器DCM輸入口)、TO DCM(色散補償器DCM輸出口)用于DCM的聯接。

2.4 RFA拉曼光纖放大器

相對RFA而言，EDFA的噪聲系數較高，使得光信噪比(OSNR)較低。此外，EDFA還存在著增益譜的不平坦性。一般RFA的噪聲系數低，可以在-15dBm左右的低光功率輸入下工作，典型增益為8dBm左右。 RFA因其增益較低，一般是和EDFA級聯使用。從使用效果上看相當于用RFA來提高EDFA的輸入光功率。RFA和EDFA的級聯使用，是目前解決單跨距超長問題的主要解決方案。

2.5 光接收機

1550nm長距離傳輸的光接收機主要是在各縣機房中完成光電轉換的作用，以便再次進行1550nm或1310nm光發射覆蓋當地縣市。因此，對光接收機的性能指標有較高的要求。建議支持網管，帶寬為860MHz。要求光接接機的幅頻特性要好，即帶內平坦度要非常平。最好達到-0.5至+0.5dB之間的水平，從而保證與當地自辦節目信號混合后再發射時的平坦輸入。

3 具體案例

隨著網絡整合工作的迅速開展，市區與六個縣市之間需要建設一套安全經濟的數字電視信號長距離傳輸網。聯網方案采用了長距離1550nm光纖傳輸網技術。

在該方案設計時我們主要考慮了以下幾點:

(1)設計較低的入纖光功率

1550nm長距離傳輸系統中，光纖色散和非線性效應對系統指標會產生很大的劣化。光纖非線性效應主要包括SBS(受激布里淵散射)和SPM(自相位調制)。SBS主要發生在65Km以前的光路上，超過65km以后SBS趨于穩定，不再增加，但是此時SPM的影響逐漸顯現，在65-80Km范圍，SPM緩慢增加，超過80km后SPM明顯的增強，到達120km這個臨界距離后，SPM急劇增加。光發射機SBS閾值越大，SPM增加越快，導致CSO急劇劣化。因此應合理設置SBS閾值，盡可能的低一些的好，尤其是超長距離傳輸時，一般不宜超過17dB以上。同時使每個EDFA輸出至下級的入纖光功率都要小于1550nm外調制光發射機的SBS閾值。

(2)應用色散補償技術

方案引入負色散光纖型色散補償器進行色散補償。負色散光纖型色散補償器，具有波長無關，穩定性、補償效果好等優點，是長距離通信中應用最為廣泛和成熟的色散補償技術。

(3)合理的光放大器輸入光功率

色散補償器通常有幾dB的衰耗，連接在光鏈路中增大了損耗，進一步降低了進入光放大器的輸入光功率，但是光放大器的輸入光功率低所引起CNR的劣化程度要比入纖光功率過高引起的系統指標劣化小，因此在長距離數字電視干線傳輸系統中，光放大器的輸入光功率設計可以比模擬傳輸時低，可設計在-2dBm～+3dBm之間。

(4)應用特種光放大器

方案中引入特種摻鉺光纖放大器來補償光鏈路和色散補償器的損耗，配合色散補償器工作，達到最佳的色散補償效果。

(5)應用拉曼放大器

為了降低SBS和SPM等非線性失真對系統指標的影響，入纖功率不能太大，這樣到達下一級的光功率就很小。因此方案中引入了分布式拉曼放大器提高出纖功率和進入站點光信號的信噪比和載噪比，保證進入EDFA中繼光放大器和接收機的光功率在正常范圍內。

(6)合理的接收光功率

一般來說，光接收機光功率在-5dBm以上時，對MER的劣化可忽略，因此長距離數字電視信號傳輸接收機光功率的設計可以比模擬傳輸時低，可設計在-5dBm～0dBm之間。

襄陽市縣聯網拓樸圖如圖1:

襄陽前端機房信號由一主一備兩臺1550外調制光發射機傳送，兩臺光發射機信號通過兩臺光切換開關自動切換，以保證信號傳輸的安全性。光開關傳輸的信號分為兩路，分別由兩臺普通EDFA摻放驅動，其中一臺摻放信號通過一分二分光器分別傳輸至棗陽分前端、谷城分前端;另一臺摻放信號通過一分三分光器分別傳輸至老河口分前端、宜城分前端、南漳分前端。這樣分配傳輸信號的作用不僅保證了每一個縣級分前端同時有來自兩個不同路由方向的信號，而且還可以保證這兩個信號分別來自兩臺不同的1550光發射機，從而最大限度的保證了信號傳輸的安全性。

分前端:分前端有六個縣市機房組成，按照路由方向分為東向和西向以便于描述。

東向路由:

襄陽前端機房信號經過93Km傳輸至棗陽分前端，信號在棗陽分前端落地后繼續傳輸至100Km處的宜城分前端，完成信號在襄陽－棗陽－宜城鏈路的傳輸。由于襄陽到棗陽路由為93Km，按照0.25dB/Km損耗考慮，鏈路損耗達到23dB以上，因此需要在棗陽分前端安裝一臺拉曼放大器以保證棗陽分前端中繼放大器和接收機的接收光功率在正常范圍，同時棗陽分前端安裝一臺特種摻鉺光纖放大器以保證系統指標。同樣的在100Km外的宜城分前端也需要安裝拉曼放大器和色散補償器，用以提高宜城分前端的信號指標。

襄陽前端機房信號經過45Km傳輸至宜城分前端，信號在宜城分前端落地后繼續傳輸至100Km處的棗陽分前端，完成信號在襄陽－宜城－棗陽鏈路的另一個方向的傳輸;這個方向的技術措施與上述該鏈路反向傳輸的技術措施一樣，需要在棗陽分前端采用拉曼放大器和色散補償器。

西向路由:

襄陽前端機房信號通過不同分光器分為三路分別傳輸至老河口、南漳、谷城分前端，傳輸至老河口分前端的信號經當地落地后，還會分出一路通過在老河口分前端安裝一臺拉曼放大器和普通摻放將信號繼續傳輸至28Km處的谷城分前端;傳輸至南漳分前端的信號通過安裝在南漳的中繼摻放繼續經過80Km的傳輸，將信號送至保康分前端，由于保康分前端此時信號功率、指標過低，需要在此處安裝拉曼放大器和色散補償器;最后一路送到谷城的信號通過一分三分光器，一路信號用于本地，另兩路信號分別送至28Km的老河口分前端和80Km的保康分前端，其中送到保康分前端的信號還需在保康分光后繼續傳輸到80Km處的南漳分前端，圖1。

4 結語

在1550nm光傳輸系統中，采用外調制方式不但具有輸出功率大、可靠性高、單位光功率成本低、光纖損耗小等優點，通過引入高質量外調制光發射機、色散補償器、特種摻鉺光纖放大器、拉曼光纖放大器等設備能夠進行多次光放大，完全滿足市縣之間數字電視信號的長距離傳輸。

參考文獻

[1]唐明光.數字電視體系及有線數字電視傳輸技術講義，2006.

[2]霍云.廣電市縣聯網1550nm長距離傳輸解決方案.廣播電視信息，2006(6)