射頻電視1550nm 光纖傳輸問題探析

普春洪

（峨山縣文化旅游廣電和體育局 云南 峨山 653200）

1 1550nm 光纖傳輸技術(shù)

1550 nm 光纖傳輸系統(tǒng)的優(yōu)勢是覆蓋用戶量大， 與以太網(wǎng)（EPON）傳輸同一架構(gòu)，為網(wǎng)絡(luò)雙向化節(jié)約了主干光纜資源和組網(wǎng)成本， 同時(shí)也保證了開展各項(xiàng)業(yè)務(wù)所需的帶寬資源。 1550 nm 傳輸系統(tǒng)采用摻鉺光纖放大器（EDFA），可將分路器下移，將光接收機(jī)推進(jìn)至樓棟或最后一個(gè)光節(jié)點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)光接收機(jī)以下的無源覆蓋。 廣播電視節(jié)目利用1550 nm 波長傳輸，雙向數(shù)據(jù)采用EPON 技術(shù)，利用1490 nm/1310 nm 波長傳輸，既可以選擇分纖結(jié)構(gòu)方式，也可以同纖波分復(fù)用（ 一纖三波） 傳輸，實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的雙向化，保證綜合業(yè)務(wù)順利開展。

1550nm 光纖傳輸也可結(jié)合IPQAM 技術(shù)（將DVB/IP 自IP 骨干網(wǎng)輸入的節(jié)目流重新復(fù)用在指定的多業(yè)務(wù)傳輸流中，再進(jìn)行QAM 調(diào)制和頻率變換，輸出RF）實(shí)現(xiàn)VOD 或HDVOD 點(diǎn)播，利用EPON 或數(shù)據(jù)網(wǎng)的雙向通道，將用戶的點(diǎn)播控制信息回傳至中心播控服務(wù)器， 由播控服務(wù)器控制視頻流的播發(fā)， 通過IPQAM 調(diào)制設(shè)備和1550nm 直調(diào)光發(fā)射機(jī)， 采用波分復(fù)用技術(shù)使1550nm 電視信號(hào)和IPQAM 信號(hào)同纖混合傳輸，利用用戶端機(jī)頂盒和IC 卡實(shí)現(xiàn)視頻流的解碼輸出。

2 射頻電視超長距離傳輸系統(tǒng)的組成和主要問題

在光纖有線電視網(wǎng)絡(luò)中， 波長光纖傳輸系統(tǒng)除了1550光纖傳輸系統(tǒng)外，還有1310nm 光纖傳輸系統(tǒng)。 在1310nm 窗口，光纖傳輸損耗約為0.4dB/km（含熔接損耗在內(nèi)），色散系數(shù)為＜3.5ps（km·nm），激光發(fā)送機(jī)都采用直接調(diào)制方式，具有較高的載噪比及非線性失真指標(biāo)，性能穩(wěn)定可靠。 但在1310nm窗口由于沒有商用的光放大器，激光器輸出功率也不是很大（商用化＜20mW）， 因此傳輸距離有限， 無中繼的傳輸距離在30km 以內(nèi)。

1550nm 光纖傳輸系統(tǒng)中，激光發(fā)送機(jī)采用外調(diào)制方式，以克服激光器直接調(diào)制產(chǎn)生的光頻惆啾效應(yīng)，防止光譜的展寬， 而且1550nm 光纖放大器技術(shù)相當(dāng)成熟和商用化， 所以1550nm 傳輸系統(tǒng)具有輸出功率大、可靠性高、單位光功率成本低、光纖損耗?。ê劢訐p耗在內(nèi)約為0.25dB/km）等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠進(jìn)行多次光放大，而光放大器對CTB（組合三階差拍失真）和CSO（組合二階失真）指標(biāo)幾乎沒有影響，非常適合我國地級市—縣—鄉(xiāng)的兩級大范圍長距離傳輸。 但在普通G652 光纖上1550nm 窗口光纖的色散較大（＜l7ps/km.nm），會(huì)限制更長距離的傳輸， 圖1 為1550nm 長距離傳輸系統(tǒng)示意圖①。

圖1 1550 nm 長距離傳輸系統(tǒng)

在1550nm 外調(diào)制有線電視系統(tǒng)中， 制約系統(tǒng)傳輸指標(biāo)的主要因素是由光纖色散和自相位調(diào)制效應(yīng)引起的CSO 劣化。 導(dǎo)致CSO 劣化的因素有：

2.1 光纖的色散

對于G652 常規(guī)單模光纖， 色散常數(shù)高達(dá)17Ps/（nm·km）。 在副載波圖像信號(hào)對光波進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制時(shí)，不可避免地造成了光相位調(diào)制， 另外為了抑制受激布里淵散射而采用的激光器光頻抖動(dòng)法也會(huì)產(chǎn)生寄生的光相位調(diào)制， 已調(diào)光波相位的變化對應(yīng)著光譜展寬。 在色散介質(zhì)中，不同頻率分量的光波有不同的群速度。 因此在光纖的輸出端形成不同延時(shí)的包絡(luò)分量的疊加，引起光波包絡(luò)的失真，其表現(xiàn)為包絡(luò)向兩邊呈對稱性展寬。 從而導(dǎo)致了二階失真CSO 的劣化。

2.2 光纖中的自相位調(diào)制效應(yīng)

在1550nm 波長大功率長距離光纖傳輸系統(tǒng)中， 光纖非線性效應(yīng)對光譜的調(diào)制作用不能被忽略。 由于采用AM-VSB方式的CATV 系統(tǒng)要求接收端要有較大的輸入光功率（如-ldBm），因此相應(yīng)的入纖光功率要求在17dBm 左右甚至更高，比數(shù)字光通信系統(tǒng)中的發(fā)送光功率高出了很多（數(shù)字系統(tǒng)的接收靈敏度在-26～-32dBm， 發(fā)射光功率只需0dBm）， 它與G652 光纖的很大色散結(jié)合在一起， 又通過相位一強(qiáng)度轉(zhuǎn)換過程，使傳輸信號(hào)的波形被對稱性地壓縮，造成比較大的二階失真，表現(xiàn)為CSO 的嚴(yán)重劣化。

3 改善射頻電視超長距離系統(tǒng)CSO 指標(biāo)的措施

如何克服1550nm 長距離光纖傳輸系統(tǒng)的CSO 指標(biāo)由于光纖色散和SPM 效應(yīng)導(dǎo)致的嚴(yán)重劣化，同時(shí)又要考慮滿足載噪比指標(biāo)，是對超長距離副載波復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)的最大挑戰(zhàn)。

3.1 控制光纖的色散

在數(shù)字通信系統(tǒng)中，使用色散補(bǔ)償光纖是對己鋪設(shè)光纖線路升級時(shí)常用的方法，具有許多優(yōu)點(diǎn)。 色散補(bǔ)償光纖是無源器件，性能穩(wěn)定，安裝容易，有較寬的帶寬，可以很方便地用來對現(xiàn)存的系統(tǒng)進(jìn)行升級。 色散補(bǔ)償光纖是通過改變光纖的芯徑和折射率的分布使光纖在工作波長上具有很大的負(fù)色散系數(shù)，這樣當(dāng)常規(guī)單模光纖與適當(dāng)長度的色散補(bǔ)償光纖級聯(lián)使用時(shí)，兩者色散將會(huì)互相抵消。

由于光纖中的自相位調(diào)制要通過光纖色散才能轉(zhuǎn)化為額外的光波強(qiáng)度調(diào)制， 人們希望從控制光纖色散的角度來克服光纖非線性的影響， 采用大有效截面的非零色散位移單模光纖（ITU-TG655），如Coming 公司的Leaf 光纖，它在1550nm 波長的色散常數(shù)很小， 而且增大了光纖的截面積，可以有效減弱非線性效應(yīng)， 就可以避免長距離上的CSO 劣化。

3.2 采用雙波長復(fù)用傳輸技術(shù)改善CSO 指標(biāo)

由于光纖CATV 系統(tǒng)的二階產(chǎn)物數(shù)與傳輸?shù)念l道數(shù)有關(guān)，減少傳輸頻道數(shù)可以改善CSO 指標(biāo)。 由于光纖CATV 系統(tǒng)的二階產(chǎn)物數(shù)與傳輸?shù)念l道數(shù)有關(guān)，減少傳輸頻道數(shù)可以改善cso 指標(biāo)。 雙波長復(fù)用傳輸方案，通過使用兩臺(tái)1550nm光發(fā)射機(jī)以減少單臺(tái)發(fā)射機(jī)的傳輸頻道數(shù)， 系統(tǒng)方案如圖2所示②。

圖2 雙波長復(fù)用傳輸改善CSO 指標(biāo)

圖中，兩臺(tái)光發(fā)射機(jī)分別傳送一半的CATV 頻道，經(jīng)合波后送入傳輸系統(tǒng)，在接收端，由WDM 分波器將兩個(gè)波長分波后分別送入光接收機(jī)，再將恢復(fù)出的CATV 電信號(hào)混合起來。 經(jīng)測試，系統(tǒng)的CSO 指標(biāo)可以提高9dB。

3.3 采用線性啁啾光纖光柵進(jìn)行色散補(bǔ)償

線性啁啾光纖光柵原理為： 在光纖上制成折射率非周期性變化的啁啾光柵，就形成一個(gè)寬帶濾波器，光柵的不同位置對應(yīng)于不同的Bragg 反射波長。 當(dāng)光脈沖信號(hào)通過這種啁啾光柵（周期從大到小，長度為Lg）時(shí)，其長、短波長分量分別在光柵的頭、尾部反射，這樣短波長分量比長波長分量多走ZLg 距離，兩波長分量之間產(chǎn)生時(shí)延差，補(bǔ)償了常規(guī)單模光纖由于群速度不同導(dǎo)致的色散， 起到壓縮光脈沖的作用。

啁啾光纖光柵被認(rèn)為是最有前途的色散補(bǔ)償器，原因是光纖光柵體積小、損耗低、非線性效應(yīng)小、便于集成，且補(bǔ)償能力強(qiáng)，光纖光柵制造工藝也發(fā)展很快，性能不斷改善。 但是光纖光柵只能對特定波長進(jìn)行補(bǔ)償， 對多波長的傳輸系統(tǒng)，必須將不同光柵串連，每個(gè)光柵都需要根據(jù)傳輸需要設(shè)計(jì)其中心反射波長和長度， 這樣就增加了工藝難度。 對于光纖CATV 系統(tǒng)來說，一般都為單波長系統(tǒng)，所以啁啾光柵很適合用于長距離光纖CATV 系統(tǒng)的色散補(bǔ)償。

［1］宋英雄.1550nm 超干線及寬帶接入光傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究[D].上海大學(xué),2007.

［2］唐旭,唐建華,陳勤川.1550nm 長距離光傳輸系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整[J].有線電視技術(shù),2006（1）.

［3］沈旭輝.應(yīng)用1550nm 光傳輸技術(shù)加快廣電農(nóng)網(wǎng)雙改建設(shè)[J].中國有線電視,2011（10）.

注釋：

①唐旭,唐建華,陳勤川.1550nm 長距離光傳輸系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整[J].有線電視技術(shù),2006（1）.

②汪洋.1550nm 長距離CATV 系統(tǒng)色散補(bǔ)償技術(shù)的研究[D].上海大學(xué),2005.