光纖CATV傳輸系統和光纖拉曼放大器相關問題分析

盧建蒙

秦皇島市廣播電視中心，河北秦皇島 066000

光纖CATV傳輸系統和光纖拉曼放大器相關問題分析

盧建蒙

秦皇島市廣播電視中心，河北秦皇島 066000

在分析CATV的性能指標-載噪比CNR的基礎上，最后重點分析了拉曼放大器中兩種主要的噪聲：放大的自發輻射噪聲(ASE)和雙重背向瑞利散射噪聲(DRB)，有利于進一步研究光纖CATV傳輸系統長距離傳輸問題。

光纖CATV傳輸系統；光纖拉曼放大器；載噪比；自發輻射噪聲；雙重背向瑞利散射噪聲

0 引言

有線電視系統一般由前端，干線傳輸，分配網絡，用戶終端四部分組成。前端是有線電視節目信號的來源；干線傳輸主要有光發射機、放大器、光纜、光接收機4部分組成；光發射機的核心部分是分布反饋激光器（DFB）或發光二級管，可以將輸入的電信號轉換成光信號；放大方式可以分為光電光放大和全光放大兩種；光、電、光二級放大比較落后，設備復雜，放大效率低，而且容易引入額外噪聲；全光放大設備簡單，易于維護，放大效率高[1,2]，例如常見的摻鉺光纖放大器（EDFA），光纖拉曼放大器（FRA）和半導體光放大器（SOA）；光接收機的主體是光電檢測器，能夠實現將輸入的光信號轉換成電信號。分配網絡主要用同軸電纜來完成，利用現有的電纜網絡，就可以把電視信號送到每家每戶。

1 CATV的性能指標-載噪比CNR

對于AM-VSB CATV系統，主要有3個重要的系統指標：載噪比（CNR）、二階組合互調失真（CSO）和三階組合差拍失真（CTB）。

電視信號從前端送往用戶終端，在傳輸過程中不可避免要經歷失真與損耗。噪聲是普遍存在的：在光纖CATV系統中，噪聲來源于光發射機、光接收機以及放大器、以及光纖傳輸鏈路中產生的噪聲等。其中包括：1）接收機中的電子熱噪聲和光電轉換產生的量子噪聲；2）光發射機中激光器本身產生的相對強度噪聲（RIN）；3）光放大產生的ASE與傳輸信號之間的差拍噪聲；4）傳輸過程中各種非線性效應引起的信道間的交調噪聲；5）光纖中的DRB與信號間的差拍噪聲，雖然這些噪聲有不同的產生機理，具有不同的特性，但是它們都會對圖象質量產生影響，導致圖像背景雪花。

要想獲得足夠高的CNR，保證傳輸質量，一是提高接收端光功率；二是減小相應的噪聲源的噪聲。但是在采用EDFA放大的長距離CATV系統中，高的接收光功率意味著大的入纖光功率，由此造成光纖的非線性效應，使系統非線性指標惡化。而減小各種噪聲始終是各種新技術所致力的目標。前面我們已經介紹了在長距離CATV系統中采用FRA分布光放大的諸多優點，而采用FRA的ASE噪聲與采用EDFA相似，其主要缺點是FRA的分部放大會同時對DRB放大。

2 拉曼放大器的噪聲特性

所有的放大器都會給系統帶來額外的噪聲，拉曼放大器也不例外。放大器的噪聲特性是一項重要指標，由于拉曼放大器的放大機理與EDFA完全不同，所以其噪聲特性也不同于摻稀土元素的光放大器。光纖拉曼放大器主要有兩類噪聲一放大的自發輻射噪聲（ASE）和雙重瑞利散射噪聲（DRB）。

2.1 自發輻射噪聲

同EDFA類似，放大的自發輻射噪聲ASE也是拉曼放大器很重要的一個噪聲來源。拉曼放大器中的ASE噪聲是由于自發拉曼散射效應經泵浦光拉曼放大而產生的覆蓋整個拉曼增益譜的背景噪聲。很明顯泵浦光功率越大，拉曼放大作用越明顯，ASE噪聲就會越大。在拉曼增益一定的前提下，光纖中的噪聲光功率會隨著傳輸距離的增大而減小。一方面這是因為光纖自身對所有光信號的衰減作用，噪聲光一直經歷著損耗，這在一定程度上抑制了ASE噪聲；另一方面由于光纖的衰減作用，泵浦光功率越來越弱，它對所有信號光的放大作用也是在減弱。拉曼放大器的帶寬越窄，ASE噪聲功率就越低，信噪比越高，因此在單波長的CATV系統中可通過加光濾波器的方法減小FRA的ASE噪聲。

2.2 瑞利散射噪聲

瑞利散射是由于在光纖的制造過程中，光纖的局部濃度微觀起伏導致了折射率在比波長還要小的尺度上發生隨機變化而造成的。在光纖傳輸的過程中，瑞利散射會使一部分輸入信號光散射，變成反向傳輸的光。一方面，它會引起功率消耗，是1 550nm波段內光纖傳輸損耗的主要因素之一；另一方面，被散射成后向傳輸的光波會再經過一次瑞利散射而變為前向傳輸的光，這就是雙重瑞利背向散射（DRB）。

在發生雙重瑞利背向散射后，實際上還有可能發生多重的反復瑞利散射，但是瑞利散射超過兩次以后，瑞利散射的功率就變得非常小，可以忽略，因此，一般只考慮到雙重的瑞利散射。雙重瑞利背向散射能夠使噪聲信號的傳輸方向與信號光相同，兩者會發生相干疊加，影響系統性能。由于拉曼放大器獨特的分布放大機理，它會使光纖中所產生的瑞利散射噪聲經過前后兩次的分布放大，噪聲更加嚴重，因此，它是光纖拉曼放大器中另一個需要考慮的重要噪聲參數。

理論和實驗都表明，泵浦光功率越大，傳輸距離越長，瑞利散射的影響就越大；對于多個放大器級聯的系統，放大器個數越多，則DRB散射的影響越小。如果光纖長度一定，當開關增益較小時，ASE噪聲就構成了放大器噪聲的主要成分，可以忽略DRB噪聲影響；當開關增益較高，瑞利散射噪聲就急劇增加，超過ASE噪聲。為了抑制DRB噪聲的影響，可以采用多級放大的方式，避免泵浦功率過高和傳輸距離過長。由于雙向泵浦在光纖中的光功率分布比較均勻，因此，還可以通過采用這種泵浦方式來降低瑞利散射。另外在傳輸光纖中加入光隔離器，可以破壞雙重瑞利散射的環路增益，也能夠取得很好的抑制效果。

3 結論

主要對CATV光纖傳輸系統性能指標，主要是CNR，以及拉曼放大的基本原理和拉曼放大器的噪聲特性進行分析，對于今后光纖拉曼放大器對長距離CATV光纖傳輸系統CNR性能的影響具有一定幫助。

[1]楊萬榮.有線電視光纖傳輸系統中的噪聲與失真[J].甘肅 科技，2007，23(7).

[2]熊辰光.CATV光纖傳輸中載噪比的討論[J].有線電視技 術，2005，12(18).

TN0

A

1674-6708（2010）24-0212-02

book=218,ebook=143