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

1550 nm 光纖傳輸系統的優勢是覆蓋用戶量大， 與以太網（EPON）傳輸同一架構，為網絡雙向化節約了主干光纜資源和組網成本， 同時也保證了開展各項業務所需的帶寬資源。 1550 nm 傳輸系統采用摻鉺光纖放大器（EDFA），可將分路器下移，將光接收機推進至樓棟或最后一個光節點，有利于實現光接收機以下的無源覆蓋。 廣播電視節目利用1550 nm 波長傳輸，雙向數據采用EPON 技術，利用1490 nm/1310 nm 波長傳輸，既可以選擇分纖結構方式，也可以同纖波分復用（ 一纖三波） 傳輸，實現光網絡的雙向化，保證綜合業務順利開展。

1550nm 光纖傳輸也可結合IPQAM 技術（將DVB/IP 自IP 骨干網輸入的節目流重新復用在指定的多業務傳輸流中，再進行QAM 調制和頻率變換，輸出RF）實現VOD 或HDVOD 點播，利用EPON 或數據網的雙向通道，將用戶的點播控制信息回傳至中心播控服務器， 由播控服務器控制視頻流的播發， 通過IPQAM 調制設備和1550nm 直調光發射機， 采用波分復用技術使1550nm 電視信號和IPQAM 信號同纖混合傳輸，利用用戶端機頂盒和IC 卡實現視頻流的解碼輸出。

2 射頻電視超長距離傳輸系統的組成和主要問題

在光纖有線電視網絡中， 波長光纖傳輸系統除了1550光纖傳輸系統外，還有1310nm 光纖傳輸系統。 在1310nm 窗口，光纖傳輸損耗約為0.4dB/km（含熔接損耗在內），色散系數為＜3.5ps（km·nm），激光發送機都采用直接調制方式，具有較高的載噪比及非線性失真指標，性能穩定可靠。 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。

1550nm 光纖傳輸系統中，激光發送機采用外調制方式，以克服激光器直接調制產生的光頻惆啾效應，防止光譜的展寬， 而且1550nm 光纖放大器技術相當成熟和商用化， 所以1550nm 傳輸系統具有輸出功率大、可靠性高、單位光功率成本低、光纖損耗小（含熔接損耗在內約為0.25dB/km）等優點，并且能夠進行多次光放大，而光放大器對CTB（組合三階差拍失真）和CSO（組合二階失真）指標幾乎沒有影響，非常適合我國地級市—縣—鄉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），會限制更長距離的傳輸， 圖1 為1550nm 長距離傳輸系統示意圖①。

圖1 1550 nm 長距離傳輸系統

在1550nm 外調制有線電視系統中， 制約系統傳輸指標的主要因素是由光纖色散和自相位調制效應引起的CSO 劣化。 導致CSO 劣化的因素有：

2.1 光纖的色散

對于G652 常規單模光纖， 色散常數高達17Ps/（nm·km）。 在副載波圖像信號對光波進行強度調制時，不可避免地造成了光相位調制， 另外為了抑制受激布里淵散射而采用的激光器光頻抖動法也會產生寄生的光相位調制， 已調光波相位的變化對應著光譜展寬。 在色散介質中，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的包絡分量的疊加，引起光波包絡的失真，其表現為包絡向兩邊呈對稱性展寬。 從而導致了二階失真CSO 的劣化。

2.2 光纖中的自相位調制效應

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

3 改善射頻電視超長距離系統CSO 指標的措施

如何克服1550nm 長距離光纖傳輸系統的CSO 指標由于光纖色散和SPM 效應導致的嚴重劣化，同時又要考慮滿足載噪比指標，是對超長距離副載波復用光纖傳輸系統的最大挑戰。

3.1 控制光纖的色散

在數字通信系統中，使用色散補償光纖是對己鋪設光纖線路升級時常用的方法，具有許多優點。 色散補償光纖是無源器件，性能穩定，安裝容易，有較寬的帶寬，可以很方便地用來對現存的系統進行升級。 色散補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色散系數，這樣當常規單模光纖與適當長度的色散補償光纖級聯使用時，兩者色散將會互相抵消。

由于光纖中的自相位調制要通過光纖色散才能轉化為額外的光波強度調制， 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 波長的色散常數很小， 而且增大了光纖的截面積，可以有效減弱非線性效應， 就可以避免長距離上的CSO 劣化。

3.2 采用雙波長復用傳輸技術改善CSO 指標

由于光纖CATV 系統的二階產物數與傳輸的頻道數有關，減少傳輸頻道數可以改善CSO 指標。 由于光纖CATV 系統的二階產物數與傳輸的頻道數有關，減少傳輸頻道數可以改善cso 指標。 雙波長復用傳輸方案，通過使用兩臺1550nm光發射機以減少單臺發射機的傳輸頻道數， 系統方案如圖2所示②。

圖2 雙波長復用傳輸改善CSO 指標

圖中，兩臺光發射機分別傳送一半的CATV 頻道，經合波后送入傳輸系統，在接收端，由WDM 分波器將兩個波長分波后分別送入光接收機，再將恢復出的CATV 電信號混合起來。 經測試，系統的CSO 指標可以提高9dB。

3.3 采用線性啁啾光纖光柵進行色散補償

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，就形成一個寬帶濾波器，光柵的不同位置對應于不同的Bragg 反射波長。 當光脈沖信號通過這種啁啾光柵（周期從大到小，長度為Lg）時，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，兩波長分量之間產生時延差，補償了常規單模光纖由于群速度不同導致的色散， 起到壓縮光脈沖的作用。

啁啾光纖光柵被認為是最有前途的色散補償器，原因是光纖光柵體積小、損耗低、非線性效應小、便于集成，且補償能力強，光纖光柵制造工藝也發展很快，性能不斷改善。 但是光纖光柵只能對特定波長進行補償， 對多波長的傳輸系統，必須將不同光柵串連，每個光柵都需要根據傳輸需要設計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 系統來說，一般都為單波長系統，所以啁啾光柵很適合用于長距離光纖CATV 系統的色散補償。

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

［2］唐旭,唐建華,陳勤川.1550nm 長距離光傳輸系統的優化調整[J].有線電視技術,2006（1）.

［3］沈旭輝.應用1550nm 光傳輸技術加快廣電農網雙改建設[J].中國有線電視,2011（10）.

注釋：

①唐旭,唐建華,陳勤川.1550nm 長距離光傳輸系統的優化調整[J].有線電視技術,2006（1）.

②汪洋.1550nm 長距離CATV 系統色散補償技術的研究[D].上海大學,2005.