衡陽市無線數字電視1550nm光纖傳輸系統的設計

雷瑞林

【摘要】 本文簡述了衡陽市無線數字電視對全市七縣5區傳輸無線數字電視信號使用的1550nm光纖傳輸系統的設計原則和方案，并對傳輸過程中的指標參數計算和測試作出了說明。

【關鍵詞】 SDH MER 色散補償

一、設計原則和主要指標

1.設計原則

湖南省衡陽市無線數字電視網絡的建設是以衡陽市廣電為中心，其他縣區（衡陽縣，衡南縣，常寧市，耒陽市，祁東縣，衡山縣，衡東縣，南岳區，）為骨干的傳輸網絡，主要傳輸衡陽無線數字電視6個頻點共55套數字電視節目的信號，頻帶寬度100MHz，傳輸距離最遠的是衡陽市常寧的塔山鄉蒲竹村，達160公里以上。在其網絡建設中，為各縣區提供市中心無線數字電視16QAM調制的射頻信號，同時各縣電視臺的信號傳輸到局中心的總前端，經過編碼后，和其他節目的信號一起送入各縣區。

射頻信號的傳輸有二種：光纖1550nm傳輸和數字微波SDH傳輸。SDH是一套標準的電信系統，系統冗余度好、可控可管方便，但其造價昂貴，維護難度大；1550nm單向廣播式長距離傳輸系統，建網成本低、部署快速，尤其當數字電視系統擴容時，僅需配置總前端，升級方便。因此信號傳輸系統采用光纖網絡為主，數字微波傳輸為備用的方案，形成市縣各區統一的無線數字電視傳輸覆蓋網。在第一期的建設中，完成對衡南縣，常寧市和塔山苗族鄉以及塔山鄉蒲竹村的信號傳輸。

2.主要指標MER

MER是無線數字電視系統的主要指標之一，是接收信號質量的主要表征。MER表征了由噪聲、載波泄露、IQ幅度/相位不平衡、相位噪聲等各種因素造成對信號指標的損傷。 MER的值越大系統性能越好，信號損傷小；反之，則信號受到的損傷越大，嚴重時機頂盒將解調不出數字信號內的節目。因此，優化系統的MER指標至關重要。

衡陽市無線數字電視采用的是16QAM，單載波調制的方式。目前無線數字電視國家暫定的相關標準要求MER30dB，為了給網絡充分的指標余量，在設計中要求系統的：MER32dB。保證射頻信號到達各市縣后，經過發射后的信號能被機頂盒順利的解調出節目，滿足用戶的收看需求。

二、設計方案

在方案設計上充分考慮入纖功率、SBS抑制、EDFA驅動功率和色散補償對光鏈路各種指標的影響，充分保證信號在200公里范圍內的有效傳輸。在光鏈路的設計中重點考慮如下的幾個因數：

1.SBS

SBS是入射光在光纖中被轉換成后向散射的斯托克斯光，使前向傳輸的信號光被非線性地衰減，后向傳輸的光返回引起輸出光功率的波動所形成的噪聲對指標的影響閥值。SBS效應是激光與光纖相互作用的產物，隨光纖的長度而累積，SBS閥值不夠會造成系統低頻道CNR劣化（低頻道出現雪花），SBS閥值過量會造成系統高頻道CSO劣化（高頻道出現斜紋干擾）。本系統設計中通過光發射機對SBS進行補償就能獲的極佳的系統指標，當入纖光功率大于SBS，但傳輸距離較短（SBS未積累），便對功率進行分配，再以小功率入纖，經實驗對系統的CNR影響不大。

在傳輸系統中，光發射機的選擇窄線寬<0.3MHz的光發射機，有效地克服了光纖色散的影響，但同時卻使光纖的閾值降到了直流閾值的水平，隨著光發射機入纖功率的增加，系統載噪比會降低。因此在選擇1550nm光發中，功率大小和SBS抑制能力同等重要，目前業界最先進的光發射機的SBS（單模光纖）閾值達到19dBm。

2.CNR

EDFA工作在粒子數反轉狀態，信號光通過光纖，亞穩態的粒子受激發射，把信號放大，同時亞穩態粒子的自發射光子被光纖虜獲、傳輸和放大，并與信號混合在一起，成為EDFA的噪聲。計算公式為C/N=10log10（Pc/Pn），EDFA的噪聲系數越低，輸入光功率越大，則系統載噪比損失越小。因此設計時盡可能的提高EDFA的輸入光功率和選用低噪聲系數的EDFA。

3.光纖色散

在1550nm光纖傳輸系統中，色散造成光脈沖的展寬，使CSO隨著距離的加長而劣化，在色散介質中，光波的不同頻率分量有不同的群速，在光纖的輸出端形成不同延遲的包絡分量，造成光波的包絡失真。光纖中的自相位調制（SPM）與色散結合在一起，造成信號的二階失真，使CSO劣化。衡陽市無線數字電視的光鏈路使用的是單模標準光纖，即G.652光纖。該種光纖在傳輸1550nm光信號時，有較大的色散，色散系數為：17ps/nm.km。色散隨著光纖加長而增大。當光纖長度超過100公里后，色散引起的CSO、CTB劣化開始明顯；當光纖長度超過120公里后，CSO、CTB快速劣化；光纖中的SPM和DSP是造成系統性能劣化的主要因素，為了達到長距離傳輸，采用色散補償是最為有效的方式。本次方案中光纖距離已超過120公里，對每條鏈路進行適當的色散補償以獲得更高的系統指標。

綜合以上因數，本系統采用以下的方案：①在總前端，采用1臺1550nm光發，窄線寬<0.3MHz、SBS抑制比19dBm的外調制光發射機，適合長距離傳輸和色散補償技術。②EDFA盡量統一型號，保證設備的一致性，便于設備的備份切換，選擇輸出功率可調整的EDFA，輸入門限低至-15dBm，保證比較好的指標以及輸出功率的穩定性，確保光鏈路工作的動態帶寬。EDFA在0dBm輸入，16QAM的情況下每中繼一次MER劣化值<0.2dB；低于0dBm時，每降低1dBm的驅動功率，CNR降低1dB，MER降低0.2dB。③充分考慮衡陽市各縣區的光纖網絡使用已經多年，工程實施之后光纜損耗系數增加（0.3dB/km），結合工程的實際情況制定入纖功率。為了確保系統安全可靠的傳輸，減少自相位調制SPM對系統CSO指標的影響，綜合考慮CNR和CSO的關系，將入纖功率適當加大，40-50公里以后逐級補償。實踐證明：在鏈路損耗將近增加10dBm的時候，市縣分前端的MER指標仍然能夠保證32-33dB；④所有設備通過統一的網管平臺進行遠程監控管理，對所有設備的運行狀態及時監控并報警。

五、結論語

衡陽市無線數字電視在光鏈路系統的建設中在干線傳輸技術，色散補償技術、前置光放大技術的綜合使用上積累了豐富的理論知識和實踐經驗，為以后的建設奠定了扎實的理論基礎和實踐基礎。