1550nm光傳輸技術(shù)在廣電城域網(wǎng)中的應(yīng)用

【摘 要】首先結(jié)合招遠(yuǎn)廣電網(wǎng)絡(luò)的狀況，對1550nm傳輸技術(shù)進(jìn)行了介紹，然后對招遠(yuǎn)廣電城域網(wǎng)中1550nm波長系統(tǒng)的應(yīng)用情況進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

【關(guān)鍵詞】1550nm外調(diào)制光發(fā)射機(jī)；光開關(guān)；EDFA

1.前言

當(dāng)今社會的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入到信息時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)正在成為世界經(jīng)濟(jì)主流，有線電視（CATV）網(wǎng)以其寬帶的優(yōu)勢越來越受到業(yè)內(nèi)外的矚目。有線電視網(wǎng)絡(luò)的整合和數(shù)字電視的推廣普及以及高清電視的發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)改造已進(jìn)入新的階段，大家關(guān)注的熱點(diǎn)之一就是如何在技術(shù)上構(gòu)建規(guī)模大、距離長的有線電視傳輸網(wǎng)絡(luò)。有線電視傳輸網(wǎng)絡(luò)如果采用1310nm光纖傳輸技術(shù)，要通過多級光電轉(zhuǎn)換才能實(shí)現(xiàn)。而且采用接力的方法雖然可以延伸傳輸距離，但噪聲與非線性失真的積累，使C/N、CSO、CTB指標(biāo)劣化很快，因此傳輸距離仍然受到較大的限制。而采用1550nm光纖傳輸技術(shù)可以大大延長傳輸距離，降低網(wǎng)絡(luò)成本，提升系統(tǒng)可靠性，減少系統(tǒng)運(yùn)營維護(hù)成本。諸多優(yōu)點(diǎn)使得用1550nm技術(shù)建設(shè)有線廣播電視網(wǎng)的思路日益清晰，并逐漸成為國際、國內(nèi)建網(wǎng)趨勢。

2.招遠(yuǎn)廣電網(wǎng)絡(luò)概況

作為煙臺廣電寬帶骨干網(wǎng)絡(luò)的組成環(huán)節(jié)，招遠(yuǎn)廣電寬帶網(wǎng)采用靈活的層次化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，使整體網(wǎng)絡(luò)易于擴(kuò)展并且性能達(dá)到最佳。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上分為三層，即骨干層、匯聚層和接入層。在初期先進(jìn)行了骨干層和匯聚層的建設(shè)，其中骨干層由廣電網(wǎng)絡(luò)中心和城區(qū)及14個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)廣電站核心節(jié)點(diǎn)組成，在原有裸纖上建成1+14的星型骨干網(wǎng)絡(luò)。

原有的有線電視網(wǎng)絡(luò)大多為550MHz的單向HFC網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)呈星樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，前端設(shè)在廣電網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房和各基層廣電站，中心機(jī)房到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)機(jī)房采用1550nm和1310nm波長傳輸，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)站到光節(jié)點(diǎn)以1310nm為主。

招遠(yuǎn)廣電有線數(shù)字電視于2005年11月正式投入商業(yè)運(yùn)行。采用模數(shù)混傳的方式傳39套模擬電視節(jié)目和108套數(shù)字電視節(jié)目。其中數(shù)字電視節(jié)目包含了所有的模擬電視節(jié)目，由用戶自行選擇繼續(xù)收看模擬電視節(jié)目還是增加一定的收視費(fèi)后收看數(shù)字電視節(jié)目，目前有4000多個(gè)數(shù)字電視用戶。

3.1550nm光傳輸技術(shù)

廣電城域網(wǎng)不論網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小，基本上都采用傳統(tǒng)的二級光纖鏈路的組網(wǎng)方式。其中一級光纖為環(huán)型干線傳輸，二級光纖為星型分配傳輸。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小，省級以上的大城市一級光纖的工作波長都為1550nm，二級光纖的工作波長為1310nm。而中小城市的一級光纖的工作波長為1310nm，二級光纖的工作波長也為1310nm，當(dāng)然這是早幾年廣電業(yè)界所形成的共識。隨著1550nm光發(fā)射機(jī)與摻鉺光纖放大器EDFA價(jià)格大幅下降，1550nnm光傳輸?shù)男詢r(jià)比優(yōu)勢是傳統(tǒng)1310nm系統(tǒng)所無法比擬的。眾所周知，由于光纖在1550nm波長的衰減只有0.25dB/km，是1310nnm波長的57%左右。顯然，在發(fā)射具有相同總功率的情況下，1550nm波長的發(fā)射設(shè)備比1310nm的設(shè)備能傳輸更長的距離，帶更多的光節(jié)點(diǎn)（光接收機(jī)）。再有就是基于EPON的考量，因?yàn)镋PON采用單芯波分復(fù)用技術(shù)，以1550nm廣播式下傳電視信號，以1490nm廣播式下傳EPON下行信號，以1310nm時(shí)分多址接入方式上傳EPON上行信號?；谝陨蟽煞矫嬉蛩氐目紤]，1550nm下傳電視信號不僅技術(shù)指標(biāo)高，而且經(jīng)濟(jì)性也同樣高，另外還有一個(gè)重要因素就是符合未來三網(wǎng)合一的發(fā)展趨勢。所以無論網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小，1550nm的光發(fā)射機(jī)加摻鉺光纖放大器EDFA的組網(wǎng)方式都是可行的，與廣電傳統(tǒng)的1310nm光傳輸系統(tǒng)相比1550nm光傳輸技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）損耗小。相比較1310nm傳輸模式，1550nm傳輸擁有最低的損耗窗口，傳輸損耗小于0.25dB/km，而1310nm波長傳輸損耗為0.4dB/km；這是1550nm波長在骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)和接入網(wǎng)絡(luò)主要通信波長的首要原因。

（2）功率大。1310nm發(fā)射機(jī)輸出功率十分有限，僅有十幾毫瓦，放大器PDFA技術(shù)失敗。而1550nm光放大器的發(fā)明可以將系統(tǒng)發(fā)射功率超過1310nm幾十倍，甚至幾百倍，使得通信系統(tǒng)傳輸更長。目前某些生產(chǎn)廠商已經(jīng)推出單機(jī)輸出功率高達(dá)5000mW的1550nmEDFA專門為未來光纖到戶，每個(gè)家庭將需要約0.25mW（-6dBm）光功率。

（3）指標(biāo)好。使用1550nm可以實(shí)現(xiàn)光信號級聯(lián)，無須光電轉(zhuǎn)化，信號傳輸指標(biāo)高，而1310nm傳輸距離有限無法進(jìn)行光路上級聯(lián)，只能再生中繼，信號損傷較大。

（4）成本低。1550nm和1310nm單機(jī)輸出功率十分懸殊，但是成本接近，意味著1550nm單位毫瓦光功率成本很低，僅1310nm的幾十分之一；這也是ITU和IEEE兩個(gè)組織的接入網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)都定義使用1550nm波長來做廣播業(yè)務(wù)的根本原因。

（5）易維護(hù)。由于1550輸出功率大，設(shè)備數(shù)量大大減少，便于管理，維護(hù)簡單。1310nm在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大到較大規(guī)模時(shí)，復(fù)雜的射頻放大分配系統(tǒng)將很容易發(fā)生問題，可靠性一直是讓人頭疼的環(huán)節(jié)，1550則沒有。

（6）可發(fā)展。隨著網(wǎng)絡(luò)逐步向FTTH演進(jìn)，需要成百上千倍地提高信號發(fā)射光功率，1550nm完全代表了向未來FTTH發(fā)展方向?？梢允咕W(wǎng)絡(luò)逐步從FTTN（光纖到節(jié)點(diǎn)）到FTTB，直至FTTH的平滑升級；現(xiàn)實(shí)中就是光纖到路邊（HFC 200～500戶/光節(jié)點(diǎn)），發(fā)展到光纖到樓（50戶/節(jié)點(diǎn)），到門棟（25戶/節(jié)點(diǎn)），到戶FTTH。

4.1550nm光傳輸技術(shù)在廣電城域網(wǎng)中的應(yīng)用

4.1 招遠(yuǎn)廣電1550nm城域網(wǎng)設(shè)計(jì)

我們知道同軸電纜時(shí)代的廣電網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)前端，靠從前端引出N條主干線電纜輻射整個(gè)市區(qū)的不同方向。HFC時(shí)代廣電網(wǎng)絡(luò)像電信網(wǎng)一樣逐漸演化成主干光纖環(huán)網(wǎng)+星型光纖分配網(wǎng)的模式。這是基于傳輸?shù)目煽啃院捅阌诔隼w的需求（一個(gè)前端沒法引出那么多的光纖），所以才產(chǎn)生了所謂一二級（兩級光傳輸）光纖的概念。招遠(yuǎn)廣電城域網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)由1個(gè)總前端和3個(gè)分前端組成，其光纖拓?fù)涫堑湫偷沫h(huán)+星型結(jié)構(gòu)（見圖1），其中一二級光纖的工作波長為1550nm，原因仍然是基于1550nm下行電視信號傳輸?shù)母呖煽啃院徒?jīng)濟(jì)性以及EPON和需要。

招遠(yuǎn)廣電城域網(wǎng)1550nm光傳輸系統(tǒng)的傳輸設(shè)備由1550nm直調(diào)光發(fā)射機(jī)、摻鉺光纖放大器EDFA、光接收機(jī)、光開關(guān)、1550nm/1310nm雙窗口光分路器、分波器與合波器（用于波分復(fù)用）、光連接器和尾纖等組成。為保證可靠性與穩(wěn)定性，主要傳輸設(shè)備如1550nm直調(diào)光發(fā)射機(jī)、摻鉺光纖放大器EDFA和光開關(guān)采用德國Bktel公司的產(chǎn)品。其中主機(jī)房選用的1550nm直調(diào)光發(fā)射機(jī)的型號是BOT1550-19，摻鉺光纖放大器EDFA是BKtel-OV2165，含義是雙16.5dBm輸出的EDFA，一路用于環(huán)網(wǎng)，另一路用于總前端機(jī)房和星型光纖分配網(wǎng)。最后需要說明的是在廣電城域網(wǎng)中，總前端到最遠(yuǎn)的用戶距離不過二三十千米（再遠(yuǎn)的距離屬于縣鄉(xiāng)聯(lián)網(wǎng)的范疇了，要使用1550nm外調(diào)制光發(fā)射機(jī)才能滿足設(shè)計(jì)要求），加之各分前端又沒有光電轉(zhuǎn)換，因此選有1550nm直接調(diào)制的光發(fā)射機(jī)即能滿足設(shè)計(jì)要求，它不像1550nm外調(diào)制光發(fā)射機(jī)的價(jià)格哪么昂貴，對比可知1550nm直調(diào)光發(fā)射機(jī)已經(jīng)與1310nm直調(diào)光發(fā)射機(jī)的價(jià)格相差無幾，其性價(jià)比的優(yōu)勢是1310nm系統(tǒng)所望塵莫及的。

本設(shè)計(jì)中主干光纖傳輸用兩只1分3的光分路器即可，分別安裝在招城和魁星這2個(gè)分前端機(jī)房，這樣可少用1芯干線光纖。各分前端滿配置時(shí)使用1只1分10的的光分路器（均分）和10只1分10的光分路器（不均分），整個(gè)分前端目前的最大容量高達(dá)10×10=100個(gè)光節(jié)點(diǎn)（將來如需要擴(kuò)容分前端加一臺EDFA可增加到100×2=200個(gè)光節(jié)點(diǎn)）。實(shí)際的1550nm光傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D詳見圖1與圖2，為確?？煽啃裕岸瞬捎昧穗p1550nm直調(diào)光發(fā)射機(jī)通過光開關(guān)交叉開機(jī)的工作方式。因此，無論哪臺1550nm直調(diào)光射機(jī)出現(xiàn)故障都不會影響正向與逆向光信號的同時(shí)輸出，1550nm直調(diào)光射機(jī)雙輸出的優(yōu)勢在這里體現(xiàn)得淋漓盡致，基于同樣的設(shè)計(jì)理念，各分前端同樣也是通過光開關(guān)來雙發(fā)選收，分前端的可靠性也很高。

4.2 1550nm城域網(wǎng)光傳輸設(shè)備的選型

1550nm模擬光傳輸設(shè)備主要有1550nm外調(diào)制光發(fā)射機(jī)、摻鉺光纖放大器EDFA和光開關(guān)等，其中1550nm光發(fā)射機(jī)還有直調(diào)與外調(diào)之分。一般而言，1550nm直調(diào)光發(fā)射機(jī)主要用于廣電城域網(wǎng)，傳輸距離通常在二三十千米之內(nèi)。1550nm外調(diào)制光發(fā)射機(jī)主要用于四十千米以上的長距離傳輸。當(dāng)然如果用1550nm外調(diào)制光發(fā)射機(jī)在城域網(wǎng)中使用性能只會更好，因此本設(shè)計(jì)構(gòu)想也選1550nm外調(diào)制光發(fā)射機(jī)。本方案選用德國Bktel公司的產(chǎn)品是基于其獨(dú)立19英寸1U高度安裝方式的考量，此外它還有2路光信號的輸出（某些品牌的光發(fā)射機(jī)只有1路光信號輸出）。摻鉺光纖放大器EDFA則選擇面較寬，進(jìn)口與國產(chǎn)都有很多品牌，國產(chǎn)品牌也極具有競爭優(yōu)勢，本方案選擇Bktel公司的產(chǎn)品主要是為了方便網(wǎng)管。順利成章光開關(guān)的選擇也一樣，其他無源光傳輸設(shè)備均選用上?；羝展镜耐惍a(chǎn)品。

5.結(jié)束語

伴隨著有線數(shù)字電視模數(shù)整體平移的不斷推進(jìn)，今后較長的一段時(shí)期內(nèi)，1550nm長距離傳輸無疑最適合當(dāng)前各地廣電網(wǎng)絡(luò)改造的實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)承受能力，利用1550nm技術(shù)同時(shí)利用高可靠性的組網(wǎng)辦法是建設(shè)有線電視網(wǎng)絡(luò)優(yōu)秀的選擇。

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作者簡介：侯娜（1975—），助理工程師，主要從事廣播電視技術(shù)工作。