1550nm光傳輸技術(shù)在光干線城域網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用研究

段華瓊，陳華容

（1.四川大學(xué)錦城學(xué)院，成都 611371；2.四川省有線廣播電視網(wǎng)絡(luò)股份有限公司內(nèi)江分公司，四川 641000）

1550nm光傳輸技術(shù)在光干線城域網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用研究

段華瓊1，陳華容2

（1.四川大學(xué)錦城學(xué)院，成都 611371；2.四川省有線廣播電視網(wǎng)絡(luò)股份有限公司內(nèi)江分公司，四川 641000）

1550nm長距離光傳輸技術(shù)在解決廣播電視信號遠(yuǎn)距離傳輸方面優(yōu)勢明顯。首先對1550nm光傳輸技術(shù)進(jìn)行介紹，分析制約長距離傳輸?shù)囊蛩?。在對?nèi)江市資中縣廣電網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計資中縣光纜干線建設(shè)的具體實(shí)施方案并達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

1550nm光傳輸；長距離光傳輸技術(shù)；廣電網(wǎng)絡(luò)

1 1550nm光傳輸技術(shù)簡介

1.1 1550nm光傳輸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

在解決廣播電視信號遠(yuǎn)距離傳輸方面，1550nm光傳輸技術(shù)有著非常明顯的優(yōu)勢：

（1）損耗小。1310nm波長的傳輸損耗是0.4dB/km，1550nm波長的則小于0.25dB/km。

（2）功率大。1550nm光放大器的發(fā)射功率超過1310nm發(fā)射功率幾十倍，甚至幾百倍。

（3）成本低。1310nm和1550nm的成本相近，但二者的單機(jī)輸出功率相差巨大，從單位毫瓦光功率比較，1550nm比1310nm要低很多。

（4）易維護(hù)。由于1550nm的輸出功率極大，設(shè)備的數(shù)量因此大大減少，顯著降低了管理維護(hù)成本。

1.2 制約長距離傳輸?shù)囊蛩?/h3>

（1）受激布里淵散射（SBS）

在有的光纖傳輸系統(tǒng)中采用外調(diào)制器，因此光源線寬很窄，雖然能有效克服光纖色散的影響，卻讓光纖的SBS閾值下降到直流閾值的水平。所以，必須采用SBS抑制措施。否則，系統(tǒng)載噪比會隨光發(fā)送機(jī)入纖功率的增加而降低。如果入纖功率超過SBS閾值，就會造成系統(tǒng)載噪比驟然降低。因此，1550nm光纖傳輸設(shè)備的性能是由發(fā)送機(jī)CNR、CTB、CSO指標(biāo)和SBS抑制能力共同決定。在光傳輸系統(tǒng)內(nèi)，注入光纖光功率的上限由SBS值確定。

（2）自相位調(diào)制（SPM）

光波的自相位調(diào)制現(xiàn)象是因為光纖中的光波太強(qiáng)，使光纖折射率與光強(qiáng)成正比，光波的相位因此受到信號的調(diào)制。自相位調(diào)制會造成超長距離傳輸鏈路產(chǎn)生極大的失真，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的CSO指標(biāo)。

（3）光纖色散（DSP）

光信號的不同頻率成份或不同模式分量按照不同的速率傳播，當(dāng)距離較長時，信號就會失真，這就是光纖色散。DSP導(dǎo)致信號的CNR惡化和功率的下降。在資中縣的光干線城域網(wǎng)建設(shè)中，光纖傳輸距離非常長，必須考慮DSP對性能的影響。在實(shí)際工作中，一般采用色散補(bǔ)償器來削弱光纖色散的影響。

（4）光放大器的引入導(dǎo)致系統(tǒng)載噪比的損傷

當(dāng)摻鉺光纖放大器工作時，粒子數(shù)處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)。信號光通過光纖時，亞穩(wěn)態(tài)粒子就會受激發(fā)射，放大信號；光子被光纖捕獲，傳輸并放大，然后再與信號混合，形成了光放大器的噪聲。在無載噪比和光調(diào)制度一定的情況下，光放大器噪聲系數(shù)越低，輸入光功率越大，系統(tǒng)載噪比損失就會越小。所以，在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)方案和選擇設(shè)備時，要盡可能提高光放大器的輸入光功率，優(yōu)選噪聲低的光放大器。

2 資中縣廣電網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

2.1 資中縣廣電網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有情況分析

資中分公司現(xiàn)有1個中心機(jī)房，33個分前端機(jī)房，覆蓋接入用戶約18萬戶。由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)網(wǎng)絡(luò)已建成10余年，均采用樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不能進(jìn)行環(huán)路保護(hù)；且建成后未進(jìn)行過大的修整，存在較大的安全隱患，大部分線路老化，節(jié)點(diǎn)較多，到分前端的光信號指標(biāo)劣化，大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)均達(dá)不到2級分光的指標(biāo)，纖芯資源嚴(yán)重不足。上述情況已嚴(yán)重影響到資中縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)字電視整轉(zhuǎn)工作，無法承載雙向互動和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。因此，光纜干線建設(shè)勢在必行，并應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下兩個目標(biāo)：形成環(huán)路保護(hù)，提升運(yùn)維保障能力；新增纖芯資源，著力開發(fā)數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)和專網(wǎng)等業(yè)務(wù)。

2.2 資中光纜干線建設(shè)的技術(shù)可行性分析

資中縣光纜干線建設(shè)主要依托原有自主產(chǎn)權(quán)路由架設(shè)，只需投入光纜和修正、整治部分干路即可達(dá)到穩(wěn)定傳輸網(wǎng)絡(luò)信號的目的。

光纜干線工程要保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、安全性和高效性，故本方案采用星型雙歸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將各片區(qū)場鎮(zhèn)機(jī)房納入星型雙歸的范圍內(nèi)。每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)分機(jī)房為12芯雙歸環(huán)路，12芯鏈型環(huán)路保證信號傳輸?shù)陌踩头€(wěn)定。專網(wǎng)和集團(tuán)用戶等纖芯預(yù)留。實(shí)施的光纜干線沿自主產(chǎn)權(quán)桿路架設(shè)，新建部分路由，對部分腐蝕、損傷的桿路進(jìn)行修復(fù)。先期進(jìn)行新建部分光纜路由建設(shè)，打通各鄉(xiāng)鎮(zhèn)路由，利用現(xiàn)有光纜資源，初步建成鏈型環(huán)路；新建部分按照雙歸環(huán)網(wǎng)纖芯要求架設(shè)光纜；剩余的雙歸環(huán)光纜，后期逐步完成建設(shè)工作。

3 資中縣光纜干線建設(shè)的設(shè)計方案

3.1 資中縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)環(huán)網(wǎng)路由拓?fù)鋱D

資中縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)環(huán)網(wǎng)的主信號路由選擇如圖1所示。

資中縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)環(huán)網(wǎng)的備份信號的路由選擇如圖2所示。

3.2 具體方案設(shè)計

對中心機(jī)房和環(huán)網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計如圖3所示。

圖1 主信號路由選擇

圖2 備份信號路由選擇

圖3 中心機(jī)房和環(huán)網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

圖3包含了整個鄉(xiāng)鎮(zhèn)環(huán)骨干網(wǎng)的所有光放，其中紅色為順環(huán)鏈路，藍(lán)色為逆環(huán)鏈路，光放輸出均為22dBm。

其中，環(huán)1的光放傳輸設(shè)計如圖4所示。環(huán)2～環(huán)7的具體設(shè)計方案類似。

圖4 環(huán)1的光放傳輸設(shè)計圖

各鎮(zhèn)分機(jī)房信號接入情況如圖5所示。

3.3 指標(biāo)核算

資中縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)環(huán)骨干網(wǎng)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)信號接入均只需采用2級光放覆蓋即可，按指標(biāo)最差情況計算，2級光放鏈路第一級光放輸入光功率4dBm，第二級光放輸入光功率1dBm，指標(biāo)計算情況如圖6所示。

圖5 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)分機(jī)房信號接入圖

圖6 指標(biāo)情況圖

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行光傳輸系統(tǒng)的載噪比的計算，變量為光接收機(jī)的接收功率、EDFA的接收功率和頻道數(shù)。系統(tǒng)的載噪比如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)載噪比

B to B描述了發(fā)射機(jī)與接收機(jī)背靠背情況下的載噪比指標(biāo)，并假設(shè)系統(tǒng)前端信號是干凈的。在背靠背指標(biāo)的前提下，又計算了插入EDFA后的載噪比指標(biāo)，同時考慮了不同頻道數(shù)在自動增益控制模式下的指標(biāo)，當(dāng)頻道數(shù)少時，調(diào)試人員仍可根據(jù)實(shí)際情況在計算指標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。

3.4 設(shè)備清單

完成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)所需要的各設(shè)備如表1所示。

表1 設(shè)備清單表

3.5 方案的實(shí)施

（1）中心機(jī)房-興隆鎮(zhèn)-新橋鎮(zhèn)-金李井鎮(zhèn)-魚溪鎮(zhèn)-板栗椏鎮(zhèn)-中心機(jī)房環(huán)線，每鎮(zhèn)12芯雙歸環(huán),12芯鏈型環(huán)，纖芯總數(shù)72芯；環(huán)長66.8公里/72芯，接入15公里/24芯；

（2）中心機(jī)房-公民-雙河-宋家-陳家-銀山-明心-中心機(jī)房環(huán)線，每鎮(zhèn)12芯雙歸環(huán),24芯鏈型環(huán)，纖芯總數(shù)96芯；環(huán)長95.78公里/96芯，接入18公里/36芯；

（3）中心機(jī)房-蘇家灣-龍山-太平-獅子-中心機(jī)房環(huán)線，每鎮(zhèn)24芯雙歸環(huán),12芯鏈型環(huán)，纖芯總數(shù)72芯；環(huán)長50.29公里/72芯，其中中心機(jī)房-蘇家灣12公里與雙龍環(huán)蘇家灣-中心機(jī)房同纜敷設(shè)144芯。接入12公里/24芯；

（4）中心機(jī)房-雙龍-騮馬-孟塘-龍江-馬鞍-中心機(jī)房環(huán)線，每鎮(zhèn)12芯雙歸環(huán)12芯鏈型環(huán)，纖芯總數(shù)72芯；環(huán)長75.1公里/72芯，接入15公里/24芯；

（5）中心機(jī)房-甘露-歸德-順河-球溪-高樓-中心機(jī)房環(huán)線，高樓、球溪鎮(zhèn)12芯雙歸環(huán),12芯鏈型環(huán)，纖芯總數(shù)72芯；環(huán)長70.79公里/72芯/54芯，高樓接入3公里/24芯；球溪全部接入。

（6）由于龍結(jié)、發(fā)輪、配龍、羅泉、鐵佛、走馬等鎮(zhèn)距離中心機(jī)房較遠(yuǎn)，以球溪機(jī)房作為中繼點(diǎn)，組建球溪機(jī)房-龍結(jié)-發(fā)輪-配龍-球溪機(jī)房環(huán)線，每鎮(zhèn)12芯雙歸環(huán)12芯鏈型環(huán)，纖芯總數(shù)48芯；該環(huán)長10.32公里/96芯（與走馬-鐵佛-羅泉-球溪環(huán)同纜）50.5公里/48芯，接入9公里/24芯；組建球溪機(jī)房-走馬-鐵佛-羅泉-球溪機(jī)房環(huán)線，每鎮(zhèn)6芯雙歸環(huán)12芯鏈型環(huán)，纖芯總數(shù)30芯，該環(huán)長8.1公里/30芯，接入3公里/18芯。

3.6 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)

為了滿足新系統(tǒng)建成之后，將系統(tǒng)被動管理變?yōu)橹鲃庸芾恚總€設(shè)備可輕松實(shí)現(xiàn)管理是必不可少的，目前成熟的基于以太網(wǎng)絡(luò)的二類網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備完全可以實(shí)現(xiàn)全面系統(tǒng)管理。

所有機(jī)房設(shè)備通過一臺二層以太網(wǎng)交換機(jī)連接，所有樓棟光接收機(jī)都直接和相鄰的EPON系統(tǒng)中的ONU連接，最后都連到分前端的三層交換機(jī)上，把IP地址設(shè)置在一個網(wǎng)段，相關(guān)端口設(shè)置在一個VLAN中。每個分前端賦予指定的一段IP地址和唯一VLAN號，其三層交換機(jī)和總前端通過千兆或萬兆以太網(wǎng)連接，其中總前端本地設(shè)備可以作為一個分前端系統(tǒng)對待考慮。

網(wǎng)絡(luò)管理計算機(jī)另外賦予一個IP地址段和一個VLAN號，容許其管理計算機(jī)可以無限擴(kuò)容，不但讓所有維護(hù)人員能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況，合理安排工作，提高服務(wù)質(zhì)量，而且使得各級領(lǐng)導(dǎo)都能及時和合理了解掌握網(wǎng)絡(luò)實(shí)際狀況。

4 結(jié)語

本文將1550nm遠(yuǎn)距離光傳輸技術(shù)應(yīng)用到資中縣光纜干線的建設(shè)，對資中縣32個鄉(xiāng)鎮(zhèn)廣電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，通過方案的實(shí)施，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

[1]陳建強(qiáng).1550nm長距離傳輸技術(shù)在寧德廣電數(shù)字電視市縣聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用[J].有線電視技術(shù),2010,08:24-28.

[2]肖永輝.1550nm光傳輸技術(shù)在廣播電視信號傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用[J].有線電視技術(shù),2016,10:31-35.

[3]段華瓊，周相吉.光傳輸網(wǎng)中DWDM技術(shù)在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究[J].電視技術(shù),2017,2:39-43.

[4]付會恩.1550nm光傳輸技術(shù)在峰峰集團(tuán)數(shù)字電視改造中的研究與應(yīng)用[J].電子世界,2013,24:110.

Abstract：Long distance optical transmission technology has obvious advantages in solving the long-distance transmission of broadcast and television signals.Introduces the technology of 1550nm optical transmission,analyses the factors restricting long distance transmission.Based on the analysis of the present situation of Zizhong county radio and TV network,designs the construction of the cable trunk line of the Zizhong county and achieves the expected goal.

Keywords：1550nm Optical Transmission;Long Distance Optical Transmission Technology;Broadcasting Network

Research on the Application of 1550nm Optical Transmission in Metropolitan Area Network

DUAN Hua-qiong1，CHEN Hua-rong2

（1.Jincheng College of Sichuan University，Sichuan 611371；2.Sichuan Cable Broadcasting and Television Network Inc Neijiang Branch,Sichuan 641000）

1007-1423（2017）26-0043-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.26.011

段華瓊（1980-），女，四川資中人，碩士，講師，從事領(lǐng)域為軟件工程、系統(tǒng)集成研究

陳華容（1975-），女，四川資中人，本科，工程師，從事領(lǐng)域為有線廣播電視工程規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)管理研究

2017-06-06

2017-09-10