數(shù)字電視1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)探討

范高峰

【摘要】本文針對(duì)數(shù)字電視1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)合理論實(shí)踐，在簡(jiǎn)要闡述1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)優(yōu)越性的基礎(chǔ)上，分析了主要設(shè)計(jì)原則和指標(biāo)，并提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電視;1550nm;全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng);設(shè)計(jì)

1. 1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)的優(yōu)越性

1.1 技術(shù)方面優(yōu)勢(shì)明顯

1550nm和850nm及1310nm相比，具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)，可更好的滿(mǎn)足數(shù)字電視信號(hào)傳播速度、效率、安全、避免失真的要求。

1.2 性?xún)r(jià)比高

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字電視通信技術(shù)愈發(fā)先進(jìn)，1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)各配套設(shè)備愈發(fā)先進(jìn)，如發(fā)射器、光放大器等的使用成本，也在不斷降低，可大幅度降低數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的成本，具有良好的發(fā)展前景。

1.3 實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)最后一公里到用戶(hù)

按照規(guī)劃，目前我國(guó)很多農(nóng)村地區(qū)建設(shè)3G基站、4G基站，4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋，無(wú)論是城市，還是鄉(xiāng)村，都可以使用超過(guò)20M的網(wǎng)速，滿(mǎn)足生活、學(xué)習(xí)及生產(chǎn)的要求，而且還能提供50M或者100M的具體接入能力。智能手機(jī)用戶(hù)可使用雙4G和雙百兆的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。

2. 1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和主要指標(biāo)

2.1 設(shè)計(jì)原則

數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)建設(shè)多以當(dāng)?shù)氐膹V電為中心，其余縣區(qū)為主要的骨干傳傳輸網(wǎng)絡(luò)，頻帶寬度為100MHz，傳輸距離可達(dá)160公里以上。因此在，1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要為各縣區(qū)提供16QAM調(diào)制發(fā)出的射頻信號(hào)，比如：各縣區(qū)電視臺(tái)在進(jìn)行信號(hào)傳輸中，要先將相關(guān)信號(hào)傳輸?shù)疆?dāng)?shù)貜V電中心的設(shè)備前端，再通過(guò)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行編碼后，再將信號(hào)移動(dòng)送往各縣區(qū)。1550nm傳輸可實(shí)現(xiàn)雙向長(zhǎng)距離傳輸，和傳統(tǒng)的單向傳輸相比，效率更高，速度更快，而且建設(shè)和運(yùn)行成本更低，建設(shè)速度也比快。比如：廣電中心的電視系統(tǒng)完成擴(kuò)容之后，再進(jìn)行總前端配制，就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的升級(jí)及維護(hù)。電視信號(hào)在傳輸過(guò)程中，多采用光纖網(wǎng)絡(luò)，為保證傳輸?shù)姆€(wěn)定性，發(fā)生光纖系統(tǒng)發(fā)生故障后無(wú)法正常使用，可將數(shù)字微波傳輸設(shè)置為備用方案，實(shí)現(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋和數(shù)字電視信號(hào)的有效傳輸。

2.2 主要指標(biāo)

MER是1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重中之重，此項(xiàng)指標(biāo)是否正常，對(duì)信號(hào)接收質(zhì)量的影響非常大，主要功能是用以橫梁噪聲、載波泄露等對(duì)信號(hào)指標(biāo)造成的損傷情況。多數(shù)情況下，MER數(shù)值越大，則表示1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)性能越好，數(shù)字電視傳輸信號(hào)受到的損傷越小。MER數(shù)值越小，則表明數(shù)字電視信號(hào)發(fā)生失真、損傷的程度就越嚴(yán)重。如果MER數(shù)值超過(guò)一定的范圍，則會(huì)導(dǎo)致部分機(jī)頂盒無(wú)法有效調(diào)解除電視節(jié)目影響用戶(hù)觀看效果。所以，在具體設(shè)計(jì)中必須科學(xué)合理優(yōu)化MER指標(biāo)。

3. 數(shù)字電視1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

3.1 合理確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

數(shù)字電視1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)由一個(gè)總前端，多個(gè)分前端共同組成，可按照順時(shí)針或者逆時(shí)針布設(shè)的方法，形成全環(huán)開(kāi)環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可滿(mǎn)足遠(yuǎn)距離數(shù)字電視信號(hào)傳輸?shù)男枨?，此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，具有很強(qiáng)的自愈功能，為典型的雙向開(kāi)環(huán)，從而滿(mǎn)足各市縣對(duì)電視信號(hào)接收的需求。為實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視1550nm全光網(wǎng)雙向傳輸，可采用波分復(fù)用技術(shù)，在分前端進(jìn)行光插入，此項(xiàng)技術(shù)也是實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視1550nm全光網(wǎng)雙向傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)，主要應(yīng)用機(jī)理為利用1310nm光發(fā)射機(jī)上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)下行傳輸，并覆蓋分前端向下小于20km的范圍。也可采用數(shù)字電視1550nm全光網(wǎng)中的直調(diào)式光發(fā)射機(jī)作光插入，保證分前端在具體運(yùn)行中，能夠使用到光放大器，提升運(yùn)行功率，以能夠分配出更多的光節(jié)點(diǎn)，滿(mǎn)足數(shù)字電視1550nm全光網(wǎng)雙向傳輸?shù)囊蟆?/p>

3.2 合理選擇傳輸波長(zhǎng)

目前在數(shù)字電視1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選擇的光纖多為標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，不但可以實(shí)現(xiàn)1310nm光信號(hào)的快速傳輸，也可以滿(mǎn)足1550nm光信號(hào)傳輸對(duì)設(shè)備性能的要求，促使用戶(hù)能夠按照當(dāng)?shù)厝ゾ唧w情況，合理選擇與之相適的光信號(hào)。1550nm的光傳輸損耗則比較小，平均為0.23dB/km，色散比較大，在17Ps/km·nm～20Ps/km·nm之間，適合長(zhǎng)距離傳輸和大范圍傳輸。在具體設(shè)計(jì)中，為降低光纖色散對(duì)數(shù)字電視1550nm全光網(wǎng)雙向傳輸質(zhì)量造成的影響，在具體傳輸中，可適當(dāng)加入外調(diào)制器，提升傳輸距離。

3.3 合理確定網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)

在數(shù)字電視1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，保證數(shù)字電視1550nm全光網(wǎng)雙向傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性，同時(shí)也要綜合考慮當(dāng)?shù)貐^(qū)域發(fā)展趨勢(shì)，為后期更新升級(jí)提供必要充足的余量，保證整個(gè)系統(tǒng)可以正常使用，要參考“有線(xiàn)數(shù)字電視系統(tǒng)用戶(hù)終端接收機(jī)入網(wǎng)條件和測(cè)量方法”中的相關(guān)規(guī)定，數(shù)字調(diào)制后在1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)傳輸端口位置的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示：

1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，確定傳輸光鏈路是中轉(zhuǎn)站，通常按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：

此公式中，Pi表示1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)中各分光路器以下第i條支路持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行所需的光功率（dBm）;α表示線(xiàn)路中的光纖損耗系數(shù)（dB/km）;Li表示個(gè)光鏈路中的光纖長(zhǎng)度（km）;a表示1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)中光纖連接器的個(gè)數(shù);Lc表示光纖連接器損量（dB）;Lm表示光鏈路中預(yù)留的損耗余量（dB）;Pr表示接收率。對(duì)1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)而言，α取值為0.25dB/km，Lc的取值為0.5dB/個(gè)，Lm的取值為0.5dB。

4. 設(shè)計(jì)方案和關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)多為長(zhǎng)距離系統(tǒng)，因此，光纖色散和非線(xiàn)性效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)指標(biāo)會(huì)造成較大的劣化影響。比如：影響光纖飛線(xiàn)性效應(yīng)的因素包括兩個(gè)方面，其一是4，其二SPM。其中前者主要發(fā)生在65km之前的光路之上，當(dāng)超過(guò)65km之后，SBS就基本趨于穩(wěn)定，并不會(huì)再隨著長(zhǎng)度的增加而增加。此時(shí)主要呈現(xiàn)的是SPM造成的影響，在60km～80km之間，SPM會(huì)緩慢增加，但如果超過(guò)80km，就會(huì)明顯增加。光發(fā)射機(jī)的SBS閾值越大，會(huì)導(dǎo)致輸入光纖的光功率也隨之增加，從而導(dǎo)致CSO發(fā)生快速劣化。因此，在1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必須結(jié)合實(shí)際情況，確定預(yù)置發(fā)射機(jī)的SBS閾值，從而合理分配各級(jí)EDFA具體輸入功率。為保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的有效性，需要可在光纖中插入相應(yīng)的放大器，對(duì)小信號(hào)做放大處理，同時(shí)對(duì)光纖的色散也要合理補(bǔ)償，最大限度上提升1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)的傳輸距離比較遠(yuǎn)，跨度普遍在80km以上，為降低色散對(duì)數(shù)字電視信號(hào)造成的影響，輸入光纖的功率不應(yīng)太大，以降低下一級(jí)EDFA的光功率。在具體設(shè)計(jì)中，可按照闡述30個(gè)QAM頻道進(jìn)行計(jì)算，按照兩級(jí)光纖干線(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算，同軸網(wǎng)則可以按照三級(jí)放大器分配網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算。

當(dāng)傳輸鏈路的長(zhǎng)度超過(guò)500km時(shí)，就需要進(jìn)行光纖色散補(bǔ)償，補(bǔ)償機(jī)理為：常規(guī)G.652光纖在1550nm波長(zhǎng)附近的色散為17ps/nm/km。數(shù)字電視信號(hào)傳輸中，如果傳輸速度超過(guò)2.5Gb/s，則隨著傳輸距離的增加，誤碼率也會(huì)隨之提升，信號(hào)失真也會(huì)隨之增加。因?yàn)椋珿.652光纖正色散值會(huì)隨著傳輸距離的增加而不斷增加，致使光纖色散逐步累積，導(dǎo)致1550nm全光網(wǎng)傳輸特性劣化。有效色散問(wèn)題，在1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可采用色散值為負(fù)的光纖，以抵消正色散值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的色散控制。負(fù)色散光纖就是色散補(bǔ)償光纖DCF，色散值通常在-50-200ps/nm/km之間，為保證負(fù)色散值能夠有效抵消1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)中的正色散值，就要保證DCF光纖的芯輕非常小，增大折射率差。但此種做法會(huì)在一定程度上增加光纖的衰耗，降低SBS的閾值，因此，需要通過(guò)特殊的放大器來(lái)消減色散補(bǔ)償光纖的損耗，最大限度上提升補(bǔ)償效果，保證數(shù)字電視信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

電視和數(shù)據(jù)插入業(yè)務(wù)的Overlay疊加技術(shù)的應(yīng)用，可將輸出與前端傳來(lái)的廣播節(jié)目經(jīng)過(guò)光復(fù)用器耦合進(jìn)相同的光纖下路，然后一起傳輸給每個(gè)光節(jié)點(diǎn)，此種疊加傳播方式，不但滿(mǎn)足了當(dāng)前模擬電視廣播的需求，也適應(yīng)數(shù)字電視廣播的要求?？蔀閿?shù)字電視1550nm全光網(wǎng)施工最后一公里到用戶(hù)奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。

5. 總結(jié)

綜上所述，本文結(jié)合理論實(shí)踐，探討數(shù)字電視1550nm全光網(wǎng)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)，探討結(jié)果表明，相比于850nm及1310nm，1550nm具有非常限制的優(yōu)勢(shì)，可滿(mǎn)足二級(jí)網(wǎng)的要求。但在設(shè)計(jì)中工序繁多，任何一個(gè)環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，都會(huì)影響設(shè)計(jì)效果，為保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性、持續(xù)性，降低信號(hào)失真率，可從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、傳輸波長(zhǎng)、網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)、設(shè)計(jì)方案和關(guān)鍵技術(shù)等方面同時(shí)入手，保證數(shù)字電視信號(hào)傳輸質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]付會(huì)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）：112.

[2]郭尚誼，韓業(yè)文，王勇，etal.縣級(jí)數(shù)字電視1550nm光纖傳輸[J].有線(xiàn)電視技術(shù)，2012，019（012）：104-105.

[3]謝銳，李懷森.數(shù)字電視1550nm光傳輸網(wǎng)建設(shè)實(shí)踐[J].有線(xiàn)電視技術(shù)，2018，No.339（03）：53-57.