福州廣電網(wǎng)絡(luò)光傳輸技術(shù)的應(yīng)用

江常雄

在城區(qū)有線電視HFC網(wǎng)絡(luò)中，正向光傳輸技術(shù)應(yīng)用經(jīng)歷了三個階段，第一階段從星形的1310nm到環(huán)型+星型的1310nm光傳輸網(wǎng)絡(luò)；從2007年數(shù)字電視整轉(zhuǎn)初期，新建的DVB+模擬信號采用環(huán)型1550nm+星型1310nm的模式；隨著2009數(shù)字電視整體轉(zhuǎn)換的深入，新建、整轉(zhuǎn)、改造的光節(jié)點將可能采用全1550傳送方式。

對于正向的電視廣播業(yè)務(wù)，從1310nm過渡到1550nm，不僅使網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)指標得以提高，而且對網(wǎng)絡(luò)的改造費用也大大節(jié)??；而對于基站的CMTS與互動電視的IP/QAM信號將以1550波長直接調(diào)制，與總前端的傳送的廣播信號進行光復用后，傳送至網(wǎng)絡(luò)光節(jié)點。并保留現(xiàn)有的CMTS寬帶方式，積極進行EPON+EOC的測試與試點工作。

目前，在波分復用技術(shù)上，選用了Aurora全光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品系列，正向廣播與窄帶信號采用密集波分復用技術(shù)，回傳信號采用稀疏波分復用技術(shù)，其WDM技術(shù)對福州廣電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與改造是一種非常有效的方式。

城區(qū)光傳輸技術(shù)的應(yīng)用與試點

波分復用WDM技術(shù)簡介

指在同一根光纖中同時讓兩個或兩個以上的光波長信號通過不同光信道各自傳輸信息,稱為光波分復用技術(shù),簡稱WDM。其具有單纖雙向與雙纖單向的傳輸方式，在同一根光纖中傳輸?shù)牟煌ㄩL之間的間距是區(qū)分DWDM和CWDM的主要參數(shù)。在DWDM系統(tǒng)中，各個光通路的間隔很小（可低達0.8nm），或者更??；目前的CWDM系統(tǒng)一般工作在從1260nm到1620nm波段，間隔為20nm，可復用16個波長通道，其中1400nm波段由于損耗較大，一般不用。

波分復用的組成

N路波長復用的WDM系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，主要由發(fā)送、接收光復用終端單元、中繼線路發(fā)送單元三部分組成；如果按組成模塊來分有：光波長轉(zhuǎn)換單元、光復用/解復用器、光放大器、光監(jiān)控信道/通路。

WDM的特點

具有超大容量，滿足將來廣電NGB網(wǎng)絡(luò)的3GNet技術(shù)的要求，即主干光網(wǎng)絡(luò)傳輸速度達到1000TBit/s，用戶端達到60MBit/s；其次對數(shù)據(jù)的“透明”傳輸，由于DWDM系統(tǒng)按光波長的不同進行復用和解復用，而與信號的速率和電調(diào)制方式無關(guān)，即對數(shù)據(jù)是“透明”的，對于“業(yè)務(wù)”層信號來說，WDM系統(tǒng)中的各個光波長通道就像“虛擬”的光纖一樣；另外系統(tǒng)升級時能最大限度地保護已有投資，在網(wǎng)絡(luò)擴充和發(fā)展中，利用增加一個波長即可引入任意想要的新業(yè)務(wù)或新容量，是引入寬帶業(yè)務(wù)（例如CATV、HDTV等）的方便手段。

CATV系統(tǒng)中波分復用的器件的選擇要求

總體要求

在有線電視系統(tǒng)中，EPON+EOC應(yīng)用中有可能采用單纖雙向的WDM。目前我們采用雙纖單向的WDM,正向采用DWDM，反向采用CWDM。對于正向的DWDM，采用集成式波分復用，該方式?jīng)]有采用波長轉(zhuǎn)換技術(shù)，它要求復用終端的光信號的波長符合DWDM系統(tǒng)的規(guī)范，不同的復用終端設(shè)備發(fā)送不同的符合ITU-T建議的波長，這樣他們在接入光復用器時就能占據(jù)不同的通道，從而完成復用。

因此在波分復用系統(tǒng)中，應(yīng)嚴格要求激光器的波長的穩(wěn)定，在DWDM系統(tǒng)中，激光器波長的穩(wěn)定是一個十分關(guān)鍵的問題，根據(jù)ITU-T G.692建議的要求，中心波長的偏差不大于光信道間隔的正負五分之一，即當光信道間隔為0.8nm的系統(tǒng)，中心波長的偏差不能大于±20GHz。

在早期的CATV系統(tǒng)使用WDM時，盡量安排間隔的ITU-U波長通道。而對CATV系統(tǒng)中，使用WDM時，還需對直調(diào)、外調(diào)制光發(fā)射機，光放大器、光復用器等器件進行具體要求。

1550nm光發(fā)射機

在波分復用中，由于窄帶信號通過光方式與廣播信號復用，因此對于窄帶波長的IP/QAM信號采用1550nm直調(diào)時，會產(chǎn)生嚴重的激光啁啾，（激光器的偏置電流被信號調(diào)制，光頻發(fā)生偏移和抖動）。啁啾會在1550nm處產(chǎn)生嚴重的失真。這種失真，隨傳輸距離、傳輸帶寬和頻道數(shù)增加而變得嚴重。而目前我們城區(qū)所采用AURORA直調(diào)式1550nm光發(fā)射機，輸出功率達到10dB，傳送頻道達到16個，對于純數(shù)字負載，城區(qū)內(nèi)傳輸距離≤40Km，不會產(chǎn)生明顯的性能劣化。

對于發(fā)送廣播信號1550nm外調(diào)制，主要滿足載噪比與非線性指標要求。

光纖放大器

在波分復用系統(tǒng)中，由于多個波長的信號通過EDFA,這就要求光放大器需要有足夠的平坦度及帶寬要求，而不同于原先的單波長光放大器，要求光放大器的帶寬在1535-1565，增益平坦度為正負0.2左右，這樣以保證每個波長的輸出達到EDFA飽和輸出功率的值。目前進口的光放大器大多具有較好的增益均衡技術(shù)及增益鎖定技術(shù)

增益均衡技術(shù)

即通過增益均衡技術(shù)，保證EDFA在1550nm波長窗口的工作帶寬在30—40nm時，將增益偏差由原來的5.6dB降至0.28dB，主要是指在進一步研究摻鉺光纖特性的基礎(chǔ)上，通過采用改變光纖材料或者利用不同光纖的組合來改變摻鉺光纖的性質(zhì)，從而改善摻鉺光纖放大器（EDFA）的增益特性，光纖技術(shù)除了改善增益特性外，還可改善EDFA的噪聲。

增益鎖定技術(shù)

EDFA的增益鎖定是一個重要問題，因為WDM系統(tǒng)是一個多波長的工作系統(tǒng)，當某些波長信號失去時，由于增益競爭，其能量會轉(zhuǎn)移到那些未丟失的信號上，使其它波長的功率變高。在接收端，由于電平的突然提高可能引起誤碼，而且在極限情況下，如果8路波長中7路丟失時，所有的功率都集中到所剩的一路波長上，功率可能會達到17dBm左右，這將帶來強烈的非線性或接收機接收功率過載，也會帶來大量誤碼。

光復用器和解復用器

波分復用系統(tǒng)的核心部件是波分復用器件，即光復用器和光解復用器（有時也稱光復用器和分波器），WDM系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵是WDM器件，其要求是復用信道數(shù)量足夠、插入損耗小、串音衰耗大和通帶范圍寬等。WDM系統(tǒng)中使用的波分復用器件的性能滿足ITU-T， 因此對普通的光分路器，不能像射頻分配器那樣，簡單的倒過來當作光復用器使用，目前像AURORA的光產(chǎn)品中，已有將光復用與分波合一的器件，即廣播、窄波光耦合器，它具有廣播與多路窄波波長的輸入，輸出四路廣播加不同的窄帶波長復用后的光信號，完成的復用解復用與復用的功能，這對于節(jié)省EDFA數(shù)量方面具有很大的優(yōu)勢。但同時，也對該器件的可靠性提出了更高的要求。

WDM在新店等基站的具體應(yīng)用實踐

新店基站W(wǎng)DM的應(yīng)用介紹

最早采用WDM技術(shù)的是在于我們的一個新店基站，新店基站不同于其它的基站，由于機房面積較少，只有20多平方米左右，不能作為分前端使用，采用AuroraFibreDeep技術(shù)，將實現(xiàn)該區(qū)域5萬戶的廣播與寬帶業(yè)務(wù)。

傳送至新店基站的正向電視廣播信號采用1558的波長外調(diào)制方式，下行的CMTS與互動電視信號通過1550直接調(diào)制方式，采用ITU-T標準的20、21頻道的波長，通過DWDM技術(shù)，從金暉分前端經(jīng)新店基站傳送其覆蓋的區(qū)域，一個ITU-T波長對應(yīng)一個下行區(qū)域，不同區(qū)域的寬帶下行信號在新店基站處，利用復用解復用器進行相應(yīng)波長提取，如區(qū)域1解出正向廣播與20頻道的信號，區(qū)域2解出正向廣播與21頻道信號，解決了原來1310nm光傳輸系統(tǒng)對CMTS空分擴容的要求，

而光站的多路反向CMTS回傳信號到新店基站后，采用CMDM技術(shù)，在新店基站處進行復用，并利用一對光纖傳送到金暉分前端，通過金暉分前端的解復用，分解出對應(yīng)波長的回傳信號，送到與其下行對應(yīng)的CMTS頭端。采用10個波長的復用解復用器，CWDM波長范圍從1430-1610，波長間隔為20nm，目前使用了其中2個波長，預留的波長可用將來的二期擴容，或作為其它波長的備份使用。

專線業(yè)務(wù)通過MUXNODE的多功能光站內(nèi)數(shù)據(jù)模塊，菊形串接回新店-金暉分前端的交換機；結(jié)合設(shè)備網(wǎng)管功能，可以對全網(wǎng)的AURORA設(shè)備集中網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

單從基站的投資上看，由于采用1550傳輸，且不需在新店基站部署CMTS及數(shù)據(jù)交換設(shè)備，及UPS、空調(diào)等動力環(huán)境，新店基站的設(shè)備投資建設(shè)、運維成本大大下降，由于考慮即將EPON+EOC的實施，及目前網(wǎng)絡(luò)采用的CMTS頭端為機架式結(jié)構(gòu)，不利于在新店機房重新布署，而有利于采用星型分配的形式，故利用波分復技術(shù)，很好的解決了新店基站作為一個區(qū)域CATV功能性的覆蓋的難題了。

在一期建設(shè)中，新店基站部署一臺EDFA滿足傳送40個左右的光節(jié)點信號，利用金暉分端的一個CMTS下行覆蓋10000戶，這樣可以使CM的滲透率達到6%；對于二期擴容時，只需在金暉分前端新增一個1550nm窄帶傳送波長，新店基站增加一臺EDFA，就可滿足新增的40個光節(jié)點的信號傳送要求。

新店基站進行WDM時的設(shè)計實施

當有線電視系統(tǒng)中采用DWDM時,根據(jù)工程實際經(jīng)驗,增加一個波長的復用光放大后,則每波長信號輸出光功率下降1dB,因此設(shè)計時需對光放大器的輸出功率留下足夠的余量；當區(qū)域內(nèi)的CMTS及互動電視業(yè)務(wù)帶寬增加時, 須對區(qū)域內(nèi)光節(jié)點空間分隔,在基站內(nèi)就需增加IP/QAM發(fā)射的窄帶1550直調(diào)光發(fā),從而增加光復用的波長數(shù)量，造成EDFA輸出端窄帶波長光功率的下降。

其次，窄帶發(fā)射機輸入IP/QAM信號頻點的變化，將引起激光器調(diào)制度的變化，從而影響光接收機端的IP/QAM輸出射頻電平值。目前我們使用的CASA的IPQAM信號,一個射頻端口可以輸出4個8MHZ帶寬的頻點。

針對上述CATV系統(tǒng)的業(yè)務(wù)變化引起DWDM系統(tǒng)的傳輸指標變化，在進行WDM設(shè)計時，接收端正向廣播與窄帶信號光功率為-1.5與-6.5dB, 由于光接收功率相差5dB射頻電平相差10dB。當分前端的窄帶發(fā)射機數(shù)量變化，窄帶光接收功率將下降；輸入IP/QAM頻點變化時，都將導致接收機IP/QAM輸出電平值產(chǎn)生變化；這些變化都需通過調(diào)整1550nm窄帶光發(fā)的AGC值，改變激光器的調(diào)制度，從而影響光接收機端的IP/QAM輸出射頻電平值，保證廣播與窄帶信號電平相差相差6-10dB左右，目前使用的1550nm窄帶光發(fā)的AGC控制范圍（-5～+5）dB,將滿足光節(jié)點信號調(diào)試要求。

由于初期窄帶信號的頻道較少，對1550nm窄帶光發(fā)射機的激光器驅(qū)動電平就要相應(yīng)的提高很多，根據(jù) ，m為單個頻道的調(diào)制度，N為頻道數(shù)，理論上可以證明，當總調(diào)制 ＝0.25時，幾乎不可能發(fā)生過調(diào)制，當輸入為4個IP/QAM頻道可以計算出每頻道調(diào)制度達到14.4％，隨著區(qū)域內(nèi)窄帶發(fā)射信號IP/QAM頻點的增加至16個時，每頻道調(diào)制度將下降到達到7.2％，大大高于寬帶廣播發(fā)射機的每頻道調(diào)制度。

窄帶發(fā)射機輸出功率在10dBm左右，在與廣播信號混合時，如在EDFA之前復用，需對窄帶光信號進行衰減，增加對EDFA增益平坦度及增益鎖定要求；在EDFA之后復用，較易滿足因數(shù)據(jù)帶寬增加時對光節(jié)點進行空間分割的要求。

即將布署的分前端1550nm光傳輸

當有線電視光傳輸從1310nm過渡到1550nm的過渡中，對原有的1310nm光投資設(shè)備的合理利用顯得相當重要，結(jié)合數(shù)字電視整體轉(zhuǎn)過程中，部分區(qū)域網(wǎng)絡(luò)傳送不同于原先有線信號，主要是模擬節(jié)目頻道的數(shù)量，以及新開通光節(jié)點、未改造的網(wǎng)絡(luò)光節(jié)點，都需要有過渡的1310nm光設(shè)備，我們的做法是針對市區(qū)10個基站中，個別擁擠的基站，將1310nm全部改為1550nm方式傳送信號，而將該基站內(nèi)的1310nm光設(shè)備布署到其它基站，光信號傳輸框圖（3）所示：

當原先的1310nm平臺的光節(jié)點過渡為1550nm平臺傳輸時，應(yīng)考慮如下問題：

1、由于采用1550nm光傳輸，基站的有源設(shè)備減少，但單臺有源設(shè)備所有光節(jié)點用戶按24-48個光節(jié)點計算，每節(jié)點按250戶計，則一臺EDFA所帶的有線用戶將達到6000-12000萬，因此適當時候應(yīng)考慮對有源設(shè)備，特別是對EDFA進行備份。

2、當光節(jié)點從1310nm平臺轉(zhuǎn)到1550nm上時，光傳輸鏈路的損耗不同，以及1550nm波長對光纖彎曲損耗的敏感等，在光接收機端都表現(xiàn)出來，因此需對光節(jié)點設(shè)備重新調(diào)整參數(shù)。

3、從光傳輸?shù)募夹g(shù)指標上分析，由于減少了光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)點，在載噪比CNR、組合二次差拍比C/CSO提升3dB、組合三次差拍比C/CTB提升6dB，而對于利用窄帶波長傳送的數(shù)字信號，當波分復用較多波長時，在不同波長之間的干擾會影響光信噪比指標。

4、如采用AURORA光傳輸產(chǎn)品的4路波分復用與解復用器，則可以節(jié)省廣播信號EDFA的數(shù)量，但對窄帶EDFA的數(shù)量則無影響。

郊區(qū)聯(lián)網(wǎng)中遠距離1550nm光傳輸

在考慮與八縣數(shù)字電視聯(lián)網(wǎng)過程中，我們考慮了SDH與1550nm光傳輸?shù)姆桨福?jīng)過對比，1550nm在性能、造價比方面都具有優(yōu)勢，1550nm傳輸帶寬可達到1GHZ，未來利用波分復用技術(shù)，傳輸容量也將大提升；目前來說，除選用進口的1550nm外調(diào)制光發(fā)射機，如BKtel、AURORA、PBN等，國內(nèi)的凌云、飛通、傲藍等廠家EDFA產(chǎn)品也日益成熟，已能滿足遠距離光傳送有線電視信號；10年前，在本地最遠的一個縣傳輸距離達到142公里，我們利用哈雷光設(shè)備傳送16套模擬節(jié)目到該縣，中間經(jīng)過兩級光中斷放大，傳送距離達到146公里,各項傳輸技術(shù)指標滿足要求。

目前進行新的八縣聯(lián)網(wǎng)設(shè)計中，到各縣前端采用環(huán)網(wǎng)路由傳送信號，最遠距離達184公里，將傳送25個頻點的數(shù)字電視信號及16套模擬節(jié)目，要求DVB+16信號送到各縣前端時，最遠端路由的縣前端機房的指標達到CNR48dB、CSO60dB、CTB60dB，經(jīng)與國內(nèi)多個廠家交流，最遠傳送距離的案例已達到2-3百公里，充分滿足我們的設(shè)計要求。在遠距離傳輸中我們主要考慮頻道數(shù)、SBS、色散等對有線電視CNR、MER、C/CSO、C/CTB等技術(shù)指標的影響。主要有以下幾點：

1、SBS:受激布里淵散射

受激布里淵散射SBS是一種受激現(xiàn)象，當入射到光纖內(nèi)的光功率大于某一閥值時，就會發(fā)生受激布里淵散射，產(chǎn)生頻率較低的背向散射光，不僅使傳輸光受到衰減，背向散射光返回激光器還會破壞激光器的性能，引起激光器輸出光功率的波動，產(chǎn)生較大的噪聲，使系統(tǒng)的載噪比嚴重惡化。

受激布里淵散射的閥值與激光器輸出譜線寬度有關(guān)，譜線越寬，SBS閥值越大。目前用于遠距離傳輸?shù)墓獍l(fā)射機的SBS值可以做到13～19dB,為減少色散的影響，不建議使用太高的SBS閥值，入射到光纖內(nèi)的光功率一定不能大于受激布里淵散射的閥值。

2、色散補償

色散包括材料色散、模式色散、偏振色散，光纖的色散結(jié)合激光器的啁啾會引起CSO，光纖中的自相位調(diào)制(SPM)與光纖中存在的色散結(jié)合，也會引起非線性失真，特別在長距離（大于100km）傳輸時，這種效應(yīng)更為顯著。在1550nmnm波長附近，G·652光纖的色散典型值為17pS/（nm·km）。通過色散容納技術(shù)，減小或消除色散的影響，延長傳輸距離，一般來說，主要采用色散補償模塊，及采用新型的G·655光纖非零色散位移光纖，來減少色散的影響，說明如下：

在舊有采用G·652光纖建設(shè)的光纜網(wǎng)絡(luò)中，可通過色散補償技術(shù)，從而可以減小傳輸線路色散的影響，如采用外調(diào)制的激光器、及色散補償光纖。由于色散補償光纖其色散為負值，恰好與G·652光纖相反，可以抵消G·652常規(guī)光纖色散的影響，從而明顯改善CSO指標；越長的光纖鏈路，其色散累積（DL）越大，引起CSO劣化。使用色散補償模塊，主要根據(jù)中繼位置的地點，結(jié)合前級光放大器的距離，而選用不同的色散補償模塊。PTDCM-20色散值為-340±10ps，PTDCM-40色散值為-670±20ps，通過色散補償使長距離傳輸時CSO有約10dB的改善。

對于新建的光纖網(wǎng)絡(luò)，可采用新型的光纖，G·655光纖為非零色散位移光纖，它是針對G·652和G·653光纖在DWDM系統(tǒng)使用中存在的問題而開發(fā)出來的，它使1550nm窗口同時具有最小色散和最小衰減，它在1530—1565nm之間光纖的典型參數(shù)為：衰減<0.25dB/km，色散系數(shù)在1—6PS/（nm·km）之間，因此該光纖既可以支持高速率信號的長距離傳輸，又由于其非零色散的特性，較好的滿足未來WDM發(fā)展方向的要求。

結(jié)束語

CCBN2009會議上指出，未來廣電運營商將實現(xiàn)干線傳輸容量達到1000Tbit/S級別，終端接入帶寬超過每秒60Mbit/s，因此在HFC網(wǎng)絡(luò)改造中，F(xiàn)TTH是未來NGB接入網(wǎng)實現(xiàn)的主要方式，在光傳輸技術(shù)上也將不斷進步，特別是WDM將得到更廣泛的使用。