衡陽市無線數(shù)字電視1550nm光纖傳輸系統(tǒng)的設計

雷瑞林

【摘要】 本文簡述了衡陽市無線數(shù)字電視對全市七縣5區(qū)傳輸無線數(shù)字電視信號使用的1550nm光纖傳輸系統(tǒng)的設計原則和方案，并對傳輸過程中的指標參數(shù)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(shù)字電視網絡的建設是以衡陽市廣電為中心，其他縣區(qū)（衡陽縣，衡南縣，常寧市，耒陽市，祁東縣，衡山縣，衡東縣，南岳區(qū)，）為骨干的傳輸網絡，主要傳輸衡陽無線數(shù)字電視6個頻點共55套數(shù)字電視節(jié)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(xiāng)蒲竹村，達160公里以上。在其網絡建設中，為各縣區(qū)提供市中心無線數(shù)字電視16QAM調制的射頻信號，同時各縣電視臺的信號傳輸?shù)骄种行牡目偳岸?，經過編碼后，和其他節(jié)目的信號一起送入各縣區(qū)。

射頻信號的傳輸有二種：光纖1550nm傳輸和數(shù)字微波SDH傳輸。SDH是一套標準的電信系統(tǒng)，系統(tǒng)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(tǒng)，建網成本低、部署快速，尤其當數(shù)字電視系統(tǒng)擴容時，僅需配置總前端，升級方便。因此信號傳輸系統(tǒng)采用光纖網絡為主，數(shù)字微波傳輸為備用的方案，形成市縣各區(qū)統(tǒng)一的無線數(shù)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(xiāng)以及塔山鄉(xiāng)蒲竹村的信號傳輸。

2.主要指標MER

MER是無線數(shù)字電視系統(tǒng)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(tǒng)性能越好，信號損傷?。环粗?，則信號受到的損傷越大，嚴重時機頂盒將解調不出數(shù)字信號內的節(jié)目。因此，優(yōu)化系統(tǒng)的MER指標至關重要。

衡陽市無線數(shù)字電視采用的是16QAM，單載波調制的方式。目前無線數(shù)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(tǒng)的：MER32dB。保證射頻信號到達各市縣后，經過發(fā)射后的信號能被機頂盒順利的解調出節(jié)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(shù)：

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?shù)男盘柟獗环蔷€性地衰減，后向傳輸?shù)墓夥祷匾疠敵龉夤β实牟▌铀纬傻脑肼晫χ笜说挠绊戦y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(tǒng)低頻道CNR劣化（低頻道出現(xiàn)雪花），SBS閥值過量會造成系統(tǒng)高頻道CSO劣化（高頻道出現(xiàn)斜紋干擾）。本系統(tǒng)設計中通過光發(fā)射機對SBS進行補償就能獲的極佳的系統(tǒng)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(tǒng)的CNR影響不大。

在傳輸系統(tǒng)中，光發(fā)射機的選擇窄線寬<0.3MHz的光發(fā)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(fā)射機入纖功率的增加，系統(tǒng)載噪比會降低。因此在選擇1550nm光發(fā)中，功率大小和SBS抑制能力同等重要，目前業(yè)界最先進的光發(fā)射機的SBS（單模光纖）閾值達到19dBm。

2.CNR

EDFA工作在粒子數(shù)反轉狀態(tài)，信號光通過光纖，亞穩(wěn)態(tài)的粒子受激發(fā)射，把信號放大，同時亞穩(wěn)態(tài)粒子的自發(fā)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(shù)越低，輸入光功率越大，則系統(tǒng)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(shù)的EDFA。

3.光纖色散

在1550nm光纖傳輸系統(tǒng)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(shù)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(shù)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(tǒng)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?shù)纳⒀a償以獲得更高的系統(tǒng)指標。

綜合以上因數(shù)，本系統(tǒng)采用以下的方案：①在總前端，采用1臺1550nm光發(fā)，窄線寬<0.3MHz、SBS抑制比19dBm的外調制光發(fā)射機，適合長距離傳輸和色散補償技術。②EDFA盡量統(tǒng)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(wěn)定性，確保光鏈路工作的動態(tài)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(qū)的光纖網絡使用已經多年，工程實施之后光纜損耗系數(shù)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(tǒng)安全可靠的傳輸，減少自相位調制SPM對系統(tǒng)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(tǒng)一的網管平臺進行遠程監(jiān)控管理，對所有設備的運行狀態(tài)及時監(jiān)控并報警。

五、結論語

衡陽市無線數(shù)字電視在光鏈路系統(tǒng)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。