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      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

      2020-06-19 08:12:38范高峰
      衛(wèi)星電視與寬帶多媒體 2020年7期
      關(guān)鍵詞:電視信號(hào)光網(wǎng)色散

      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.

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