雷瑞林

【摘要】 本文簡(jiǎn)述了衡陽(yáng)市無(wú)線數(shù)字電視對(duì)全市七縣5區(qū)傳輸無(wú)線數(shù)字電視信號(hào)使用的1550nm光纖傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和方案，并對(duì)傳輸過(guò)程中的指標(biāo)參數(shù)計(jì)算和測(cè)試作出了說(shuō)明。

【關(guān)鍵詞】 SDH MER 色散補(bǔ)償

一、設(shè)計(jì)原則和主要指標(biāo)

1.設(shè)計(jì)原則

湖南省衡陽(yáng)市無(wú)線數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)是以衡陽(yáng)市廣電為中心，其他縣區(qū)（衡陽(yáng)縣，衡南縣，常寧市，耒陽(yáng)市，祁東縣，衡山縣，衡東縣，南岳區(qū)，）為骨干的傳輸網(wǎng)絡(luò)，主要傳輸衡陽(yáng)無(wú)線數(shù)字電視6個(gè)頻點(diǎn)共55套數(shù)字電視節(jié)目的信號(hào)，頻帶寬度100MHz，傳輸距離最遠(yuǎn)的是衡陽(yáng)市常寧的塔山鄉(xiāng)蒲竹村，達(dá)160公里以上。在其網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，為各縣區(qū)提供市中心無(wú)線數(shù)字電視16QAM調(diào)制的射頻信號(hào)，同時(shí)各縣電視臺(tái)的信號(hào)傳輸?shù)骄种行牡目偳岸?，?jīng)過(guò)編碼后，和其他節(jié)目的信號(hào)一起送入各縣區(qū)。

射頻信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)的電信系統(tǒng)，系統(tǒng)冗余度好、可控可管方便，但其造價(jià)昂貴，維護(hù)難度大；1550nm單向廣播式長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)，建網(wǎng)成本低、部署快速，尤其當(dāng)數(shù)字電視系統(tǒng)擴(kuò)容時(shí)，僅需配置總前端，升級(jí)方便。因此信號(hào)傳輸系統(tǒng)采用光纖網(wǎng)絡(luò)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(wú)線數(shù)字電視傳輸覆蓋網(wǎng)。在第一期的建設(shè)中，完成對(duì)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(hào)傳輸。

2.主要指標(biāo)MER

MER是無(wú)線數(shù)字電視系統(tǒng)的主要指標(biāo)之一，是接收信號(hào)質(zhì)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(duì)信號(hào)指標(biāo)的損傷。 MER的值越大系統(tǒng)性能越好，信號(hào)損傷小；反之，則信號(hào)受到的損傷越大，嚴(yán)重時(shí)機(jī)頂盒將解調(diào)不出數(shù)字信號(hào)內(nèi)的節(jié)目。因此，優(yōu)化系統(tǒng)的MER指標(biāo)至關(guān)重要。

衡陽(yáng)市無(wú)線數(shù)字電視采用的是16QAM，單載波調(diào)制的方式。目前無(wú)線數(shù)字電視國(guó)家暫定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求MER30dB，為了給網(wǎng)絡(luò)充分的指標(biāo)余量，在設(shè)計(jì)中要求系統(tǒng)的：MER32dB。保證射頻信號(hào)到達(dá)各市縣后，經(jīng)過(guò)發(fā)射后的信號(hào)能被機(jī)頂盒順利的解調(diào)出節(jié)目，滿足用戶的收看需求。

二、設(shè)計(jì)方案

在方案設(shè)計(jì)上充分考慮入纖功率、SBS抑制、EDFA驅(qū)動(dòng)功率和色散補(bǔ)償對(duì)光鏈路各種指標(biāo)的影響，充分保證信號(hào)在200公里范圍內(nèi)的有效傳輸。在光鏈路的設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮如下的幾個(gè)因數(shù)：

1.SBS

SBS是入射光在光纖中被轉(zhuǎn)換成后向散射的斯托克斯光，使前向傳輸?shù)男盘?hào)光被非線性地衰減，后向傳輸?shù)墓夥祷匾疠敵龉夤β实牟▌?dòng)所形成的噪聲對(duì)指標(biāo)的影響閥值。SBS效應(yīng)是激光與光纖相互作用的產(chǎn)物，隨光纖的長(zhǎng)度而累積，SBS閥值不夠會(huì)造成系統(tǒng)低頻道CNR劣化（低頻道出現(xiàn)雪花），SBS閥值過(guò)量會(huì)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(shè)計(jì)中通過(guò)光發(fā)射機(jī)對(duì)SBS進(jìn)行補(bǔ)償就能獲的極佳的系統(tǒng)指標(biāo)，當(dāng)入纖光功率大于SBS，但傳輸距離較短（SBS未積累），便對(duì)功率進(jìn)行分配，再以小功率入纖，經(jīng)實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)的CNR影響不大。

在傳輸系統(tǒng)中，光發(fā)射機(jī)的選擇窄線寬<0.3MHz的光發(fā)射機(jī)，有效地克服了光纖色散的影響，但同時(shí)卻使光纖的閾值降到了直流閾值的水平，隨著光發(fā)射機(jī)入纖功率的增加，系統(tǒng)載噪比會(huì)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(jìn)的光發(fā)射機(jī)的SBS（單模光纖）閾值達(dá)到19dBm。

2.CNR

EDFA工作在粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)，信號(hào)光通過(guò)光纖，亞穩(wěn)態(tài)的粒子受激發(fā)射，把信號(hào)放大，同時(shí)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(hào)混合在一起，成為EDFA的噪聲。計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)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(zhǎng)而劣化，在色散介質(zhì)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(luò)分量，造成光波的包絡(luò)失真。光纖中的自相位調(diào)制（SPM）與色散結(jié)合在一起，造成信號(hào)的二階失真，使CSO劣化。衡陽(yáng)市無(wú)線數(shù)字電視的光鏈路使用的是單模標(biāo)準(zhǔn)光纖，即G.652光纖。該種光纖在傳輸1550nm光信號(hào)時(shí)，有較大的色散，色散系數(shù)為：17ps/nm.km。色散隨著光纖加長(zhǎng)而增大。當(dāng)光纖長(zhǎng)度超過(guò)100公里后，色散引起的CSO、CTB劣化開(kāi)始明顯；當(dāng)光纖長(zhǎng)度超過(guò)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(dá)到長(zhǎng)距離傳輸，采用色散補(bǔ)償是最為有效的方式。本次方案中光纖距離已超過(guò)120公里，對(duì)每條鏈路進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳⒀a(bǔ)償以獲得更高的系統(tǒng)指標(biāo)。

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(tái)1550nm光發(fā)，窄線寬<0.3MHz、SBS抑制比19dBm的外調(diào)制光發(fā)射機(jī)，適合長(zhǎng)距離傳輸和色散補(bǔ)償技術(shù)。②EDFA盡量統(tǒng)一型號(hào)，保證設(shè)備的一致性，便于設(shè)備的備份切換，選擇輸出功率可調(diào)整的EDFA，輸入門(mén)限低至-15dBm，保證比較好的指標(biāo)以及輸出功率的穩(wěn)定性，確保光鏈路工作的動(dòng)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(shí)，每降低1dBm的驅(qū)動(dòng)功率，CNR降低1dB，MER降低0.2dB。③充分考慮衡陽(yáng)市各縣區(qū)的光纖網(wǎng)絡(luò)使用已經(jīng)多年，工程實(shí)施之后光纜損耗系數(shù)增加（0.3dB/km），結(jié)合工程的實(shí)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(diào)制SPM對(duì)系統(tǒng)CSO指標(biāo)的影響，綜合考慮CNR和CSO的關(guān)系，將入纖功率適當(dāng)加大，40-50公里以后逐級(jí)補(bǔ)償。實(shí)踐證明：在鏈路損耗將近增加10dBm的時(shí)候，市縣分前端的MER指標(biāo)仍然能夠保證32-33dB；④所有設(shè)備通過(guò)統(tǒng)一的網(wǎng)管平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，對(duì)所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)監(jiān)控并報(bào)警。

五、結(jié)論語(yǔ)

衡陽(yáng)市無(wú)線數(shù)字電視在光鏈路系統(tǒng)的建設(shè)中在干線傳輸技術(shù)，色散補(bǔ)償技術(shù)、前置光放大技術(shù)的綜合使用上積累了豐富的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為以后的建設(shè)奠定了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐基礎(chǔ)。