nm直调光发射机及在插播系统中的应用

Photonics Technology,Photonics Technology,1550nm,直调光发射机及在插播系统中的应用,1550nm,直调技术的发展,Overlay,组网构造, TBT3155,的应用,Overlay,系统的调试,模数混传系统的调试,直接调制的啁啾,(Chirp),效应,激光器的注入电流的变化会引起激光腔温度的变化，温度对腔长的影响将产生对光的相位调制，即强度调制的同时必然伴随着相位调制，即啁啾效应，使得激光器的频谱展宽到几个,GHz,的量级。啁啾效应主要有两点影响：,正面的效应：频谱的展宽降低了光在光纤中传输的非线性效应，如,SBS,效应，提高了发射机的,SBS,阈值功率，避免了,SBS,效应的困扰,负面的效应：频谱的展宽增加了光纤中色散的影响，降低,CSO,指标，限制传输距离。,1550nm,直调技术的发展,直接调制的,1310nm,技术,1310nm,波长的一个重要的特点：对于,G.652,光纤具有零色散特性，这使得色散其对系统的,CSO,指标基本没有损伤。从而使得,1310nm,技术得到了很大的发展。,单台,1310nm,光发射机成本低。,1310nm,组网方案简单灵活，可方便的实现网络的扩容。,1310nm,技术的限制,1310nm,没有可以应用的光放大技术，,1310nm,的发射机输出光功率仅十几,mW.,光功率成为限制，,1310nm,在光纤中的损耗过大，为,0.30.4dB,。,1310nm,级联造成过大的载噪比的变化。,以上因素大大限制了,1310nm,长距离传输的应用，也使得大量光节点覆盖时成本大大增加。,1550nm,直调技术的发展,1550nm,外调制技术,正是由于,1310nm,的上述问题，人们开始使用,1550nm,的波长，,EDFA,与,DWDM,技术使得,1550nm,波长在光通信网发挥了巨大的作用。,直接调制的啁啾效应和,1550nm,较大的色散使得人们优先开发了,1550nm,的外调制技术。外调制具有极小的啁啾。,干涉型的外调制技术要求光具有极小的线宽，较小的线宽又会发生较大的,SBS,效应，此时又出现了,SBS,抑制技术。,SBS,抑制技术和预失真技术使得,1550nm,的外调制光发射机技术相当复杂，目前只有国外的几个品牌获得了很好的应用。,即使这样，优良的性能使得,1550nm,的外调制发射机获得了大规模的应用，结合色散补偿技术，数字电视信号实现了,600km,的传输。,1550nm,直调技术的发展,激光器的线性,激光器的线性不好，会降低调制带宽，只能做窄带调 制，同时增加了电路的复杂性，对预失真电路的要求较高。,激光器的啁啾效应,啁啾效应降低了传输距离，所以必须加以抑制,目前,Ortel,公司,1550nm,直调激光器已发展成熟，它具有非常小的绝热啁啾，使得,10km,传输后的指标最佳。良好的内部线性大大降低了宽带调制信号的指标劣化。这些技术的发展使得目前,1550nm,直调发射机的应用成为了可能，目前的直调发射机可以覆盖,10km,以内的面积,1550nm,直调制技术所面临的问题,1550nm,直调技术的发展,直调光发射机,TBT3155,CNR51dB,，,CSO63dB,，,CTB65dB,TBT3155,时凌云天博广电技术有限公司独立研发和生产，为实现叠加,(Overlay),组网构造，专门用于分前端插入本地节目和窄播数据业务的正向,1550nm,内调制光发射机，最多可插入,1,4,套电视节目和,40,套数据频道，主要用于本地节目的插播和下行带宽的提高。,采用,Otel,公司的,1550nm,直调激光器,优化的,MGC,（手动增益控制）功能，可灵活的根,据所需，对系统调制度进行调制,凌云天博,SNMP,网管平台，内置,SNMP,网管代理器，带有一个基于,SNMP,的远端网管接口,(RJ45),1550nm,直调技术的发展,在背靠背的测试条件下可实现满频道,(60CH),测试指标,Overlay,组网构造, TBT3155,的应用,利用,1550nm,直调发射机的,Overlay,技术及其组网方式，能够有效地解决了市,县（市）,乡（镇）三级网络中大规模、长距离广播信号的传输与本地节目的插入和窄播数据业务传送之间的问题。这里窄播数据频道可以是指,Cable Modem,、,DVB,的下行数据及,IP QAM,等数据通道。,对输出光功率、非线性等性能要求不高，成本相对低廉。 具有价格便宜，使 用方便等特点。,Overlay,组网技术能有效地解决了多套本地电视节目的插入，避免二级光电转换，使整个,CATV,系统的广播信号和插入信号指标都达到很高水平。,在性能、成本相比,1310nm,多级光电转换都具有优势。可以达到同下行,1310nm,相同的有效带宽,随着整个接入技术的发展，用,1550nm,技术传播广播业务正代表着未来的技术方向，越来越多的人不希望,1310nm,占据着下行的光纤带宽。发展,1550nm,技术也是大势所趋。,LTRAN,TM,1550,传输平台,城域环网,Overlay,组网构造, TBT3155,的应用,LTRAN,TM,1550,传输平台,凌云公司推出了,LTRAN,TM,平台，利用,1550nm,技术去推动广电网络的全网改造，去开拓未来的交互式业务，赢得竞争。,Overlay,组网构造, TBT3155,的应用,已实现,: 30,套模拟传,300km,，,CNR=49dB,40,套,QAM,传,600km, MER=35dB,LTRAN,TM,1550nm,传输平台,市县长距离传输,LTRAN,TM,1550nm,传输平台,SNMP,网管平台,Overlay,组网构造, TBT3155,的应用,Overlay,组网构造,TBT3155,的应用,LTRAN,TM,1550nm,传输平台,基于整网的,1550nm,改造,基于将光纤更加靠近用户,光纤到楼（,50,户,100,户,),双向改造接入技术多种多样，最终的目的都是要向用户家里提供,较大的带宽，无论选什么样的技术，光纤拉近用户是大势所趋。,在这个架构基础上，城域网只需将,IP,送到分前段，如何接入则,可具有一定的灵活性。,1550nm,直调发射机的,Overlay,技术的灵活性，可以解决,1550nm,技,术全网覆盖时，本地节目和数据业务的插入问题。是一个非常好的,1550nm,全网改造如何实现数据业务过渡方案。,上行可暂时利用电信的数据网，通过,Overlay,插播的方式来实现,VOD,等交互式服务。,1550nm,直调发射机的,Overlay,应用实例,Overlay,组网构造, TBT3155,的应用,IP,城域网,Overlay,组网构造,TBT3155,的应用,通过,IP,城域网将数据送到每个分前段,Overlay,组网构造,TBT3155,的应用,1550nm,直调发射机的插入,IP QAM,方案,1550nm,直调发射机的插入,CMTS,方案,Overlay,组网构造,TBT3155,的应用,有更大的灵活性和扩展性,可以做到分步实施。,在网络初始阶段由于业务量不大，,1550nm,下行的,550-750MHz,的数字带宽对于全市光网足够使用。此时不需要购置,Overlay,光设备。,随着数据业务量增大，可在分前端购置,1,台或,2,台,Overlay,光发射机将数字窄播业务插入到各个光节点，使之一个分前端所辖网络共享,1-2,个,500-750MHz,的数字带宽。,数据业务量进一步增大时，分前端可购置,N,台,Overlay,光发射机，使之共享,N,个,500-750MHz,的数字带宽。甚至于大于二级,1310nm,级联光网的下行带宽（只要,N,二级,1310nm,级联光网的光发射机数目,M,）。,被窄播的节目可以是模拟节目，也可以是数字节目。对本地模拟电视，在广播信号的频段（,50-550MHz,）中留出一段空白供窄播节目占用。调制方式为,AM-VSB,。而对数字电视，如,IP QAM,，副载波频段取,550-750,（或,860,）,MHz,，调制方式为,64QAM(,或,256QAM),。这种叠加传输方式既适合当前的模拟电视广播，也适合将来的数字电视广播。,Overlay,组网构造,TBT3155,的应用,淄博市利用,Overlay,实现,VOD,总前端,分前端,分前端,分前端,LTRAN,TM,1550,30,套,QAM,SDH,数据,1550nm,光信号,32,套,IP QAM,Overlay,组网构造,TBT3155,的应用,插播系统能够成功的条件：,频道数与主路信号不重叠。由于两路光信号同时进光接收机，光接收机是不能分辨的，如果两个射频信号重叠，我们最好只能得到这两个同频信号的叠加。,调整插播光信号与主路光信号的比例。这是系统能否取得成功的关键。,Overlay,系统的调试,光发射机,VOA,光接收机,0dBm,Overlay,复用器,插播信号,主路光信号,光功率的影响,如果进入接收机主路光信号和插播信号光功率相同，如上述模型，进入接收机的光功率两路信号各占一半，接收机的接收功率为,0dB,，那么两路信号实际进入光接收机的功率仅为,-3dBm,。,(,如提高光功率就会产生较大的非线性,),，这主要有两方面的影响：,-3dBm,的接收光功率必然造成两路信号载噪比的下降，同时两路信号的输出电平各降低,6dB,两路光信号的混合，虽然射频频道是错开的，但是两路信号的噪声却是叠加的，一般情况噪声增加,3dB,，使得主路信号的载噪比降低,3dBm,，这对于主路信号是不可接受的。,这里我们看到了光功率的重要性，所以合理调整两路信号光功率的比例，才能使系统取得成功,Overlay,系统的调试,系统的调试,为了减小插播信号的光对主路信号光的影响，通常我们要求插播信号的光功率比主路信号光低,6dB,。,这样接收机按,0dBm,接收来计算，插播信号信号为,-7dBm,，而主路信号的光为,-1dB,，这样主路信号的载噪比影响较小，而电平降低,2dB.,如果我们按正常调制度下直调发射机的,CNR,为,50dB,，则此时,-7dBm,接收时载噪比约降低,7dB,，为,43dB,，而接收机的输出电平要比主路信号的电平低,12dB,。,为了克服这个矛盾，我们须将直调发射机的调制度较正常的状态下提高,12dB,，这样一方面保证接收机的输出电平，另一方面提高了插播频道的载噪比。考虑到调制的总功率的限制，我们必须降低插播的频道数。,Overlay,系统的调试,插播的频道数,模拟信号,由上述分析可知，插播发射机信号调制度需比正常情况下提高,12dB,，再保证总功率不变的情况下，频道数为,CH=60*10(-12/10),约为,4,个频道。,数字信号,对于数字信号，由于它可承受更低的载噪比，所以通常数字信号的调制电平通常可比模拟信号的电平低,10dB,，这种情况下，插播的频道数可以增加到,40,个,QAM,频道。,Overlay,系统的调试,EDFA,的原理,工作模式（,APC):,输出功率恒定,监测,输出监测,反馈控制电路,Overlay,系统的调试,光放大原理：铒纤中的能量转换,1550nm,光子,Overlay,系统的调试,光接收机,0dBm,Overlay,复用器,7dB,1dB,由于目前的,EDFA,都是饱和输出功率，例如如果是,17dB,输出的，那么理想状态下主路光信号的功率应为,16dBm,，而插播光功率应为,10dBm,。但实际上由于目前应用得,EDFA,的增益谱不是平坦的，这给整个系统的调试带来了一定的麻烦。,Overlay,系统的调试,Coractive,公司铒纤的增益谱,从增益谱上可以看出，不同的激光波长它的增益是不同的，这使得插播的波长和主路信号波长的差异会产生增益的差异，所以我们通常将两路波长的差异定为,4nm(,太近会发生相互作用），从图中看出增益的差小于,1dB,，由于,EDFA,是饱和功率输出，增益的差异使得两路光光强的比例发生了变化，影响了系统的调试。,不同厂家生产的,EDFA,，由于选用的铒纤不同，增益谱会有较大的不同。,Overlay,系统的调试,光接收机,0dBm,Overlay,复用器,7dBm,1dBm,加入,EDFA,后，不同波长增益的差异两路光信号强度比例发生了变化，在插播系统中，有的甚至加入,3,级光放大，这使得我们必须考虑加入,EDFA,后，系统如何调试。,-3dBm,-3dBm,如图所示，插播的光信号比主波信号低,6dB,，那么经过几级,EDFA,后，由于增益的不同，有可能出现两路光信号分别为,-3dBm,的情况，对主路信号造成较大的影响。而理想的情况为主路信号为,-1dBm,，插播信号为,-7dBm,Overlay,系统的调试,光接收机,0dBm,Overlay,复用器,0dBm,由于,EDFA,波长增益的不确定性，实际应用中，我们很难判断经过,EDFA,后，两个波长的光功率比例是多少，我们也就无法判断进入接收机的光功率比例。为了解决这个问题，我们可以采用系统连调的方式。,我们基于这样的一个事实，进入接收机插播信号光功率比主路信号地,6dBm,，那么，进入接收机的的插播光功率为,-7dBm,，主路信号为,-1dBm,（总功率按,0dBm),相比较全功率的情况，主路信号的进入接收机的功率降低,1dB,，那么可以推出接收机的输出电平将降低,2dB,。,反过来思考，如果我们插播光断掉与打开的情况下，主路光信号的输出电平降低,2dB,，我们可以认为进入接收机的插播光信号光功率比主路低,6dB,100dBuV,光接收机,0dBm,Overlay,复用器,-1dBm,98dBuV,-7dBm,Overlay,系统的调试,光功率的调节,光发射机,VOA,光接收机,0dBm,Overlay,复用器,插播信号,主路光信号,通过调节可调衰减器，使接收机主路信号的电平降低,2dB.,调节衰减,2dB,Overlay,系统的调试,插播直调发射机电平的调节,通过以上的调节，我们可以保证插播光对主路光的指标的影响较小，下面要做的就是改善插播信号的电平与指标。我们通过增加直调发射机的电平来完成。,光发射机,VOA,光接收机,0dBm,Overlay,复用器,插播信号,主路光信号,调节衰减,-1dBm,-7dBm,提高调制电平,Overlay,系统的调试,Overlay,直调发射机的设计,为了方便用户的调试，直调发射机在设计时，在内部已将调制电平提高上来，测试标准为，在背靠背测试的条件下，接收机,-6dBm,接收的情况下，它的输出电平同正常的发射机测试下，,0dBm,的输出电平相同。这也就意味着插播发射机的调制度增加了,12dB.,Overlay,光发射机,VOA,光接收机,-6dBm,常规光发射机,VOA,光接收机,0dBm,电平相同,即使这样，由于现场条件的不同，调试人员也应当根据实际情况来调整,Overlay,发射机的输入电平，在确保光功率的同时，使得接收基础来的两路信号电平相同,Overlay,系统的调试,模数混传系统的调试,信号电平的定义,信号电平描述了频道内总的信号功率，一般用,dBuV,来表示。,频谱分析仪测量信号电平,利用频谱分析仪测量电平又一个重要的概念：分辨率带宽，,RWB,通常为,300kHz,或,30kHz,，我们可以把它看作相同带宽的滤波器，滤波器在测试频带内扫描，测试通过滤波器不同频点的功率电平，写在频谱分析仪的相应频点上。它的大小描述了测试精度多高。,30kHz,300kHz,电平低，分辨率高,电平高，分辨率低,实际上滤波器上高斯型的，要加一些修正。,频谱分析仪上显示的电平，并不代表真实的功率，它只是一种表象，功率应为一定带宽范围内的积分。,模数混传系统的调试,频谱分析仪可直接测试模拟信号的电平,对于模拟信号，通常频率是单一的,(,载波情况）或者大部分能量集中在单一的频率上，视音频调制的情况，所以通过频谱分析仪测出的峰值电平，即为信号的电平。,V,V,0,L,扫描的带通滤波器,扫描的带通滤波器,30kHz,300kHz,V,V,0,L,实际电平,V,V,0,L,实际电平,改变分辨率带宽可是频谱的形状发生变化，但是对应中心频点的电平是相同的，因为大部分能量会集中在中心频点附近，都能通过滤波器。显然,30kHz,的频谱更接近实际的情况。,模数混传系统的调试,QAM,信号的频谱,对于,QAM,信号，与模拟频道根本的差别为在频域上，它的能量是分散的。这意味着我们不能从频谱分析仪上直接获取,QAM,信号的电平。我们也会发现不同的分辨率带宽，从频谱分析以上显示的电平是不同的。,V,V,0,QAM,信号的电平应为：,Level=L(,测试）,+10*log(B/RWB)+,修正,30kHz,300kHz,电平低,电平高,模数混传系统的调试,模拟与,QAM,信号的载噪比,电平测试的差异，也衍射出了载噪比测试的差异。,CNR,V,V,0,L,总噪声功率,CNR,模数混传系统的调试,模数混传,模拟和数字信号的对载噪比的承受能力是不同的，模拟的信号只能承受,44dB,的载噪比，而数字信号甚至可以承受,34dB,以下的载噪比。在模数混传时，为了能够在模拟和数字的指标上均衡一下，通常将数字的电平降低比模拟的电平降低,10dB,。这样的数字载噪比要比模拟频道低,10dB,，仍然可以保证数字信号的传输。,而在总频道较多的情况下，可以较小数字信号对模拟频道的影响，,(,数字信号的功率降低了,10,倍），较小数字信号落到模拟信号的非线性产物，在,AGC,的工作模式下，还可增加模拟频道的载噪比。,10dB,并不是死的数据，用户可根据具体的频道数作出调整，使模拟和数字的指标最理想。,模数混传系统的调试,模数混传的插播调试,如果前段信号是模数混传的，一般情况，数字比模拟的信号电平低,10dB,。,如插播信号仍是模数混传，我们同样要求模拟和数字的电平差异为,10dB,。,在调整光功率后，使得光接收机的输出电平，插播信号的模拟电平和数字电平分别与主路信号的模拟和数字电平相同,模数混传系统的调试,结束语,在国内，上海天博光电技术有限公司首先在,1997,年在新疆克拉玛依有线电视网中使用,1310/1550nm,叠加模式，实现了克拉玛依市乌尔禾区,2,套本地节目地插入。随后，在安徽、山东等地也用这种模式插入了本地节目和数据业务。,2002,年在山东省淄博市用,1550nm,新的插入方式，实现了区（县）多套节目的插入。,美国在,1998,年也完成了,Overlay,这个研究工作，并逐步应用于现有的有线电视网上。目前为止已在如下地区完成了,Overlay,多功能插入业务：,Media One,美国媒体一号公司，在佛罗里达州的,Jacksonville,市,Times Warner(,美国时代华纳,),公司，在佛罗里达州的,PALATKA,市；,Richmond of Virginia,弗吉尼亚州的里其蒙特市有线电视网；,TCI,公司的,Chicago(,芝加哥市,),有线电视网；,从这些经验看，在,1550nm,网上利用,Overlay,叠加技术来做多功能开发是完全可行的，为网络的发展留下了足够的扩展空间。,