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1、11550nm 窄播插入技术探索张强 天津摘要：下一代广播电视网络的接入网络建设中必然涉及 1550nm 广播网络覆盖下如何插入窄播信号的问题，国内对此所进行得专项研究不多，商业应用也很少；市场上许多商用的 1550nm 直调式发送机实际上难以满足这种窄播插入的需求。本文对直调式窄播 1550nm 光发送机的特性、传输性能、应用中的网络架构、优势与局限逐一进行讨论。关键词：窄播发送机 波分复用 边缘 QAM 窄播插入采用 1550nm 广播覆盖网络的双向 HFC 网络中，窄播插入技术的优劣关系到各种交互业务能否顺利开展，甚至可以说关系到双向网络建设的成败！传统的窄播插入技术包括 1550nm
2、广播1310nm 窄播和 1550nm 广播1550nm 窄播；本文只讨论 1550nm 窄播应用。在这种应用模式中，窄播 1550nm 光发送机一般都采用符合 ITU-T 国际电信联盟 DWDM 标准波长的优质 DFB 1550nm 激光器组件制造，射频信号经放大和预失真矫正后直接对 DFB 激光器进行光强度调制。为构建 NGB 接入网，要求窄播发送机的 CTB、CSO 和 CNR 指标都非常严格。1直调式 1550nm 光发送机及其技术特性为了构建广电 1550nm 多业务传平台，需要了解直调式的 1550nm 光发送机的性能、特点。这种直调式 1550nm 光发送机采用符合 ITU-T
3、国际电信联盟 DWDM 标准波长的 DFB 1550nm 激光器，射频信号经放大和预失真矫正后直接对 1550nm DFB 激光器进行光强度调制。其原理框图和电路结构均与典型的 1310nm 下行 AM 激光发送机相似。优质 1550nm 直调式窄播激光发送机的 CTB、CSO 和 CNR 指标均与标准的 1310nm 广播光发送机基本相当，如 Aurora 公司生产的 AT3520 和AT3535 型专用 1550nm 窄播发送机。但由于 1550nm 色散的影响，直调式 1550nm光发送机覆盖半径一般小于 20 公里，略小于 1310nm 广播发送机；而且，预失真校正之后的性能还会随光纤
4、的长短而有所变化。直调式 1550nm 发送机可以支持本地少量模拟/数字电视节目的插播、分前端边缘 IP QAM 多频点信号的插入等多种应用业务。但此处必须特别指出，该直调式 1550nm 发送机的非线性特性对于 WDM 应用至关重要，必须完全满足系统应用要求。现仅发现 Ortel 公司 3688U 型 1550nm 激光发送机组件能够满足1550nm 窄播应用的要求，表 36 摘录其主要技术参数供参考。表 36 Ortel 公司 2km 长度 1550nm 激光器组件主要性能CATV75 欧姆输入选件每频道 RF 电平(dBmV)组合功率 (dBm)CNR(dB)CSO(dBc)CTB(dB
5、c)79ch NTSC 27.83 -2 52 -60 -65110ch NTSC 26.34 -2 50 -60 -6542ch 欧洲频道 30.52 -2 52 -60 -6560ch PAL 28.97 -2 52 -60 -65注： 1.测试使用 2km 长的 SMF28 光纤，接收光功率为 0dBm。2 10km、 20km 光纤长度的组件的 CSO 指标均为 58dBc，其它指标都与上表相同。23.全温度范围内载噪比可能劣化 0.5dB,CTB、 CSO 可能劣化 1.5dB。4.光纤长度为 0km 时 CSO 将再劣化 2dB。5组合功率 2dBm 为 RF 激励信号的总功率值。
6、业已发现不少国产商用直调式 1550nm 发送机都采用波长满足 DWDM 规范的裸激光器组装，这类直调式 1550nm 激光发送机在全无源损耗加载（无光纤链路，背靠背测试）时性能优异，当链路损耗包含 20km 光纤（部分商用 1550nm 直调式发送机甚至仅仅在 5km10km 光纤损耗）的条件下，其非线性失真特性就显著劣化，这类发送机作为 WDM 的窄播发送机使用应该受到严格的限制。性能优异的典型 1550nm 直调式发送机技术规范应该给出加载频道数、链路光纤长度、RF 激励电平等参数与链路性能之间的关系，至少必须指明该设备适用的加载频道数量、链路光纤长度以及性能与光纤长度之间的关系。2直调
7、式 1550 光发送机的应用简介性能优异的直调式 1550nm 光发送机可作为 IP QAM 边缘光发送机（典型的窄播发送机），插入多频道的 IP QAM 数字电视信号或 CMTS 下行信号（插入的QAM 调制信号最大达 80 个频点）；当然也可以作为发送几套本地模拟（或数字）电视信号的窄播发送机应用。选择直调式 1550nm 发送机时一定要清楚该发送机可以用于多少频点的 RF 信号传输（优质进口设备大都会给出该产品能够传输的信号频道数量）、其最大覆盖范围是多少 km、每频道 RF 激励信号电平（模拟或数字信号）为几何。下面分两种应用模式，分别讨论 1550nm 直调光发送机的窄播应用。1).
8、 本地少量数字或模拟电视广播节目插播采用 1550nm 广播1550nm 窄播的信号可以插入少量的本地数字电视或模拟电视广播节目信号或者 CMTS 下行信号。在这种应用中，插入的本地信号一般安排在广播信号工作频段（87550MHz）中的空闲频道，所加载的模拟或数字调制信号或者 CMTS 下行信号的频点数量一般都非常有限，因而可以降低窄播信号的接收光功率，加大窄播信号光调制指数以改善链路性能指标。对窄播发送机的各项指标要求相对要低许多，可供选择的商用设备较多，包括部分性能良好的国产设备都有可能满足系统规范要求。其网络架构如下图 1 所示。图 1 本地数字或模拟广播电视信号的插播2). 边缘 IP
9、 QAM 大量频点的 VoD 数字电视信号定向插播3采用 1550nm 广播1550nm 窄播的模式在分前端用 IP QAM 边缘光发送机在光纤放大器的输入端前面插入边缘 QAM 调制器的并发流信号，从而实现分前端（或远地前端）的 IP QAM 数字信号的插播，网络架构如下图 2 所示。因为 IP QAM 需要尽可能多的频点，所以这类应用模式有其特殊要求。图 2 IP QAM 数字信号的插播在图 2 中，分前端处将需要插播的 IP QAM 信号用一台 1550nm 直调式光发送机输出，与广播 1550nm 光波经 DWDM 复用器混合后用同一个光纤放大器放大，然后再分配传送到各个光节点。为插播
10、足够多的 IP QAM 数字信号，根据并发流覆盖用户的多少，可以按需要先将多个 IP QAM 数字信号进行 RF 合成，再加到1550nm 直调式光发送机；当然也可以采用多台直调式 1550nm 光发送机，多个DWDM 波长进行多波长复用以提供足够多的光传输信道。这种应用模式中，每台 1550nm 直调式光发送机能够加载的 RF 信号频点数量与发送机性能密切相关，不同的发送机能够加载的 RF 信号频道数量是不同的，从 16 个频点80 个频点都有可能, 总是希望加载的频点数量尽量多。31550nm 广播1550nm 窄播波分复用设计考虑在 1550nm 广播1550nmnm 窄播应用模式下，每
11、个光节点也是用一台光接收机接收广播和窄播信号，所以也存在广播/窄播光信号接收光功率的关系、广播/窄播光发送机 RF 激励电平之间的关系、光节点广播/窄播 RF 输出电平的关系，必须综合考虑、正确设计、仔细设置才能确保系统指标满足各种业务的要求。下面以图 3 为例对图 2 拓扑的参数设置进行讨论。图 3 IP QAM 窄播插入应用的参数设置4这种应用模式时如果模拟广播频道众多，设置稍有不当就很难兼顾广播/窄播信号指标，必须非常仔细地进行设计和调试。这种应用模式下数字广播信号电平须低于模拟广播信号电平 10dB，设模拟广播信号光调制指数3.5，则数字广播信号光调制指数1.1；虽然 IP QAM 窄
12、播信号的频点众多（甚至远远超过数字广播信号频点数），但采用优质窄播发送机，IP QAM 信号的光调制指数可与模拟广播信号的光调制指数相当（3.5）。为确保广播信号指标，设窄播光信号功率低于广播光信号功率 6dB，即 EDFA 输入端口（DWDM 复用器输出端口）处总输入光功率（P in1）dB；在这样设置之下，EDFA 输出端口处的光功率P O(dBm),其中广播信号光功率（P O1）dBm，窄播光信号功率（P O6）dBm。按此设置，系统输出端口处的信号参数如下：模拟广播信号电平68dBV，载噪比 45dB；数字广播电视信号电平 58 dBV， SD.RF/N34dB；IP QAM 窄播信号
13、电平58 dBV，S D.RF/N34dB。按此处所推荐的系统设置参数，广播与窄播信号质量均较为优异。但前提是必须采用优质专用窄播发送机并确保系统设置与网络状况准确吻合，不得随意变化设备选型、网络拓扑及设置参数。这种将广播与窄播信号 DWDM 复用之后再放大的拓扑架构存在固有缺陷：系统升级特性极差，如果需要增加窄播频点必须重新部署光网络架构，重新进行系统设计、设备设置与指标验证。故以 1550nm 波段部署交互业务传输的广播与窄播业务并不是一种理想的 NGB 接入网络架构。如果计及优质窄播发送机昂贵的价格，网络公司更需仔细斟酌这种网络拓扑的优势与局限。为了更灵活地部署交互业务的全 1550nm
14、 下行通道，国外网络设备供应商及网络运营商都采用广播、窄播业务分别放大再复用、分配的拓扑架构，示意网络拓扑如图 4 所示。图中窄播业务信号从直调式 1550nm 发送机输出送入 DWDM复用器，设置复用器输出的广播光信号然功率高于 IP QAM 光信号信号功率6dB，模拟广播信号光调制指数3.5，数字广播信号光调制指数1.1，IP QAM 窄播信号光调制指数3.5。DWDM 输出光信号再经过光分路后由 PON 网络送达各光节点。光节点广播光信号功率0dBm，IP QAM 光信号功率6dBm，接收总功率1.0dBm。理论上光节点 RF 输出信号参数为：模拟广播 RF 输出信号电平70dBV，载噪
15、比 45dB；数字 RF 广播输出信号电平 60dBV，载噪比34.2dB；窄播 IP QAM 输出 RF 信号电平58dB V，载噪比38.2dB。5图 4 IP QAM 窄播插入应用网络拓扑示例图 4 给出的拓扑架构用户端信号质量比图 3 拓扑的用户端信号质量更好一些，而且系统升级特性也有所改善；但系统造价显然要增加不少。在图 4 的拓扑架构中，如果直调式 1550nm 发送机输出光功率不足以匹配EDFA 输出光功率，则可以将窄播光信号经独立 EDFA 放大之后再与广播信号复用、分配，再经 PON 网络送达光节点。当然，还可以采用 CWDM 复用模式传输各种窄播信号，窄播发送机选择CWDM
16、 波长。基本原理与 DWDM 相似，网络拓扑架构亦如图 4 所示。41550nm 广播1550nm 窄播应用的优势与局限性优势： 网络拓扑简单，PON 网络不需调整； 采用 1550nm 广播1550nm 窄播技术，可利用 EPONEoC 或 EPON+LAN技术实现双向改造，构建上、下行速率对称的交付业务传输通道；局限性： 系统设计、设备调试、网络维护都非常复杂； 优质 1550nm 直调式激光器及相应的窄播发送机供应商很少，仅仅见到Ortel 公司所提供的 3688U 型 1550nm 直调式激光器组件板卡（含激光器、APC、ATC、预失真校正电路等）能够满足 IP QAM 应用要求，但价格昂贵，据了解至今还未向国内供货！ 系统平滑升级难度极大，一般都需要重新调整光缆网架构！ 只作为数据（CMTSCM）及 VoIP 传输时的下行插入应用可以获得良好的技术指标，在多频点 IP QAM 窄播插
