衡阳市无线数字电视1550nm光纤传输系统的设计

雷瑞林

【摘要】 本文简述了衡阳市无线数字电视对全市七县5区传输无线数字电视信号使用的1550nm光纤传输系统的设计原则和方案，并对传输过程中的指标参数计算和测试作出了说明。

【关键词】 SDH MER 色散补偿

一、设计原则和主要指标

1.设计原则

湖南省衡阳市无线数字电视网络的建设是以衡阳市广电为中心，其他县区（衡阳县，衡南县，常宁市，耒阳市，祁东县，衡山县，衡东县，南岳区，）为骨干的传输网络，主要传输衡阳无线数字电视6个频点共55套数字电视节目的信号，频带宽度100MHz，传输距离最远的是衡阳市常宁的塔山乡蒲竹村，达160公里以上。在其网络建设中，为各县区提供市中心无线数字电视16QAM调制的射频信号，同时各县电视台的信号传输到局中心的总前端，经过编码后，和其他节目的信号一起送入各县区。

射频信号的传输有二种：光纤1550nm传输和数字微波SDH传输。SDH是一套标准的电信系统，系统冗余度好、可控可管方便，但其造价昂贵，维护难度大；1550nm单向广播式长距离传输系统，建网成本低、部署快速，尤其当数字电视系统扩容时，仅需配置总前端，升级方便。因此信号传输系统采用光纤网络为主，数字微波传输为备用的方案，形成市县各区统一的无线数字电视传输覆盖网。在第一期的建设中，完成对衡南县，常宁市和塔山苗族乡以及塔山乡蒲竹村的信号传输。

2.主要指标MER

MER是无线数字电视系统的主要指标之一，是接收信号质量的主要表征。MER表征了由噪声、载波泄露、IQ幅度/相位不平衡、相位噪声等各种因素造成对信号指标的损伤。 MER的值越大系统性能越好，信号损伤小；反之，则信号受到的损伤越大，严重时机顶盒将解调不出数字信号内的节目。因此，优化系统的MER指标至关重要。

衡阳市无线数字电视采用的是16QAM，单载波调制的方式。目前无线数字电视国家暂定的相关标准要求MER30dB，为了给网络充分的指标余量，在设计中要求系统的：MER32dB。保证射频信号到达各市县后，经过发射后的信号能被机顶盒顺利的解调出节目，满足用户的收看需求。

二、设计方案

在方案设计上充分考虑入纤功率、SBS抑制、EDFA驱动功率和色散补偿对光链路各种指标的影响，充分保证信号在200公里范围内的有效传输。在光链路的设计中重点考虑如下的几个因数：

1.SBS

SBS是入射光在光纤中被转换成后向散射的斯托克斯光，使前向传输的信号光被非线性地衰减，后向传输的光返回引起输出光功率的波动所形成的噪声对指标的影响阀值。SBS效应是激光与光纤相互作用的产物，随光纤的长度而累积，SBS阀值不够会造成系统低频道CNR劣化（低频道出现雪花），SBS阀值过量会造成系统高频道CSO劣化（高频道出现斜纹干扰）。本系统设计中通过光发射机对SBS进行补偿就能获的极佳的系统指标，当入纤光功率大于SBS，但传输距离较短（SBS未积累），便对功率进行分配，再以小功率入纤，经实验对系统的CNR影响不大。

在传输系统中，光发射机的选择窄线宽<0.3MHz的光发射机，有效地克服了光纤色散的影响，但同时却使光纤的阈值降到了直流阈值的水平，随着光发射机入纤功率的增加，系统载噪比会降低。因此在选择1550nm光发中，功率大小和SBS抑制能力同等重要，目前业界最先进的光发射机的SBS（单模光纤）阈值达到19dBm。

2.CNR

EDFA工作在粒子数反转状态，信号光通过光纤，亚稳态的粒子受激发射，把信号放大，同时亚稳态粒子的自发射光子被光纤虏获、传输和放大，并与信号混合在一起，成为EDFA的噪声。计算公式为C/N=10log10（Pc/Pn），EDFA的噪声系数越低，输入光功率越大，则系统载噪比损失越小。因此设计时尽可能的提高EDFA的输入光功率和选用低噪声系数的EDFA。

3.光纤色散

在1550nm光纤传输系统中，色散造成光脉冲的展宽，使CSO随着距离的加长而劣化，在色散介质中，光波的不同频率分量有不同的群速，在光纤的输出端形成不同延迟的包络分量，造成光波的包络失真。光纤中的自相位调制（SPM）与色散结合在一起，造成信号的二阶失真，使CSO劣化。衡阳市无线数字电视的光链路使用的是单模标准光纤，即G.652光纤。该种光纤在传输1550nm光信号时，有较大的色散，色散系数为：17ps/nm.km。色散随着光纤加长而增大。当光纤长度超过100公里后，色散引起的CSO、CTB劣化开始明显；当光纤长度超过120公里后，CSO、CTB快速劣化；光纤中的SPM和DSP是造成系统性能劣化的主要因素，为了达到长距离传输，采用色散补偿是最为有效的方式。本次方案中光纤距离已超过120公里，对每条链路进行适当的色散补偿以获得更高的系统指标。

综合以上因数，本系统采用以下的方案：①在总前端，采用1台1550nm光发，窄线宽<0.3MHz、SBS抑制比19dBm的外调制光发射机，适合长距离传输和色散补偿技术。②EDFA尽量统一型号，保证设备的一致性，便于设备的备份切换，选择输出功率可调整的EDFA，输入门限低至-15dBm，保证比较好的指标以及输出功率的稳定性，确保光链路工作的动态带宽。EDFA在0dBm输入，16QAM的情况下每中继一次MER劣化值<0.2dB；低于0dBm时，每降低1dBm的驱动功率，CNR降低1dB，MER降低0.2dB。③充分考虑衡阳市各县区的光纤网絡使用已经多年，工程实施之后光缆损耗系数增加（0.3dB/km），结合工程的实际情况制定入纤功率。为了确保系统安全可靠的传输，减少自相位调制SPM对系统CSO指标的影响，综合考虑CNR和CSO的关系，将入纤功率适当加大，40-50公里以后逐级补偿。实践证明：在链路损耗将近增加10dBm的时候，市县分前端的MER指标仍然能够保证32-33dB；④所有设备通过统一的网管平台进行远程监控管理，对所有设备的运行状态及时监控并报警。

五、结论语

衡阳市无线数字电视在光链路系统的建设中在干线传输技术，色散补偿技术、前置光放大技术的综合使用上积累了丰富的理论知识和实践经验，为以后的建设奠定了扎实的理论基础和实践基础。