（通信与信息系统专业论文）1550nm超干线及宽带接入光传输关键技术研究.pdf

摘要 1 5 5 0 r i m 超干线及宽带接入光传输关键技术研究 摘要 随着中国广电模拟电视到数字电视整体平移工程的展开，光纤有线电视网 的规模持续扩大。为了更好地整合和配置网络资源，实现运营级的综合业务网络， 出现了两种趋势。一是有线电视大范围联网，在地市级共享有线网络前端，以节 约投资及便于管理。由于1 5 5 0 n m 传输技术的低损耗、可光放大等特点，使1 5 5 0 n m 技术成为数百公里超干线传输的必然选择。二是光纤向小区、楼栋日益延伸，实 现光纤接入( f t t x ) 基础上的三网融合，由于以太无源光网络e p o n 技术成熟， 网络结构与有线电视网一致，使e p o n 技术成为广电实现综合业务接入的首选技 术。这两种趋势都会对1 5 5 0 n m 副载波复用光纤电视传输系统提出新的挑战和要 求。本文围绕1 5 5 0 n m 超干线及宽带接入光传输关键技术进行了理论、仿真和实 验研究，全文的主要内容由四部分组成，具体如下： 第一部分论述了e p o n 下行1 4 9 0 n m 数据通道与1 5 5 0 n mc a t v 通道的相互 串扰问题。采用等效传递函数法得出了任意调制信号下1 4 9 0 n m 光波对1 5 5 0 n m 光波拉曼串扰的理论计算公式，并将拉曼串扰转化为c a t v 系统相对强度噪声指 数r i n 的变化，得到了c a t v 通道载噪比劣化的计算公式。首次系统地进行了 r fo v e r l a ye p o n 系统的实验，观测到了以太空闲字符i d l e 信号在6 2 5m h z 及 倍频处对c a t v 信号的单频干扰和随机码流对低端载噪比的影响，并研究了偏振 对串扰的影响，提出了对i d l e 信号进行扰码和采用改变发端1 4 9 0 n m 或1 5 5 0 n m 信号的偏振态以减小拉曼串扰的方法。论述了下行1 5 5 0 n mc a t v 光波对1 4 9 0 n m 数据光波的线性串扰，得出了串扰造成的光功率代价，指出波长隔离度大于3 0 d b 的1 4 9 0 n m 1 5 5 0 n m 分波器可以基本消除线性串扰。 第二部分论述了1 5 5 0 n m 长距离光纤c a t v 系统中由自相位调制( s p m ) 和色散引起的组合二阶失真( c s o ) 劣化及其补偿问题。采用微扰法求解了非线 性薛定谔方程，得出了存在s p m 和色散的情况下，多级e d f a 级联光纤c a t v 系统c s o 指标的计算公式。在采用啁啾光栅进行色散补偿时，对以上的c s o 计 算公式进行了修正，指出色散补偿器的位置对补偿效果具有很大影响，通过计算 得出的色散补偿器最佳位置，对工程应用具有指导作用。v p i 软件的仿真结果与 以上理论计算结果一致。进行了1 5 5 0 n m 长距离光纤c a t v 系统的实验。测试了 没有色散补偿时c s o 随传输距离的变化及c s o 随入纤光功率的变化，对1 0 0 k m 传输系统啁啾光栅色散补偿器的最佳位置进行了实验，在将色散补偿器置于理论 计算的最佳位置后，得到了较好的c s o 输出指标。建立了2 0 0 k m 传输实验系统， 对比了有无d c m 色散补偿时的指标测试结果，表明采用啁啾光栅的色散补偿确 实能够改善由s p m 效应引起的c s o 指标。 上海大学博十学位论文 第三部分论述了分布式拉曼放大器在光纤有线电视网中应用的相关问题。 给出了拉曼放大器的增益、噪声公式，指出在采用窄带光滤波器时，拉曼放大器 的噪声主要由信号- - a s e 拍频噪声引起，进而得出了拉曼放大器的载噪比表达 式，计算结果表明双向或反向泵浦分布式拉曼放大器可以改善长跨距无中继系统 的c n r 。给出了由模拟系统向数字调制系统整体平移后调制误差比m e r 指标的 计算公式，及采用色散补偿光纤( d c f ) 进行色散补偿的最佳d c f 长度的理论 计算方法。最后分析了目前国内最长的包含超长跨距拉曼放大、d c f 色散补偿 的5 6 0 k m 数字调制光纤传输系统的设计、指标计算及测试结果。 第四部分对1 5 5 0 n m 超长距离传输的关键设备掺铒光纤放大器e d f a 进行了 研究。研制了d w d m 系统用的增益平坦c + l 波段超宽带e d f a ，根据提出的优 化策略对c 波段和l 波段增益平坦e d f a 的泵浦功率、光纤长度和增益滤波器 进行了优化仿真，并根据仿真结果采用分波段并联结构设计制作了功放、线放和 预放三种类型的e d f a ，进行了测试，得到了7 0 n m 的传输带宽。研制了- e e 新 型全光增益箝制e d f a ，通过增加9 8 0 r i m 泵浦的预放和在输出端设置增益均衡滤 波器，在c 波段内获得了平坦的增益谱、较高的箝制增益和较低的噪声系数， 为应用于w d m 系统和波长路由全光网络的e d f a 提供了一种有效的解决方案。 研制了一种新型的e d f a 大功率泵浦激光器控制器，采用p w m 方式实现泵浦的 自动温度控制( a t c ) 及自动功率控制( a p c ) ，比传统模拟方式降低了功耗和 体积，成果已应用于e d f a 产品。 关键词：1 5 5 0 n m ，有线电视，长距离传输，光接入，射频叠加以太无源光网络 ( e p o n ) ，受激拉曼散射，自相位调制，色散补偿，分布式拉曼放大， 掺铒光纤放大器 i i 摘要 s t u d i e s0 nk e y t e c h n o l o g i e so f1 5 5 0 n mo p t i c a lt r a n s m i s s i o n i ns u p e r - t r u n ka n db r o a d b a n do p t i c a la c c e s sn e t w o r k a b s t r a c t i nt h ep r o c e s so fs w i t c h i n ga n a l o gt vt od i 百t a lt vi nc h i n ac a b l es o c i e t y , t h e o p t i c a lc a b l et vn e t w o r ke x p a n d sr a p i d l y t w ot r e n d sa p p e a rt of u r t h e ri n t e g r a t ea n d c o n f i g u r et h en e t w o r kr e s 0 1 1 r c ea n dt oa c h i e v et h ec a r r i e r - l e v e lo ff u l ls e r v i c en e t w o r k o n ei st h en e t w o r ki n t e r c o n n e c t i o ni nm e t r o p o l i t a na r e a b ys h a r i n gt h es a m ed i g i t a l h e a d e n ds y s t e m ，i n v e s t m e n tc a nb eg r e a t l yr e d u c e da n de f f e c t i v em a n a g e m e n tc a nb e e a s i l ya c h i e v e d w i t hs o m ee x c e l l e n tp r o p e r t i e sl i k el o wl o s sa n de a s ya m p l i f i c a t i o n ， t h e15 5 0 n mt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yh a sb e c o m et h eo n l yc h o i c e o fs u p e r - t r u n k t r a n s m i s s i o n a n o t h e rt r e n di st h a tm o r ea n dm o r ec o m m u n i t i e sa n db u i l d i n g sa r e c o n n e c t e db yo p t i c a lc a b l e 1 e a d i n gt ot r i p l ep l a yb a s e do nf t t x t h em a t u r i t yo f e t h e m e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ( e p o n ) a n dt h ec o i n c i d e n c eo fn e t w o r kt o p o l o g y b e t w e e ne p o na n dc a b l et vm a k ee p o nap r o m i s i n gc a n d i d a t ef o r t h e n e x t - g e n e r a t i o nf u us e r v i c ea c c e s sn e t w o r k s t h e s et w ot r e n d sr a i s es o m en e w c h a l l e n g e st ot h e15 5 0 n ms u b c a r r i e rm u l t i p l e x i n go p t i c a lc a t vt r a n s m i s s i o ns y s t e m s t h i st h e s i sf o c u s e so nt h ek e yt e c h n o l o g i e so f15 5 0 n mo p t i c a lt r a n s m i s s i o nb o t hi n s u p e r - t r u n ka n db r o a d b a n da c c e s sn e t w o r k ，a n ds o m et h e o r e t i c a l ，s i m u l a t i v ea sw e l l a se x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r ea c h i e v e d t h ec o n t e n t so ft h et h e s i sa r eo r g a n i z e di n t of o u r p a r t sa sf o l l o w s t h ef i r s tp a r td i s c u s s e st h ei n t e r f e r e n c eb e t w e e n14 9 0 n md a t ac h a n n e la n d 15 5 0 n mc a t vc h a n n e li nar fo v e r l a ye p o ns y s t e m b yu s i n ge q u i v a l e n ts y s t e m t r a n s f e rf u n c t i o nm o d e l t h en o n l i n e a rc r o s s t a l kf r o m1 4 9 0 n mt ol5 5 0 n ml i g h t w a v e v i as t i m u l a t e dr a m a ns c a t t e r i n g ( s r s ) i sp r e s e n t e d ，t h er a m a ni n t e r f e r e n c ei s e x p r e s s e db yt h er e l a t i v ei n t e n s i t yn o i s e ( r r n ) ，b a s e do nw h i c ht h ec a r d e rt on o i s e r a t i o ( c n r ) o ft h er fc h a n n e li sm o d i f i e d f o rt h ef i r s tt i m e ，t h es y s t e m a t i c e x p e r i m e n to fr fo v e r l a ye p o ni s c a r d e do u t t h er e s u l t ss h o wt h a tr a n d o m e t h e m e tp a c k e tc a nc a u s ec n rd e g r a d a t i o na tl o we n do fr fc h a n n e l s ，w h i l e ， e t h e m e ti d l ep a t t e r nb e t w e e np a c k e t sc a nc a u s em o r ei n t e r f e r e n c ea t6 2 5 m h za n di t s h a r m o n i c sf r e q u e n c i e s t h ei n f l u e n c eo fp o l a r i z a t i o no nr a m a ns c a r i n gi sa l s o s t u d i e d b a s e do nt h e s er e s e a r c hw o r k st w ou s e f u lm e t h o d sa r ep r o p o s e dt oo v e r c o m e t h ei n t e r f e r e n c e ，o n ei sr a n d o m i z a t i o no fi d l es t r e a m ，a n o t h e ri s c h a n g i n gt h e p o l a r i z a t i o ns t a t e so fl4 9 0 n mo r15 5 0 n mi i g h t w a v e t h el i n e a rc r o s s t a l kf r o m 15 5 0 n mt o14 9 0 n ml i g h t w a v ec a u s e db yi n s u f f i c i e n tw a v e l e n g t hi s o l a t i o no ft h e c w d mc o u p l e ri sa l s o p r e s e n t e d ，a n dt h eo p t i c a lp o w e rp e n a l t yc a u s e db y i n t e r f e r e n c ei so b t a i n e d s t u d i e ss h o wt h a t1 4 9 0 n m 15 5 0 n mw d mw i t hw a v e l e n g t h i s o l a t i o nl a r g e rt h a n3 0 d bc a ne l i m i n a t et h e1 i n e a ri n t e r f e r e n c e 1 1 1 es e c o n dp a r tf o c u s e so nt h ec o m p o s i t es e c o n do r d e rd i s t o r t i o n ( c s o ) a sw e l l 卜海人学博士学位论文 a si t sc o m p e n s a t i o ni ns u p e r - t r u n k15 5 0 n mc a t vt r a n s m i s s i o ns y s t e mw i t hb o t hs e l f p h a s em o d u l a t i o n ( s p m ) a n df i b e rd i s p e r s i o n c s oe x p r e s s i o ni nac a s c a d e de d f a c a t vs y s t e mi so b t a i n e db yu s i n gw e a kd i s t u r b a n c em e t h o dt os o l v et h en o n l i n e a r s c h r 6 d i n g e re q u a t i o n 烈l s e ) t h i se x p r e s s i o ni s m o d i f i e dt os h o wt h a tab e s t c o m p e n s a t i o np o s i t i o ne x i s t sw h e nc h i r p e df i b e rg r a t i n gi su s e dt oc o m p e n s a t et h e s e l f - p h a s em o d e l a t i o n a n df i b e ri n d u c e dc s od e g r a d a t i o n f u r t h e r m o r e ，t h e s i m u l a t i o nr e s u l tb yv p is o f t w a r ea g r e e sw e l lw i t ht h ec a l c u l a t i o nr e s u l t s o m e c o m p a r i s o ne x p e r i m e n t sa r ec a r r i e do u tt os h o wt h a tc s oi sd e g r a d e db ye x t e n d i n g t h et r a n s m i s s i o nd i s t a n c ea n db yi n c r e a s i n gt h ei n p u tp o w e rt of i b e r a n o t h e r e x p e r i m e n ts h o w sb e t t e rc s op e r f o r m a n c ei so b t a i n e dw h e nt h ed c mi sp l a c e di nt h e c a l c u l a t e db e s tp o s i t i o n f i n a l l y , a2 0 0 k me x p e r i m e n ts y s t e ms h o w st h a tc h i r p e df i b e r g r a t i n gc a ng r e a t l yr e d u c et h ec s o d i s t o r t i o nc a u s e db ys p m t h et h i r dp a r ts t u d i e ss o m er e l a t e dp r o b l e m sw h e nd i s t r i b u t e dr a m a na m p l i f i e r ( r f a ) i su s e di nc a t vs u p e rt r u n k a f t e ra n a l y z i n gt h eg a i na n dn o i s ep r o p e r t yi n r f a ，t h i sc h a p t e rp o i n to u tt h a tt h es i g n a lt oa s eb e a tn o i s ed o m i n a t st h ec a r t i e rt o n o i s er a t i o ( c n r ) o fr f aw h e na s ep o w e ri sf i l t e r e db yan a r r o wb a n do p t i c a lf i l t e r t h ec n re x p r e s s i o ns h o w st h a tb i d i r e c t i o n a la n db a c k w a r dr f ac a ni m p r o v et h e c n r p e r f o r m a n c eo fl o n gd i s t a n c es y s t e m t h ec s oe x p r e s s i o ni nar f as y s t e mi s o b t a i n e db ys o l v i n gt h enl s e t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t so ft h i se x p r e s s i o ns h o wt h a t b a c k w a r dr f ah a sn oa f f e c to nc s o ，a n dt h eb i d i r e c t i o n a lr f ac a ni m p r o v et h e c s o p e r f o r m a n c e t h i sc h a p t e ra l s oi n t r o d u c e st h em e rp a r a m e t e ri nd i g i t a lc a t v s y s t e m s ，a n dt h ee x p r e s s i o no ft h eb e s tl e n g t ho fd c fa sac o m p e n s a t i o nm o d u l e a t l a s t ，a5 6 0 k ms u p e r - t r u n ks y s t e mi n c l u d i n gr f aa n dd c fi sa n a l y z e d ，a n dt h es y s t e m d e s i g n ，p a r a m e t e rc a l c u l a t i o na sw e l la st e s tr e s u l ta r ep r e s e n t e d s i n c et h ee r b i u md o p e df i b e ra m p l i f i e r ( e d f a ) i st h ek e ye q u i p m e n ti n s u p e r - t r u n ks y s t e m ，t h el a s tc h a p t e ra d d r e s s e st h ed e s i g na n df a b r i c a t eo fe d f a a t f i r s t ，t h ec + lb a n de d f au s e di nd w d ms y s t e mi si n t r o d u c e d o p t i m i z e ds i m u l a t i o n o fp u m p p o w e r , e d fl e n g t ha n dg a i ne q u a l i z a t i o nf i l t e r ( g e f ) a r ec a r r i e do u t b a s e d o nt h e s er e s u l t st h r e ek i n d so fe d f ai n c l u d i n gp r e a m p l i f i e r , l i n ea m p l i f i e ra n db o o s t a m p l i f i e ra r ef a b r i c a t e du s i n gs p l i tb a n da r c h i t e c t u r e t e s tr e s u l t ss h o wt h a t7 0 n m a m p l i f i c a t i o nb a n d w i d t hi so b t a i n e d f u r t h e r m o r e ，an o v e la l lo p t i c a lg a i n - f l a t t e na n d g a i n c l a m p e de d f a i sp r e s e n t e d b yu s i n gat w o - s t a g ea m p l i f i c a t i o na r c h i t e c t u r ea n d a d d i n gf i b e rg r a t i n gg a i nf l a t t e nf i l t e rt ot h ea m p l i f i e ro u t p u t ，i tp o s e s s e sf l a tg a i n s p e c t r u m ，l o wn f , a n dh i g hc l a m p i n gg a i ni ncb a n d t h es i m u l a t i o na n dt e s tr e s u l t s s h o w st h a tt h i sc o n f i g u r a t i o nh a sg o o dg a i n - c l a m p e dc h a r a c t e r i s t i c ，a n dc a nb eu s e di n a l lo p t i c a ln e t w o r k sa n dw d m s y s t e m s f i n a l l y , t h i sc h a p t e ri n t r o d u c e st h ed e s i g no f ah i g hp o w e rp u m pc o n t r o l l e r i tu s e st h ep u l s ew i d t hm o d u l a t i o nt e c h n o l o g yt o r e a l i z et h ea u t o m a t i ct e m p e r a t u r ec o n t r o l ( a t c ) a n da u t o m a t i cp o w e rc o n t r o l ( a p c ) o fe d f a p u m p t h i st e c h n o l o g yc a ng r e a t l yr e d u c et h ep o w e rc o n s u m p t i o na n dt h e i v 摘要 s i z eo fp u m pc o n t r o l l e rc o m p a r e dw i t ht h ef o r m e ra n a l o gt y p e ，a n di ti sa l r e a d yu s e d i no u re d f a p r o d u c t s k e yw o r d s ：15 5 0 n m ，c a t v ，s u p e r - t r u n kt r a n s m i s s i o n ，o p t i c a la c c e s s ，r fo v e r l a y e t h e r n e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ( e p o n ) ，s t i m u l a t e dr a m a ns c a t t e r i n g ， s e l f - p h a s em o d u l a t i o n ，d i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n ，d i s t r i b u t e dr a m a n a m p l i f i e r , e r b i u md o p e df i b e ra m p l i f i e r ( e d f a ) v 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了 文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研 究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文 复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：地导师签名 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 由于1 9 8 9 年大功率、高线性d f b 激光器的发明和商用，使在一根光纤中 同时传输几十路射频电视节目的副载波复用( s c m ) 光纤传输系统得以诞生【ij ， 随后经历了多年的开发和应用，残留边带调幅( a m v s b ) 和数字调制( m q a m ) ( 统称为r f t v ) 光纤传输系统作为有线电视的主要传输手段已经在中国和世 界广泛应用【2 弓】，在中国依靠这种副载波复用光纤电视传输系统，加上后续的同 轴电缆分配网( 光纤同轴混合网( h f c ) ) ，已经覆盖了近1 4 亿家庭用户。 传统的h f c 网是将前端的射频电视信号通过光纤发向光节点，在光节点变 换为电信号后，通过树形的同轴分配网送到用户，一般一个光节点服务5 0 0 个用 户，在同轴分配网上需要2 - - - 3 级电放大器以补偿电缆衰减。h f c 网的结构如图 1 1 所示。 图1 1 传统的h f c 网 f i g 1 1c o n v e n t i o n a lh f c n e t w o r k 为了提高h f c 网的频带利用率，广电部门开展了以数字平移为主要内容的 j ：海人学博上学位论文 数字化改造，将传统的模拟电视改为数字电视。数字平移的主要工作是进行有线 电视前端系统的数字化改造及为每个家庭用户加装机顶盒，而h f c 传输部分基 本不作改动。但由于数字电视的节目与模拟电视差别不大及费用问题，数字平移 工作推进步伐缓慢。 在广电部门正在对未来的发展方向犹豫不决的时候，随着信息基础设施的 高速发展，中国宽带用户数快速增长，目前中国已有大约5 0 0 0 万宽带用户，其 中8 0 以上为电信用户，为了提高带宽利用率和a r p u 值，电信运营商和具有 i p t v 牌照的广电部门( 如上海文广s m g ) 合作开始推广i p t v 业务。由广电提 供节目源，电信提供传输通道，为宽带用户提供交互式的视频业务，其中也包含 了有线电视网提供的广播视频节目。口t v 的兴起，使传统r f t v 的地位受到 了严峻挑战，传统广电传输网络的出路成为业界思考的主要问题之一。 为了与电信运营商进行竞争，将h f c 网进行双向化改造，从而能够提供上 网、视频点播等双向业务被认为是有效的手段。在9 0 年代末，c a b l em o d e m 技 术使在h f c 网上传输数据信号成为可能，而且c a b l em o d e m 系统在北美也确实 获得了巨大的成功，占有了宽带用户数的6 0 以上。但在中国，巨大的双向改造 投资及难以克服的上行通道电磁干扰问题，使c a b l em o d e m 系统的应用范围局限 在少数几个大的有线电视网络( 如上海、深圳) ，用户数不到1 0 0 万，只占宽带 用户数的2 - 3 ，无法与电信运营商开展竞争。事实证明，c a b l em o d e m 技术已 不适合作为中国广电进行双向改造的主流技术。 最近两三年来，随着基于无源光网络p o n ( p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ) 技术 的g p o n 、e p o n 等国际标准的成熟，以p o n 技术作为实现新一代f t t x 的首选 技术以成为通信业界的共识。中国电信己对多个e p o n 厂家的设备进行了全面的 互通性测试，准备在有条件的地区进行f t t x 试点，以提高用户的带宽，更加有 利于i p t v 的推广。 对于广电部门来说，其优势在于拥有大量的视频节目源，并且已经建立了 覆盖大量用户的h f c 网络，因此如何将优质的视频节目传送到千家万户，并且 实现交互性是广电充分发挥其优势的关键所在。h f c 网副载波复用光纤电视传 输的频带利用率是很高的，在8 4 - - 一8 6 2 m h z 的带宽内可以传送5 6 4 套标准清晰度 的m p e g 2 视频码流，相当于2 2 5 g b s 的带宽。虽然，随着i p t v 的兴起，传统 r f t v 的地位受到了挑战，但r f t v 很高的频带利用率和在传送广播视频方面 的优势决定了在未来相当长一段时间内会出现r f t v 和i p t v 并存的局面。由 于p o n 的结构与广电光纤网络的无源分配结构是一致的，因此在现有的广电网 络上叠加e p o n 网络从经济性和技术先进性的来说是对广电网络进行双向化改 造的最佳方案。 第一章绪论 e p o n 采用1 3 1 0 n m 作为上行波长，1 4 9 0 n m 作为下行波长，所以原有的 r f t v 广播视频节目应该采用1 5 5 0 n m 波长，以实现三波长共纤传输。 1 3 1 0 1 4 9 0 1 5 5 0 n m 三波长共纤传输相互之间会产生干扰，主要是下行方向的 1 5 5 0 n m 光信号对1 4 9 0 n m 光信号的线性串扰和1 4 9 0 n m 光信号对1 5 5 0 n m 光信号 由受激拉曼散射效应产生的非线性串扰，需要采取措施加以克服，以使系统稳定 运行并符合各自的指标要求。 传统上，中国广电h f c 网络是由各地自筹资金独立建设的，每一个市县甚 至乡镇的网络都是相对独立运行的，这样的各自为政的状态显然是难于与电信运 营商进行抗衡的。所以为了实现广电网络向运营级网络的转变，一直以来广电网 络也在进行自身的整合，从国家到省再到地市级形成两级的骨干网络，基本由 s d h 环网实现，这一步已基本实现，实现了节目源的传输与共享。在地市以下， 通过干线或超干线传输实现有线电视网络的大范围联网。有两个因素促使这种大 范围联网需求的增长，一是模拟电视到数字电视的平移；二是农村广播电视的扫 盲( 村村通) 。前者由于从节目制作到信号传输的各个环节都要逐步数字化，昂 贵的数字电视源设备( 如编码器、视频服务器等) 通常只能装设在地、市级电视 台，所产生的节目要用光纤传送到各个县和乡；后者则要求网络进一步伸展到村。 于是在中国各地普遍出现了要求副载波复用光纤传输系统传输1 5 0 3 0 0 k m 的呼 声。在国外如果要传输这样的距离，必然采用s d h 基带数字光纤传输系统，中 国的国情不同，一方面要模数兼容，一方面要节省投资，经过论证，地、市以下 联网采用副载波复用光纤传输系统比较适宜。 要进行r f t v 的超长距离传输，当然采用1 5 5 0 n m 波长，因为在1 5 5 0 n m 波长石英光纤的损耗最低( 0 2 d b k m ) ，又可以利用掺铒光纤放大器延长传输距 离。但是常规单模光纤( i t u tg 6 5 2 ) 在1 5 5 0 n m 波长的色散常数高达 1 7 p s k m n n l 。光纤在长距离上的强烈色散和光纤在大功率下的非线性现象( 如自 相位调制) ，会导致副载波复用光纤传输系统的非线性指标组合二阶互调 ( c s o ) 大大劣化，同时载噪比受到制约。如何对付这个问题，是对超长距离副 载波复用光纤传输系统的最大挑战。 综上所述，随着中国广电网络规模的扩大及向运营级网络的发展，出现了 两种趋势，一是有线电视的大范围( 地市级) 联网，二是光纤向小区、楼栋日益 延伸，实现光纤接入f t t x 基础上的三网融合。这两种趋势都会对副载波复用电 视光纤传输系统提出新的挑战和要求。本文对1 5 5 0 n m 光传输技术在光纤c a t v 超干线及e p o n 宽带接入网中应用的关键技术进行了理论、仿真和实验研究，重 点研究了射频电视叠加e p o n 系统( r fo v e r l a ye p o n ) 中的拉曼串扰问题、超 长距离r f t v 传输的非线性失真问题及1 5 5 0 n m 光纤传输的关键设备一e d f a 掺 上海人学博十学位论文 铒光纤放大器的研制，目的是推进我国有线电视网向纵深方向发展，真正实现运 营级的广电网络。 1 2 宽带接入的光纤化趋势 长期以来接入网始终是通信网领域中技术变化最慢、耗资最大、成本最敏感、 运行环境最恶劣的领域。制约接入网发展的主要因素是接入的经济性，这与用户 的业务需求、用户密度、用户的经济承受能力、接入技术等多方面因素相关。针 对不同情况出现了多种接入技术，诸如基于双绞线的x d s l 技术，基于光纤同轴 混合网( h f c ) 的c a b l em o d e m 技术、基于5 类线l a n 的以太网接入技术以及 全光接入技术等。 1 2 1h f c 网发展现状 h f c ( h y b r i df i b e ra n dc o a x ) 网的名称是世界f t t h 第二次浪潮衰落后由美 国a t & t 贝尔实验室的科技专家提出来的。代表一种战略退却，即光纤到家暂不 可行，先采用光电结合的方式来过渡。同期出现的光电结合过渡措施还有由 b e l l c o r e 研发的f t t c + a d s l 。加上原来就有的f t t b + l a n 光电结合数据网，就 构成了1 9 9 4 年信息高速公路概念提出后宽带接入网的三种形式。 随后美国m c n s 组织在c a b l e l a b s 的配合下定义了通过载波数字调制方式在 同轴电缆上传输i p 数据包的标准，产生了基于d o c s i s i t u tj 11 2c a b l em o d e m 系统。从此把h f c 网从一个电视分配网变成了综合业务接入网。 d o c s i s v l 0 v 1 1 规定上行采用q p s k 1 6 q a m 调制，每信道( 2 0 0 k h z 3 2 m h z ) 的比特率为6 4 0 k b s - - 1 0 2 4 m b s ；下行采用6 4 q a m 2 5 6 q a m 调制，每信 道( 6 m h z ) 的比特率为3 0 3 4 2 - 4 2 8 8 4 m b s 。为了对抗同轴电缆的上行信道干扰和 噪声，又制定了d o c s i s2 0 标准。采用先进物理层( s c d m a 同步码分多址方式) 一个上行的传输速率可以达到3 5 8 4 m b p s ( 采用1 2 8 q a mt c m 调制) 。正在制定 过程中的d o c s i s3 0 标准，采用频道捆绑技术，可使上行、下行的传输速率达到 1 2 0 m b p s 。 h f c 网数据传输系统的构成如图1 2 。图中正向a m v s b 光发送机、光工作 站( 含j 下向光接收机和反向光发送机) 及反向光接收机构成了双向光路。数据传 输设备是置于前端的c m t s ( 电缆调制解调器终端系统) 和置于用户端的c m ( 电 缆调制解调器) ，它们构成了通过h f c 的透明数据网桥。 第一章绪论 ! - 。 发 冈 露旷一 逆 i !【) 一r = 订h 泛 w 上l 一! ! 【7 胃 艘塞手 音 嚣 晌 。l o m 鞫 t 瞳曲 d 霉蝗掣 卜s 落 篑3 协 、”瞳古宙ci o r ：光接收帆o r ：兜发送饥口：电缱诩制解调置c e t s ：电臻啊制梓诩嚣终蠕秉境 图1 2h f c 网数据传输系统的构成 f i g 1 2d a t as y s t e mo fh f c n e t w o r k 几种d o c s i s 协议的比较见表1 1 。 表1 1c a b l em o d e m 协议的比较 t a b l e1 1c o m p a r i s i o no fc a b l em o d e mp r o t o c o l 协议 d o c s i s l 0 1 1d o c s i s 2 0d o c s i s 3 0 下行带宽 66 3 4 频道捆绑 ( m h z ) 下行调制6 4 q a m 2 5 6 q a m6 4 q a m 2 5 6 q a m6 4 q a m 2 5 6 q a m 下行速率 3 0 3 4 2 4 2 8 8 43 0 3 4 2 4 2 8 8 43 0 3 4 2 1 2 8 6 5 2 ( m b s ) 下行误码 b e r 2 5 5 31 5 d bc n 2 3 5 3 0 0 d bc n 2 3 5 3 0 o d b 上行带宽 o 2 3 20 2 6 4 3 4 频道捆绑 ( m h z ) 上行调制q p s k 1 6 q a mq p s k 6 4 q a mq p s k - 6 4 q a m q p s k - 12 8 q a mq p s k - 12 8 q a m t c mt c m 上行速率 o 3 2 5 12