波分复用技术在HFC 网的应用研究.doc

波分复用技术在HFC网的应用研究曾铁坚 深圳天威视讯股份有限公司网络工程部7. Study to using WDM technology in HFC network(issued in Jun.,2008 by cable TV technology)摘要：本文介绍了波分复用技术在广电有线电视网双向改造过程中的应用，指出波分复用是广电运营商在城市有线电视网改造和业务发展的技术手段之一，可以达到快速部署、节省光纤资源等目标，从而提高广电网络的竞争力。关键词：CWDW，DWDM，节省光纤资源，快速部署1 前言 随着各地广电网络公司进行有线电视网双向改造和数字化整体转换不断深化，基于HFC的互联网接入、互动电视等增值业务的规模不断增加，网络的带宽的需求以数量级形式增长。因此，如何提高HFC网络的性能，增加系统带宽，已成为数字电视整体转换后时代网络建设的新要求。我国有线电视网经过几年的快速发展，双向用户已经占据了整个网络的很大比例，但随着用户规模的不断增加，用户业务要求的不断增加，也出现了这样的焦点问题，例如，需要对原有光节点的用户规模进一步缩小、增加用户带宽、增加新的光节点等。按照我们传统办法一般是采用空分的办法，增加光缆来解决带宽的问题，但由于城市建设的要求，某些地方已经无法施工，或者从时间上讲无法保证及时实施。另一种方案是波分复用技术，利用已经敷设好的光纤，使单根光纤的传输容量在原有基础上成N倍地增加，提高光纤的利用率，从而利用光纤的带宽，解决网络传输能力不足的问题。经过我们网络工程部的认真研究和具体的实践，我们选择波分复用技术作为我们网络深化改造过程中必不可少的技术手段，下面笔者就自己的实践和理解作进一步的阐述。2 波分复用技术2.1 波分复用技术的概念波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(Mux)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术； 在接收端，经解复用器(Demux)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。按照通道间隔的不同，WDM可以细分为CWDM（稀疏波分复用）和DWDM（密集波分复用）。CWDM的信道间隔为20nm，而DWDM的信道间隔从0.2nm 到1.2nm。目前，许多厂商都能提供这方面的产品，如Lucent、Alcatel、Aurora等。CWDM和DWDM的区别主要有二点：一是CWDM载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5到6个左右波长的光波，例如美国Aurora公司，在1310nm波段也成功地研发出了6个波长的波分复用光发射机。二是CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。冷却激光采用温度调谐，非冷却激光采用电子调谐。由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避开了这一难点，因而大幅降低了成本。2.2 波分复用技术的优点WDM技术之所以在近几年得到迅猛发展是因为它具有下述优点：(1) 传输容量大，可节约宝贵的光纤资源。对单波长光纤系统而言，收发一个信号需要使用一对光纤，而对于WDM系统，不管有多少个信号，整个复用系统只需要一对光纤。(2) 对各类业务信号“透明”，可以传输不同类型的信号，如数字信号、模拟信号等，并能对其进行合成和分解。(3) 网络扩容时不需要敷设更多的光纤，也不需要使用高速的网络部件，只需要换端机和增加一个附加光波长就可以引入任意新业务或扩充容量，因此WDM技术是理想的扩容手段。2.3 实现波分复用的关键技术和设备（1）光发送/接收器光发送/接收器主要产生和接收光信号。主要要求具有较高的波长精度控制技术和较为精确的输出功率控制技术。（2）波分复用器波分复用器（OMD）包括合波器和分波器。光合波器用于传输系统发送端，是一种具有多个输入端口和一个输出端口的器件，它的每一个输入端口输入一个预选波长的光信号，输入的不同波长的光波由同一个输出端口输出。光分波器用于传输系统接收端，正好与光合波器相反，它具有一个输入端口和多个输出端口，它将多个不同波长的光信号分离开来。（3）光放大器光放大器可以作为前置放大器、线路放大器、功率放大器，是光纤通信中的关键部件之一。掺饵光纤放大器（EDFA）的性能优越，已经在波分复用实验系统、商用系统中广泛应用，成为现阶段光放大器的主流。对EDFA的基本要求是高增益且在通带内增益平坦、高输出、宽频带、低噪声、增益特性与偏振不相关等。3 波分复用技术在深圳广电的应用在有线电视网络建设方面，前端-分前端-光节点的二级光缆星型结构是有线电视网络建设中既经济又灵活的组网方式，但缺点是使用光纤量大。因此，可以通过采用波分复用技术，大大提高光纤使用率，快速解决业务发展与光纤资源紧张的矛盾。下面就我们深圳广电的应用做一简单陈述。3.1 DWDM在前端-分前端骨干光缆传输中的应用通过DWDM波分复用系统，在一芯光纤中传输模拟电视、数字电视、Cable Modem下行、VOD视频点播及其它QAM信号等，从而节省了骨干光纤。如图1所示。图1这种应用可以大大节省前端-分前端的骨干光缆，提高了光纤的利用率，节省了成本。3.2 CWDM在前端-分前端骨干光缆传输中的应用前端-分前端之间传输上百套的节目时，需要占用大量光纤资源；同时一些临时的视频直播，又难以找到空余的光纤，若要重新跳接耗时比较长。利用CWDM波分复用传输方式，能节省光纤资源，提高光纤利用效率，同时还可快速地实现视频传输、视频直播。如图2所示。图2经过成本分析（由于篇幅有限，不做详细阐述），利用CWDM波分复用传输方式，传输的光纤比原有方式占用降低90%；利用CWDM波分复用传输方式，传输系统的造价减低85%。3.3 前端-光节点1550+波分复用解决方案分前端-光节点1550+波分复用解决方案如图3所示。图3经过系统成本分析，DWDM波分复用正向传输系统有着比较明显的优势，相比现有结构，节省光纤88%；节省投资20%。3.4 前端-光节点1310+数字回传解决方案随着业务的发展，要求对原有光机进一步缩小，由原有每个光机500户，缩小到每个覆盖125户，即需要对光机用户拆分，从而增加网络带宽，同时提升了网络回传的品质。图4所示，改造前有4台光机，根据改造要求，需要增加到12台光机，按照传统办法需要重新敷设光纤，以满足正向和反向传输的要求，但由于在这些区域，无法再铺设光纤，所以我们采用波分复用技术实施这样的网络改造。波分复用解决方案一：利用原有的两芯光纤，同时采用先进的数字化光机，提升了回传品质。图4波分复用解决方案二：利用原有的两芯光纤，将系统回传升级到数字化后，结合现有光机部署。如图5所示。图5经过系统成本分析对比可以看出，这种波分复用传输系统能节省光纤75%；传输网络造价能降低30%。3.5 在原有传输结构下，利用CWDM实现视音频传输和以太数据的接入方案通过CWDM波分复用技术，在原有双向传输的两芯光纤中，添加多路以太、基带视音频等传输功能，可以实现现场直播、节目回传、以太接入的快速部署。如图6所示，在原有的链路不变的前提下，增加了基带的视音频和以太数据的接入。图6根据实践，我们认为波分复用在解决光纤资源紧张及接入网改造方面有着较大的优势，可以实现快速部署，同时，我们也看到波分复用技术的应用还需要解决一些问题，如设备成本高等。对于波分复用技术在有线电视网络建设中的应用提出一下几点建议。1) 光节点光节点变小是公司网络改造方向，可以大大提升网络品质，利用波分复用技术可在不增加光纤的基础上实现拆分，既快捷，又节省成本。2) 光纤不足从前端到分前端，或者分前端下光机数量增多带来的光纤不足问题均可通过波分复用技术来解决。3) 传输视音频节目各前端之间传输视音频节目源，前端之间的节目源传输往往需要100芯或者更多的光纤，利用CWDM方式可以节省90%的光纤。现场直播要求快捷，而且是临时的，利用CWDM波分复用方式能利用现有光纤快速开通直播功能，成本低，直