HFC基础知识解析PPT课件

1、第1页/共71页HFC网络拓扑图网络拓扑图Content1310 nmNodeRF AmpsCoax500 - 2000 SubsHub1550 nmContentH/E20,000 subsVideo ChannelsUnusedControl info:052550860Delivered Bandwidth第2页/共71页HFC网络拓扑图网络拓扑图Master HESecondaryHubPrimaryHubRF AmpsCoax500-2000 Home AreaNodeTaps &Passives1310nm小区小区052550860 MHzShared Bandwidth?

2、Interactive Video, Data, Voice, Multimedia第3页/共71页Video OptimizedSONET DigitalTransportHighest PowerYEDFAOptical AmplifiersDigitalReverse PathTransmissionGainMaker870 MHzAmplifier PlatformAddressableTapsBest in Class1310 TxHFC网络拓扑图网络拓扑图第4页/共71页HFC网络拓扑图网络拓扑图NodeHeadendNodeNodeHubHubNodeNodeNodeHubNod

3、eCOAXTapNodeNodeDropTVSettop2000 HomesDropCable ModemPCMDUSOHOOfficeMDUorOffice第5页/共71页企业企业LANA平台平台混合器地面卫星站地面卫星站卫星接收机Cable Modem个人用户（个人用户（PC/TV)电视台调制器微波接收机调制器节目源双向 放大器Cable ModemSatellitedish微波站微波站机顶盒个人用户个人用户(TV)双向双向HFC传输网络传输网络光发射机光接收机Microwave Tower卫星接收机AV调制器RF光发射机光接收机光分路器RFRFRFRF第6页/共71页企业企业LANA平台

4、平台混合器地面卫星站地面卫星站卫星接收机Cable RouterCable Modem个人用户（个人用户（PC/TV)核心交换机核心交换机服务器组(Mail , Ftp , DNS , Web , File , etc)网络管理边缘交换机边缘交换机边缘交换机Internet邮电ATM国家广电主干网访问服务器PSTNB平台平台电视台企业银行政府机关其他单位LAN卫星接入可以实现的功能可以实现的功能:Web浏览、电子邮件、浏览、电子邮件、IP电话、视频点播、电话、视频点播、FTP以及网上会议等以及网上会议等调制器微波接收机调制器节目源双向 放大器Cable ModemSatellitedish微波

5、站微波站机顶盒个人用户个人用户(TV)双向双向HFC传输网络传输网络反向光接收机 反向光发射机 光发射机光接收机Microwave Tower第7页/共71页国际频率分配计划国际频率分配计划Region or CountrySplit PlanNorth, Central, and South America,China, Korea, Phillipines, Thailand,Singapore40/52Australia65/85Japan, New Zealand55/70India, Malta, Eastern Europe30/48Western Europe, Ireland,

6、 UnitedKingdom65/85国家和地区国家和地区分配计划分配计划North, Central, and South America,China, Korea, Phillipines, Thailand,Singapore40/52Australia65/85Japan, New Zealand55/70India, Malta, Eastern Europe30/48Western Europe, Ireland, UnitedKingdom65/85第8页/共71页RF 频谱分配频谱分配0100200300400500600700800典型的北美典型的北美/中国中国频谱分配频谱分

7、配回传回传5-4265-85模拟前向模拟前向54-55087-550数字前向数字前向550-860550-860频谱频谱 (Mhz)第9页/共71页HFC HFC 系统和性能系统和性能第10页/共71页光传输基本系统框图光传输基本系统框图发射机发射机接收机接收机激光源激光源调制器调制器输入信号输入信号探测器探测器解调器解调器输出信号输出信号光纤光纤第11页/共71页l 光纤l 光无源器件l 光发射机l 光放大器l 光接收机l 回传通路& 网管系统光纤网络的主要组成光纤网络的主要组成 O/T RPRO/R RPTRFRF/Data熔接点熔接点活接头活接头PC第12页/共71页光纤网络的主

8、要组成光纤网络的主要组成l回传通路& 网管系统回传通道回传通道Xmtr E/ORcvrE/ORF下行通道下行通道PCRFRPRE/ORPTE/ORFRF第13页/共71页光纤带宽特性光纤带宽特性 传输带宽 单模: 30 THz - km 多模: 800MHz - km 1英寸同轴电缆: 5 MHz - kmSingle modeMulti-mode第14页/共71页标准单模光纤特性标准单模光纤特性 衰减 1310 nm: 0.35 dB/km 1550 nm: 0.22 dB/km 标准设计值 1550 nm: 0.25 dB/km 1310 nm: 0.40 dB/Km 色散 色散:

9、 由于光波波长的差异导致光在媒质中传输速度的不同 色散参数SMF-28 光纤 0 1310 nm +17 ps/(nm*km) 1550 nm第15页/共71页0.00.501.01.52.02.58001000120014001600Attenuation (dB/km)Wavelength, nm典型光纤衰减典型光纤衰减第16页/共71页典型光纤色散典型光纤色散Wavelength, nm-120-100-80-60-40-20020408001000120014001600Dispersion ps/(nm* km)StandardDispersion ShiftDispersion F

10、lat第17页/共71页光无源器件光无源器件 ( 1 ) 光接头:熔接:0.01 - 0.05 dB 每个熔接头,行业标准为1dB机械接头:0.3 dB 每个连接头 光分路器: 分光比: X分光损耗= - 10 Log ( X / 100 ) 分光数: N额外损耗= 0.2 Log2N分光器损耗= - 10 Log ( X / 100 ) + 0.2 Log2N CNR的补偿:对1310nm系统，光分路器损耗每增加1dB，CNR应补偿0.1db对SA的产品而，无源损耗每增加3.5dB，CNR应补偿1dB第18页/共71页插入损耗：插入损耗：-10lg(1/N)工作波长：工作波长：1310、15

11、50 两个波长两个波长（-10lg(支路输出光功率支路输出光功率/干线输入光功率）干线输入光功率）技术：融锥型、技术：融锥型、PLC（平面波导）（平面波导）第19页/共71页常见光纤接头常见光纤接头FCPC型光尾纤接头外形图型光尾纤接头外形图SCPC型光尾纤接头外形图型光尾纤接头外形图ST-PC型光尾纤接头外形图型光尾纤接头外形图FC/PCSC/PC型光尾纤外形图型光尾纤外形图第20页/共71页常见光接口连接器常见光接口连接器SC/PC型光连接器型光连接器ST型光连接器型光连接器FC/PC型光连接器型光连接器BNC型光连接器型光连接器MTRJ型光连接器型光连接器第21页/共71页连接器连接器连

12、接器连接器适配器适配器(兰法盘兰法盘)光无源器件光无源器件 ( 2 )第22页/共71页光无源器件光无源器件 ( 3 ) 固定和可调衰减器 用于调整光功率和链路损耗 衰减 反射 AM 系统要求 -40 dB FM 和数字系统要求 -20 dB 注意: 特定情况下可通过弯曲光纤增加衰减 弯曲直径必须大于25mm, 弯曲光纤会增加反射 弯曲光纤会缩短光纤寿命第23页/共71页光发射机光发射机光发射机将电信号转换为光信号( E/O ) ，以便信息能被传输 电光转换的过程调制激光器激光器调制器调制器RF电路电路预失真预失真电路电路光输出光输出RF输入输入激光器类型激光器类型 波波 长长 材材 料料 调

13、制方式调制方式FP(Fabry-Perot)1310/1550 nmInGaAsP 直接直接 DFB 1310 nmInGaAsP 直接直接DFB 1550 nmInGaAsPEO调制调制第24页/共71页预失真回路预失真回路: : l 线性化系统线性化系统l 对模拟传输系统尤为重要对模拟传输系统尤为重要发射机框图发射机框图激光器激光器调制器调制器RF电路电路预失真预失真电路电路光输出光输出RF输入输入第25页/共71页光发射机传输特性光发射机传输特性(1)线性系统线性系统: :l 斜率决定斜率决定调制度调制度。l 直流工作点直流工作点与与输出功率有关输出功率有关。RFRF输入输入光输出光输出

14、光功率光功率电信号驱动电信号驱动偏移点偏移点第26页/共71页光发射机传输特性光发射机传输特性(2)Lth偏置点偏置点激光强度激光强度当前当前RF驱动电平驱动电平L I 曲线曲线当前当前DC电流偏移点电流偏移点第27页/共71页每单一频道的调制度每单一频道的调制度, , m msingle ch.single ch. = = PPP0(m(msingle ch.single ch. 100 % , 100 % , 否则会出现削波现象否则会出现削波现象)单个频道调制度单个频道调制度时间时间激光幅度激光幅度(功率功率)发射机直流输出功率发射机直流输出功率, PO调制后光功率调制后光功率, PP第2

15、8页/共71页光接收机光接收机 光接收机接收光信号，解调成RF信号。 光接收机基本构成： 光电检测器 RF放大器 状态应答器 A/B切换开关 双通滤波器 回传发射机第29页/共71页l光电检测二极管的传输线性非常好光电检测二极管的传输线性非常好l接收机性能与光功率、接收机响应系数、调制接收机性能与光功率、接收机响应系数、调制度、输入阻抗和接收机增益有关。度、输入阻抗和接收机增益有关。lP PRFRF = 20 log (0.7 m r = 20 log (0.7 m r P Pr r R) + G dBmVR) + G dBmVRF输出电平幅度输出电平幅度光输入幅度光输入幅度(功率功率)接收机

16、传输特性接收机传输特性第30页/共71页HFC HFC 系统性能系统性能第31页/共71页系统性能标准系统性能标准 载噪比 (CNR) 决定系统所能达到的信噪比 失真 决定系统的线性化程度(因此也决定图象质量) 复合二次失真 (CSO) 二次载波频率失真 复合三次失真(CTB) 十字交调第32页/共71页光纤通讯系统中的噪声源光纤通讯系统中的噪声源噪声来源: 光发射机 光接收机 光纤系统:光纤, EDFAs, & 连接器所有这些因素都会影响系统载噪比 (CNR)第33页/共71页 对于所有的噪声源，系统CNR为:m每频道调制度r光电二极管响应系数 A/W, 1310nm: 0.85,

17、1550nm: 1.0Pr平均光功率 WB噪声源带宽q静电常数 Coulomb, 1.6 * 10-19Ith 接收机热噪声A/Hz0.5RIN相对强度噪声 CNRmPBqPIPRINrrthr= =+ + +() / 2()rrr2 222载噪比载噪比 (CNR)(一般公式一般公式)第34页/共71页CNRshot 受散弹受散弹噪声影响噪声影响假定系统处于最优状态，可忽略热噪声和相对强度噪声CNR = m2 r Pr / 4 q B 测量dB时,假定 r = 0.85 mA/mW: = 85.0 + 20 Log (m)+ PrdBm B = 4.2 MHz = 84.2 + 20 Log

18、(m)+ PrdBm B = 5 MHz = 83.4 + 20 Log (m)+ PrdBm B = 6 MHz 注意: CNRshot提高1dB/光接收功率提高1dB第35页/共71页CNRRIN受相对强度受相对强度噪声影响噪声影响 当光功率很高时CNRRIN = m2 / 2 B RIN = 20 Log m - 69.2 - RIN dB/Hzwhere B = 4.2 MHz注意： CNRRIN 主要决定于光功率第36页/共71页CNRtherm受热受热噪声影响噪声影响当光功率较低时，热噪声是主要的限制因素:CNRtherm = (m r Pr)2 / 2 Ith2 B = 20 l

19、og (m r Pr) - 69.2 - 20 Log Ithwhere B = 4.2 MHz注意： CNRtherm 提高2dB/光接收功率提高1dB第37页/共71页262830323436384042444648505254565810741-2-5-8-11-14-17-20O p tic a l In p u t P o w e r ( d B m )CNR ( dB )RIN 限制限制Shot 限制限制Therm 限制限制CNR vs. 输入光功率输入光功率第38页/共71页 CNR & CSO/CTBCNR & CSO/CTB指标是有关联的，变化取决于激光器RF

20、驱动电流(调制度)， 通过改变RF电平，可改变系统 CNR, CSO 和CTB。 1 dB RF PadLaserCTBCSOCNR+2 dB+1 dB-1 dB第39页/共71页lCSO: falls +/- 1.25 MHz of fc lCTB: falls under fc 80 linesCSO/CTB 失真失真第40页/共71页1310 1310 技术和产品技术和产品第41页/共71页发射机系列基本特征发射机系列基本特征 1310 nm发射机 主要用于中短距离分支分配网（小于45 km）和专播系统 直接调制 DFB激光器 高性能 先进的予失真线性化技术 微处理器控制的温度补偿回路

21、自动增盈控制（AGC）第42页/共71页优越性优越性 先进的予失真回路,能在很宽的温度范围内,保证最小的CSO、CTB失真和最大的调制度 微处理器控制所有关键参数 综合的网络管理系统 安装于 6470-R2 平台 经济高效第43页/共71页应用应用本地分配网专播在二级分配网中插入本地频道用于与主干线，超干线的1550系统级联第44页/共71页1550 1550 技术和产品技术和产品第45页/共71页1550 nm是什么？是什么？ 低光纤损耗窗口 成熟的光放大技术第46页/共71页光纤损耗对应波长光纤损耗对应波长光放大器波长范围光放大器波长范围0.13 dB第47页/共71页商业应用商业应用泵蒲

22、激光泵蒲激光源源波分复用器波分复用器 (1550/980)隔离器隔离器隔离器隔离器Er+3 涂层光纤涂层光纤1550 信信号输入号输入4I11/24I13/24I15/2生命周期生命周期: 10ms980 nm1.5 mm掺饵光纤放大器掺饵光纤放大器 (EDFA)第48页/共71页 1550 nm的光纤效应的光纤效应导致导致.下降下降 色散色散自相位调制自相位调制 + + 色散色散相移作为光强的函数，将色散相移作为光强的函数，将色散变为失真。变为失真。CNRCNRCSOCSO(CTB)(CTB)受激布里渊受激布里渊散射散射CNRCNRCSOCSOFM FM 噪声转化为噪声转化为 AM AM 噪

23、声噪声第49页/共71页高强度的窄带光会在光纤内产生声子波，并反射回光源。高强度的窄带光会在光纤内产生声子波，并反射回光源。PinPoutPreflPtrans受激布里渊散射受激布里渊散射(SBS)相关的光波相关的光波光光SBS对系统的传输性能的影响：对系统的传输性能的影响：降低传输功率降低传输功率FCNR的劣化的劣化入射光与反射光产生的共振入射光与反射光产生的共振(Beating)F引入额外的失真引入额外的失真 (CSO & CTB)第50页/共71页 SBS 对系统性能的影响对系统性能的影响降低发射机功率 使 CNR下降 引入额外的失真 (CSO & CTB) CSO、CT

24、B指标急剧下降第51页/共71页噪声对光纤链路性能的影响噪声对光纤链路性能的影响 光源相位噪声导致CNR 下降 自相位调制和色散导致系统线性下降第52页/共71页对于标准光纤，可达到对于标准光纤，可达到 17 dBm的单波长的入纤功率的单波长的入纤功率长距离的传输性能则主要受以下因素影响长距离的传输性能则主要受以下因素影响 相幅噪声相幅噪声 自相位调制自相位调制 SA公司的入纤功率公司的入纤功率第53页/共71页由于光纤的色散，激光的线宽由于光纤的色散，激光的线宽(相位噪声相位噪声)转化为幅度噪声转化为幅度噪声RIN的贡献正比于的贡献正比于L2 f 2 Dn在长距离与高频处，在长距离与高频处，

25、CNR劣化更为严重劣化更为严重u u1u u2v1v2相位噪声转化为幅度噪声相位噪声转化为幅度噪声u u2u u1u u1 u u2第54页/共71页光纤导致的失真光纤导致的失真自相位调制自相位调制 + 散射散射 = CSO、CTB自相位调制自相位调制(SPM)是一种正比于光强的非线性光学效应是一种正比于光强的非线性光学效应 n = n0 + n0 P/Aeff , n0为无干扰折射率为无干扰折射率自相位调制导致强度相等的光相位变化自相位调制导致强度相等的光相位变化散射将该相位变化转化为失真散射将该相位变化转化为失真CSO、CTB ( CSO 的劣化是主要效应的劣化是主要效应)在高频处以及长距

26、离传输的情况下、在高频处以及长距离传输的情况下、CSO劣化尤为显著。劣化尤为显著。第55页/共71页对应措施对应措施色散迁移光纤色散迁移光纤 在在1310 nm则存在问题则存在问题插入色散补偿光纤插入色散补偿光纤 要求精确的长度要求精确的长度频带分割频带分割 仅消除高频段的仅消除高频段的CSO推挽噪声消除技术推挽噪声消除技术 利用光发射机的双互补输出利用光发射机的双互补输出 消除绝大部分的由光纤效应导致的劣化消除绝大部分的由光纤效应导致的劣化第56页/共71页高调制度确保了高高调制度确保了高CNR与系统设计的灵活性与系统设计的灵活性对于对于1550 nm的光波，色散以及非线性光纤效应可使极大地劣化传输性能的光波，色散以及非线性光纤效应可使极大地劣化传输性能存在克服光纤效应的相应措施存在克服光纤效应的相应措施小结小结第57页/共71页发射机系统要求发射机系统要求 弥补 1550 nm的光纤效应 外调制技术 SBS 抑制技术第58页/共71页CNR 与放大器输入功率与放大器输入功率CNR VS INPUT POWER (3dBm RX)INPUT TO EDFA (dBm)CNR (dB)4748495051525354555657-4-2024681012第59页/共71页放大器关键参