CN109412694A - 一种1550nm超长距离数字电视光纤传输系统 - Google Patents

一种1550nm超长距离数字电视光纤传输系统 Download PDF

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Abstract

一种1550nm超长距离数字电视光纤传输系统，涉及数字电视光纤传输技术领域，光发射端包括一外调制光发射机和第一光放大器；第一传输段包括用于连接第一光放大器的第一段光纤、第二光放大器和第一光可调衰减器，第一段光纤、第二光放大器和第一光可调衰减器依序连接；第二传输段包括第二段光纤、第一色散补偿器、第三光放大器和第二光可调衰减器，第二段光纤、第一色散补偿器、第三光放大器和第二光可调衰减器依序连接；本申请提供一种1550nm超长距离数字电视光纤传输系统，合理设置色散补偿器的引入位置及色散补偿值，保证整个系统中的残余色散值不为零，对某一特定长度的1550nm超长距离数字电视光传输系统存在一个最佳残余色散值，此时数字电视信号的MER最佳。

Description

一种1550nm超长距离数字电视光纤传输系统
技术领域
本发明涉及数字电视光纤传输技术领域，具体涉及一种1550nm超长距离数字电视光纤传 输系统。
背景技术
在有线电视长距离1550nm光纤传输系统中涉及到的主要问题是：光纤传输距离过长带来 的一系列问题，归纳起来有几点：1)光纤传输距离过长带来高链路损耗，系统载躁比劣化的 问题；2)光纤传输距离过长带来色散积累问题；3)光纤传输距离长，入纤功率大，带来了 光纤的自相位调制(SPM)非线性效应；4)光纤传输距离长，入纤功率大，带来了光纤的受 激布里渊散射(SBS)非线性效应。
理论分析知色散补偿可以有效改善1550nm有线电视光传输系统中由于色散带来的一系 列问题：1、色散导致的二阶失真，对数字电视信号的MER造成很大劣化；2、光纤传输距离 长，入纤功率大，导致的非线性累积严重，同样对数字电视信号的MER造成很大劣化。但是 色散补偿设备的引入位置和色散补偿的多少(长度)均十分关键，否则不仅不会改善1550nm 有线电视光传输系统中的数字电视信号的MER指标反而会导致额外的指标劣化。
发明内容
为了解决现有的1550nm超长距离数字电视光传输系统不能满足数字电视传输技术指标 要求的这个问题，本申请提供一种1550nm超长距离数字电视光纤传输系统，合理设置色散补 偿器的引入位置及色散补偿值，保证整个系统中的残余色散值不为零，对某一特定长度的 1550nm超长距离数字电视光传输系统存在一个最佳残余色散值，此时数字电视信号的MER最 佳,其技术方案如下：
一种1550nm超长距离数字电视光纤传输系统，包括光发射端、光接收端和第一传输段、 第二传输段至第n-1传输段，其中n≥4且为整数；
所述光发射端包括一外调制光发射机和与该光发射机直接连接的第一光放大器；
第一传输段包括用于连接第一光放大器的第一段光纤、第二光放大器和第一光可调衰减 器，所述第一段光纤、第二光放大器和第一光可调衰减器依序连接；
第二传输段包括用于连接第一光可调衰减器的第二段光纤、第一色散补偿器、第三光放 大器和第二光可调衰减器，所述第二段光纤、第一色散补偿器、第三光放大器和第二光可调 衰减器依序连接；
第三传输段至第n-1传输段的结构同第二传输段的结构相同，其分别包括对应于其排序 的第n-1段光纤、第n-2色散补偿器、第n光放大器和第n-1光可调衰减器，所述第n-1段光 纤、第n-2色散补偿器、第n光放大器和第n-1光可调衰减器依序连接,该第n-1光可调衰减器 通过第n段光纤与光接收端连接；
定义第一段光纤至第n段光纤对应的光纤长度为L1—Ln,系统光纤总长度L总 ＝L1+L2+L3+…+Ln，整个光链路总色散值为DSP总，满足：DSP总＝D*L总；
所述系统内第一色散补偿器至第n-2色散补偿器的总色散补偿值DSP补＝DSPDCM01+DSPDCM02+DSPDCM03+…+DSPDCMn-2,DSP补为整个1550nm超长距离光传输系统实际补偿的色散值，DSPDCM01、DSPDCM02、DSPDCM03、…、DSPDCMn-2分别为系统内所有色散补偿器的补偿值； 同时满足关系式：(DSP总-D*L余max)＜DSP补＜(DSP总-D*L余min)，L余代表系统剩余未补 偿的公里数，L余max为剩余未补偿公里数最大值，L余min为剩余未补偿公里数最小值，L余 取值范围为：60≤L余≤110，单位为公里，则即D*(L总-110)＜DSP补＜D*(L总-60)，其中， D为光纤色散系数。
进一步地，所述第一光放大器至第n光放大器均为EDFA放大器。
依据上述技术方案，在1550nm超长距离数字电视光纤传输系统中，合理设置色散补偿器 的引入位置及其色散补偿量，使其满足总色散补偿值DSP补满足关系式：D*(L总-110)＜DSP 补＜D*(L总-60)，大大提高了系统技术指标，扩展系统传输容量，满足现在数字电视长距离 传输的技术需求，色散补偿器的加入必须保证整个系统中的残余色散不得为零，保持一个稍 大的残余色散值是必须的！对某一特定长度的1550nm超长距离数字电视光纤传输系统存在一 个最佳残余色散值，此时数字电视信号的MER最佳。
附图说明
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的系统示意图。
其中，1、光发射端；10、光发射机；11、第一光放大器；2、光接收端；3、第一传输段；30、第一光纤段；31、第二光放大器；32、第一光可调衰减器；4、第二传输段；40、第二段 光纤；41、第一色散补偿器；42、第三光放大器；43、第二光可调衰减器；5、第三传输段； 6、第n-1传输段。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种1550nm超长距离数字电视光纤传输系统，包括光发射端1、光接收端 2和第一传输段3、第二传输段4至第n-1传输段6，其中n≥4且为整数；
所述光发射端1包括一外调制光发射机10和与该光发射机10直接连接的第一光放大器 11；
第一传输段3包括用于连接第一光放大器11的第一段光纤30、第二光放大器31和第一 光可调衰减器32，所述第一段光纤30、第二光放大器31和第一光可调衰减器32依序连接；
第二传输段4包括用于连接第一光可调衰减器32的第二段光纤40、第一色散补偿器41、 第三光放大器42和第二光可调衰减器43，所述第二段光纤40、第一色散补偿器41、第三光 放大器42和第二光可调衰减器43依序连接；
第三传输段5至第n-1传输段6的结构同第二传输段4的结构相同，其分别包括对应于其 排序的第n-1段光纤、第n-2色散补偿器、第n光放大器和第n-1光可调衰减器，所述第n-1 段光纤、第n-2色散补偿器、第n光放大器和第n-1光可调衰减器依序连接,该第n-1光可调衰 减器通过第n段光纤与光接收端2连接。
下面对引入的第一色散补偿器41至第n-2色散补偿器的色散补偿值的多少进行具体分析：
(一)、G.652光纤的色散对CSO指标的劣化分析
在1550nm波长大功率超长距离光纤传输网络中，光发射机发射CATV信号时要对光波进 行强度调制(AM)，不可避免地也造成了相位调制(PM)，常称为频率啁啾(chirp)。带有频 率啁啾的信号在G.652单模光纤中传输时，受到光波导色散作用产生非线性失真，其二阶非 线性失真可表示为：
CSOdsp(ω)＝20*log(D*L*Δλ*ω)+10*log(Ncso) 公式1
其中，L是光纤的长度，D是色散系数，ω是CSO产生处的角频率大小，NCSO是CSO的产物数量多少，Δλ是光信号的谱宽。
公式1中的10*log(NCSO)项就是光发射机本身产生的CSO，公式1中的20*log(D*L*Δλ*ω)项 就是光纤色散导致的CSO指标的劣化，其中D*L是链路光纤的总色散。该项也表明如果光纤 传输信号的频率ω(即2*π*f)越高(即频道频率越高)，色散对指标的劣化就越大。如果D*L 链路光纤的总色散很小或者为零，那么其对CSO指标的劣化就很小或者可以忽略不计，这就 是色散补偿技术的原理。
根据公式1，在增加光色散补偿器时，在选取合适的光色散补偿器使两者叠加正好为零 色散，即D*L≈0，这样CSOdsp(ω)≈10*log(NCSO)，理论上可以完全消除了色散对CSOdsp(ω) 指标的影响，但是实际情况也要考虑到光发射机信号处理和SPM(自相位调制)对CSO指标 的综合影响的叠加效果。
(二)、SPM(自相位调制)对CSO指标的劣化分析
在1550nm波长大功率超长距离光纤传输网络中，由于大功率调幅光信号会导致光纤折射 率的变化使光纤中的自相位调制(SPM)现象不可避免。SPM与G.652光纤的色散相互作用， 又通过相位—强度(PM－AM)转换过程，造成很大的二阶失真，使网络的CSO指标劣化，其 具体计算公式如下：
其中：
m是1550nm光发射机每个频道的调制度、n2是光纤的非线性系数，P0是直接进入光纤中 的光功率大小，L是光纤的长度，Ω是CSO产生处的角频率大小，NCSO是CSO的产物数量多 少，D是色散系数,λ是光信号波长，α为一固定常量，C是光速，Aeff是光纤的有效面积。
公式2表明SPM导致的CSO劣化与光纤中的光功率P0有直接的关系，是成正比关系的！
(三)、色散补偿技术在1550nm数字电视超长距离光纤传输系统中的应用
在数字(纯数字非副载波调制的)光纤传输系统中，色散补偿技术讨论的比较多、并得到 广泛应用，主要应用在10Gb/S、40Gb/S以上的超高速系统中。在光传输链路中增加了光色散 补偿器后，假设某一条光链路的色散是D+(正的)＝D*L。由于光色散补偿器的色散是负值， 选取合适的光色散补偿器使其色散为D-(负的)＝－(D*L)，两者叠加正好为零色散，使数字 光纤传输系统的技术性能指标能得到充分的保证！即：D总＝D++D－。
在数字电视(数字信号调制在射频副载波之上的)光纤传输系统实际应用中，由于数字电 视光传输系统中1550外调制光发射机是副载波射频调制的，与纯数字调制的光传输系统传输 特性有很大的不同。经实际测试研究发现：究竟需要多大的色散补偿量与1550nm外调制光发 射机是有密切的关系。实际网络中和实验研究表明，要使两者完全匹配，总色散正好为零并 非是最佳的！除此以外，必须考虑SPM对系统CSO指标的劣化，要在实际光纤传输系统中采 取措施予以优化——即色散补偿优化。
(四)、1550nm模拟/数字电视超长距离光纤传输系统的色散补偿
根据我们色散补偿技术的研究，假设1550nm模拟/数字电视超长距离光纤传输系统设置如 图1所示。
图中光放大器后面安装的光可调衰减器用于调整光功率以保证入纤光功率不能超过SBS 值，定义第一段光纤至第n段光纤对应的光纤长度为L1—Ln，系统光纤总长度L总＝L1+L2+L3+…+Ln，整个光链路总色散值为DSP总＝D*L总。
对系统内第一色散补偿器至第n-2色散补偿器经过优化调整，使其满足关系式：(DSP总-D* L余max)＜DSP补＜(DSP总-D*L余min),即D*(L总-110)＜DSP补＜D*(L总-60)，其中DSP 补＝DSPDCM01+DSPDCM02+DSPDCM03+···+DSPDCMn-2，DSP补为整个1550nm超长距离光传输系统实 际补偿的色散值，DSPDCM01、DSPDCM02、DSPDCM03、···、DSPDCMn-2分别为系统内第一色散补 偿器至第n-2色散补偿器的补偿值，L余代表系统剩余未补偿的公里数，D为光纤色散系数， 研究测试表明L余在60～110km之间，具体数值由实际系统的光纤色散系数偏差和1550nm外调 制光发射机参数决定，因每个厂家在设备中的参数设定有所不同。如分别研究测试德国BKTEL的ES10-XLa系列、美国EMCORE的3980系列和国内产品，国内产品要求的剩余色散最小一 般在65km，德国BKTEL的ES10-XLa系列要求的剩余色散为最大、美国EMCORE的3980系列 在二者之间。经过该优化调整后，数字电视信号的MER值(或模拟电视的CSO指标)一般有 显著提高，其优化前后系统的详细测试指标如下表1：
表1：
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发 明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、 变形或替换。

Claims (2)

1.一种1550nm超长距离数字电视光纤传输系统，其特征在于，包括光发射端、光接收端和第一传输段、第二传输段至第n-1传输段，其中n≥4且为整数；
所述光发射端包括一外调制光发射机和与该光发射机直接连接的第一光放大器；
第一传输段包括用于连接第一光放大器的第一段光纤、第二光放大器和第一光可调衰减器，所述第一段光纤、第二光放大器和第一光可调衰减器依序连接；
第二传输段包括用于连接第一光可调衰减器的第二段光纤、第一色散补偿器、第三光放大器和第二光可调衰减器，所述第二段光纤、第一色散补偿器、第三光放大器和第二光可调衰减器依序连接；
第三传输段至第n-1传输段的结构同第二传输段的结构相同，其分别包括对应于其排序的第n-1段光纤、第n-2色散补偿器、第n光放大器和第n-1光可调衰减器，所述第n-1段光纤、第n-2色散补偿器、第n光放大器和第n-1光可调衰减器依序连接,该第n-1光可调衰减器通过第n段光纤与光接收端连接；
定义第一段光纤至第n段光纤对应的光纤长度为L1—Ln,系统光纤总长度L总＝L1+L2+L3+…+Ln，整个光链路总色散值为DSP总，满足：DSP总＝D*L总；
所述系统内第一色散补偿器至第n-2色散补偿器的总色散补偿值DSP补＝DSPDCM01+DSPDCM02+DSPDCM03+…+DSPDCMn-2，DSP补为整个1550nm超长距离光传输系统实际补偿的色散值，DSPDCM01、DSPDCM02、DSPDCM03、…、DSPDCMn-2分别为系统内第一色散补偿器至第n-2色散补偿器的补偿值；同时满足关系式：(DSP总-D*L余max)＜DSP补＜(DSP总-D*L余min)，L余代表系统剩余未补偿的公里数，L余max为剩余未补偿公里数最大值，L余min为剩余未补偿公里数最小值，L余取值范围为：60≤L余≤110，单位为公里，则即D*(L总-110)＜DSP补＜D*(L总-60)，其中，D为光纤色散系数。
2.如权利要求1所述的一种1550nm超长距离数字电视光纤传输系统，其特征在于，所述第一光放大器至第n光放大器均为EDFA放大器。
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