论文部分内容阅读
【摘要】讨论了HFC接入网回传通道的实现几种方式，介绍了用于HFC回传的半导体激光器的性能特点。
【关键词】HFC接入网；光纤同轴电缆混合网（HFC）；F-P激光器；无致冷DFB激光器；带致冷DFB激光器；噪声功率比（NPR）；回传通道；放大器；光链路；双向传输
近几年来，采用光纤同轴电缆混合（Hybrid Fiber Coax，HFC）拓扑结构的宽带接入技术取得了重大的进展。HFC网络结构的提出不仅解决了传统的有线电视广播业务，而且通过采用先进的光纤传输技术、数字传播技术和新型的网络拓扑结构，增加了上、下行通道的传输能力，使HFC网具备了承载双向交互式宽带业务的能力。HFC接入网以其频带宽、容量大、成本低等优点，已成为有线电视系统的主要模式，同时也是多媒体宽带接入网的最佳方案之一。为了提供交互式的宽带业务，HFC接入网必须是双向的。因此，如何实现HFC网络的回传通道，是HFC网络设计中非常关键的问题。
HFC接入网是以模拟频分复用技术为基础，综合应用模拟和数字传输技术、光缆和同轴电缆技术、射频技术及高度分布式智能技术的宽带接入网络。在HFC网络上实现双向传输，需要从光纤通道和同轴电缆通道这两方面来考虑。回传信道的实现，主要有射频回传、电话回传、光源光网络（PON）回传、无线回传等几种方式。HFC接入网光纤链路的回传方式主要有有源混合、无源混合方式和波分复用（WDM）方式。由于上行通道一般传输的电视频道数较少，同时还传输部分上行数据，因此用于HFC回传的激光器不如HFC正向传输使用的激光器高级，其性能和价格均不如正向传输用的激光器。下面简要介绍一下HFC接入网中常用的几种回传激光器
1、F-P（Fabry-Perot）激光器
法布里—珀罗激光器是多纵横半导体激光器，其输出光谱是围绕在中心波长周围的一组光谱模。由于纵横决定了激光器的频谱特性，因此F-P激光器的频谱宽度较大，为2-4mm。由于F-P激光器工作在多模状态，多种波长在光纤中的传播速度因光纤的色散作用而略有不同，这将造成载噪比（CNR）方面的性能受到影响。因此，F-P激光器对于高质量的模拟信号的传输是不适宜的。测试的结果表明，F-P激光器可以加载2路AM视频信号和少量的数据信号。对于大多数用户，F-P激光器的性能是可以满足HFC回传应用的。F-P激光器有两种，带光隔离器和不带光隔离器。加上光隔离器的主要目的是为了减少接头或光纤后向散射的影响。常用的HFC回传F-P激光器是不带光隔离器的，这是为了降低激光器的成本。
2、无致冷DFB激光器
分布反馈式（Distributeb Feedback，DFB）激光器与F-P激光器的不同之处在于增加了衍射光栅，将激光器的波长限制在单模振荡状态。因此，DFB激光器是单纵横激光器。单纵横的光谱很纯，模拟信号的传输非常有利，其噪声和畸变均小于F-P激光器。由于DFB激光器比F-P激光器更易受后向散射的影响，因此，DFB激光器的输出端需要加光隔离器。带有光隔离器的DFB激光器的内部噪声很低，其相对强度噪声RLN可达-155dB/Hz。
由于致冷需要驱动电路和大量的电源功率，无致冷器可以降低回传光射机的功耗，有利于降低成本和户外使用。在HFC传统系统中的测试结果表明，未加致冷的带光隔离器的DFB激光器可以在HFC回传光链路中获得优良的性能。
3、带致冷DFB激光器
由于DFB激光器的性能受温度影响变化较大。温度的变化，将引起激光器值电流的变化。比如温度升高，激光器的阀值电流增加，输出光功率变小。此外，温度的变化还将影响激光器的RIN和线性度。
在传输距离远、频道数较多的情况下，带致冷（冷却型）DFB激光器有时被用于回传通道。带致冷DFB激光器就是把DFB激光器置于一个热电致冷电器上。热电致冷器采用珀尔贴效应产生致冷，其致冷效果与施加的电流成线性关系。致冷器可以减少温度的变化对DFB激光器性能产生的影响，但增加了反应光发射机的功耗，同时也增加了成本。F-P、无致冷DFB、带致冷DFB这三种半导体激光器都可以用于HFC网络的回传通道。
HFC接入网回传通道的特征及相关技术要求：汇集均衡和回传噪声是HFC接入网回传通道的两个主要特征。汇集均衡主要是保证用户回传信号到前端回传损耗的一致性。来自不同楼栋放大器的回传信号可以通过调节楼栋放大器的输入输出衰减值、光节点的反向输入衰减值以及光接收机可调衰减来得到均衡。但来自不同用户的回传信号汇集到楼栋放大器输入端就不能通过调节来得到均衡，这要靠我们在HFC接入网设计时来弥补，确保HFC接入网在严格保证下行信号（高端）传输要求的情况下，使来自不同用户汇集到楼栋放大器的各上行信号电平在容差范围内。用户到楼栋放大器回传信号不一致是由于电缆的高低频不一致引起的，我们在网络设计时可以通过减少电缆长度误差来实现不同用户到楼栋放大器的汇集均衡。
HFC接入网回传通道的安装调试方法：HFC接入网回传通道的安装主要是机房前端设备、楼栋放大器回传模块和光节点回传模块的安装。在机房前端下行射频电路设计中，应使用同一种分配器，确保到每个光发的下行电视信号频响相同。CMTS下行信号电平的插入值应比电视信号电平低10dB。上行信号线路设计衰减要合理，衰减过大会导致CM满负荷工作，CMTS接收电平低的局面；衰减过小则CM发射电平低，信噪比低，在环境噪声大的情况下容易引起CM掉线。
目前，HFC接入网回传光链路的指标尚未标准化。回传通道的测试一般采用与下行信道类似的测试方法。用2个或4个连续载波来激励回传激光器，用8591C有线电视分析仪来测量反向回传信号的载噪比（CNR）、组合二阶失真（CSO）、组合三阶差拍（CTB）等指标。解决回传通道是实现HFC接入网双向传输的关键问题。采用哪种回传方式以及哪种回传激光器，都必须根据HFC网络的具体情况和需要传输的频道数量以及要求的信号质量来确定。测试结果表明，选择合理的回传方式和适用的回传激光器，HFC回传信道的指標是完全可以满足实际应用的。
参考文献
[1]李书会.有线电视网络安全传输问题及解决办法[J].中国有线电视，2003（02）
[2]顾海林.公众数据接入网实施方案研究[J].东北电力技术，2002（01）
[3]刘光华.广东有线广播电视台HFC混合网的Internet初期接入方案[J].广播与电视技术，1997（09）
【关键词】HFC接入网；光纤同轴电缆混合网（HFC）；F-P激光器；无致冷DFB激光器；带致冷DFB激光器；噪声功率比（NPR）；回传通道；放大器；光链路；双向传输
近几年来，采用光纤同轴电缆混合（Hybrid Fiber Coax，HFC）拓扑结构的宽带接入技术取得了重大的进展。HFC网络结构的提出不仅解决了传统的有线电视广播业务，而且通过采用先进的光纤传输技术、数字传播技术和新型的网络拓扑结构，增加了上、下行通道的传输能力，使HFC网具备了承载双向交互式宽带业务的能力。HFC接入网以其频带宽、容量大、成本低等优点，已成为有线电视系统的主要模式，同时也是多媒体宽带接入网的最佳方案之一。为了提供交互式的宽带业务，HFC接入网必须是双向的。因此，如何实现HFC网络的回传通道，是HFC网络设计中非常关键的问题。
HFC接入网是以模拟频分复用技术为基础，综合应用模拟和数字传输技术、光缆和同轴电缆技术、射频技术及高度分布式智能技术的宽带接入网络。在HFC网络上实现双向传输，需要从光纤通道和同轴电缆通道这两方面来考虑。回传信道的实现，主要有射频回传、电话回传、光源光网络（PON）回传、无线回传等几种方式。HFC接入网光纤链路的回传方式主要有有源混合、无源混合方式和波分复用（WDM）方式。由于上行通道一般传输的电视频道数较少，同时还传输部分上行数据，因此用于HFC回传的激光器不如HFC正向传输使用的激光器高级，其性能和价格均不如正向传输用的激光器。下面简要介绍一下HFC接入网中常用的几种回传激光器
1、F-P（Fabry-Perot）激光器
法布里—珀罗激光器是多纵横半导体激光器，其输出光谱是围绕在中心波长周围的一组光谱模。由于纵横决定了激光器的频谱特性，因此F-P激光器的频谱宽度较大，为2-4mm。由于F-P激光器工作在多模状态，多种波长在光纤中的传播速度因光纤的色散作用而略有不同，这将造成载噪比（CNR）方面的性能受到影响。因此，F-P激光器对于高质量的模拟信号的传输是不适宜的。测试的结果表明，F-P激光器可以加载2路AM视频信号和少量的数据信号。对于大多数用户，F-P激光器的性能是可以满足HFC回传应用的。F-P激光器有两种，带光隔离器和不带光隔离器。加上光隔离器的主要目的是为了减少接头或光纤后向散射的影响。常用的HFC回传F-P激光器是不带光隔离器的，这是为了降低激光器的成本。
2、无致冷DFB激光器
分布反馈式（Distributeb Feedback，DFB）激光器与F-P激光器的不同之处在于增加了衍射光栅，将激光器的波长限制在单模振荡状态。因此，DFB激光器是单纵横激光器。单纵横的光谱很纯，模拟信号的传输非常有利，其噪声和畸变均小于F-P激光器。由于DFB激光器比F-P激光器更易受后向散射的影响，因此，DFB激光器的输出端需要加光隔离器。带有光隔离器的DFB激光器的内部噪声很低，其相对强度噪声RLN可达-155dB/Hz。
由于致冷需要驱动电路和大量的电源功率，无致冷器可以降低回传光射机的功耗，有利于降低成本和户外使用。在HFC传统系统中的测试结果表明，未加致冷的带光隔离器的DFB激光器可以在HFC回传光链路中获得优良的性能。
3、带致冷DFB激光器
由于DFB激光器的性能受温度影响变化较大。温度的变化，将引起激光器值电流的变化。比如温度升高，激光器的阀值电流增加，输出光功率变小。此外，温度的变化还将影响激光器的RIN和线性度。
在传输距离远、频道数较多的情况下，带致冷（冷却型）DFB激光器有时被用于回传通道。带致冷DFB激光器就是把DFB激光器置于一个热电致冷电器上。热电致冷器采用珀尔贴效应产生致冷，其致冷效果与施加的电流成线性关系。致冷器可以减少温度的变化对DFB激光器性能产生的影响，但增加了反应光发射机的功耗，同时也增加了成本。F-P、无致冷DFB、带致冷DFB这三种半导体激光器都可以用于HFC网络的回传通道。
HFC接入网回传通道的特征及相关技术要求：汇集均衡和回传噪声是HFC接入网回传通道的两个主要特征。汇集均衡主要是保证用户回传信号到前端回传损耗的一致性。来自不同楼栋放大器的回传信号可以通过调节楼栋放大器的输入输出衰减值、光节点的反向输入衰减值以及光接收机可调衰减来得到均衡。但来自不同用户的回传信号汇集到楼栋放大器输入端就不能通过调节来得到均衡，这要靠我们在HFC接入网设计时来弥补，确保HFC接入网在严格保证下行信号（高端）传输要求的情况下，使来自不同用户汇集到楼栋放大器的各上行信号电平在容差范围内。用户到楼栋放大器回传信号不一致是由于电缆的高低频不一致引起的，我们在网络设计时可以通过减少电缆长度误差来实现不同用户到楼栋放大器的汇集均衡。
HFC接入网回传通道的安装调试方法：HFC接入网回传通道的安装主要是机房前端设备、楼栋放大器回传模块和光节点回传模块的安装。在机房前端下行射频电路设计中，应使用同一种分配器，确保到每个光发的下行电视信号频响相同。CMTS下行信号电平的插入值应比电视信号电平低10dB。上行信号线路设计衰减要合理，衰减过大会导致CM满负荷工作，CMTS接收电平低的局面；衰减过小则CM发射电平低，信噪比低，在环境噪声大的情况下容易引起CM掉线。
目前，HFC接入网回传光链路的指标尚未标准化。回传通道的测试一般采用与下行信道类似的测试方法。用2个或4个连续载波来激励回传激光器，用8591C有线电视分析仪来测量反向回传信号的载噪比（CNR）、组合二阶失真（CSO）、组合三阶差拍（CTB）等指标。解决回传通道是实现HFC接入网双向传输的关键问题。采用哪种回传方式以及哪种回传激光器，都必须根据HFC网络的具体情况和需要传输的频道数量以及要求的信号质量来确定。测试结果表明，选择合理的回传方式和适用的回传激光器，HFC回传信道的指標是完全可以满足实际应用的。
参考文献
[1]李书会.有线电视网络安全传输问题及解决办法[J].中国有线电视，2003（02）
[2]顾海林.公众数据接入网实施方案研究[J].东北电力技术，2002（01）
[3]刘光华.广东有线广播电视台HFC混合网的Internet初期接入方案[J].广播与电视技术，1997（09）