傲蓝通信双向网改造成功案例

【DVBCN网讯】上海傲蓝通信技术有限公司自2006年，首次在国内推出了HFC网最后一百米双向接入新技术（EOC）及其ELINK系列产品之后，以该技术能够充分利用现有的同轴电缆网资源，高效地解决ＨＦＣ网双向接入的难题优势，从而引起了业内的普遍关注，在随后的时间里也多次取得双向网改造上的多项成功案例。包括山东滨州地区的双向环网工程，上海市嘉定区1550nm光纤到大楼的双向网络改造项目，云南省德宏州数字电视1550nm超长距离环网传输项目等等。本文将简单介绍以上成功项目的特点和方案。

1、河北省网数字电视1550nm超长距离传输项目

●　保定市22个县市最远363km最长单跨距95km

●　保定市1550nm模拟光传输网络共有22个县市，北环总距离为440公里，南 环总距离为379公里，最远光节点363km，最大单跨距95km。

●　传输40套数字电视

●　最高传输频道CH56（854MHz）

●　廊坊市8个县市最远280km

●　1550nm模拟光传输网络共有8个市县，最远传输距离280km，最大单跨距51km

2、宁夏省网数字电视1550nm超长距离传输项目(567公里)

●　16个分前端，最远距离567公里

　　●　多级无中继跨距超过100公里，最大无中继跨距137公里

　　●　成功的使用本公司专有的色散补偿型小信号光纤放大器和拉曼放大器

　　●　专有的LA5300特别适用于50－90km之间的跨距传输， 能有效地克服传统的光色散补偿技术损耗大的缺点，使中继站的色散补偿其实现了零损耗，大大提高了网络的CNR和CSO等性能指标。

　　●　传输40个频点的64QAM信号，最高频点554MHz，所有的频率点全部通过测试

　　●　传输至最远的西吉机房（567km）的测试指标：
　　　 低频段MER≥37dB，高频段MER ≥36.0 dB

　　●　西吉机房与模拟信号混合后进入1310nm光发送机实现二级光电转换后：
　　　 低频段MER≥34.5 dB 高频段≥32.8 dB
　　　 可见二级光电转换后，除了理论上的3dB的变化外，没有引起指标的劣化。

　　●　在经一级射频放大器放大后：
　　　 低频段MER≥34.4 dB 高频段≥32.8 dB
　　　 相对二级光电转换后的指标几乎没有劣化。

　　●　经二级射频放大器放大后：
　　　 低频段MER≥34.4 dB 高频段≥32.8 dB

　　●　用户端的指标：
　　　 低频段MER≥34 dB 高频段≥31.8 dB
　　　 远高于国标MER≥27.0dB要求

　　●　当EDFA的输入光功率从-4.4dBm降低到－16.6dBm时，此时测试用户短的MER降低到23.6dB，达到64QAM信号的解调门限，表明系统的指标余量充裕！由于80个频点的指标与40个频点相差3dB，西吉计算的指标加3dB与实际测试指标相差1dB左右，充分证明了整个设计方案的科学性和准确性，整个系统设备完全满足实际运营需要。

3、山东滨州地区双向环网工程

本方案采用1550nm传输技术和先进的色散补偿技术，来进行30套QAM节目的超远距离传输。同时还运用了环网拓扑结构，使网络具有自愈功能，加强了网络的可靠性。

该网络分成南北两个环，其中北环包含的节点有：沾化、无棣、阳信、惠民；南环包含的节点有：姜楼、邹平、博兴。南北环各自有顺时针环和逆时针环，每个节点处配置两台光接收机和一台射频开关，顺环信号和逆环信号分别进入两台光接收机后，转化成射频信号输出，然后通过射频开关进行自动切换，从而使网络具有自愈功能，保证信号不中断。

4、石家庄有线电视城区网1550nm光传输改造项目

石家庄市总面积1.58万平方公里，总人口920万，下辖六区十八县（市）。作为石家庄市重要文化设施的广播电视综合信息网分为城区网和市县网两部分。城区网目前采用光纤到小区(FTTC)的方式完成覆盖，由环—星相结合的两级1310nm光纤网和无源电缆网络所组成，传输带宽为862MHz，全市设计1800个光节点，已经改造1400个，网络当前运行稳定，传输指标良好。

2008年6月，中标“石家庄有线电视城区网1550nm光传输改造项目”EDFA光纤放大器部分。
150台EDFA光纤放大器，在11个分前端机房，平均每个机房覆盖2万户以上。
&n[FS:Page]bsp; 采用平坦型EDFA光纤放大器，支持未来的DWDM扩容和IP QAM插播系统。
全部实现远程网管监控。

石家庄有线电视城区网1550nm光传输系统设计为光纤到楼（FTTB）的全光网络，三级光放大器级联。前端中心机房配置两台光发射机（双输出口≥9dB）和两台一级EDFA，经过光分路器分别沿逆（主路）、顺（备路）两个不同路由到达11个分机房。 主、备两路光信号分别经过二级EDFA放大后采用光开关进行自动切换，再经过三级EDFA放大后，分配给分中心各个光接收机进行用户覆盖。

5、农四师超长距离1550光缆联网工程与实施

一、概述
新疆生产建设兵团农四师地处天山西部北坡山区，位于祖国西部的伊犁河谷，伊犁河及其三大支流—喀什河、巩乃斯河、特克斯河蜿 蜒奔流其间，素有"塞外江南"的美誉。师机关位于古丝绸之路的北部重镇-伊宁市。我师党委领导和师电视台领导根据党的十七大的精神， 提高全师各个团场员工的精神和文化生活，使师部领导的政策和精神得以及时、顺利地传达到各个团场。我师党委领导和师电视台领导决定 实施全师电视台光缆联网工程项目。

图一、农四师光缆联网路由图

由于农四师覆盖地域广泛，很多团场与师部距离超过200公里以上，最 远的74团和71团距离达到260多公里（如图一所示），将电视信号传输到上述各个团场的技术难度很大。我师电视台领导根据各地考察和了 解的情况，为了进一步减低项目实施的技术风险，选择有能力的合作厂商，举行了先期实际光链路、实际设备和系统技术指标的测试，实际 证明有力地促进了工程项目的顺利实施和开通。

二、设计考虑
众所周知，1550模拟CATV传输技术在实际应用中受到很大的限制，其中最重要的限制因素就是光纤的色散限制。由于普通G.652单模光 纤存在很大的色散，色散系数达到17ps/nm•km。如果系统（最高频道DS-22，550MHz）传输距离达到100Km时，色散因素的作用会造成系统的 CSO指标很快劣化；当系统传输距离达到130～150Km时，肉眼可以明显观察到CSO指标劣化形成的电视屏幕上的网纹干扰，远远达不到国标所 规定的技术指标要求！因此在应用1550nm光传输技术组网设计时，因充分考虑以下因素：

1、受激布里渊散射(SBS)

这是光纤中的另一种非线性现象。当入射光波过强时，光波与光纤中晶格振动产生的声波相互作用，入射光波被散射，变成一种频率 约低于入射光波11GHz的背向散射光波，同时使前向传输的载噪比迅速劣化。因此，必须使每一段光纤的入射光功率不大于单模光纤的SBS门 限功率。

在采用外调制器的1550nm光纤传输系统中，光源线宽非常窄，这虽然有效地克服了光纤色散的影响，然而却使光纤的SBS阈值大大降低 。若不采用SBS抑制措施，随着光发射机入纤功率的增加，系统载噪比和非线性会降低，当入纤功率超过SBS阈值时，系统载噪比就骤然恶化 。因此看一个1550nm光纤传输设备的性能，不仅要看光发射机能输出多大的功率，而且要看它的SBS抑制能力有多大(即看它能使单模光纤的 SBS阈值提高到多少)。

2、光放大器的引入对系统载躁比的损伤

掺铒光纤放大器工作在粒子数反转状态，信号光单程通过光纤，亚稳态的粒子做受激发射，把信号放大。同时亚稳态粒子的自发发射 光子被光纤虏获、传输和放大（即ASE），并与信号混合在一起，成为放大器的噪声。在无光纤放大器时的载噪比和光调制度给定的前提下 ，光纤放大器的噪声系数越低同时输入光功率越大，则系统载噪比损失越小。因此在做网络的设计和设备的选购时，尽可能的提高光放大器 输入光功率和选用低噪声的光放大器。

3、光纤色散

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。G.652常规 单模光纤的零色散波长为1310nm波长，1550nm波长色散常数高达17PS/nm.km，光纤的色散可以分为下列三类：
1. 模间色散：在多模光纤中，即使是同一波长，不同模式的光由于传播速度的不同而引起的色散称为模式色散。
2. 色度色散：是指光源光谱中不同波长在光纤中的群延时差所引起的光脉冲展宽现象。
3. 偏振模色散：单模光纤中实际存在偏振方向相互正交的两个基模。当光纤存在双折射时，这两个模式的传输速度不同而引起 的色散称为偏振模色散。

图二、光纤色散示意图

光纤色散造成信号的失真可分成两类：一是输入光纤的信号本身具有一定的谱宽（包括光源啁啾引起的谱宽），它在光纤中传播时因 不同频率成分经历的时延不同而造成信号的变形；二是因光纤的非线性而产生的新的频率成分，它与色散相结合，同样造成信号变形。通常 把第一类失真笼统的称作色散引起的失真，第二类称作光纤非线性引起的失真。

&nb[FS:Page]sp; 4、自相位调制(SPM)
这是光纤中的一种非线性现象。光纤的折射率为n=n0 + n2*I，其中第二项随光波强度I而变化。当光波强度 受电信号的调制而变化时，光纤折射率的变化就造成光波的相位随电信号而变化。这种附加的相位调制与光纤的色散结合起来，通过相位— 幅度的转化又产生CSO的劣化。在1550nm超常距离传输时，这是一个较为重要的参数。

5、色散管理技术
尽管1550nm波长窗口在标准光纤中的传输损耗小，但是色散要比1310nm波长窗口大得多。在70km以下的传输系统中，色散对系统指标 的影响还不是十分突出。而在长距离，特别是超长距离传输中，其色散的累积效应严重影响了信号的传输质量。在数字通讯系统中，色散将 产生码间干扰，劣化BER指标；而在有线电视的模拟传输系统中，主要表现在对CSO的影响上。由于我师覆盖地域广泛，很多团场与师部距离 超过200公里以上，最远的74团和71团距离达到260多公里，因此色散是必须解决的关键问题。

为了提高系统的整体性能，尽可能地减小光纤色散对传输指标的影响，人们提出了多种色散补偿技术。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正色散（D*L）。由于光色散补偿器的色散是负值，选取合适的光色散 补偿器使其色散为负色散（-D*L），两者叠加正好为零色散。根据公式1，理论上解决1550 CATV超长距离传输G.652光纤色散对CSO等指标的 劣化问题，使网络的技术指标能得到充分的保证！如图三所示：

图三、光纤色散补偿示意图

在实际应用中，究竟需要多大的色散补偿量与光发射机是有一定的关系。实际网络中和实验研究表明，要使两者完全匹配，总色散正 好为零是有困难的、有时也并非是最佳的！实验研究表明色散补偿模块（DCM）的位置也是影响补偿效果的重要因素。除此以外，必须考虑 SPM对系统CSO指标的劣化，并采取措施予以优化。优化过程中采用具有世界先进水平的“色散管理”技术。

“色散管理”技术是一个主动的手段，即对于一个指定的光链路，我们要人为的控制链路的色散和非线性使其达到我们理想的、最佳 程度。相对于第一代“色散补偿”有很大的提高。
这是因为：

⑴、由于实际链路的光缆性能各不相同，有时差别还很大；

⑵、即使同一品牌的1550光发射机在性能和技术指标上也是有差别的；

⑶、光纤放大器（EDFA）在性能和技术指标上也是有差别的。

⑷、色散补偿是一个被动的过程，在某些情况下系统已经劣化，再也补偿不过来了！

⑸、色散管理是一个积极的过程，在预知某些情况下系统指标将要劣化之际，就将它控制在我们和系统可以
忍受的范围之内。

色散管理其中一个很重要工作就是优化色散补偿量。LM1000系列CATV光色散补偿器和LA5300系列CATV光色散补偿型光放大器（EDFA） ，可以做到与链路的性能和链路的设备量身定制，最大程度提高了网络的技术指标。

三、色散对1550模拟传输系统指标的影响和分析
理论和实验证明，在1550外调制CATV超长距离传输系统中，系统指标主要受到组合二阶失真（CSO）指标的限制，因为1550模拟CATV传 输系统中的色散是导致CSO指标劣化的主要原因。

图四、光纤色散导致的光信号失真示意图

如上图所示，G.652光纤光缆本身具有很大的色散指标（17ps/nm·km），光波在色散介质中不同频率分量有不同的群速率，因此在光 纤的输出端形成不同延迟的包络分量的叠加，表现为光波的包络失真，通过光探测器检波后主要表现为电信号的二阶失真。

1、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：
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*lg(NCSO)项就是光发射机本身产生的CSO，公式1中的20*lg(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。该项也表明如果信号的频率ω（即2* *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。

 [FS:Page]; 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≈10*lg (NCSO)。理论上可以完全消除了色散对CSOdsp指标的影响。

2、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。具体计 算公式如下（2）：
公式2
其中：

图五、SPM与CSO以及与PM的劣化关系

m是1550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，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！所以控制光纤中的光功率可以有效降 低SPM对CSO指标的劣化。
M.C.Wu等人的理论和实验研究表明，SPM导致的CSO劣化较公式1更为复杂，与光发射机内部外调制器的很多参数都有密切的关系。

上图表明，在某一相位调（PM）制度（β）情况下，在某一特定距离时，CSO可以接近背靠背传输方式（TX—RX）的CSO指标，即SPM导 致的CSO劣化基本可以忽略，这是一个非常重要的信息！我们可以适当改变光发射机内部的工作参数，控制SPM导致的CSO劣化量。

3、色散对不同频率信号以及数字电视信号的影响

理论研究表明：1550nm光信号在超长距离传输过程中，光纤的色散和非线性对调制在光信号上的不同频率的电信号的影响是不同的， 如下图五所示。由图五可见：当输入光纤的光功率超过光发射机的SBS抑制值时，传输信号的低频端信号的CNR和CSO劣化较大。

图六、光纤的色散和非线性对不同频率的传输信号的影响

而色散和SPM则对传输频带的高频端信号的CNR和CSO指标带来很大的劣化。我们从公式1、公式2可以看出！这正是现在很多1550系统出 现问题的原因：当时开通时候频道数较少，频率较低；系统可以工作的“很好”。实际上只是问题隐藏了没有暴露而已。一旦频道增多、频 率上升，频率高的频道指标往往较低，甚至出现了肉眼可以见到的网纹干扰！
数字电视信号恰恰是在传输频道的高端（550MHz～860MHz），在超长距离传输时色散和SPM对其指标的影响很大（图六），在用户接收 端会产生误码，甚至马赛克显现，严重时会无任何图像；因此必须采取技术手段予以克服，否则会影响数字电视的服务质量和水平，因此我 们在联网过程中必须为将来的数字电视传输做好充分的技术准备，打好基础。

图七、非线性对数字电视QAM信号的影响

四、农四师全师1550光缆联网工程与实施
1、我师光缆联网的特点和难点
由于农四师覆盖地域广泛，很多团场与师部距离超过200公里以上，最远的74团和71团达到260多公里，这些团场的连队距离则更远。因 此我们师联网工程具有以下特点和难点：

①、网络传输距离远，最远点达到260多公里。
②、网络传输节目数多，达到62套模拟电视节目，很快要开通数字电视节目。
③、网络传输频率高，到达600MHz以上。

以上三点决定本项目有很高的技术难度，可以说在全国也是数一数二的，如果没有很高的技术水平和丰富的实践经验，会给项目带来 人为技术风险。

④、农四师下属的团场多。
对设备的可靠性要求高，一旦有问题影响面很广，用户的意见将很大。以上种种决定了本项目对合作厂家的工程技术能力提出了非常高的要求。

农四师电视台领导充分认识到以上难点，根据我们各地考察和了解的情况，为了进一步减低项目实施的技术风险，选择有能力的合作厂商 ，我们诚邀有实力的厂家参加先期实际光缆链路，实际设备和系统技术指标的测试，根据实际测试指标，选择最优的合作厂家。在报名参加 测试过程中，有的厂家鉴于项目的难度退却了，有的厂家测试过程中就遇到了很大的困难。在参加测 试的厂家中，上海傲蓝通信技术有限公司充分证明了其强大的技术实力，终于赢得了这个项目。以下就是我们部分网络的设计方案。

图八、农四师部分网络设计图

2、我师超长距离光缆联网难点的解决
经过我们和合作厂家的紧密合作，在短短的10天时间里全师30多个团场基本顺利开通。
然而在系统指标测试过程中，发现一个很少见的现象，如下图九所示。就是在测试CSO指标的时候，CSO指标变化幅度较大。随着光缆 传输距离越长，变化幅度越大。例如在传输距离65公里是CSO的变化范围-60～-70dBc之间变化，变化的周期较慢；在传输距[FS:Page]离100公里是CSO 的变化范围-54～-66dBc之间变化，变化的周期明显加快，很有规律性的周期性波动。我们与厂家技术人员一起对此种现象进行研究和摸索 ，寻找问题的所在。

我们起初怀疑是设备的问题，经过厂家工程技术人员仔细的排 查，基本排除了光发射机和EDFA，光接收机等设备的故障可能性。正常情况下，仪器测试出来的CSO值是比较稳定的，变化范围不大。像这 么大范围变化的真是少见。

经过我们与光缆厂家交流，愈来愈来怀疑光缆有问题。有文献记载（美国Corning公司高育远、萧越、李懋循等），对线性调频光源 PMD会造成CSO，它与调制调频的平方成正比，因此偏振效应完全可能造成CSO指标劣化，但不会对现在的宽带网络造成任何CTB失真。

图十、PMD、PDL和CD对CSO的影响

图十一、系统对PMD的要求

通过现场测试证明，确实是光缆的PMD指标不够造成的。这是由于这些光缆生产和敷设的时间较早，当时国际上并没有对它的PMD作任 何要求所致。既然找到问题所在，很快就解决了这个疑难。