WDM技术在光纤有线电视网络中的应用

对波分复用（WDM）这一下一代光纤通信系统的主流技术的研究正在全世界范围内热烈开展。而大多数的研究集中在数字通信系统领域，目前的研究已经能做到将几百路波长复用在一起传输。而对以光纤有线电视传输为代表的模拟通信领域内的波分复用技术的研究还开展不多，对模拟信道的复用会与传输数字信号时有什么不同特点我们还知道得不多。

光纤有线电视网络基本上是建立在光纤同轴混合网（HCF）的基础上，目前其主要传送业务是传输电视信号。目前国内有线电视台采用的PAL制式利用频分复用技术可以在50～550MHz内传输59路电视节目。从商业运营单位观点看，业务太单一，不适合目前电信，有线电视与数据通信三网合一的通信发展趋势。为开展增值业务并尽可能的提高网络效率，将波分复用（WDM）技术或密集波分复用（DWDM）技术应用到HFC网中，是一个投资少、见效快、有利于全业务网的建设的重要技术手段。对于波分复用技术在有线电视网络升级改造中的应用目前主要有以下几种方案，即1550nm 系统采用波分复用实现长距离传输；利用1310nm／1550nm的复用实现电话电视综合接入；利用1550nm数据频道发射机实现有线电视系统的数据传输。 模拟1550nm系统对解决有线电视系统的长距离传输提供了一个很好的解决办法。但是由于受光纤中色散以及诸如受激布里渊散射，自相位调制等非线性现象的影响，目前模拟1550nm的最长传输距离限制在150km以内（20个频道），满频道传输距离限制在80km以内。传输的频道越少，可能传输的距离越长。为了传输更远的距离，有必要采用波分复用技术。这种办法的依据是色散和非线性的影响集中在有线电视的高频端（300MHz以上），如果能避开高频端就可以传输更远的距离，但是这样做传输的频道势必减少，为了不减少传输频道我们可以采用多个波长同时传输，每路波长的信号都在300MHz以下，这样就有可能使模拟传输的距离远到可以和数字系统相比拟。 在传统的有线电视业务上提供增值服务是当前有线电视行业发展的热点。具体怎样做众说纷纭。最先想到是分频传输，不同的业务利用不同的频率资源。对光纤的利用首先是分纤传输的空分复用方法，在这里同样可以采用波分复用。由于目前的电话业务基本都采用数字技术，与以模拟技术为主的有线电视传输有很大不同。要想利用有线电视网络实现电话业务方法之一是将数字的语音电话信号转换成模拟信号再利用频分复用的方法利用模拟有线电视传输设备传输，这种办法以美国泰乐公司的产品为例，需要专门的设备。另一种更为简单的办法采用波分复用技术（见图1），可以使用传统的数字传输设备。由于是利用不同的波长1310nm／1550nm，两个信道互不干扰，用户所需增加的只是一对波分复用与解复用器，不利的是它不能直接利用原有的接入电缆，但在主干光缆费用的节省已经对用户有足够的吸引力。国内有些通信厂家正是利用这种技术构建自己的综合业务网，但是有些厂家利用分纤的办法显然不是好办法。 光纤有线电视网络将550MHz以上的频谱规划为传输数字信号用，如数字电视频道以及数据传输用。当考虑到双向应用的时候，尤其是数据业务，在用户大量增加的情况下就会感到频谱资源的不足。以国内的一般中等城市为例，有线电视用户大约在10～15万户之间，而这其中数据用户以目前163／169用户数为参考在一两年内约在3000～5000之间。假设10％的用户同时上网，也就是说有500个用户同时在网上操作，按平均下行速度400kb／S和平均上行速率40kb／s，这就要求前端必须提供200 Mb／s的下行数据率，也就是说需要增加8个QAM调制器，每个27Mb／s的数据率，占用 6MHz的带宽。而上行需要20Mb／s的传输率，至少需要10个QPSK频道，每个频道1.5MHz 带宽。由此看来前端所需的设备包括两台155M的数字端机，路由器，8个媒体访问控制器MAC，8个QAM调制器，10个QPSK解调制器。这里还没有考虑数字视频传输所需的设备。如此多的设备经常集中在分前端（分前端的引入一般基于如下理由，网络结构的考虑，如环行网络；分期建设的考虑，比如数据业在使用这种波分复用技术时有几个值得注意的问题。首先是数据频道和广播频道的互相干扰问题。窄播和广播信号使用不同的发射机可以避免模拟频道的失真产物对数据信道误码率的影响，但是由于使用共同的接收机，数据频道的加入使本地噪声增加，对系统CNR会有影响。这就要求加入的数字信号光功率要远小于广播信号的光功率，一般要求小10dB，同时由于数字信号光功率较小（QAM信号相对于模拟信号可以容忍较低的载噪比和高失真），对应的调制度较大，同时由于发射机为直接调制，会有较大的调嗽（Chirp），和1550nm波长较大的色散务先开展在用户集中的某地；数据业务属于窄播业务，每个QAM和QPSK频道只适用某些用户，需要在分前端并入），给网络建设带来很大困难。解决这一困难的办法又是波分复用。下行线路可以在前端采用多个1550um直接调制光发射机（每个调制2个频道，由于采用直接调制而大大降低了售价，在3000＄左右，飞通公司即将推出类似产品）输出波长不同（相隔1.6um）的光再复用，在分前端再解复用后去与广播信号复用（如图2所示）。上行传输中，光节点的回传信号在分前端处由回传接收机转换成电信号，四路信号共同驱动一个1550um直接调制光发射机，多个用户群使用不同的波长，再经波分复用器后利用一根光纤回传。相互作用，这样产生的二阶失真也较大，这个原因限制了数字信号的频道总数小于等于9，而且要求连续频道。除此之外，1550nm系统特有的一些问题如受激布里渊散射，四波混频等非线性现象也需在实践中注意其影响。 综上所述，WDM技术在光纤有线电视网络的升级改造中有很多用处。由于巧妙地利用了有线电视信号在低频端传输受色散和非线性作用影响小的特性，采用液分复用可以有效地延长模拟系统的传输距离，成为数字系统的有利竞争对手。另外利用 1310nm和1550nm复用可以利用传统的数字传输设备实现电话业务，这种手段被通信设备厂家广泛采用。最后，利用直接调制的1550nm光发射机实现数据信道的波分复用，既可以增加系统的容量，开展多种业务，又可以有效地降降低网络成本，是很值得推荐的一种新技术。