【導(dǎo)讀】的瓶頸，因此迫切需要找到一種有利于業(yè)務(wù)綜合發(fā)展方式。即通過(guò)對(duì)光纖CATV網(wǎng)絡(luò)的改造，可以使其升級(jí)為光纖/同軸電纜混合。系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在同一網(wǎng)絡(luò)中傳送有線(xiàn)電視、電話(huà)綜合業(yè)務(wù)。線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)的功能，使有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)槿藗兲峁┢诖壕玫男聵I(yè)務(wù)。為當(dāng)?shù)匕l(fā)展綜合業(yè)務(wù)數(shù)字電視奠定了良好的基礎(chǔ)。

　　

【正文】 中，用前端輸入的高頻電視信號(hào)去控制光源的光強(qiáng)使其隨高頻電視信號(hào)而變。調(diào)制后的光從光發(fā)射機(jī)輸出后， 經(jīng)過(guò)分光器分成幾路，分別禍合到光導(dǎo)纖維中傳播。若傳輸距離過(guò)大，則應(yīng)在中途加光中繼站，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大。對(duì)光信號(hào)的放大有直接放大和間接放大兩類(lèi)。直接放大器是一臺(tái)反饋較小，不足以引起激光震蕩的激光器，目前技術(shù)比較成熟的是 。間接放大器則是把光信號(hào)解調(diào)成電信號(hào)，把電信號(hào)放大后再調(diào)制到光信號(hào)上去。采用間接放大的方法，一個(gè)中繼站實(shí)際包括光接收機(jī)、高頻放大器和光發(fā)射機(jī)三部分。經(jīng)過(guò)光中繼站放大的光信號(hào)將繼續(xù)在光導(dǎo)纖維中傳輸，到達(dá)接收端后，被光接收機(jī)接收下來(lái)，利用 PIN 光電二極管(PINPD)、雪崩光 電二極管 (APD)等光電探測(cè)器把光信號(hào)變成高頻電視信號(hào)，進(jìn)入分配系統(tǒng)進(jìn)行分配。 利用纖傳輸電視節(jié)目的優(yōu)點(diǎn) 同電纜傳輸方式比，光纖傳輸有很多優(yōu)點(diǎn)。 (1)頻帶寬 頻帶的寬窄代表傳輸信號(hào)能力的高低，單模光纖帶寬可達(dá) 10GHz 以上。如再采用不同波長(zhǎng)的激光，帶寬就更寬了，因而可容納更多的頻道。 (2)損耗低 光纖損耗很小，傳輸波長(zhǎng)為 1310nm 的光，每公里損耗在 以下，傳輸波長(zhǎng)為 1550nm 的光，每公里損耗在 以下。而傳輸 800MHz 信號(hào)的最好電纜，每公里的損耗也在 40dB 以上，功率損 耗相差約 1 億倍。光纖傳輸?shù)膿p耗還有兩個(gè)特點(diǎn)，一是在全部有線(xiàn)電視頻道內(nèi)具有相同的損耗，不需要引入均衡器進(jìn)行均衡 。 二是其損耗幾乎不隨溫度變化。 (3)重量輕 因?yàn)楣饫w非常細(xì)，單模光纖芯線(xiàn)直徑一般為 4~10pm，外徑也只有 125μm,加上防水層、加強(qiáng)筋、護(hù)套等，用 48 根光纖組成的光纜直徑還不到 13mm。由于光纖是玻璃纖維，比重小，使它具有重量輕的特點(diǎn)，安裝十分方便。 (4)抗干擾能力強(qiáng) 因?yàn)楣饫w的基本成分是石英，只導(dǎo)光，不導(dǎo)電，對(duì)電磁干擾、工業(yè)干擾都有很強(qiáng)的抗干擾能力，光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)也不受各種干擾。光纖中傳 輸?shù)男盘?hào)不易泄露，利于保密。 (5)工作性能可靠 光纖系統(tǒng)的可靠性很高，平均無(wú)故障工作時(shí)間可達(dá) 50^75 萬(wàn)小時(shí)，其中壽命最短的是發(fā)射機(jī)中的激光器，平均壽命也可達(dá) 25 年。 光傳輸設(shè)備 (1)光發(fā)射機(jī) 主要是把前端的電視高頻信號(hào)變成光信號(hào)，使其在光導(dǎo)纖維中傳輸。 (2)光分路器 把光發(fā)射機(jī)輸出的光信號(hào)分成強(qiáng)度不等的幾路輸出，使光強(qiáng)度較大的一路傳輸較遠(yuǎn)的距離，光強(qiáng)度較弱的一路傳輸較近的距離，以使各個(gè)光節(jié)點(diǎn)得到近似相等功率的光。 (3)光纜 在光纖傳輸中，常常需要鋪設(shè)多根光纖，滿(mǎn)足不同用途需要。由于單根光 纖的強(qiáng)度很低，不便鋪設(shè)，必須把多根光纖組合在一起，加上保護(hù)層，并增加其強(qiáng)度構(gòu)成光纜。光纜芯的結(jié)構(gòu)有骨架式、束管式、松套骨架式、無(wú)金屬加強(qiáng)芯式等。 每根光纖放在不同的位置，具有不同的顏色，便于熔接時(shí)識(shí)別。 (4)光接收機(jī) 把光信號(hào)解調(diào)，還原成電信號(hào)，傳送到分配系統(tǒng)分配到用戶(hù)。 光調(diào)制的基本方式 為了把要傳輸?shù)男盘?hào)不失真地調(diào)制道光信號(hào)上，要求激光器能輸出具有較高的連續(xù)功率的光，且單色性好，頻率穩(wěn)定，易于調(diào)制，能在室溫下工作，體積小，重量輕，堅(jiān)固耐用，壽命長(zhǎng)，所發(fā)出的光波長(zhǎng)與光導(dǎo)纖維的低損耗區(qū)相吻合，光源與 傳輸介質(zhì) 9 合效率高等。近年來(lái)，新發(fā)展起來(lái)的分布反饋激光器具有功率大、噪聲低、線(xiàn)性好、頻帶寬的特點(diǎn)，在光纖傳輸中得到極為廣泛的應(yīng)用。 光調(diào)制的方式有 AMIM,FMIM和 PCMIM等三種主要方式，這三種方式實(shí)際都是用載有所要傳輸?shù)碾娨曅盘?hào)的載波去改變激光器輸出的光的強(qiáng)度。 方式 先采用殘留邊帶調(diào)幅方式把各個(gè)不同的節(jié)目調(diào)制到不同的載波上，混合后得 到一寬帶射頻信號(hào)，再用它去調(diào)制光信號(hào)強(qiáng)度，這樣可以傳輸較多的電視節(jié)目，選擇不同的調(diào)制度，可以改變光纖傳輸系統(tǒng)的載噪比等指標(biāo)。 方式 讓 多路視頻、伴音信號(hào)分別對(duì)不同頻率的載波調(diào)頻，然后混合起來(lái)去調(diào)制輸出光的強(qiáng)度。 方式 先把視頻、音頻信號(hào)取樣、量化、編碼成為數(shù)字信號(hào)，再用所得的數(shù)字信號(hào)去調(diào)制光源的強(qiáng)度。 光纖傳輸性能指標(biāo)主要是以光鏈路性能來(lái)給出的。主要指標(biāo)有載噪比 (C/N)、載波復(fù)合二次差拍比 (CSO)和載波復(fù)合三次差拍比 (CTB)a (1) 載噪比 (C/N) 光鏈路的載噪比與傳輸信號(hào)的噪聲帶寬、光發(fā)射機(jī)的調(diào)制度和光接收機(jī)的接收光功率有關(guān)。我國(guó)電視制式的噪聲帶寬為 ，帶寬已定，載噪比只與光發(fā)射機(jī)的調(diào) 制度和光接收機(jī)的接收光功率有關(guān)。 當(dāng)光調(diào)制度增大時(shí)，載噪比變好。當(dāng)調(diào)制度變小時(shí)，載噪比變壞。 當(dāng)光接收機(jī)接收光功率增大時(shí)，載噪比變好。接收光功率變小時(shí)，載噪比變壞。 (2) 載波復(fù)合二次差拍比 (CSO) 載波二次差拍比與光調(diào)制度成反比，即光調(diào)制度增加，載波二次差拍比變壞，反之亦然。 當(dāng)光調(diào)制度一定時(shí)， CSO 與頻道數(shù)的關(guān)系為 : N1,N2 為 CSO1 和 CS02 對(duì)應(yīng)的頻道數(shù)。即傳輸?shù)念l道越多，載波二次差拍比越壞。 (3) 載波三次差拍比 (CTB) 載波三次差拍比與光調(diào)制度成反比，即光調(diào)制度增加，載波三次差拍比變壞反之亦然。 當(dāng)光調(diào)制度一定時(shí)，與頻道數(shù)的關(guān)系為 : CTB2=CTB120lg(N2/N1) N1,N2 為 CTB1 和 CTB2 對(duì)應(yīng)的頻道數(shù)。即傳輸?shù)念l道數(shù)越多，載波三次差拍比越壞。 采用先進(jìn)的大功率 1550nm 模擬光纖傳輸技術(shù) 利用光纖傳輸有線(xiàn)電視信號(hào)，損耗小，傳輸距離遠(yuǎn)，減少傳輸過(guò)程中的環(huán)節(jié)。例如多級(jí)干線(xiàn)放大器串接的軸電纜干線(xiàn)，其非線(xiàn)性指標(biāo)損耗約占整個(gè)系統(tǒng)指標(biāo)的50%以上，延長(zhǎng)放大器串接的支線(xiàn)，其非線(xiàn)性指標(biāo)損耗也約占 30%以上。減少了這些環(huán)節(jié)，光纖可直接將電視信號(hào)傳送到分配網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省了干線(xiàn)、支線(xiàn)占用的指標(biāo)，又由 于每個(gè)光節(jié)點(diǎn)只覆蓋 500 戶(hù)以下，所以減少了分配網(wǎng)絡(luò)各種放大器的應(yīng)用。因?yàn)榇臃糯笃鞯募?jí)數(shù)越多，有線(xiàn)電視信號(hào)的指標(biāo)變的就越壞。放大器級(jí)數(shù)減少，提高了用戶(hù)終端有線(xiàn)電視信號(hào)指標(biāo)，因而有線(xiàn)電視圖像接收質(zhì)量得到提高。 光纖放大器 EDFA 技術(shù)成熟，致使長(zhǎng)距離有線(xiàn)電視干線(xiàn)及大型分配網(wǎng)絡(luò)向 1550nm 窗口轉(zhuǎn)移。在有線(xiàn)電視分配網(wǎng)絡(luò)中，由于目前光節(jié)點(diǎn)越來(lái)越接近用戶(hù)，分配網(wǎng)的光節(jié)點(diǎn)數(shù)大量增加，這使得增加光發(fā)射機(jī)的光功率和減少光纖的損耗顯得非常重要。 1550nm 窗口光纖損耗低，加之高可靠性大功率 1550nm 光放大器的研制成功，為此我們采用了暫新的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)思，采用了環(huán)星結(jié)構(gòu)。 采用 1550nm 環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有線(xiàn)電視光信號(hào)以順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较蛲瑫r(shí)傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。當(dāng)其中一路出現(xiàn)故障時(shí)，光接收機(jī)會(huì)自動(dòng)切換到另一路，這樣可以保障有線(xiàn)電視信號(hào)不間斷的傳輸。如果光纖線(xiàn)路過(guò)長(zhǎng)，則中間需要加一級(jí)光放大器。 網(wǎng)絡(luò)的前端系統(tǒng)一般是由一臺(tái)外調(diào)制的光發(fā)射機(jī)推動(dòng)一臺(tái)光放大器 光放大器輸出光功率對(duì)各條線(xiàn)路進(jìn)行星形分配到各分前端。在這種結(jié)構(gòu)中，光纖放大器只犧牲一定數(shù)量的 ON，對(duì) CSO 和 C 下 B 基本不影響。 光放大器對(duì)系 統(tǒng) C/N 劣化的最直接的物理原因，是光放大器中的泵浦激光器激發(fā)摻雜光纖產(chǎn)生的自發(fā)輻射光夾雜在前向放大信號(hào)中為信號(hào)帶來(lái)噪聲，降低了信號(hào)載噪比。為了增大載噪比，必須有足夠的光信號(hào)來(lái)爭(zhēng)奪泵浦光產(chǎn)生的受激態(tài)原子，產(chǎn)生更多的受激輻射，從而抑制自發(fā)輻射。因此光放大器輸入的光信號(hào)越大，系統(tǒng)載噪比劣化越小。設(shè)計(jì)合理的光輸入功率，解決了載噪比劣化問(wèn)題。 1550nm波長(zhǎng)上色散高是 1550nm波長(zhǎng)的一個(gè)弱點(diǎn) 色散會(huì)對(duì) CSO 帶來(lái)嚴(yán)重劣化。劣化的原因有兩種 :一種是激光器自身特性和色散相結(jié)合。另一種是寄生調(diào)頻的各個(gè)分量頻譜以 不同的速度經(jīng)過(guò)一定距離的光纖后產(chǎn)生非線(xiàn)性作用。采用色散位移光纖 (DSF)解決了這個(gè)問(wèn)題。由于 DSF 光纖色散值非常小 (幾乎為 0)， CSO 的劣化幾乎可以忽略。 應(yīng)用摻餌光纖放大器 (EDFA) EDFA 具備高增益、高輸出、寬頻帶、低噪聲、增益特性與偏振無(wú)關(guān)等一系列特點(diǎn)，促進(jìn)了超大容量、超高速、全光傳輸?shù)刃录夹g(shù)的發(fā)展。利用光放大器構(gòu)成的光傳輸系統(tǒng)主要特點(diǎn)是 :工作波長(zhǎng)恰好是在光纖損耗最低的 1550nm波長(zhǎng)，線(xiàn)路的禍合損耗小，頻帶寬，噪聲低，適合于有線(xiàn)電視信號(hào)傳輸。為了提高 EDFA的性能，采取了以下措施。 ，使 EDFA 的增益平坦，提高其幅頻特性 使用光柵光纖、介質(zhì)多層薄膜濾波器、平面光波導(dǎo)作為均衡器，利用損耗特性與放大器的增益波長(zhǎng)特性相反的原理均衡抵消增益不均勻性。 EDFA 特性 利用攙餌磅化物玻璃光纖，可使增益特性平坦，頻帶擴(kuò)寬。用不同攙雜材料和攙雜量的光纖進(jìn)行組合，制作混合型 EDFA。這樣可以使增益平坦性、噪聲特性和放大效率達(dá)到最佳。 光信號(hào)的傳輸 光纖傳輸特性： 光纜不易分支，因?yàn)閭鬏數(shù)氖枪庑盘?hào)，所以一般用于點(diǎn)到點(diǎn)的連接 。光纖的總線(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)性多點(diǎn)系統(tǒng)已經(jīng)建成，但是價(jià)格還太貴。原則上，由于光纖功率損失小、衰減少，有較大的帶寬潛力，因此，一般光纖能夠支持的分接頭數(shù)比雙絞線(xiàn)或同軸電纜多得多。目前低價(jià)可靠的發(fā)送器為 波長(zhǎng)的發(fā)光二極管 LED，能支持 100Mbps 的傳輸率和 ～ 2KM 范圍內(nèi)的局域網(wǎng)。激光二極管的發(fā)送器成本較高，且不能滿(mǎn)足百萬(wàn)小時(shí)壽命的要求。 運(yùn)行在 PIN 也是低價(jià)的接收器。雪崩光二極管的信號(hào)增益比 PIN 大，但要用 20～ 50V 的電源，而 PIN 檢波器只需用 5V電源。如果要 達(dá)到更遠(yuǎn)距離和更高速率，則可用 波長(zhǎng)的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)衰減很小，但要比 。 另外 ,與之配套的光纖連接器也很重要，要求每個(gè)連接器的連接損耗低于25dB，易于安裝，價(jià)格較低。光纖的芯子和孔徑愈大，從發(fā)光二極管 LED 接收的光愈多，其性能就愈好。芯子直徑為 100um，包層直徑為 140um 的光纖，可提供相當(dāng)好的性能。其接收的光能比 ，比 50/125um 光纖多 。運(yùn)行在 波長(zhǎng)的光纖衰減為 6dB/Km，運(yùn)行在 波長(zhǎng)的光纖衰減為 4dB/Km。 的光纖頻寬為 150MHz/Km， 的光纖頻寬為500MHz/Km。 綜合布線(xiàn)系統(tǒng)中，主干線(xiàn)使用光纖做為傳輸介質(zhì)是十分合適的，而且是必要的。 目前采用一種光波波分復(fù)用技術(shù) WDM（ WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING），可以在一條線(xiàn)路上復(fù)用、發(fā)送、傳輸多個(gè)位，一般按一個(gè)字節(jié)八位并行傳輸，對(duì)每個(gè)位流使用不同的波長(zhǎng)，所以它所需的支持電路可在低速率下運(yùn)行。 WDM 的光纖鏈路適合于字節(jié)寬度的設(shè)備接口，是一種新的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。 在 70 年代 ，一臺(tái)快速計(jì)算機(jī)（ CDC6600）可以在 100ns 之內(nèi)執(zhí)行一條指令。20 年后，一臺(tái)快速的 Cray 計(jì)算機(jī)可以在 1ns 內(nèi)執(zhí)行一條指令，每 10 年提高 10倍。 而在相同的時(shí)期內(nèi)，數(shù)據(jù)通信從 56kb/s（ ARPANET）提高到了 1Gb/s（現(xiàn)代光纖通信），每 10 年提高 100 倍還多，而同時(shí)出錯(cuò)率從 10－ 5/b 降到幾乎為 0。 而且，單 CPU 已經(jīng)快接近物理極限，例如光速和熱發(fā)散問(wèn)題就無(wú)法解決。與此相反，使用當(dāng)前的光導(dǎo)纖維技術(shù)，可獲得的帶寬完全可以超過(guò) 50,000Gb/s（ 50Tb/s），而且還在不斷的尋找更好的材料。當(dāng) 前實(shí)際的 1Gb/s 限制是因?yàn)楣怆娦盘?hào)的轉(zhuǎn)換不能更快的進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)室里，短距離可以獲得 100Gb/s。要達(dá)到1Tb/s 也僅僅是幾年內(nèi)的事。完全的光系統(tǒng)，包括進(jìn)入計(jì)算機(jī)和從計(jì)算機(jī)輸出，都可以做到（ Miki， 1994）。 在計(jì)算機(jī)和通信的競(jìng)賽中，通信是勝利者。其中隱含的意思是可以使用幾乎無(wú)限的帶寬（雖然要付出代價(jià)），但這并沒(méi)有被一代計(jì)算機(jī)科學(xué)家和工程師們意識(shí)到，因?yàn)樗麄兪艿侥峥固睾拖戕r(nóng)關(guān)于銅線(xiàn)帶寬有限理論的束縛。新的習(xí)慣性思維應(yīng)該是：所有的計(jì)算機(jī)都不可救藥的慢，不管被浪費(fèi)的帶寬有多少，網(wǎng)絡(luò)都應(yīng)該不惜任何代價(jià)的 避免計(jì)算。 光傳輸系統(tǒng)由三個(gè)部分組成，即光源、傳輸介質(zhì)和檢測(cè)器。習(xí)慣上，一個(gè)光脈沖表示比特 1，而無(wú)光脈沖則表示比特 0。傳輸介質(zhì)是極細(xì)的玻璃纖維。當(dāng)光照到檢測(cè)器時(shí)，它產(chǎn)生一個(gè)電脈沖。在光纖的一端放上光源，另一端放上檢測(cè)器，我們就有了一個(gè)單向傳輸系統(tǒng)，它接收一個(gè)電信號(hào)，轉(zhuǎn)換成光脈沖并傳輸出去，然后接收端再把光脈沖轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 實(shí)際上，如果不是利用了一個(gè)物理上的原理，這種光纖傳播系統(tǒng)就會(huì)因?yàn)槁┕舛鴽](méi)有實(shí)用價(jià)值。當(dāng)光通過(guò)一種介質(zhì)而進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，例如，光從空氣射入二氧化硅之中時(shí)，在兩者的界面上光將發(fā)生折射現(xiàn)象 （彎曲），原因就是兩種物質(zhì)對(duì)光的折射率不同導(dǎo)致的。 入射光在邊界上經(jīng)角度 α1射入，以角度 β1射出。折射量取決于兩種介質(zhì)的特性（兩者的折射率）。如果入射角大于一個(gè)臨界值，光線(xiàn)將完全反射回二氧化硅，而不會(huì)漏入空氣中。因而，光的入射角大于或等于臨界值時(shí)，光線(xiàn)將完全限制在光纖之中，而無(wú)損耗的傳播幾公里。 因?yàn)槿魏我源笥谂R界值的角度入射的光線(xiàn)，在介質(zhì)邊界都將被完全的反射回介質(zhì)，因而不同的光線(xiàn)在介質(zhì)內(nèi)部以不同的反射角傳播。可認(rèn)為每一束光線(xiàn)有一個(gè)不同的模式（ mode），具備這種特性的光纖稱(chēng)為多模光纖（ multimode fiber）。 但是，如果光纖的直徑減小到和光波波長(zhǎng)相同的時(shí)候，光纖就如同一個(gè)波導(dǎo)，光在其中沒(méi)有反射，而沿直線(xiàn)傳播，這就是單模光纖（ singlemode fiber）。單模光纖很貴，但傳輸?shù)木嚯x遠(yuǎn)。當(dāng)前可使用的光纖系統(tǒng)能以 1Gb/s 的速率傳輸 30km遠(yuǎn)。在