有线电视城域光纤网系统升级改造的探讨

1有线电视城域光纤网系统升级改造的探讨云南视通电子信息产业有限公司刘正清王大庆地址：昆明市二环西路220号云南软件园A座9层电话：1360871244313308850055前言：为保证有线电视信号的优质传输并发挥有线广播电视传输网在今后我国信息高速公路建设中的优势，适应三网融合的发展趋势，提高竞争力。广电业必须十分重视和尽早实施有线广播电视城域网的传输升级改造。作者结合我国大多数有线电视城域网的网络现状，对我国的有线电视城域网的网络升级改造提出了可行性方案。笔者认为：1550nm光传输系统相比1310nm光传输系统其优势就在于1550nm光波长的损耗0.17-0.25/km,1310nm光波长的损耗0.32-0.4/km。在1550nm光系统中可以使用光放大器对光信号放大，且光放大器输出光功率特别大是长距离传输和光节点分布密集条件下的最佳选择。所以在目前的网络升级改造中应采用1550nm光传输平台方式使用光接收机直接覆盖用户，每个光节点覆盖用户30～90户（主要从数据接入因数考虑：因为一个ONU满配数据用户32个，一般情况下考虑一个ONU接入30个数据用户留有一定余量，一个光节点最多安装3台ONU设备）。有线电视城域网传输部分不采用1550nm与1310nm光系统的光电转换中继传输方式，或者1310nm与1310nm的光系统的光电转换多级中继传输方式，而是采用一级1550nm光系统传输，来减少传输过程中的多次转换环节，从而达到减少传输过程中的技术指标的损失（劣化）和降低故障率及减少运维成本。一、国内大部分有线电视城域网传输的现状1、早期建成的现行光纤网络90年代中期，一场“光”的革命将有线电视自共用天线系统模式以来的同轴电缆传输方式，采用光纤传输手段替代电缆传输成为以光缆主干的传输网络后，无论在传输距离还是传输技术指标上都有较大的改善为当时的网络提供了很好的传输保障。但也正是当初出于光缆对同轴的简单取代，没有做好一次性长期规划，而光缆的寿命长达二三十年，很多网络一直在发展过程中大都是保留现状或者光路延伸的方式，造成目前广电网络在应对“三网融合”中显得底气不足或者脉络不畅。早期建设的光网主要存在以下问题：2a.早期的光纤及传输设备贵，大都为1310nm光传输，光主干线缆短、光节点少，最后“一公里”仍为同轴；b.部分规模较大的网络虽采用了1550nm光主干传输，后端依然用1310nm的光中继，单个光节点覆盖用户在500-2000户。c.进入2000年后，随着有线电视系统功能和业务不断增加，数字电视业务迅猛发展和互动点播、数据宽带等的需求，原有的网络架构和传输模式难以支撑下去。在此情况下，很多网络运营商为了少投入、见效快，大都采用在原有骨干的基础上，延长光纤扩建网络，大量密集增加光节点，即“头疼医头，脚疼医脚”的方式来达到传输的要求。2、目前大多网络的技术传输方式：目前国内的有线电视城域网大多采用中继传输方式来完成传输任务，主要形式有以下两种。1550nm与1310nm光系统中继传输以及1310nm与1310nm光系统的中继传输如下图：3、传输网络的结构：目前国内的有线电视城域网大多采用“星型+树形”的网络结构没有光传输和光分配的概念，其光网络结构如下图：34、传输网络的缺陷：a、无法或很难以建成光缆自愈环形网，大面积中断信号的概率较高，传输可靠性差。b、网络投资成本相对较高，包括两个方面：一是1310nm光系统的光发射机输出功率每mW成本高于1550nm光系统的EDFA（光放大器）的每mW成本。二是光接收机的失真增大造成输出电平降低最终造成使用效率低一半以上，如需达到同样的失真指标，对光接收机的技术指标要求就非常高，所以光接收机的成本就很高。c、网络传输的技术指标低，当光网络系统采用一次光中继时系统的C/N将要劣化10lg2=3dB，CSO将要劣化15lg2=4.5dB，CTB将要劣化20lg2=6dB。当光网络系统采用两次光中继时系统的C/N将要劣化10log3=4.8dB、CSO将要劣化15lg3=7.2dB，CTB将要劣化20lg3=9.5dB。5、目前现有光网络传输技术指标分配如下按国家广电总局现行政策规定2015年以前，不能停播和传输模拟电视节目。因为模拟电视系统对C/N、CSO、CTB的要求远比数字电视系统要高，所以为了保证模拟电视收看效果，系统的技术指标C/N、CSO、CTB分配如下表1表1（模数混传）：项目系统指标dB前端1550nm干线1310nm干线分配网比例指标dB比例指标dB比例指标dB比例指标dBC/N≧441/10543/1049.23/1049.23/1049.2CSO≤-55--3/10-62.83/10-62.84/10-61CTB≤-55--3/10-65.53/10-65.54/10-634当2015年以后可以取消模拟电视节目的播出和传输时数字传输系统技术指标分配情况如下表2：上表的CCNR=-10lg[10-（C/N）/10+10-（C/CSO）/10+10-（C/CTB）/10],其中64QAM的C/N=28dB,256QAM的C/N=32dBMER=-10lg[10-（CCNR/10）/(1+α)],其中CCNR为复合载噪比，α为滚降系数取值0.15。从上表1和表2技术指标分配计算结果可以看出，模数混传系统的C/N技术指标要求远高于数字系统技术指标的要求。根据表1的技术指标分配及计算结果看以看出，1550nm和1310nm两级光干线的C/N均要求在49.2dB以上。目前市场上光接收机在光接收功率在0dBm接收时，其C/N为51dB,据此计算，在实际应用中，光接收功率最低要求在-1.8dBm以上；而CSO、CTB在表1和表2中基本没有变化，所以对接收设备失真指标的要求都非常高，市场上常规设备难以达到此一要求。同样，从上表1和表2技术指标分配计算结果可以看出，对于数字电视系统前端的CCNR要求为38dB，换算成MER为38.6dB，而目前市场上最好的64QAM调制器MER也只有40dB，只高于设计要求1.4dB。表中对光干线系统CCNR要求为33.2dB，而实际网络传输中的1550nm和1310nm的光接收机在0dBm功率接收时其C/N为51dB,按此条件计算该设计方案要求C/N为33.2dB，那么光接收机的输入光功率可以做到接近-17.8dBm接收极限值，当然要保证光接收机与0dBm光功率接收时相同的输出电平对光接收机的放大增益要求很高。另外从技术指标分配表中还可以看出该方案对1550nm和1310nm光系统的失真指标CSO和CTB的要求为-62.8dB和-65.5dB，而目前市面上指标最差光接收机的CSO为-61dB,CTB为-63dB，两项技术指标中其中CTB失真指标不符合设计要求，因此不能使用该类指标差的光接收机，而应选择失真技术指标较高的的光工作站（CSO-73dB和CTB-73dB）才能满足系统要求。d、光传输网络的运维成本高:一是1310nm光系统网络光分配机房的电费是1550nm光系统网络的7倍以上，因为一台EDFA光放大器耗电25-30W输出的有效光功率为250mW（24dBm）甚至更大可达500mW（27dBm），而一台1310nm系统光发射机耗电15-20W输出的最大有效光功率为20mW(13dBm)。二是使用了大量有源光设备故障概率高，增加了维护人员、车辆、油项目系统指标dB前端1550nm干线1310nm干线分配网C/NMER比例指标dBMER比例指标dBMER比例指标dBMER比例指标dBMERCCNR≥2828.61/103838.63/1033.233.83/1033.233.83/1033.233.8CSO≤-55--3/10-62.83/10-62.84/10-61CTB≤-55--3/10-65.53/10-65.54/10-635耗等成本。三是光传输网络采用中继方式占用了大量的系统C/N、CSO、CTB指标使得光接收机工作动态范围小受外界环境影响明显，也会增加了电缆分配网维护的概率从而增加运维成本。二、进行1550nm城域光网络改造的必要性和紧迫性随着网络电视、直播卫星、移动电视、地面高清电视和网络流媒体等新型信息媒体的诞生、特别是国家要求在2010年开始在全国部分省级城市进行“三网融合”的试点，接下来的几年进行大范围推广以便逐步实施三网合一。中国的有线电视网络将由独家垄断经营局面逐步走向和国内实力强大的三大通信运营商全面竞争的劣势环境，要想在和通信运营商的竞争中求得生存，广电有线网络在未来网络市场信息服务业中的发展，就不能仅靠传统的有线电视基本业务来和通信运营商同台竞争，只有在有线电视基础网络上下功夫，建设一个网络投资成本低、运营成本低、服务质量高的有线电视网络。目前在数据接入的问题上通信运营商和广电运营商在网络最后一公里的问题上大家都不约而同采用了EPON技术，不同的是在网络最后一百米的地方通信运营商以LAN接入的技术为主，而广电运营商则是以EOC接入技术为主。这两种技术从物理链路上看大家都采用了星型线缆敷设方式，可见其故障率和可靠性是旗鼓相当，但是从物理性能看LAN接入带宽最多100兆，而EOC接入带宽可达1000兆以上，相比之下具有较强的竞争优势。三、1550nm城域HFC双向网络的核心竞争力1、1550nm城域HFC双向同轴网络最后100米具有卫星通信、无线电视网络、通信网络无法比拟的带宽资源优势。2、有线电视网络的入户率之高具有庞大的客户资源优势。3、1550nm城域HFC双向接入网络建设成本比较低,无需敷设双绞线电缆网。四、改造的基本思路和技术方案1、1550nm城域HFC双向网络的基本思路a、除保留原有城域光干线的功能外，新改造的1550nm城域传输主干可以建设成为环形自愈网。b、光传输部分采用一级光纤直接到楼栋，中间不允许有任何光电转换环节。每个光节点覆盖用户30-90户同轴电缆最长距离不超过100米。6C、从主干环网引接光缆支干线为星形、树形结合的结构方式。d、光传输部分要有光干线部分和光分配部分的区分，光干线放大器的使用要考虑SBS影响其输出功率不允许超过19dB，而光分配部分的光放大器则尽量采用大功率的光放大器比如：24dBm(250mw)甚至更大27dBm(500mw)。e、1550nm传输系统最大的缺陷就是色散问题，当模数混传系统传输距离超过120KM或纯数字系统传输距离超过200KM时就要考虑使用色散补偿器进行色散补偿，补偿原则按照G.655（非零色散位移光纤）的色散要求进行补偿。f、对于传输距离单跨超过100公里时则使用参铒光纤放大器（EDFA）与拉曼放大器（RFA)级联实现传输。2、1550nm城域光网络改造的技术方案在综合各方面因素的基础上考虑，我们采取如下技术方案：见下图。7图例：光接收机1550光发射机光放大器光自动开关光分路器主干光放大器19dB1550光发射机主干光分路器主干光分路器光自动开关分配光分路器分配光放大器右环路光分配机房1去左环路分配机房右环路右环路光分配机房2主干光分路器主干光分路器光自动开关分配光分路器分配光放大器主干自愈光分路器主干自愈光分路器光自动开关分配光分路器分配光放大器主干光放大器19dB主干自愈光放大器19dB主干光分路器分配光放大器右环路光分配机房4光自动开关分配光分路器主干自愈光分路器主干光分路器右环路光分配机房5光自动开关分配光分路器分配光放大器主干自愈光分路器分配光分路器分配光放大器分配光分路器分配光放大器分配光分路器分配光放大器分配光分路器分配光放大器右环路光分配机房6右环路光分配机房8右环路光分配机房9城域1550nm光传输系统改造升级方案图主干光放大器19dB右环路光分配机房3右环路光分配机房78现针对上面的1550nm城域光传输系统改造升级方案图做以下的详细分析。a、网络结构及自愈的工作原理：该1550nm城域光传输改造升级方案是以主前端与5个光分配机房建立的右环网，其中从右环光分配机房1至右环光分配机房5构成了一个完整的主干环网。然后从光分配机