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1、中国有线电视 2005 ( 13 ) CH INA D IG ITAL CABL E TV 技术交流 光强度直接调制发射机的驱动电平与光接收机输出电平的关系分析冯金林 , 董立波(中广有线信息网络有限公司绍兴分公司 ,浙江 绍兴 312000 )中图分类号 : TN943. 6文献标识码 : E文章编号 : 1007 - 7022 ( 2005 ) 13 - 1250 - 04目前 , 大多数有线电视网络所用的是波长 1 310nm 的光发射机 ,调制方式采用光强度直接调制 ,这种 光发射机大量使用在城市及农村的 H FC 网络中 。随着事业的不断发展 ,光缆网络渐渐延伸 ,在光链路中正 在不
2、断加入新的设备 。另一方面 ,电缆网络随着使用 时间的增长渐渐老化 ,它要求光接收机能多输出一些 电平来弥补 ,因此光接收机面临着两难的局面 。如何 解决这个问题 ? 最简单的办法是将功率小的光发射机换成功率较大的光发射机或用增益高一些的模块改造 光接收机 ,但这样做要付出较大的经济代价 。另一个 办法是适当提高光发射机的驱动电平 ,进而提高光发 射机的光调制度 ,从而使光接收机的输出电平得到提 高 ,其关键是只能“适当 ”提高光发射机的驱动电平 ,只有这样才能在提高光接收机输出电平的同时又能保 证非线性指标不被劣化或很少劣化 ,这在理论上是可 解释的 。但分析厂方随机提供的光发射机常温下的测
3、 试报告 ,其驱动电平的范围很狭窄或无上限值 ,因此 , 需要搞清楚在保证指标的前提下 ,光发射机的驱动电平与光接收机的输出电平之间的关系 。经过一段时间 的试验研究 ,我们认为适当提高光发射机的驱动电平 来提高光接收机输出电平的办法在实践上是可行的 , 现分析如下 。1 光强度直接调制工作原理管的发光强度的调制 。根据有关资料介绍 ,调制时调制深度 m 的值可在 0. 25 0. 5 之间选择 。 直接光强度调制原理如图 1所示 。用已调制的 CA TV 信号对激光二极管进行调制 , 激光二极管输出的光功率与输入的电信号电流 成 比 例 ,若以 P0 代表平均光功率 ,则有 :P ( t)
4、= P0 1 + m S ( t) 式中 : P0 光源平均功率 ;m 光调制深度 , 定义为 : m = I / Ib ; I工作电流相对于偏置点电流的变化量 ; Ib = Ib - Ith ;Ib 偏置点电流 ;Ith 激光二极管的阈值电流 ;S ( t) 时变模拟电视信号 。 当接收端使用平方率光检波的接收器件时得到电信号为 :I ( t) = Io 1 + m S ( t) 式中 : Io 光接收机光电二极管的平均电流 ,表现为 直流成分 ;交流成分部分 m S ( t)恢复了原始的电视信号 ;m 与之相对应的光发射机的调制深度 。 从函数关系式可以看出 ,光发射机的光调制深度 m较大
5、时 ,从光接收机恢复的电视信号强度 Io m S ( t)也较大 。实践证明适当加大光调制深度能改善光链路的 C /N ,使光接收机输出的电平升高 ,但是对 m 控制不当 , 会使光链路的非线性失真指标变差 ,特别是对那些驱动 电路无 A GC控制的光发射机更要引起重视 。所谓光 强 度 直 接 调 制 方 式 , 是 将 已 调 制 的AM(Amp litude Modu la tion)电视信号电流直接叠加到激光二极管的偏置电流上 ,激光二极管的光功率变化能够 响应注入电流信号的高速变化 ,从而完成对激光二极率之 比 ) , 当 加 载 模拟信号时 , 测系统的C / C TB 值 就 会
6、 变 大 。当 激 光 二 极 管处于过载临界点时 ,往往 表 现 出 传 输 链 路 比 特 误 码 率 ( B ER ) 变 大 。 当B ER 指 标 严 重 劣 化 时 , 测模拟电视频道 的 C / C TB 指标也跟 着 迅 速 劣 化 。根 据 这一原理 , 我们利用网络 上 的 有 线 电 视 信号 (同时传输数字 信号 和 模 拟 电 视 信 号 )作为试验的信号 源 。目 前 我 们 网 络图 1 光强度调制原理图目前我们公司 CA TV 系统传输模拟电视频道 34个 ,数字电视频道 15 个 ,输入电平的提高易引起非线 性指标的劣化 。我们的目的是既要 保 证提 高链 路
7、 的C /N 指标 , 提高光接收机的射频输 出电 平 , 又要 保 证该光链路的非线性指标 C / C TB 、C / CSO 不变差 。AM 调制方式对非线性比较敏感 ,当有多个频率通过 激光二极管这样的非线性器件时会产生新的频率分量 ,对所传输的正常信号产生严重的干扰 。高阶项产生的影 响很小 ,所以我们一般情况下只考虑二阶和三阶产物 ,频率为 fi fj 的拍频分量为二阶交调产物 CSO, 频率为fi + fj - fk 的 拍 频 分 量 为 三 阶 交 调 产 物 CTB。在 CATV 中 CSO 的影响在通带边缘最为明显 , 而 CTB 的影 响在通带中间最为明显 ,为了加大光发
8、射机调制深度进 而提高相对应的光链路上的光接收机射频输出电平 ,同 时保证光链路非线性指标不被劣化 ,我们在室内和室外 实际 HFC网络上进行了多次试验 。2 提高光发射机驱动电平进而提高光接收机输出电 平的试验2. 1 试验的原理 我们知道每只激光二极管在限定的频带上有一定总功率 ,当它在加载信号中过载时会产生大量的谐波 ,引起载波 /组合噪声比指标劣化 ,在频谱仪上表现出系 统的噪声底部迅速抬高 ,当加载数字信号时 ,这时测系 统的 N PR 值就会变小 (N PR 值是数字信号的功率电平与热噪声 、干扰和交调失真按功率叠加的总噪声功上所传输 的 频 道 数 还 不 多 , 为 保 证 今
9、 后 频 道 增 加 时B ER 仍保持在一定数值上 , 我们对光发射机的误码率 留有一定的空间 。为保证光发射机的非线性指标有一 定裕量 , 我们设定试验时的 B ER 值为 1 10 - 9 。在试 验时 , 不断加大光发射机的驱动电平 , 监测光接收机输 出端的误码率 , 直到误码率等于 1 10 - 9为止 , 这就要考虑测量系统的 C / C TB 值 。B ER 指标比 C / C TB 容易 劣化 ,我们设定误码率等于 1 10 - 9 ,这时的光发射机 的驱动电平就作为我们今后调试 、维护的依据 ,不能突 破这一数值 (今后频道增加时要适当减少光发射机的 驱动电平 ) 。2.
10、2 室内试验电路 光链路结构及其信号源完全 模拟乡镇站 (见图 2 )图 2 室内试验电路图( 1 )试验电路的主要设备光发射机 : 10 mW、16 mW 光发射机 ;光接收机 :无锡雷华 环球电子设备有限公司生 产的光接收机 , R1 R2 为 75 可调衰减器 。( 2 )测试仪器美国泰克公司生产的 TEK2714、惠普公司生产的冯金林等 :光强度直接调制发射机的驱动电平与光接收机输出电平的关系分析 中国有线电视 2005 年第 13 期SDA - 5500、光功率计 。试验记录见表 1、表 2。试验地点在 东 浦 镇 农 村 H FC 网 络 , 试 验 的 H FC网络结构如图 3
11、所示 ,试验的测试仪表同前 ,试验测试记录见表 3。2. 3在实际的 H FC网络线路上试验表 1试验记录 ( 10 mW 光发射机 )试验记录 ( 16 mW 光发射机 )表 2序 号16 mW 光发射机光接收机驱动电平 ( dBV )输出光功率 ( dBm )输入光功率 ( dBm )输出电平 ( dBV )B ERC / C TB ( dB )0011. 6- 0. 7501 10 - 9/18011. 6- 0. 7598. 21 10 - 9/28111. 6- 0. 7599. 31 10 - 9/38211. 6- 0. 75100. 31 10 - 9/48311. 6- 0.
12、 75101. 21 10 - 9/58411. 6- 0. 75102. 61 10 - 9/68511. 6- 0. 75103. 51 10 - 9/78611. 6- 0. 75104. 91 10 - 9/88711. 6- 0. 75105. 91 10 - 9/98811. 6- 0. 75106. 91 10 - 9/108911. 6- 0. 75107. 91 10 - 9/119011. 6- 0. 75108. 21 10 - 9- 68 - 1. 1 MH z129111. 6- 0. 75109. 31 10 - 9- 68. 4 - 1. 1 MH z139211
13、. 6- 0. 75110. 21 10 - 9- 67. 3 + 3 kH z149311. 6- 0. 75111. 26. 5 10 - 9- 66. 7 + 11 kH z159411. 6- 0. 75112. 34. 1 10 - 7- 62. 6 + 8 kH z169511. 6- 0. 75113. 52. 5 10 - 6- 58. 3 + 6 kH z备注光发射机为浙江广播科研所生产 ,无射频 A GC功能 。序 号10 mW 光发射机光接收机驱动电平 ( dBV )输出光功率 ( dBm )输入光功率 ( dBm )输出电平 ( dBV )B ERC / C TB (
14、dB )0010. 03- 2. 601 10 - 9/18010. 03- 2. 6100. 71 10 - 9/28110. 03- 2. 6101. 31 10 - 9/38210. 03- 2. 6102. 21 10 - 9/48310. 03- 2. 6103. 41 10 - 9/58410. 03- 2. 6104. 51 10 - 9/68510. 03- 2. 6105. 41 10 - 9/78610. 03- 2. 6106. 11 10 - 9- 67 - 1. 1 MH z88710. 03- 2. 6106. 97. 4 10 - 8- 67. 3 + 10 kH
15、 z98810. 03- 2. 6107. 18. 6 10 - 7- 63. 4 + 7 kH z108910. 03- 2. 6108. 71. 1 10 - 5- 54. 8 + 5 kH z备注光发射机为浙江广播科研所生产 ,无射频 A GC功能 。从以上 分 析可 知 : 当光 发 射机无驱动信号时 , 光发射机有光 功率 (平均 )输出 ,而光接收机无射频信号输出 。( 2 )光发射机的驱动电平的 提高只能加大该光发射机的光调 制度 ,并不能明显增加光发射机 的光功率输出 ,见表 1 ,因此在光链路损耗一定的条件下 , 光调制 度的提高并不能增加光接收机的输入功率 ,但能提高光接收
16、机的输出射频电平 。( 3 )光发射机驱动电路处在 M GC 状态 ,其驱动电 平每提高 1 dBV ,相应链路上的光接收机的输出射频 电平也基本提高 1 dBV ,近似 1 1的关系 。( 4 ) 比 特 误 码 率 ( B ER ) 指 标 比 非 线 性 指 标 ( C / CTB )更容易劣化 , 当 B ER 指标明显劣化时 , C / CTB 指标还保持在 - 67 dB ,见表 1序号 8,只有系统 B ER 指 标保证 ,非线性 ( C / CTB )才能保证 ,反之并不成立 。( 5 )在双向网络中使用此方法要密切关注 B ER 指 标 , 光发射机驱动电平过高会引起 C /
17、 C TB 值的下降 , C / C TB 指标严重劣化时会殃及 B ER 指标 ,影响数字电 视的质量 ,同时产生的谐波会干扰上行通道 ,这点要引 起重视 。( 6 )通过在网络上对不同型号光发射机的多次试验与实施 ,证明提高光发射机的驱动电平可以提高相 对应光接收机的输出电平 ,但提高光发射机的驱动电 平应“适当 ”,应在保证系统的误码率和非线性指标不 劣化或劣化不多的前提下进行 。4 结束语经过试验与实践 ,证明此方法是可行的 ,这对于由 各种原因引起的光链路衰减过大导致光接收机输出电 平减少或由于网络老化需要光接收机增加输出具有现 实意义 。实践证明增加光发射机驱动电平 ,光接收机输
18、出电平的提高是显著的 ,具有良好的经济效益 。要注意的是由于光发射机及光接收机性能的离散性 ,必须在工 程完工时测一下 系统 出 口处 的 B ER 和 C / CTB 值 , 当 B ER 与 C / CTB 劣化时 ,应适当降低相应的光发射机的 驱动电平 ,在保证非线性指标的前提下提高光接收机的 输出电平 。考虑到在相同的驱动电平下系统的误码率指标易比非线性指标劣化 ,因此在双向 H FC 网络上实 施该方法要谨慎 ,要留有充分的余地 ,在单向网络上运 用此方法能较大幅度地提高光接收机的输出电平 。收稿日期 : 2005 204 229 图 3 试验 H FC网络结构试验测试记录表 33
19、试验数据的分析( 1 )光发射机无驱动信号时 , 光发射机仍有光功 率输出 ,光接收机无射频信号输出 ,见表 1、2试验 0 序号项 。分析如下 :因为 m = I / Ib , Ib = Ib -Ith通电时激光二极管有偏置电流和阈值电流 ,即有Ib 0 , Ith 0 ,且 Ib Ith ,因此 Ib 0 且大于 0 ,无信号 时 I = 0, Ib 0 ,因此 m = 0。当光发射机无驱动信号时 :P ( t) = P0 1 + m S ( t) = P0 平均光功率 ;I ( t) = I0 1 + m S ( t) = I0 光电二极管内部 以直流电形式存在 。因此 ,当光发射机无驱
20、动信号时 ,光发射机有光功 率 (平均 )输出 ,光接收机无射频信号输出 , 光电二极 管只有直流分量输出 。测试点电平C / CTBA92 dBV- 68. 7 + 1. 1 MH zB12. 3 dBm/C- 1. 2 dBm/D106 dBV- 66. 9 - 1. 1 MH zE87 dBV- 68. 7 + 1. 1 MH zF9. 8 dBm/G- 1. 15 dBm/H101 dBV- 65. 9 + 1. 1 MH z备注图 3中 10 mW、16 mW 光发射机由浙江省广播 科研所生产 。生产商推荐输入电平 10 mW 为 79. 5 dBV ,现 提高 到 87 dBV; 16 mW 推 荐 输 入 电 平 为 84dBV ,现提高到 92 dBV。试验气温 24,系统有 34个模拟频道 、15个数 字频道 ,非线性指标仍能符合设计要求 。
