盧建蒙

秦皇島市廣播電視中心，河北秦皇島 066000

光纖CATV傳輸系統(tǒng)和光纖拉曼放大器相關(guān)問題分析

盧建蒙

秦皇島市廣播電視中心，河北秦皇島 066000

在分析CATV的性能指標(biāo)-載噪比CNR的基礎(chǔ)上，最后重點(diǎn)分析了拉曼放大器中兩種主要的噪聲：放大的自發(fā)輻射噪聲(ASE)和雙重背向瑞利散射噪聲(DRB)，有利于進(jìn)一步研究光纖CATV傳輸系統(tǒng)長(zhǎng)距離傳輸問題。

光纖CATV傳輸系統(tǒng)；光纖拉曼放大器；載噪比；自發(fā)輻射噪聲；雙重背向瑞利散射噪聲

0 引言

有線電視系統(tǒng)一般由前端，干線傳輸，分配網(wǎng)絡(luò)，用戶終端四部分組成。前端是有線電視節(jié)目信號(hào)的來源；干線傳輸主要有光發(fā)射機(jī)、放大器、光纜、光接收機(jī)4部分組成；光發(fā)射機(jī)的核心部分是分布反饋激光器（DFB）或發(fā)光二級(jí)管，可以將輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)；放大方式可以分為光電光放大和全光放大兩種；光、電、光二級(jí)放大比較落后，設(shè)備復(fù)雜，放大效率低，而且容易引入額外噪聲；全光放大設(shè)備簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，放大效率高[1,2]，例如常見的摻鉺光纖放大器（EDFA），光纖拉曼放大器（FRA）和半導(dǎo)體光放大器（SOA）；光接收機(jī)的主體是光電檢測(cè)器，能夠?qū)崿F(xiàn)將輸入的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。分配網(wǎng)絡(luò)主要用同軸電纜來完成，利用現(xiàn)有的電纜網(wǎng)絡(luò)，就可以把電視信號(hào)送到每家每戶。

1 CATV的性能指標(biāo)-載噪比CNR

對(duì)于AM-VSB CATV系統(tǒng)，主要有3個(gè)重要的系統(tǒng)指標(biāo)：載噪比（CNR）、二階組合互調(diào)失真（CSO）和三階組合差拍失真（CTB）。

電視信號(hào)從前端送往用戶終端，在傳輸過程中不可避免要經(jīng)歷失真與損耗。噪聲是普遍存在的：在光纖CATV系統(tǒng)中，噪聲來源于光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)以及放大器、以及光纖傳輸鏈路中產(chǎn)生的噪聲等。其中包括：1）接收機(jī)中的電子熱噪聲和光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的量子噪聲；2）光發(fā)射機(jī)中激光器本身產(chǎn)生的相對(duì)強(qiáng)度噪聲（RIN）；3）光放大產(chǎn)生的ASE與傳輸信號(hào)之間的差拍噪聲；4）傳輸過程中各種非線性效應(yīng)引起的信道間的交調(diào)噪聲；5）光纖中的DRB與信號(hào)間的差拍噪聲，雖然這些噪聲有不同的產(chǎn)生機(jī)理，具有不同的特性，但是它們都會(huì)對(duì)圖象質(zhì)量產(chǎn)生影響，導(dǎo)致圖像背景雪花。

要想獲得足夠高的CNR，保證傳輸質(zhì)量，一是提高接收端光功率；二是減小相應(yīng)的噪聲源的噪聲。但是在采用EDFA放大的長(zhǎng)距離CATV系統(tǒng)中，高的接收光功率意味著大的入纖光功率，由此造成光纖的非線性效應(yīng)，使系統(tǒng)非線性指標(biāo)惡化。而減小各種噪聲始終是各種新技術(shù)所致力的目標(biāo)。前面我們已經(jīng)介紹了在長(zhǎng)距離CATV系統(tǒng)中采用FRA分布光放大的諸多優(yōu)點(diǎn)，而采用FRA的ASE噪聲與采用EDFA相似，其主要缺點(diǎn)是FRA的分部放大會(huì)同時(shí)對(duì)DRB放大。

2 拉曼放大器的噪聲特性

所有的放大器都會(huì)給系統(tǒng)帶來額外的噪聲，拉曼放大器也不例外。放大器的噪聲特性是一項(xiàng)重要指標(biāo)，由于拉曼放大器的放大機(jī)理與EDFA完全不同，所以其噪聲特性也不同于摻稀土元素的光放大器。光纖拉曼放大器主要有兩類噪聲一放大的自發(fā)輻射噪聲（ASE）和雙重瑞利散射噪聲（DRB）。

2.1 自發(fā)輻射噪聲

同EDFA類似，放大的自發(fā)輻射噪聲ASE也是拉曼放大器很重要的一個(gè)噪聲來源。拉曼放大器中的ASE噪聲是由于自發(fā)拉曼散射效應(yīng)經(jīng)泵浦光拉曼放大而產(chǎn)生的覆蓋整個(gè)拉曼增益譜的背景噪聲。很明顯泵浦光功率越大，拉曼放大作用越明顯，ASE噪聲就會(huì)越大。在拉曼增益一定的前提下，光纖中的噪聲光功率會(huì)隨著傳輸距離的增大而減小。一方面這是因?yàn)楣饫w自身對(duì)所有光信號(hào)的衰減作用，噪聲光一直經(jīng)歷著損耗，這在一定程度上抑制了ASE噪聲；另一方面由于光纖的衰減作用，泵浦光功率越來越弱，它對(duì)所有信號(hào)光的放大作用也是在減弱。拉曼放大器的帶寬越窄，ASE噪聲功率就越低，信噪比越高，因此在單波長(zhǎng)的CATV系統(tǒng)中可通過加光濾波器的方法減小FRA的ASE噪聲。

2.2 瑞利散射噪聲

瑞利散射是由于在光纖的制造過程中，光纖的局部濃度微觀起伏導(dǎo)致了折射率在比波長(zhǎng)還要小的尺度上發(fā)生隨機(jī)變化而造成的。在光纖傳輸?shù)倪^程中，瑞利散射會(huì)使一部分輸入信號(hào)光散射，變成反向傳輸?shù)墓狻Ｒ环矫?，它?huì)引起功率消耗，是1 550nm波段內(nèi)光纖傳輸損耗的主要因素之一；另一方面，被散射成后向傳輸?shù)墓獠〞?huì)再經(jīng)過一次瑞利散射而變?yōu)榍跋騻鬏數(shù)墓?，這就是雙重瑞利背向散射（DRB）。

在發(fā)生雙重瑞利背向散射后，實(shí)際上還有可能發(fā)生多重的反復(fù)瑞利散射，但是瑞利散射超過兩次以后，瑞利散射的功率就變得非常小，可以忽略，因此，一般只考慮到雙重的瑞利散射。雙重瑞利背向散射能夠使噪聲信號(hào)的傳輸方向與信號(hào)光相同，兩者會(huì)發(fā)生相干疊加，影響系統(tǒng)性能。由于拉曼放大器獨(dú)特的分布放大機(jī)理，它會(huì)使光纖中所產(chǎn)生的瑞利散射噪聲經(jīng)過前后兩次的分布放大，噪聲更加嚴(yán)重，因此，它是光纖拉曼放大器中另一個(gè)需要考慮的重要噪聲參數(shù)。

理論和實(shí)驗(yàn)都表明，泵浦光功率越大，傳輸距離越長(zhǎng)，瑞利散射的影響就越大；對(duì)于多個(gè)放大器級(jí)聯(lián)的系統(tǒng)，放大器個(gè)數(shù)越多，則DRB散射的影響越小。如果光纖長(zhǎng)度一定，當(dāng)開關(guān)增益較小時(shí)，ASE噪聲就構(gòu)成了放大器噪聲的主要成分，可以忽略DRB噪聲影響；當(dāng)開關(guān)增益較高，瑞利散射噪聲就急劇增加，超過ASE噪聲。為了抑制DRB噪聲的影響，可以采用多級(jí)放大的方式，避免泵浦功率過高和傳輸距離過長(zhǎng)。由于雙向泵浦在光纖中的光功率分布比較均勻，因此，還可以通過采用這種泵浦方式來降低瑞利散射。另外在傳輸光纖中加入光隔離器，可以破壞雙重瑞利散射的環(huán)路增益，也能夠取得很好的抑制效果。

3 結(jié)論

主要對(duì)CATV光纖傳輸系統(tǒng)性能指標(biāo)，主要是CNR，以及拉曼放大的基本原理和拉曼放大器的噪聲特性進(jìn)行分析，對(duì)于今后光纖拉曼放大器對(duì)長(zhǎng)距離CATV光纖傳輸系統(tǒng)CNR性能的影響具有一定幫助。

[1]楊萬(wàn)榮.有線電視光纖傳輸系統(tǒng)中的噪聲與失真[J].甘肅 科技，2007，23(7).

[2]熊辰光.CATV光纖傳輸中載噪比的討論[J].有線電視技 術(shù)，2005，12(18).

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1674-6708（2010）24-0212-02

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