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浅议农村有线电视网络建设与改造方式汇总
河北广电网络集团秦皇岛燕山有限公司论文汇编
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有线电视技术》2009年第10期
浅议农村有线电视网络建设与改造方式
王学良(河北广电网络集团秦皇岛燕山有限公司
河北省秦皇岛市066001
摘要:
本文简要论述了农村地区有线电视网络建设与改造的方式,提出了网络建设与改造的标准,介绍了多级星型网络的设计方法和均分型光分路器的设计指导思想,给出了农村地区有线电视网络建设与改造的基本方法。
关键词:
农村有线电视建设与改造多级星型网络均分型光分路器
作者简介:
王学良(1962—,男,河北广电网络集团秦皇岛燕山有限公司常务副总经理,主要从事有线电视综合信息网络的建设和运营管理工作。
1引言
河北广电网络集团秦皇岛燕山有限公司从2001年开始在所辖四县农村进行大规模有线电视网络建设,到目前已经建成近3000公里光缆传输网络,覆盖辖区80%行政村,拥有28万在网用户。
网络建设初期,受资金来源、技术水平等因素的制约,网络结构和设备选型上过于倾向于经济性,部分地区光缆网为树型结构,光节点少、光分路器级数多、故障率高、维护困难,严重制约了有线电视网络的发展和服务管理水平的提升。
随着传输网络老化,故障率逐年上升,信号传输质量严重下降,用户逐年流失,迫切需要对其进行网络升级改造。
近年来我们根据技术发展情况、各种有线电视业务的发展和预期以及自身资金状况,在最大限度的保护原有投资、降低网络运营维护成本、延长网络使用寿命的前提下,逐步对
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原有的质量较低的有线电视网络进行升级改造。
本文仅结合秦皇岛农村地区有线电视网络的建设与改造实践,就如何保护原有投资、以最少的投入实现网络扩升级改造等问题进行探讨。
2、农村地区有线电视传输体系现状及发展方向
现阶段县级有线电视应建设为HFC网,即光电混合网。
由于县级有线电视网的覆盖面积大,光节点较多且分散,光纤传输距离长,除县城范围外,一般采用二级转发传输方式。
其基本拓扑结构图如图1
所示:
图1县域光纤传输系统拓扑结构图
其中乡镇转发机房可采用的方式为:
2.1光—电—光—光接收机传输方式
采用这种方式时,县中心机房通过光缆将信号传输至机房,在转发机房经光电转换,解调为射频信号后,再由光发射机传输至各光节点提光节点。
信号传输流程如图2所示。
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图2:
光—电—光—光接收机传输方式
一般情况下,县中心机房可根据与转发机房的距离确定光发射机波长的选择。
当县中心机房与转发机房的距离均在40公里以内时,采用1310nm光发射机;当县中心机房转发机房的距离有超过40公里的情况时,一般采用1550nm光发射机+EDFA光放大器。
在转发机房一般采用1310nm光发射机。
这种传输方式的优点为:
a接入方式灵活,适合光节点逐步增加、覆盖范围逐步增大的网络建设初期;b有利于今后开展CableModem接入服务;
c在总功率较小时造价低廉。
但其缺点也是显而易见的:
a信号指标损失严重:
经1310nm光发射机转发后信号的载噪比和CSO下降3~4db,CTB下降6db以上,
b覆盖光节点较多时投资较大
c设备数量的增多同时增加了故障机率,使备机数量增多,维护工作量大为增加。
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d由于1310nm光发射机功率较小,在农村光节点较多、传输线路较长的情况下应用,光接收机的接收光功率较低,一般在-4dB一下,对电缆网指标要求较高。
在燕山公司建设初期,我们采用的是这种方式,当用户发展到一定规模后,转发机房最多有8台1310nm光发射机。
设备维护、备机等都存在问题。
2.2光—光放大器—光接收机传输方式
采用这种方式时,在转发机房不经光电转换,采用光放大器传输至各光节点。
信号传输流程如图3
所示。
图3:
光—光放大器—光接收机传输方式
由于目前适用于1550nm的EDFA光放大器的价格下降很快,技术成熟,而适用于1310nm系统的光放大器尚处在试验阶段,造价较高,技术不成熟,因此光—光放大器—光接收机传输方式一般选用1550nm波长。
这种传输方式的优点是:
a由于减少了光电转换环节,信号指标损失较小
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-5-b目前光放大器造价大幅度下降,覆盖较多光节点时造价较低
c转发机房设备数量较少,故障几率较低,易于维护
d光放大器功率较大,可确保光接收机的接收光功率在0dB±1dB。
但其缺点也是很明显的:
a需要进行全面规划设计,以确保各光节点的使用,
b采用CM方式开展数据业务存在一定困难,在用户较多时容易产生问题。
c一次性投资较大,存在资金沉淀问题。
2.3光放大器与1310nm光发射机相结合的方案
我们根据上述两种方案,结合实际情况,充分考虑技术指标、综合造价以及今后实现双向业务的需求,设计了转发机房光放大器与1310nm光发射机相结合的方案:
距离较远的光节点由光放大器传输信号,光节点下建设有源接入网;机房附近的楼房等重点区域采用1310nm光发射机传输信号,光节点下建设无源接入网。
此方案的系统示意图如图4
所示:
图4:
光放大器与1310nm光发射机相结合的方案
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传输距离较近、电缆网指标较好、各种多功能业务开发潜力较
大的地区,采用1310nm系统覆盖,传输距离较长、电缆网指标较低、近期内多功能业务开发潜力较小的地区采用1550nm系统覆盖。
这一设计方案较好的满足了农村地区有线电视网络的实际需求,确保了有线电视网络的安全优质运行。
3农村有线电视传输系统各项指标的确定
3.1传输网系统指标
农村地区有线电视网络传输距离长,覆盖范围广,结构较为复杂。
我们结合这几年的HFC有线电视网建设实践经验,对网络的主要指标C/N、CTB、CSO提出了严格的技术标准。
根据GY/Y131-1997标准,射频部分与外调制光链路、外调制光链路与DFB光链路的C/N、CSO、CTB指标的级联加算系数k都为10;DFB光链路与DFB光链路、射频部分与DFB光链路的C/N、CSO、CTB指标的级联加算系数k分别为10、15、15。
其各项指标见表1:
表1不同传输链路级联后的加算系统
级联的分系统
值
C/N
电缆与电缆
DFB光链路与电缆
DFB光链路与DFB光链路
DFB光链路与外调制光链路
外调制光链路与电缆
注:
K=10被称为功率(或噪声叠加,K=20被称为电压(或全同步叠加。
按照上述指标,我们根据自身的设计实施方案,制定了有线电视网络指标体系如表2所示。
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-7-表2:
1550nm二级光链路+1310nm一级光链路+同轴电缆分配网级联后指标项目
值值干线1550nm干线1550nm干线1310nm网络指标CTB
由表2结果可以看出,只要每个链路的指标满足以上的要求,具有三级光链路的HFC网络是完全可以实现的,所以全系统指标和每级链路具体要求如下。
全系统的设计指标:
系统载噪比(C/N≥44dB;
复合三阶差拍(C/CTB≥55dB;
复合二阶失真(C/CSO≥55dB。
其中在传输65个频道(40个模拟PAL频道,200MHz数字信号条件下,第一级链路:
1550nm系统
C/N≥50dB;C/CTB≥62dB;C/CSO≥62dB。
第二级链路:
1550nm系统
C/N≥50dB;C/CTB≥62dB;C/CSO≥62dB。
第三级链路:
1310nm系统
C/N≥50dB;C/CTB≥65dB;C/CSO≥62dB。
第四级链路:
电缆分配系统C/N≥51dB;C/CTB≥60dB;C/CSO≥62dB。
3.2各级设备接收光功率的确定
光纤有线电视系统中各级设备的接收光功率对系统指标有着较大影响,为此,我们经过多次的测试确定了各级设备的接收光功率设计标准。
各级设备接收光功率可分为两类:
第一类:
光放大器的输入光功率对系统指标的影响;
第二类:
光接收机的输入光功率对系统指标的影响。
3.2.1光放大器的输入光功率对系统指标的影响
我们对光放大器输入光功率对系统指标的影响进行了测试,
测试条件为:
光发射机+17dB光放大器+30公里光缆+光接收机,其结果如表3所示:
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-8-表3:
光放大器输入光功率对系统指标的影响
光放大器输入功率(dBm
劣化值C/N不经过光缆和光放大器的指标
经过光缆但不经过光放大器的指标
8.0
7.0
5.0
3.0
1.0
.9
0.0
-2.0
-3.0
我们对表3中的数据进行分析,得出如下结论:
1在光放大器输出光功率一定的情况下,在输入光功率较小时,C/N的劣化值曲线变化明显,随着输入光功率的增加,系统的C/N得到较大改善;但当光放大器的输入功率大到一定程度时,光放大器进入饱和工作区,C/N的劣化明显放缓,再提高输入光功率对系统的C/N改善已不明显。
因此得出结论:
光放大器输入光功率对系统指标有较大影响,输入光功率越高,影响越小,如果光放大器的输入光功率大到一定程度时,就无法使系统C/N得到明显改善,显然是浪费宝贵的光功率。
2在光放大器输入光功率大于5dB时CSO、CTB的系统指标劣化值变化不大,基本到达线性区,与C/N的劣化值曲线有相似之处。
3因此,综合上述因素考虑C/N、CSO、CTB,并考虑系统建设的经济性,光放大器输入光功率应在3—5dB范围,就能把光输入功率的大小对系统指标的影响降低到最低程度,再高已无意义。
3.2.2光接收机输入光功率对系统指标的影响
我们对目前使用的光接收机输入光功率对系统指标的影响进行了测试。
我们选择了在2001-2004年间大量使用的基于飞利浦2609B的光接收机。
此种光接收机输入光功率为-4~+3dbm的条件下,光接收机输出电平范围为96~108db。
光接
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收机输入光功率发生变化对指标的影响情况如表4所示:
表4光接收机输入光功率对系统指标的影响
输入光功率
/N
-3
-2
-1
1
2
对上述结果进行分析,可得出光接收机输入光功率的变化对系统指标有如下影响:
1光接收机输入光功率对系统指标有较大影响,当输入光功率由低到高变化时,系统指标C/N有较明显的提升,信号质量有明显的改善,当光接收机的输入功率增加到一定程度时(光接收机输入光功率大于0dB时,所影响的系统指标C/N变化不大,基本到达线性区,系统C/N的优化变化曲线趋于平缓,其优化值变化不大。
2对于CSO、CTB两个指标来说,由于光接收机本身的工作处于低电平、小信号的状态,其非线性失真相对于光发射机来说变化不大。
3综合考虑C/N、CSO、CTB,并考虑系统建设的经济性光接收机输入光功率应在-1—+1dB之间。
4光分路器的设计与使用
光分路器又称分光器,是光纤链路中最重要的无源器件之一,是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件,常用M×N来表示一个分路器有M个输入端和N个输出端。
在光纤CATV系统中使用的光分路器一般都是1×2、1×3以及由它们组成的1×N光分路器。
在HFC网光纤传输干线设计中,当光纤路由及光纤损耗值、光节点数量确定后,就可以计算出每一光纤支路所需的光功率、光分路器的分光比和光发射机的功率、数量。
光分路器的设计分为按照按开工顺序和光发射机的功率设计和按照统一标准型号组合设计两种方式
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-10-4.1按开工顺序和光发射机的功率设计光分路器
2001年秦皇岛市开始大规模建设农村有线电视网络。
按照当时的技术要求,采用县—乡为1550光发射机+EDFA光放大器传输,乡—村采用1310光发射机传输的方式,设计分路器时根据每一批开工的光节点情况设计光分路器,得出光发射机的总功率。
因此1310光发射机的输出功率从10mw到20mw不等,光分路器从1分2到1分20不等。
这种方式设计的光分路器较为紧凑,安装简便,计算过程所需参数较少,可随着工程进度逐步实施,在光发射机数量较少时较为适用。
但其缺点也是很明显的:
每只光分路器的造价高达一两千元;不同地点的光分路器无法互换使用;光分路器备份困难,备件成本高昂;由于分路器内部采用多级拼接或多根光纤整体熔接而成,一旦某一路发生问题,即造成整个分路器报废,损失较大。
4.2按照统一标准型号组合设计
2003年以后,随着网络规模的不断扩大,所需光功率不断增加,部分乡镇机房已经达到了5-6台1310光发射机。
这一时期EDFA光放大器的价格直线下降,其性能价格比明显优于1310光发射机。
一般一个乡镇机房只需要一台光放大器即可满足需要,并且光接收机的输入光功率可以较大幅度的提高,系统的各项技术指标,特别是C/N可以得到较大改善。
此时一台光放大器需要带30—60甚至更多个光节点。
采用第一种方法设计分路器难以满足需要。
为此我们提出了二级分路器的设计方法。
具体为:
1首先设计第二级光分路器:
将光节点按照光链路距离不同分组,每组为4—10个点。
每组光节点对应的光分路器按照均分设计。
分组时应注意同一组的光节点接收光功率应在0dB±1dB范围之内。
同时注意分组情况,尽量将各组所需光功率调整到较为接近。
2根据第二级分路器各分组所需要的光功率,设计第一级光分路器,将光放大器输出的光功率分配到各组。
如果在进行第二级光分路器设计时各组所需光功率较为接近,则第一级光分路器也可以设计成均分形式。
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