光纤CATV传输系统和光纤拉曼放大器相关问题分析

摘要 在分析CATV的性能指标-载噪比CNR的基础上,最后重点分析了拉曼放大器中两种主要的噪声:放大的自发辐射噪声(ASE)和双重背向瑞利散射噪声(DRB),有利于进一步研究光纤catv传输系统长距离传输问题。

关键词 光纤CATV传输系统;光纤拉曼放大器;载噪比;自发辐射噪声;双重背向瑞利散射噪声

中图分类号TN0 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)24-0212-02

0 引言

有线电视系统一般由前端,干线传输,分配网络,用户终端四部分组成。前端是有线电视节目信号的来源;干线传输主要有光发射机、放大器、光缆、光接收机4部分组成;光发射机的核心部分是分布反馈激光器(DFB)或发光二级管,可以将输入的电信号转换成光信号;放大方式可以分为光电光放大和全光放大两种;光、电、光二级放大比较落后,设备复杂,放大效率低,而且容易引入额外噪声;全光放大设备简单,易于维护,放大效率高[1,2],例如常见的掺铒光纤放大器(EDFA),光纤拉曼放大器(FRA)和半导体光放大器(SOA);光接收机的主体是光电检测器,能够实现将输入的光信号转换成电信号。分配网络主要用同轴电缆来完成,利用现有的电缆网络,就可以把电视信号送到每家每户。

1 CATV的性能指标-载噪比CNR

对于AM-VSB CATV系统,主要有3个重要的系统指标:载噪比(CNR)、二阶组合互调失真(CSO)和三阶组合差拍失真(CTB)。

电视信号从前端送往用户终端,在传输过程中不可避免要经历失真与损耗。噪声是普遍存在的:在光纤CATV系统中,噪声来源于光发射机、光接收机以及放大器、以及光纤传输链路中产生的噪声等。其中包括:1)接收机中的电子热噪声和光电转换产生的量子噪声;2)光发射机中激光器本身产生的相对强度噪声(RIN);3)光放大产生的ASE与传输信号之间的差拍噪声;4)传输过程中各种非线性效应引起的信道间的交调噪声;5)光纤中的DRB与信号间的差拍噪声,虽然这些噪声有不同的产生机理,具有不同的特性,但是它们都会对图象质量产生影响,导致图像背景雪花。

要想获得足够高的CNR,保证传输质量,一是提高接收端光功率;二是减小相应的噪声源的噪声。但是在采用EDFA放大的长距离CATV系统中,高的接收光功率意味着大的入纤光功率,由此造成光纤的非线性效应,使系统非线性指标恶化。而减小各种噪声始终是各种新技术所致力的目标。前面我们已经介绍了在长距离CATV系统中采用FRA分布光放大的诸多优点,而采用FRA的ASE噪声与采用EDFA相似,其主要缺点是FRA的分部放大会同时对DRB放大。

2 拉曼放大器的噪声特性

所有的放大器都会给系统带来额外的噪声,拉曼放大器也不例外。放大器的噪声特性是一项重要指标,由于拉曼放大器的放大机理与EDFA完全不同,所以其噪声特性也不同于掺稀土元素的光放大器。光纤拉曼放大器主要有两类噪声一放大的自发辐射噪声(ASE)和双重瑞利散射噪声(DRB)。

2.1 自发辐射噪声

同EDFA类似,放大的自发辐射噪声ASE也是拉曼放大器很重要的一个噪声来源。拉曼放大器中的ASE噪声是由于自发拉曼散射效应经泵浦光拉曼放大而产生的覆盖整个拉曼增益谱的背景噪声。很明显泵浦光功率越大,拉曼放大作用越明显,ASE噪声就会越大。在拉曼增益一定的前提下,光纤中的噪声光功率会随着传输距离的增大而减小。一方面这是因为光纤自身对所有光信号的衰减作用,噪声光一直经历着损耗,这在一定程度上抑制了ASE噪声;另一方面由于光纤的衰减作用,泵浦光功率越来越弱,它对所有信号光的放大作用也是在减弱。拉曼放大器的带宽越窄,ASE噪声功率就越低,信噪比越高,因此在单波长的CATV系统中可通过加光滤波器的方法减小FRA的ASE噪声。

2.2 瑞利散射噪声

瑞利散射是由于在光纤的制造过程中,光纤的局部浓度微观起伏导致了折射率在比波长还要小的尺度上发生随机变化而造成的。在光纤传输的过程中,瑞利散射会使一部分输入信号光散射,变成反向传输的光。一方面,它会引起功率消耗,是1 550nm波段内光纤传输损耗的主要因素之一;另一方面,被散射成后向传输的光波会再经过一次瑞利散射而变为前向传输的光,这就是双重瑞利背向散射(DRB)。

在发生双重瑞利背向散射后,实际上还有可能发生多重的反复瑞利散射,但是瑞利散射超过两次以后,瑞利散射的功率就变得非常小,可以忽略,因此,一般只考虑到双重的瑞利散射。双重瑞利背向散射能够使噪声信号的传输方向与信号光相同,两者会发生相干叠加,影响系统性能。由于拉曼放大器独特的分布放大机理,它会使光纤中所产生的瑞利散射噪声经过前后两次的分布放大,噪声更加严重,因此,它是光纤拉曼放大器中另一个需要考虑的重要噪声参数。

理论和实验都表明,泵浦光功率越大,传输距离越长,瑞利散射的影响就越大;对于多个放大器级联的系统,放大器个数越多,则DRB散射的影响越小。如果光纤长度一定,当开关增益较小时,ASE噪声就构成了放大器噪声的主要成分,可以忽略DRB噪声影响;当开关增益较高,瑞利散射噪声就急剧增加,超过ASE噪声。为了抑制DRB噪声的影响,可以采用多级放大的方式,避免泵浦功率过高和传输距离过长。由于双向泵浦在光纤中的光功率分布比较均匀,因此,还可以通过采用这种泵浦方式来降低瑞利散射。另外在传输光纤中加入光隔离器,可以破坏双重瑞利散射的环路增益,也能够取得很好的抑制效果。

3 结论

主要对CATV光纤传输系统性能指标,主要是CNR,以及拉曼放大的基本原理和拉曼放大器的噪声特性进行分析,对于今后光纤拉曼放大器对长距离CATV光纤传输系统CNR性能的影响具有一定帮助。

参考文献

[1]杨万荣.有线电视光纤传输系统中的噪声与失真[J].甘肃 科技,2007,23(7).

[2]熊辰光.CATV光纤传输中载噪比的讨论[J].有线电视技 术,2005,12(18).