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【干货篇】广播电视光纤传输系统2018-01-17

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本文节选自《有线电视网络FTTH规划、建设与运维》

 

数字电视光纤传输系统构成,如下图所示,前端部分包括信源编码和信道编码调制两部分,信源编码包括视频及音频编码;信道编码调制部分包括信道编码、QAM调制、光发射机。用户端与前端过程正好相反。传输线路为光缆。从有线数字电视网络整个系统来看,光发射机之前主要是对信号源进行数字处理和利用调制处理,不是本书讨论的重点。本书重点讨论的是光纤传输的部分,一般而言是指从光发射机输出光信号后经光放大器进行光信号放大而后经过光分配网到达用户家的部分。

 

广播电视光纤传输系统

 

光纤传输系统的分类


广播电视光纤传输系统属于光通信的一个重要组成部分,它主要由光纤、光源、光放大器和光接收机等组成,在广电光传输领域可根据光纤传输系统使用的波长、传输信号的形式、光纤的特性、光接收方式不同,对光纤传输系统进行不同种类划分。
(1)按波长个数,可分为单波长和多波长。
(2)按信号可分为数字和模拟光纤传输。
(3)按调制格式,可分为直接调制和外调制。
(4)按接收方式,可分为直接接收和相干接收。
(5)按波长,可分为短波长、长波长、超长波。
(6)按光纤特性,可分为多模光纤和单模光纤。
(7)按工作方式,可分为相干光纤传输、波分/时分/码分复用以及全光传输。
光纤传输种类很多,但是实用于有线电视系统的光纤传输基本上都采用强度调制/直接接收系统,在有线FTTH中,考虑到了光纤与光功率的大量应用,故大多采用了工作在1550nm波长的AM-VSB外调制光纤传输系统,将在后文中重点介绍。

 

副载波复用光纤传输系统


采用副载波复用(Sub-carrier Multiplexing,SCM)技术可以实现一根光纤传输多路的视频、音频信号,所谓的副载波(sub-carrier)是指射频电磁波(正弦波),以区分光源所发出的光载波,即在发送端将各路待传送的信号分别调制(调幅或者调频)在不同的副载波上,然后将各个带有信号的副载波(或抑制载波的双边带正交平衡调幅信号)用功率合成器(混合器)组合成一个宽带的复合射频(RF)信号,再用这个复合射频(RF)信号对发射机光源进行光强度调制,经过调制后的光载波通过光纤传输至各个光接收机,经光电检测模块将副载波还原出来,而后用解调器将多路已调副载波分别解调出多路视音频信号源。

基本的副载波复用光纤传输系统原理框图如下图所示,多路AV信号经过调制后混合为一路包含多路电视节目的射频信号,该信号输入光发射机,对光源进行强度调制从而转化为可以传输的光信号,经过长距离传输后到达光接收机,光接收机首先还原出含多路复用的射频(RF)信号,然后再用调制器(数字电视系统中是利用机顶盒、模拟电视系统是利用电视机的高频调谐器完成)从解调出来各路AV原始信号。每个解调器都对应相应频段的带通滤波器、与某一特定的副载波上吻合,防止频道间串扰。

 

 


SCM光纤传输系统对光源的调制一般均为IM(光强度调制),主要区别是在对副载波的调制方式上面,一般来说常分为以下三种:

FM(调频)光纤传输系统
其优点是充分利用了调频对光接收灵敏度比较高的优势,传输距离相对比较远,一般的光接收灵敏度都可达-15dBm以下。缺点一是每路调频波占据频带较宽,相同带宽承载节目内容相对较少,二是调频信号无法直接通过电视机接收,一般不能直接用于用户接入网。

AM-VSB(残留边带调幅)光纤传输系统
残留边带调幅是我国广播电视普遍所采用的模拟电视信号的调制方式,此种方式在传输有线广播电视方面有着得天独厚的优势。主要体现在两个方面,一是它的电视信号调制/解调体制(AM-VSB)完全符合家庭电视机的接收体制,不需要进行制式转换,因此信号经光电转换后直接输入电视机进行收看。二是它通过有效压缩使得每一路频带宽度仅为8MHz(PAL-D制),从而在国家划定的VHF/UHF波段内容纳更多的电视频道。当然由此带来的缺点是:这对激光器的线性要求非常高,对非线性指标要求
非常严苛,这样就无法达到比较高的光调制度,也使得光接收机灵敏度很低。因此大家会发现,广播电视光网络传输中对光缆传输指标控制得非常严格,链路平均损耗和接头损耗都有非常明确的要求,这并不是说广电系统自身技术要求高于其他应用,而是不得已而为之。否则,建设初期指标控制不好,过一段时间,指标稍微一下降,信号传输就会出现问题。当然随着技术的快速发展,结合市场实际需求,更大功率输出和更低噪高线性的光发射机及光放大器等新产品不断推出,也极大地促进了AM-VSB(残留边带调幅)光纤传输系统向前发展。

DM(数字调制)光纤传输系统
这种方式是当前有线数字电视传输的主流方式,体现出经济可行、技术成熟的巨大优势,当今数字调制/解调技术主要包括MPSK(多进制相移键控)和M2QAM(多进制幅度调制),当然还有将多载波进行复用的调制技术,例如OFDM(正交频分复用)等,这些技术根据其不同特点在有线数字广播电视系统中有效采用,其中M2QAM(正交幅度调制)因其频谱利用率较高、抗干扰性较强、产品电路结构简单等优势被应用于数字电视信号下行广播传输。而MPSK/OFDM等技术则因其极强的抗干扰能力和复用效率而应用于空间环境比较复杂的数字电视上行通道。

目前副载波复用光纤传输技术仍为电视传输系统中的支撑技术。在有线FTTH网络中多采用DM方式和VSB-AM方式,但 DM方式已成为主流方式。

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