HFC基礎(chǔ)知識解析PPT課件

1、第1頁/共71頁HFC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DContent1310 nmNodeRF AmpsCoax500 - 2000 SubsHub1550 nmContentH/E20,000 subsVideo ChannelsUnusedControl info:052550860Delivered Bandwidth第2頁/共71頁HFC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DMaster HESecondaryHubPrimaryHubRF AmpsCoax500-2000 Home AreaNodeTaps &Passives1310nm小區(qū)小區(qū)052550860 MHzShared Bandwidth?

2、Interactive Video, Data, Voice, Multimedia第3頁/共71頁Video OptimizedSONET DigitalTransportHighest PowerYEDFAOptical AmplifiersDigitalReverse PathTransmissionGainMaker870 MHzAmplifier PlatformAddressableTapsBest in Class1310 TxHFC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D第4頁/共71頁HFC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DNodeHeadendNodeNodeHubHubNodeNodeNodeHubNod

3、eCOAXTapNodeNodeDropTVSettop2000 HomesDropCable ModemPCMDUSOHOOfficeMDUorOffice第5頁/共71頁企業(yè)企業(yè)LANA平臺平臺混合器地面衛(wèi)星站地面衛(wèi)星站衛(wèi)星接收機(jī)Cable Modem個(gè)人用戶（個(gè)人用戶（PC/TV)電視臺調(diào)制器微波接收機(jī)調(diào)制器節(jié)目源雙向 放大器Cable ModemSatellitedish微波站微波站機(jī)頂盒個(gè)人用戶個(gè)人用戶(TV)雙向雙向HFC傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)Microwave Tower衛(wèi)星接收機(jī)AV調(diào)制器RF光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)光分路器RFRFRFRF第6頁/共71頁企業(yè)企業(yè)LANA平臺

4、平臺混合器地面衛(wèi)星站地面衛(wèi)星站衛(wèi)星接收機(jī)Cable RouterCable Modem個(gè)人用戶（個(gè)人用戶（PC/TV)核心交換機(jī)核心交換機(jī)服務(wù)器組(Mail , Ftp , DNS , Web , File , etc)網(wǎng)絡(luò)管理邊緣交換機(jī)邊緣交換機(jī)邊緣交換機(jī)Internet郵電ATM國家廣電主干網(wǎng)訪問服務(wù)器PSTNB平臺平臺電視臺企業(yè)銀行政府機(jī)關(guān)其他單位LAN衛(wèi)星接入可以實(shí)現(xiàn)的功能可以實(shí)現(xiàn)的功能:Web瀏覽、電子郵件、瀏覽、電子郵件、IP電話、視頻點(diǎn)播、電話、視頻點(diǎn)播、FTP以及網(wǎng)上會議等以及網(wǎng)上會議等調(diào)制器微波接收機(jī)調(diào)制器節(jié)目源雙向 放大器Cable ModemSatellitedish微波

5、站微波站機(jī)頂盒個(gè)人用戶個(gè)人用戶(TV)雙向雙向HFC傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)反向光接收機(jī) 反向光發(fā)射機(jī) 光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)Microwave Tower第7頁/共71頁國際頻率分配計(jì)劃國際頻率分配計(jì)劃Region or CountrySplit PlanNorth, Central, and South America,China, Korea, Phillipines, Thailand,Singapore40/52Australia65/85Japan, New Zealand55/70India, Malta, Eastern Europe30/48Western Europe, Ireland,

6、 UnitedKingdom65/85國家和地區(qū)國家和地區(qū)分配計(jì)劃分配計(jì)劃North, Central, and South America,China, Korea, Phillipines, Thailand,Singapore40/52Australia65/85Japan, New Zealand55/70India, Malta, Eastern Europe30/48Western Europe, Ireland, UnitedKingdom65/85第8頁/共71頁RF 頻譜分配頻譜分配0100200300400500600700800典型的北美典型的北美/中國中國頻譜分配頻譜分

7、配回傳回傳5-4265-85模擬前向模擬前向54-55087-550數(shù)字前向數(shù)字前向550-860550-860頻譜頻譜 (Mhz)第9頁/共71頁HFC HFC 系統(tǒng)和性能系統(tǒng)和性能第10頁/共71頁光傳輸基本系統(tǒng)框圖光傳輸基本系統(tǒng)框圖發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)接收機(jī)接收機(jī)激光源激光源調(diào)制器調(diào)制器輸入信號輸入信號探測器探測器解調(diào)器解調(diào)器輸出信號輸出信號光纖光纖第11頁/共71頁l 光纖l 光無源器件l 光發(fā)射機(jī)l 光放大器l 光接收機(jī)l 回傳通路& 網(wǎng)管系統(tǒng)光纖網(wǎng)絡(luò)的主要組成光纖網(wǎng)絡(luò)的主要組成 O/T RPRO/R RPTRFRF/Data熔接點(diǎn)熔接點(diǎn)活接頭活接頭PC第12頁/共71頁光纖網(wǎng)絡(luò)的主

8、要組成光纖網(wǎng)絡(luò)的主要組成l回傳通路& 網(wǎng)管系統(tǒng)回傳通道回傳通道Xmtr E/ORcvrE/ORF下行通道下行通道PCRFRPRE/ORPTE/ORFRF第13頁/共71頁光纖帶寬特性光纖帶寬特性 傳輸帶寬 單模: 30 THz - km 多模: 800MHz - km 1英寸同軸電纜: 5 MHz - kmSingle modeMulti-mode第14頁/共71頁標(biāo)準(zhǔn)單模光纖特性標(biāo)準(zhǔn)單模光纖特性 衰減 1310 nm: 0.35 dB/km 1550 nm: 0.22 dB/km 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)值 1550 nm: 0.25 dB/km 1310 nm: 0.40 dB/Km 色散 色散:

9、 由于光波波長的差異導(dǎo)致光在媒質(zhì)中傳輸速度的不同 色散參數(shù)SMF-28 光纖 0 1310 nm +17 ps/(nm*km) 1550 nm第15頁/共71頁0.00.501.01.52.02.58001000120014001600Attenuation (dB/km)Wavelength, nm典型光纖衰減典型光纖衰減第16頁/共71頁典型光纖色散典型光纖色散Wavelength, nm-120-100-80-60-40-20020408001000120014001600Dispersion ps/(nm* km)StandardDispersion ShiftDispersion F

10、lat第17頁/共71頁光無源器件光無源器件 ( 1 ) 光接頭:熔接:0.01 - 0.05 dB 每個(gè)熔接頭,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為1dB機(jī)械接頭:0.3 dB 每個(gè)連接頭 光分路器: 分光比: X分光損耗= - 10 Log ( X / 100 ) 分光數(shù): N額外損耗= 0.2 Log2N分光器損耗= - 10 Log ( X / 100 ) + 0.2 Log2N CNR的補(bǔ)償:對1310nm系統(tǒng)，光分路器損耗每增加1dB，CNR應(yīng)補(bǔ)償0.1db對SA的產(chǎn)品而，無源損耗每增加3.5dB，CNR應(yīng)補(bǔ)償1dB第18頁/共71頁插入損耗：插入損耗：-10lg(1/N)工作波長：工作波長：1310、15

11、50 兩個(gè)波長兩個(gè)波長（-10lg(支路輸出光功率支路輸出光功率/干線輸入光功率）干線輸入光功率）技術(shù)：融錐型、技術(shù)：融錐型、PLC（平面波導(dǎo)）（平面波導(dǎo)）第19頁/共71頁常見光纖接頭常見光纖接頭FCPC型光尾纖接頭外形圖型光尾纖接頭外形圖SCPC型光尾纖接頭外形圖型光尾纖接頭外形圖ST-PC型光尾纖接頭外形圖型光尾纖接頭外形圖FC/PCSC/PC型光尾纖外形圖型光尾纖外形圖第20頁/共71頁常見光接口連接器常見光接口連接器SC/PC型光連接器型光連接器ST型光連接器型光連接器FC/PC型光連接器型光連接器BNC型光連接器型光連接器MTRJ型光連接器型光連接器第21頁/共71頁連接器連接器連

12、接器連接器適配器適配器(蘭法盤蘭法盤)光無源器件光無源器件 ( 2 )第22頁/共71頁光無源器件光無源器件 ( 3 ) 固定和可調(diào)衰減器 用于調(diào)整光功率和鏈路損耗 衰減 反射 AM 系統(tǒng)要求 -40 dB FM 和數(shù)字系統(tǒng)要求 -20 dB 注意: 特定情況下可通過彎曲光纖增加衰減 彎曲直徑必須大于25mm, 彎曲光纖會增加反射 彎曲光纖會縮短光纖壽命第23頁/共71頁光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)將電信號轉(zhuǎn)換為光信號( E/O ) ，以便信息能被傳輸 電光轉(zhuǎn)換的過程調(diào)制激光器激光器調(diào)制器調(diào)制器RF電路電路預(yù)失真預(yù)失真電路電路光輸出光輸出RF輸入輸入激光器類型激光器類型 波波 長長 材材 料料 調(diào)

13、制方式調(diào)制方式FP(Fabry-Perot)1310/1550 nmInGaAsP 直接直接 DFB 1310 nmInGaAsP 直接直接DFB 1550 nmInGaAsPEO調(diào)制調(diào)制第24頁/共71頁預(yù)失真回路預(yù)失真回路: : l 線性化系統(tǒng)線性化系統(tǒng)l 對模擬傳輸系統(tǒng)尤為重要對模擬傳輸系統(tǒng)尤為重要發(fā)射機(jī)框圖發(fā)射機(jī)框圖激光器激光器調(diào)制器調(diào)制器RF電路電路預(yù)失真預(yù)失真電路電路光輸出光輸出RF輸入輸入第25頁/共71頁光發(fā)射機(jī)傳輸特性光發(fā)射機(jī)傳輸特性(1)線性系統(tǒng)線性系統(tǒng): :l 斜率決定斜率決定調(diào)制度調(diào)制度。l 直流工作點(diǎn)直流工作點(diǎn)與與輸出功率有關(guān)輸出功率有關(guān)。RFRF輸入輸入光輸出光輸出

14、光功率光功率電信號驅(qū)動(dòng)電信號驅(qū)動(dòng)偏移點(diǎn)偏移點(diǎn)第26頁/共71頁光發(fā)射機(jī)傳輸特性光發(fā)射機(jī)傳輸特性(2)Lth偏置點(diǎn)偏置點(diǎn)激光強(qiáng)度激光強(qiáng)度當(dāng)前當(dāng)前RF驅(qū)動(dòng)電平驅(qū)動(dòng)電平L I 曲線曲線當(dāng)前當(dāng)前DC電流偏移點(diǎn)電流偏移點(diǎn)第27頁/共71頁每單一頻道的調(diào)制度每單一頻道的調(diào)制度, , m msingle ch.single ch. = = PPP0(m(msingle ch.single ch. 100 % , 100 % , 否則會出現(xiàn)削波現(xiàn)象否則會出現(xiàn)削波現(xiàn)象)單個(gè)頻道調(diào)制度單個(gè)頻道調(diào)制度時(shí)間時(shí)間激光幅度激光幅度(功率功率)發(fā)射機(jī)直流輸出功率發(fā)射機(jī)直流輸出功率, PO調(diào)制后光功率調(diào)制后光功率, PP第2

15、8頁/共71頁光接收機(jī)光接收機(jī) 光接收機(jī)接收光信號，解調(diào)成RF信號。 光接收機(jī)基本構(gòu)成： 光電檢測器 RF放大器 狀態(tài)應(yīng)答器 A/B切換開關(guān) 雙通濾波器 回傳發(fā)射機(jī)第29頁/共71頁l光電檢測二極管的傳輸線性非常好光電檢測二極管的傳輸線性非常好l接收機(jī)性能與光功率、接收機(jī)響應(yīng)系數(shù)、調(diào)制接收機(jī)性能與光功率、接收機(jī)響應(yīng)系數(shù)、調(diào)制度、輸入阻抗和接收機(jī)增益有關(guān)。度、輸入阻抗和接收機(jī)增益有關(guān)。lP PRFRF = 20 log (0.7 m r = 20 log (0.7 m r P Pr r R) + G dBmVR) + G dBmVRF輸出電平幅度輸出電平幅度光輸入幅度光輸入幅度(功率功率)接收機(jī)

16、傳輸特性接收機(jī)傳輸特性第30頁/共71頁HFC HFC 系統(tǒng)性能系統(tǒng)性能第31頁/共71頁系統(tǒng)性能標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)性能標(biāo)準(zhǔn) 載噪比 (CNR) 決定系統(tǒng)所能達(dá)到的信噪比 失真 決定系統(tǒng)的線性化程度(因此也決定圖象質(zhì)量) 復(fù)合二次失真 (CSO) 二次載波頻率失真 復(fù)合三次失真(CTB) 十字交調(diào)第32頁/共71頁光纖通訊系統(tǒng)中的噪聲源光纖通訊系統(tǒng)中的噪聲源噪聲來源: 光發(fā)射機(jī) 光接收機(jī) 光纖系統(tǒng):光纖, EDFAs, & 連接器所有這些因素都會影響系統(tǒng)載噪比 (CNR)第33頁/共71頁 對于所有的噪聲源，系統(tǒng)CNR為:m每頻道調(diào)制度r光電二極管響應(yīng)系數(shù) A/W, 1310nm: 0.85,

17、1550nm: 1.0Pr平均光功率 WB噪聲源帶寬q靜電常數(shù) Coulomb, 1.6 * 10-19Ith 接收機(jī)熱噪聲A/Hz0.5RIN相對強(qiáng)度噪聲 CNRmPBqPIPRINrrthr= =+ + +() / 2()rrr2 222載噪比載噪比 (CNR)(一般公式一般公式)第34頁/共71頁CNRshot 受散彈受散彈噪聲影響噪聲影響假定系統(tǒng)處于最優(yōu)狀態(tài)，可忽略熱噪聲和相對強(qiáng)度噪聲CNR = m2 r Pr / 4 q B 測量dB時(shí),假定 r = 0.85 mA/mW: = 85.0 + 20 Log (m)+ PrdBm B = 4.2 MHz = 84.2 + 20 Log

18、(m)+ PrdBm B = 5 MHz = 83.4 + 20 Log (m)+ PrdBm B = 6 MHz 注意: CNRshot提高1dB/光接收功率提高1dB第35頁/共71頁CNRRIN受相對強(qiáng)度受相對強(qiáng)度噪聲影響噪聲影響 當(dāng)光功率很高時(shí)CNRRIN = m2 / 2 B RIN = 20 Log m - 69.2 - RIN dB/Hzwhere B = 4.2 MHz注意： CNRRIN 主要決定于光功率第36頁/共71頁CNRtherm受熱受熱噪聲影響噪聲影響當(dāng)光功率較低時(shí)，熱噪聲是主要的限制因素:CNRtherm = (m r Pr)2 / 2 Ith2 B = 20 l

19、og (m r Pr) - 69.2 - 20 Log Ithwhere B = 4.2 MHz注意： CNRtherm 提高2dB/光接收功率提高1dB第37頁/共71頁262830323436384042444648505254565810741-2-5-8-11-14-17-20O p tic a l In p u t P o w e r ( d B m )CNR ( dB )RIN 限制限制Shot 限制限制Therm 限制限制CNR vs. 輸入光功率輸入光功率第38頁/共71頁 CNR & CSO/CTBCNR & CSO/CTB指標(biāo)是有關(guān)聯(lián)的，變化取決于激光器RF

20、驅(qū)動(dòng)電流(調(diào)制度)， 通過改變RF電平，可改變系統(tǒng) CNR, CSO 和CTB。 1 dB RF PadLaserCTBCSOCNR+2 dB+1 dB-1 dB第39頁/共71頁lCSO: falls +/- 1.25 MHz of fc lCTB: falls under fc 80 linesCSO/CTB 失真失真第40頁/共71頁1310 1310 技術(shù)和產(chǎn)品技術(shù)和產(chǎn)品第41頁/共71頁發(fā)射機(jī)系列基本特征發(fā)射機(jī)系列基本特征 1310 nm發(fā)射機(jī) 主要用于中短距離分支分配網(wǎng)（小于45 km）和專播系統(tǒng) 直接調(diào)制 DFB激光器 高性能 先進(jìn)的予失真線性化技術(shù) 微處理器控制的溫度補(bǔ)償回路

21、自動(dòng)增盈控制（AGC）第42頁/共71頁優(yōu)越性優(yōu)越性 先進(jìn)的予失真回路,能在很寬的溫度范圍內(nèi),保證最小的CSO、CTB失真和最大的調(diào)制度 微處理器控制所有關(guān)鍵參數(shù) 綜合的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng) 安裝于 6470-R2 平臺 經(jīng)濟(jì)高效第43頁/共71頁應(yīng)用應(yīng)用本地分配網(wǎng)專播在二級分配網(wǎng)中插入本地頻道用于與主干線，超干線的1550系統(tǒng)級聯(lián)第44頁/共71頁1550 1550 技術(shù)和產(chǎn)品技術(shù)和產(chǎn)品第45頁/共71頁1550 nm是什么？是什么？ 低光纖損耗窗口 成熟的光放大技術(shù)第46頁/共71頁光纖損耗對應(yīng)波長光纖損耗對應(yīng)波長光放大器波長范圍光放大器波長范圍0.13 dB第47頁/共71頁商業(yè)應(yīng)用商業(yè)應(yīng)用泵蒲

22、激光泵蒲激光源源波分復(fù)用器波分復(fù)用器 (1550/980)隔離器隔離器隔離器隔離器Er+3 涂層光纖涂層光纖1550 信信號輸入號輸入4I11/24I13/24I15/2生命周期生命周期: 10ms980 nm1.5 mm摻餌光纖放大器摻餌光纖放大器 (EDFA)第48頁/共71頁 1550 nm的光纖效應(yīng)的光纖效應(yīng)導(dǎo)致導(dǎo)致.下降下降 色散色散自相位調(diào)制自相位調(diào)制 + + 色散色散相移作為光強(qiáng)的函數(shù)，將色散相移作為光強(qiáng)的函數(shù)，將色散變?yōu)槭д?。變?yōu)槭д妗NRCNRCSOCSO(CTB)(CTB)受激布里淵受激布里淵散射散射CNRCNRCSOCSOFM FM 噪聲轉(zhuǎn)化為噪聲轉(zhuǎn)化為 AM AM 噪

23、聲噪聲第49頁/共71頁高強(qiáng)度的窄帶光會在光纖內(nèi)產(chǎn)生聲子波，并反射回光源。高強(qiáng)度的窄帶光會在光纖內(nèi)產(chǎn)生聲子波，并反射回光源。PinPoutPreflPtrans受激布里淵散射受激布里淵散射(SBS)相關(guān)的光波相關(guān)的光波光光SBS對系統(tǒng)的傳輸性能的影響：對系統(tǒng)的傳輸性能的影響：降低傳輸功率降低傳輸功率FCNR的劣化的劣化入射光與反射光產(chǎn)生的共振入射光與反射光產(chǎn)生的共振(Beating)F引入額外的失真引入額外的失真 (CSO & CTB)第50頁/共71頁 SBS 對系統(tǒng)性能的影響對系統(tǒng)性能的影響降低發(fā)射機(jī)功率 使 CNR下降 引入額外的失真 (CSO & CTB) CSO、CT

24、B指標(biāo)急劇下降第51頁/共71頁噪聲對光纖鏈路性能的影響噪聲對光纖鏈路性能的影響 光源相位噪聲導(dǎo)致CNR 下降 自相位調(diào)制和色散導(dǎo)致系統(tǒng)線性下降第52頁/共71頁對于標(biāo)準(zhǔn)光纖，可達(dá)到對于標(biāo)準(zhǔn)光纖，可達(dá)到 17 dBm的單波長的入纖功率的單波長的入纖功率長距離的傳輸性能則主要受以下因素影響長距離的傳輸性能則主要受以下因素影響 相幅噪聲相幅噪聲 自相位調(diào)制自相位調(diào)制 SA公司的入纖功率公司的入纖功率第53頁/共71頁由于光纖的色散，激光的線寬由于光纖的色散，激光的線寬(相位噪聲相位噪聲)轉(zhuǎn)化為幅度噪聲轉(zhuǎn)化為幅度噪聲RIN的貢獻(xiàn)正比于的貢獻(xiàn)正比于L2 f 2 Dn在長距離與高頻處，在長距離與高頻處，

25、CNR劣化更為嚴(yán)重劣化更為嚴(yán)重u u1u u2v1v2相位噪聲轉(zhuǎn)化為幅度噪聲相位噪聲轉(zhuǎn)化為幅度噪聲u u2u u1u u1 u u2第54頁/共71頁光纖導(dǎo)致的失真光纖導(dǎo)致的失真自相位調(diào)制自相位調(diào)制 + 散射散射 = CSO、CTB自相位調(diào)制自相位調(diào)制(SPM)是一種正比于光強(qiáng)的非線性光學(xué)效應(yīng)是一種正比于光強(qiáng)的非線性光學(xué)效應(yīng) n = n0 + n0 P/Aeff , n0為無干擾折射率為無干擾折射率自相位調(diào)制導(dǎo)致強(qiáng)度相等的光相位變化自相位調(diào)制導(dǎo)致強(qiáng)度相等的光相位變化散射將該相位變化轉(zhuǎn)化為失真散射將該相位變化轉(zhuǎn)化為失真CSO、CTB ( CSO 的劣化是主要效應(yīng)的劣化是主要效應(yīng))在高頻處以及長距

26、離傳輸?shù)那闆r下、在高頻處以及長距離傳輸?shù)那闆r下、CSO劣化尤為顯著。劣化尤為顯著。第55頁/共71頁對應(yīng)措施對應(yīng)措施色散遷移光纖色散遷移光纖 在在1310 nm則存在問題則存在問題插入色散補(bǔ)償光纖插入色散補(bǔ)償光纖 要求精確的長度要求精確的長度頻帶分割頻帶分割 僅消除高頻段的僅消除高頻段的CSO推挽噪聲消除技術(shù)推挽噪聲消除技術(shù) 利用光發(fā)射機(jī)的雙互補(bǔ)輸出利用光發(fā)射機(jī)的雙互補(bǔ)輸出 消除絕大部分的由光纖效應(yīng)導(dǎo)致的劣化消除絕大部分的由光纖效應(yīng)導(dǎo)致的劣化第56頁/共71頁高調(diào)制度確保了高高調(diào)制度確保了高CNR與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性對于對于1550 nm的光波，色散以及非線性光纖效應(yīng)可使極大地劣化傳輸性能的光波，色散以及非線性光纖效應(yīng)可使極大地劣化傳輸性能存在克服光纖效應(yīng)的相應(yīng)措施存在克服光纖效應(yīng)的相應(yīng)措施小結(jié)小結(jié)第57頁/共71頁發(fā)射機(jī)系統(tǒng)要求發(fā)射機(jī)系統(tǒng)要求 彌補(bǔ) 1550 nm的光纖效應(yīng) 外調(diào)制技術(shù) SBS 抑制技術(shù)第58頁/共71頁CNR 與放大器輸入功率與放大器輸入功率CNR VS INPUT POWER (3dBm RX)INPUT TO EDFA (dBm)CNR (dB)4748495051525354555657-4-2024681012第59頁/共71頁放大器關(guān)鍵參