1、1色散补偿技术在铁路有线电视中的应用研究摘要：长距离传输是铁路系统有线电视的传输通道的特点和无法改变的事实，铁路系统自有的 CATV 是铁路企业一直期盼的有线电视网络发展的方向，也是利用铁路既有传输网络，节约资源的最佳方案。本文以某铁路线有线电视网络为实际设计和操作平台，提出了一整套网络升级改造方案和传输功能的实现方法，通过对色散补偿位置的计算，依靠色散补偿技术，利用铁路系统自有的长距离光传输网络搭建铁路 CATV 网络。关键词:有线电视，色散补偿技术，光纤，铁路 中图分类号：TN943.6 文献标识码： A 文章编号： 前言 铁路系统是一个独立的系统，它有专用的光纤传输网络，利用它既有的传输
2、网络搭建 CATV 光缆传输网具有无可比拟的优越性，铁路系统利用自有的传输网络建设有线电视传输网，既有利于节约社会资源，又盘活了铁路企业自身的资源，是一件双赢的好事。 但是铁路由于其自身的特点决定了其直线型的光纤传输模式，随着距离中心站距离的延长，光信号损耗增大，光缆色散影响严重，不能满足有线电视用户对于高性能、多业务网络的需求。如不加入色散补偿技2术模拟信号严重劣化，用户无法正常收看电视节目。必须进行色散补偿。基于色散补偿技术的光传输网络模型 由于铁路线传输系统具有线性建设的独特性，因此要利用其光传输网搭建 CATV 的光传输网，不可避免的会遭遇色散问题。本章先是从多个方面研究了色散补偿技术
3、在 1550nm 有线电视网络长距离传输的应用，在实验室建立了对有线电视传输网络的色散补偿模型，并应用有线电视专用色散补偿器在实验室模型中经过反复试验实现了 59 个 PAL/D 频道320Km（某铁路线远端站距离中心机房的距离）的传输。 根据我们色散补偿技术研究的成果，及实际某铁路线中心机房至东侧最远端车站的实际距离，我们在实验室完成了色散补偿 320 公里的传输系统，实际传输了 59 个 UD 频道。系统设置如下图所示。 图 1 320KM 1550nm 超长距离 CATV 模拟传输系统 图 1 中光可调衰减器是为了调整光功率，用来保证进入光纤的光功率不能够超过 SBS 值，色散补偿器上面
4、的 DCM 之后的数字表示补偿的光纤公里数。 模型搭建连接完成后，我经过了仔细的调整，最终系统的详细测试指标如下： 表 1320 公里 1550nm 超长距离 CATV 模拟传输指标 3色散补偿模型在某铁路有线电视中的设计与实现 1、某铁路线基础情况概述 某铁路为既有电气化铁路，位于山西省东北部及河北省中部，线路西起山西省神朔线神驰南站，东至河北省黄骅港。共 34 个车站。 根据前文中所建立的320KM 1550nm 模拟电视传输系统模型的实验结果，决定将本工程有线电视光传输系统辖设 1 个总前端、3 个分前端、2 个中继前端，共计 34 个独立火车站。规划设计了满足网络运行需求的光发射机、光
5、放大器。根据光放大器的输入、输出功率以及各光节点接收光功率情况，设计了光分路器的分光比。 通过计算规划设计了满足网络运行需求的光发射机、光放大器。根据光放大器的输入、输出功率以及各光节点接收光功率情况，设计了光分路器的分光比。 本系统共需要 40 公里色散补偿模块 4 台；50 公里色散补偿模块 3 台；80 公里色散补偿模块 2 台。 其标准补偿规格通常有 20km、40km、60km、80km，当然也可以根据具体要求定制。DCM 利用色散补偿光纤产生的不同规格的负色散，刚好与一定距离光纤产生的正色散部分抵消。使用色散补偿光纤的色散补偿器的缺点是插入损耗较大，但温度特性较好，不会因为温度的变
6、化而跑偏，此外对补偿位置也有一定的要求。在实际应用中，究竟需要多大的色散补偿量与 1550nm 外调制光发射机是有一定的关系，通常是发射机光谱线越窄，补偿量也随之减少，而发射机的光谱线越宽，补偿量就越大。这是不言而喻的，因为光发射机的谱线越窄，意味着信号源形成的色散小，4而光发射机的谱线越宽，同样意味着信号源形成的色散大。 项目难点色散补偿位置的设计与计算 我所查阅到的既有文献无论是有关色散补偿的理论研究还是具体实验研究的，都是将色散补偿器放在放大器的输出端口或者输入端口，这样可能方便了设备的维护和管理，但是却忽略了 DCM 的最佳位置，使色散补偿的最佳位置一直没有被发现。在我下面的工作中就是
7、把 DCM 和EDFA 并没有放在一起。如图 2，DCM 的位置 z 可以自由变化（可以放在EDFA 之前也可以放在 EDFA 之后）L1、L2 间可以没有或有多个 EDFA。 图 2 含有 DCM 模块的传输系统 我们把 DCM 当成是一小段特殊光纤，这一小段特殊光纤的色散很大，我们在不计算 DCM 的非线性和损耗时，可得，系统 CSO 计算的公式为： (1) 考虑图 2 系统，利用公式(1)，光传输网络中 EDFA 安装在 50 公里处，光纤色散的常量 D=17 ps/ nmkm，光纤总长 L= 100 km，非线性折射率 n2 = 2. 6 x 10-20 m2/w，衰耗系数 a = 0
8、. 25 dB/ km =0. 0575 NP/ km，光纤的有效而积 Aeff= 50m2，EDFA 输出功率 P0= 16 dBm，光波长为 1550.12nm，频道载波频率 f=503. 25 MHz( DS14)，二阶产物数Ncso = 18， DCM 的色散为 -1200 ps/ nm，调制度 m= 0. 035，当 DCM 的安装位置随着光纤移动时，100km 光纤输出端的 CSO 指标如图 3。 图 3 100km 系统 CSO 随 DCM 位置的变化 5由图 3 可见，在 68 公里的地方我们可以利用 DCM 最大限度的抵消因为光纤的色散和 SPM 效应引起的信号二阶失真，这是
9、一个 DCM 安装的最佳位置。 本项目光缆传输线路全长 582 公里，光传输网有线电视系统需要采用多台线路光放大器和多个色散补偿模块，我们进行系统设计的方法是分段完全补偿法，即：第一、将整个光纤传输网络分成若干个补偿段，每个补偿段由 1 到 2 个中继段和相应的线路光放大器组成，一般长度是几十到 100km；第二、每个补偿段采用图 2 的方法进行完全补偿。.也就是说我们分段计算补偿项和色散项的值，色散项中的 K 为该补偿段的中继段数，L 等于补偿段光纤长度；第三、由完全补偿时补偿项和色散项等值反号我们可以计算出补偿项的 Z 值，Z 就是色散补偿模块的最佳安装位置。 本项目全长 582 公里是一
10、个超长距离的光传输系统 CATV 网络，设共有 15 台线路光放大器和 15 个中继段，每段光纤长 20-100 km 不等，总长 582 km。把系统分成 9 个补偿段，每段含 2 台线路光放大器和两段光纤，利用图 2 的参量和方法我们可以计算出 9 个 DCM 各自的最佳安装位置。当色散补偿模块安装在 68 km，168 km 和 268 km 时 DCM 的色散值都为 1 200 ps/ nm。利用相同的方法还能够计算不同补偿段长、不同中继段长、不同 DCM 色散量情况下的 DCM 模块的最佳安装位置。 结论与展望 6最后对基于色散补偿技术的某铁路线的 CATV 传输网络各项性能指标进行
11、了测试研究，测试了在整个传输网络中色散补偿光纤的性能和指标，测试了在整个传输网络中色散补偿模块的性能指标，测试了有线电视网络的信号指标，从而证明了色散补偿模型在实际的应用中是成功的。 本文以某铁路线 CATV 的设计、实施和计算为主线，提出和解决了铁路长距离有线电视传输网络的色散补偿解决方法。通过基于色散补偿技术的有线电视网络的改造，不但提高了有线电视的服务质量，提高了网络的运行可靠性，还解决了铁路企业的员工娱乐文化生活、为铁路企业的企业文化发展贡献了力量，节省了大量投资，创造了经济效益，提高了网络的综合竞争力。 参考文献 杜百川. 数字电视M. 北京：国家广电总局培训中心，1998: 123
12、-126. 方宏一. 有线电视宽带多媒体网络M. 北京: 中国广播电视出版社, 2001: 15-120. 陈建设. 有线电视系统工程技术实用手册M，地震出版社，2002:101-115. 王宝济. 网络建设实用指南M. 北京: 人民邮电出版社, 1999:89-95. 李鉴增, 焦方性. 有线电视综合网技术M. 北京: 人民邮电出版社, 2002: 67-80. 7郑雯, 翟希山等. 数字电视原理传输与接收M. 北京: 人民邮电出版社, 2006: 113-120. D.E. Goldberg. Genetic Algorithm in Search, Optimization and Machine LearningM. Addison-Wesley. 1989. R. F. Harrington. Field Computation by Moment MethodsJ, Macmillan, 1968. Kraus, J. D. Antennas. second editionM. New York: McGraw-Hill, 1988.
