模拟hfc网络设计

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1、模拟的HFC网络设计1.HFC關念22EDFA的原理及特性22.2掺餌光纤放大器的构成和特性42.3EDFA的优点53HFC原理53.1HFC系统的频谱安排54HFC网的结构和功能7fltr端8棟8596性能指标91.HFC的概念HFC是一种经济实用的综合数字服务宽带网接入技术有线电视网0前在全世界己有超过9.4亿的用户，我国有线电视网自90年代初发展至今，全国覆盖面已达50%,电视家庭用户数有8000多万，成为世界上第一大有线电视网。随着计算机技术、通信技术、网络技术、有线电视技术及多媒体技术的飞速发展，尤其在Internet的推动

2、下，用户对信息交换和网络传输都提出了新的要求，希望融合CATV网络、计算机网络和电信网为一体的呼声越来越高。利用HFC网络结构，建立一种经济实用的宽带综合信息服务网的方案也由此而生。在有线电视系统传输距离不太长时，我们根据同轴电缆的特性，采用分支分配结构就能构成较为经济的电视电缆系统，而在有线电视传输距离较远、范围较大时，我们通常采用光缆、电缆组合搭建HFC网络，在HFC网络的光纤部分我们也可利用分支器件来搭建成本较低的系统。实际应用中，我们通常采用光分支来实现同一光源带更多的光节点，同时为使光信号传输距离更远，必须对光信号进行放大，

3、以补偿光分支损耗和光纤损耗。解决这一问题的传统方法是采用光电中继器，而这种光/电/光的变换和处理方式已满足不了现代通信传输的要求。掺餌光纤放大器直接对光信号进行放大，无需转换成电信号，并且具有输出功率大、增益高、工作频带宽、与偏振无关、噪声指数低、放大特性与系统比特率、数据格式无关等特点，因此它己成为现代光通信系统的关键器件之一，因而在有线电视HFC系统中格外受到青眯。2EDFA的原理及特性2.1EDFA的工作原理图2-1示出掺餌光纤放大器(EDFA)的工作原理，说明了光信号为什么会放大的原因。从图2-l(a)可以看到，在掺餌光纤(E

4、DF)中，餌离子(Er3+)有三个能级：其中能级1代表基态，能量最低；能级2是亚稳态，处于中间能级；能级3代表激发态，能量最高。当泵4F9/20.65

5、im419/24111/24113/2P"夕乂"0.80

6、im3ZZ20.98

7、im21.53

8、im15/2n1.48um泉痛41光信号s宙Sf波长(Im(b)420S擬图2-1掺铒光纤放大器的工作原理(a)硅光纤中餌离子的能级图(b)EDFA的吸收和增益频谱Figure2-1erbium-dopedfiberamplifierworks(a)Silicafiberintheenerg

9、yleveldiagramoferbiumions(b)EDFAgainspectrumofabsorptionand浦(Pump,抽运)光的光子能量等于能级3和能级1的能量差时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态(1->3)。但是激发态是不稳定的，Er3+很快返冋到能级2。如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的Er3+将跃迁到基态(2->1)，产生受激辐射光，因而信号光得到放大。806()4020g40208060)5101520输入泵浦光功率/mW30oO21O输入泵浦光功率/mW(a)(b)图2-2

10、掺餌光纤放大器的特性(a)输出信号光功率与泵浦光功率的关系(b)小信号增益与泵浦光功率的关系Figure2-2characteristicsoferbium-dopedfiberamplifier(a)Outputsignalpowerandpumppowerrelations(b)Small-signalgainandpumppowerrelations但是激发态是不稳定的，Er3+很快返冋到能级2。如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的Er3+将跃迁到基态(2->1)，产生受激辐射光，因而信号光得到放

11、大。由此可见，这种放大是由于泵浦光的能量转换为信号光的结果。为提高放大器增益，应提高对泵浦光的吸收，使基态Er3+尽可能跃迁到激发态，1^2-1(b)示出EDFA增益和吸收频谱。图2-2(a)示出输出信号光功率和输入泵浦光功率的关系，由图可见，泵浦光功率转换为信号光功率的效率很高，达到92.6%。当泵浦光功率为60mW时，吸收效率［(信号输入光功率-信号输出光功率)/泵浦光功率］为88%。2.2掺铒光纤放大器的构成和特性图2-3(a)为光纤放大器构成原理图，图2-3(b)为实用光纤放大器构成方框图。掺餌光纤(EDF)和高功率泵浦光源是

12、关键器件，把泵浦光与信号光耦合在一起的波分复用器和置于两端防止光反射的光隔离器也是不可缺少的。设计高增益掺餌光纤(EDF)是实现光纤放大器的技术关键，EDF的增益取决于Er3+的浓度、光纤长度和直径以及泵浦光功率等多种因