有线电视系统上行光发射模块的设计与实现

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1、·武汉理工大学硕士学位论文第1章绪论1.1课题来源本课题来源于思科系统（中国）研发有限公司。1.2课题研究背景HFC双向网络经历了多个发展阶段[1]。并且是在以往单向的传统同轴电缆建立的CATV网络的基础上建立起来的。上行光发射模块是运用在目前最新的HFC网络架构中上行链路光节点的发射模块。HFC网络的发展经历了如下几个阶段：图1.1为传统的同轴电缆CATV网络。传统的有线电视网络架构为树型结构，信息都是从头端向用户发射，头端的信息通过多条同轴电缆发射出去，经过一系列单向射频放大器，再经过信号分配器的处理后到用户家中。尽管同轴电缆理论可用频带可达1GHz，甚至更高。但由于同

2、轴电缆传输过程中会造成很大的衰减，长距离传输更会造成信号的衰减过大[2]，从而导致用户无法正常收看节目，为了补偿传输过程中的衰减和分支过程中的衰减，因此需要在传输链路的各个部分加入数量不等的射频放大器。运用传统同轴电缆的CATV网络的业务主要是传统的分配型广播电视节目。图1.1传统同轴电缆CATV网图1.2为单向光纤与同轴电缆混合传输网络。该网络充分的利用了光纤在信号传输过程中衰减较小的特点[3][4]，将传统CATV网络原本用射频传输的干线部分改为光纤传输，而光线传输在同等距离情况下，往往不需要设置放大器。从而可以减少整个CATV网络中射频放大器的数量，减小了放大电路带来

3、的影响，因此提高了信号传输的质量。单向光纤同轴电缆CATV网络，在光接收机处将1····万方数据····武汉理工大学硕士学位论文光信号转换为射频信号以后，才使用数量有限的单向信号放大器，但如果光纤部分传输距离过长，也需要用相应的光放大器对衰减的光信号进行放大。单向光纤与同轴电缆混合传输网络传送的是模拟电视节目，并没有增加服务内容。只是提高了有线电视的信号质量。图1.2单向光纤与同轴电缆传输网图1.3为HFC传输网络。利用光纤传输过程中衰减小并且光纤传输带宽宽的特点，利用有线电视业务使用频带以外的带宽来传输话音业务、以太网高速数据业务和个人通信业务等。HFC网络是建立在两根光

4、纤上的传输系统，上行信号和下行信号分别在不同的光纤中传输[5]。通过对1GHz以下频谱的利用，为用户提供除了电视节目意外的更多服务。但随着新技术的发展，更高带宽的射频放大器已经出现；人们对高速网络的需求也越发强烈，目前HFC系统中1GHz的带宽已经不能满足人们对网络的需求；随着2013年新的标准DOCSIS3.1的推出。使得HFC新型传输网络的带宽也将向更高频率拓展。图1.3HFC新型传输网络从图1.3中可以看出HFC传输网络中，干线长距离传输通过光纤传输，并且上行信号和下行信号分开传输。但在头端和配线网部分，上行信号和下行信号共同在同轴电缆中传输。上行光发射模块用在光节点

5、中，将从用户汇聚而来的上行信号转换为光信号发送到头端[6]。当前我国HFC传输网络频谱安排如图1.4所示。····2万方数据····武汉理工大学硕士学位论文图1.4HFC系统频谱安排示意图从图1.4中可以看出。低端频谱的5-65MHz频带安排为上行数字信号，主要传输用户上传的数字信号，随着标准的不断更新，已经拓展到目前的85MHz，并且最新的DOCSIS3.1标准已经把上行频道带宽规定为204MHz。87~550MHz频带用于传输现有的模拟CATV电视信号，这样保证了HFC网络与现有有线电视网络的兼容性；550~750MHz频带安排为数字下行信道，主要传输数字业务和数字电视

6、信号；750~1GHz用于个人通信业务，以及其他各种应用。分配给上行传输信道的频谱远小于下行传输信道的频谱，因此目前HFC网络是双向不对称的通信传输网络。然而随着数据交换的加剧，以及用户对高清数字电视的需求。现有的上行下行工作频带已经不能够满足新的需求了。因此HFC网络架构需要进行新的改进。2013年DOCSIS3.1标准的推出，就针对HFC系统频谱进行了新的规定。1.1课题研究的目的与意义2013年底有线电视接入系统最新标准DOCSIS3.1正式推出规定了上行频谱规定为5-204MHz，比原有系统拓宽了2-3倍。下行带宽也从1GHz拓宽到1.2GHz以上。新的网络架构将为

7、有线电视接入网提供更丰富的服务。因此为了满足新标准的需求，HFC网络架构中的传输设备都需要进行新一代的升级。本文研究的上行光发射模块就是按照DOCSIS3.1标准研发的。符合最新技术标准和市场需求的新一代上行光发射模块。该模块运用于HFC系统上行链路光节点中。新一代上行光发射模块，除了实现将射频信号变为光信号的基本功能外，还添加了符合市场需要的新功能。在HFC传输系统中，传输系统的网络结构为树形结构[7]，因此上行链路在光节点处会产生相应的汇聚噪声，从而影响系统的正常工作。DOCSIS3.1标准的推出，规定了上行带