摘要：介绍研制的STR3200型宽带光工作站的设计要点、性能、特点及光链路对载噪比的影响。该产品可实现双向传输，4个射频输出端口的输出电平可达106-110dBμV，主要性能指标达到相关技术标准的要求。

关键词：光链路光工作站载噪比C/N

CATV BROADBAND OPTICAL WORKSTATION
Tu xiang yu Tang Ding fan
(Chengdu space-time information industry Co.,Ltd,Chengdu，610038)

ABTRACT This paper introduces the design scheme feature、performance and the effect of optical link on carrier to noise ratio of STR3200 which is self-developed. The product can transmit in bothway and has 4 RF outlet with output level up to 106-110μV. Main performance all reach the requirement of relevant technical standards.

Key words Optical link Optical workstation Carrier to noise ratio

l前言

目前光纤CATV网络的调制传输方式主要有调幅、调频和数字传输，数字传输是今后CATV网络的发展方向。而调幅方式具有经济实用，能与目前电视射频系统相兼容的优点，可方便的构成HFC系统。在我国数字一模拟光纤网互补优势将会共存多年，模拟传输系统仍将发挥其优势，今后开展双向传输业务，传输广播业务的A平台与传输数据双向业务的B平台在HFC接人网汇集时，可选用光工作站，实现光纤到楼幢，完成双向传输。

2设计研制方案

2；1电路原理框图

设计了多套电路方案，经反复论证后确定的原理框图如图1所示，有关要点简述于后。

(1)省去了自动增益控制(AGC)回路经分析研究，如设置AGC电路，则导频信号与由PIN二级管、电阻网络组成的电调衰减器，将引入新的非线性失真。实验测试表明，采用AGC回路后，载波组合二次差拍比C/CSO劣化l一2dB，载波组合三次差拍比C/CTB劣化3～4dB。

(2)下行主、备光通道切换为提高HFC网络的可靠性，下行通道设置一主一备光接收模块，切换控制如图1所示，当主信道出现故障，切换开关接通备用光接收模块的电源，则备用通道正常输出。当主信道恢复正常后，便自动倒换回去。

(3)上行主、备光通道切换为完成主备切换，一是在光工作站内设置两个上行光发射模块和切换开关，如此需要前端网管设备和光工作站内的应答器来完成控制；二是在光工作站整机内只设置两个上行光发射模块，由前端两个光接收机和切换开关进行控制。选用后者，无需增设网管便能保证在主通道发生故障后，由前端完成切换到备用通道。

图l 宽带光工作站原理框图

(4)均衡器的设置有的光工作站，只设置一级均衡器，我们设置了前置均衡器和级间均衡器，前置均衡器均衡高频段，级间均衡器均衡低频段，整机调试时极容易实现频响在±0.75dB之内。如要求用于放大器级联的同轴电缆分配网，需均衡电缆衰减，则将级间均衡器更换或调整为倾斜式输出。

(5)放大器的级数经计算和测试，图1中设置三级放大器，4个端口的输出电平可达110dBμV，且能保证C/CSO和C/CTB指标。实际生产时，可根据不同输出电平和指标要求，采用二级或三级放大器。

2.2电路设计光、电器件选型的原理分析

2.2.1光电转换模块光纤系统其光设备的噪声直接影响系统的C/N，而主要的噪声包括发射端激光器的相对强度噪声，接收端光电转换器的散弹(粒)噪声和热噪声。

(1)散粒噪声光探测器PIN二极管在光电变换过程中有一种称为散弹(粒)噪声的噪声电流，实际上是量子噪声、热电流噪声和表面泄漏电流噪声的综合效应。该噪声限制了光电探测器在给定光功率下所能达到的C/N，这种限制称为光量子限制，其载噪比：

(C/N)sbot＝(M2RP)/4qB (1)

式中 M：单频道调制度～0.04～0.05； R：响应度(A/W)0.8～0.9A/W；

P：入射光功率W； q：电子电荷＝1.6×10-19库伦； B：视频带宽(Hz)。

(2)热噪声光电转换后的电信号经前置放大器放大，其输入端的负载电阻所产生的热噪声成为整机放大器噪声的主要来源，直接影响C/N。

RL：为PIN光电转换器的负载电阻；K：波尔兹曼常数；

T：放大器输入端的绝对温度；F：放大器的噪声系数。

据上述分析，要提高C/N，首先应选响应度较大的光电转换器。由于光工作站入射光功率较大，系统的C/N主要受限于激光器的相对强度噪声，对于接收设备，只要适当降低量子噪声和热噪声，便可满足C/N要求。选用ORTEL公司或philips公司带有前置放大器的光接收模块，它集高响应度的PIN光电探测器和超低噪声、宽动态推挽放大器于一体。如ORTEL公司内置放大器(增益13.5dB)的4620A型光接收模块具有低于7.0PA/HZ1/2等效噪声电流，可以大光功率输入提高整机的载噪比，这正符合光工作站输入较大光功率，提高射频输出电平的需要。比如由普通的光接收机输入-2dBm，提高到光工作站输人0dBm，则四端口的输出电平提高4dBμV，可增加覆盖面积，提高了系统性能价格比。

2.2.2放大器模块前置放大器的噪声对C/N的影响最大，选用的光接收模块内有前置放大器，其噪声系统较低，输出阻抗极低，使得下一级放大器对前级无影响，有利于提高C/N。电压放大器，功率放大器选用菲利蒲公司生产的模块，其测试资料表明，在相同测试条件下，达林顿型推挽模块(BGY785AD)比普通型推挽模块BGY785A的CTB、CSO指标分别改善4～5dB；达林顿型功率倍增模块比普通型功率倍增模块的CTB、CSO指标分别改善3～4dB，或选用价格较高的砷化镓-硅功率倍增模块(CGD914CGY885A)可降低噪声和失真，且减少功耗。实际生产时，应视不同性能要求选型配置，参照图l，根据四端口输出电平106-110dBPV的不同要求，光收、发模块，放大器模块的配置如表1所示。调试时，要兼顾四端口的输出电平、C/CTB和C/CSO指标，控制各级放大器的最佳输入电平，才能保证C/CSO、C/CTB指标。因图像载波电平增加1dB，其CTB的数值增加3dB则C/CTB劣化2dB，如采用2级放大器，提高其输入电平，以求4个端口输出110dBμV，则C/CTB劣化。

表1图1中主要光模块、放大器模块配置参考表

2.2.3均衡器、衰减器

●均衡器：为桥T型四端网络，由L、C和R组成，如图2所示，即一个串臂等效阻抗21与一个并臂等效阻抗Z2构成。当Z1×z2＝只3时，均衡器特征阻抗等于一个确定值R0，选R0＝75Ω。当L1与C1串联谐振及L2与C2并联谐振时衰减最小，最小衰减时的角频率为

w0＝1/L1C1)1/2＝1/(L2C2)1/2

偏离w0时衰减增大，当频率很低，接近直流时，满足R1×R2＝R3条件，衰减值就最大，最大衰减量。amax＝Lg|1+R1/R0|。均衡器的频率特征如图2(b)所示，改变R1、R2、C1、C2、L1、L2则衰减量变化。

图2均衡器组件

●衰减器：采用无源衰减器，为对称网络，输入端与输出端可互换，电路简单制作方便，可靠性高。由于没有电感元件，只有幅度衰减，没有相移，故能在很宽的频率范围内正常工作。衰减器采用T型或n型结构，制作时反复调整参数，才能达到相应的衰减量且能起750阻抗匹配器的作用。

2.2.4回传激光器

法布里-珀罗激光器(F-P-LD)多纵模输出功率约1mW，用于传输2路调幅TV信号，2～4路数据回传系统；DFB激光器的噪声和失真比F-P-LD的低，其致冷型的单模输出功率可达16～20mW，传输频道数较多，传输距离较远，不致冷型的单模输出功率约2mW。可根据传输距离长短、传输频道数多少和性能质量要求选择相应的激光器。

3主要性能测试

3.1测试框图见图3

图3 性能测试框图

3.1.1客观测试：如图3中虚线内连接设备，开关K2掷于A，模拟59套PAL制的载频信号输入光发射机经光链路到CATV分析仪，测试C/N、C/CTB、C/CSO指标。

3.1.2主观评价

(1)图像质量直观评价

将设置N个频道的RF信号一路送至光纤系统(开关K1、K2掷于B)，光工作站输出信号至1#彩电机；另一路直接送至24彩电机，调节两台彩电的输入电平为70±5dBμV，观看者离电视机的距离为其荧光屏高度的6倍。

(2)单载频信号与设置N个频道的RF信号混合传输，模拟实际工程的传输质量。

开头K1、K2掷于A，适当改变不同频道、单载频信号组合可观察到哪些频道间产生的CTB、CSO劣化图像质量。如频道配置不当或光发射机、光工作站性能较差，则可在电视机屏幕对角线方向呈一簇平行线条(CSO失真造成)，在垂直、水平面上分别出现粗线条移动(门、B失真造成)。

3.2光链路的构成对测试指标影响的分析

不同的光链路构成，测出的C/N值不同，如只用可调光衰减器组成光链路模拟光纤损耗，测试的C/N值比用光纤构成光链路的指标要高。在其它相同的条件下，不同的光链路构成，其测试结果如表2所示。可能是在实际的光纤中传输光信号，由于瑞利散射，光纤不均匀性，熔接点反射等影响，引起载噪比或非线性失真指标劣化。光纤长度增加，C/N劣化值增大。

3.3测试结果

3.3.1客观测试一是选用专用PC机软件输入设置的频道，由计算机编程、计算并打出各个频道的C/CSO、C/CTB产物数分布，选出C/CTB、C/CSO最差的频道进行测量，以最低的C/CTB、C/CSO值作为系统指标。二是GY/T143-2000标准推荐的CT刀、CSO测试频道，据此我们选定DS4、Z16、DS22和DS42频道，测试结果列入表3，并分别取C/N、C/CSO、C/CTB的最差值51.2dB、63.1dBc、65.2dBc作为产品鉴定的指标。

表2不同光链路构成测试的C/N指标

3.3.2主观评价按照GB/T740-1987标准规定的五级损伤制标准评价图像质量，多数产品能达到4分(良)标准，少数的达到5分(优)标准。邻水县、大竹、开江、达县等地的HFC工程竣工验收，达到或优于4分(良)标准。曾在主观评价过程中，对某一项指标有争议，则以客观测试结果为准。

表3光链路和射频指标

4结束语

该宽带光工作站，用于w℃网络工程，证实该机性能指标较高，稳定性、可靠性均好，是HFC网棚解决高速信息公路最后一公里宽带接人网的合适光设备。整机具有以下技术特征：

(1)高响应度PIN光电转换器与低噪声宽带前置放大器集成一体，可提高载噪比。

(2)两种机型供电方式(ACl30-270V；AC35-70V)有过电压、防雷击保护电路。

(3)可配置性强，内置插入式模块化结构设计，能根据传输业务的需要，配置相应的功能模块，实团新的功能。

(4)插件式衰减器、均衡器、双工滤波器结构，调试、维修灵活方便。

(5)接收光功率动态范围较大，13l0nm/1550nm波长兼容。

(6)特殊工艺处理的机壳，其防锈蚀、防盐雾、防浸湿的能力很强。