一种色散补偿电路及具有该电路的直调光发射机的制作方法

文档序号:17817092发布日期:2019-06-05 21:51
一种色散补偿电路及具有该电路的直调光发射机的制作方法

本发明涉及有线电视网络技术领域,尤其涉及一种色散补偿电路及具有该电路的直调光发射机。



背景技术:

目前现有的有线电视网一般都是单向HFC(Hybrid Fiber-Coaxial,光纤同轴混合网),一般采用AM-VSB(Amplitude Modulation Vestigial Sideband,残留边带调幅)调制和星树型拓扑结构,在前端系统使用光发射机将CATV(Community Antenna Television,社区公共电视天线系统)信号(模拟和数字电视、电话和数据业务)转换成光信号,然后再利用光接收机将光信号转换成电信号,再将这个电信号通过同轴电缆分配网络传送到最终用户。有线电视在国内刚普及时,1310nm波段的光发射机使用较普遍,但是,随着CATV系统进一步发展,大部分的1310nm波段的光发射机将升级为1550nm波段的光发射机,因为1550nm波段的光在长距离传输时光纤衰减更少,而且可以使用WDM(Wavelength division multiplexing,波分复用)来传输模拟和数字信号,使得1550nm波段的多种波长的信号可以在同一根光纤中传输,能大大降低铺设长距离光纤的成本。

但是1550nm直调激光器会引起输出光载波的频率啁啾(频率啁啾,是指数字脉冲的持续时间内,光载波的频率都在不断变化,使得光载波的线宽增加,增大色散影响),及长距离传输产生的光纤色散失真,使得1550nm波段的直调光发射机在CATV传输系统中会产生较大的失真,表现为CSO(Composite Second Order Distortion,载波组合二次失真)随公里数增加,恶化非常明显。因此,外调制光发射机通常应用于的1550nm波段的CATV光传输系统中,使用较多的外调制器为EAM(Electro abrosorption modulator,电吸收调试器)和Mach-Zehnder(马赫-曾德尔)干涉仪型调制器。但是这两种外调制器因为是在光域直接对光进行处理,所以其成本高,价格昂贵,不适合大批量商用,一般使用在主干路上,使用量少。众所周知,使用直调激光器来调制光是成本最低的一种光调制方式,但是前面也提到,直调激光器容易产生较高的CSO。



技术实现要素:

为了解决背景技术中存在的技术问题,本发明提出了一种色散补偿电路及具有该电路的直调光发射机,以解决现有技术中长距离传输产生的光纤色散失真的问题。

本发明提出的一种直调激光器色散补偿电路,包括:

射频输入口,接收射频信号;

射频输出口,与直调激光器连接,将色散补偿后的射频信号传送到直调激光器;

第一变容二极管,负极通过第一电感和第一电容与射频输入口连接,负极通过第二电容与射频输出口连接,负极通过第一射频扼流圈与偏置电压控制口连接;第一变容二极管正极接地;

偏置电压控制口,与外部控制器连接,通过第一射频扼流圈向第一变容二极管提供反向偏置电压。

优选地,还包括:第二电感,串接在第一变容二极管和第二电容之间。

优选地,还包括:

第二电感、第三电感、第四电感,依次串接在第一变容二极管和第二电容之间;

第二变容二极管,负极接在第二电感和第三电感之间,正极接地;

第三变容二极管,负极接在第三电感和第四电感之间,正极接地;

第四变容二极管,负极接在第四电感和第二电容之间,正极接地。

优选地,在调试光纤色散补偿时,通过调试变容二极管的偏置电压,当公里数较短,激光器的Chirp值较低时,调试变容二级管的反向偏置电压,使其工作在Cj-v曲线的斜率较小的位置;而当公里数长,激光器的Chirp值较高时,调试变容二级管的反向偏置电压,使其工作在曲线斜率较大的位置;其中,Cj为变容二极管的结电容,v为变容二级管两端所加的反向偏置电压。

本发明提出的一种色散补偿电路的直调光发射机,包括:

射频输入端口,接收外部射频信号;

可调射频衰减器,与射频输入端口连接,对射频信号输入电平进行衰减;

射频放大器,与可调射频衰减器连接,对射频信号射频功率进行放大;

色散补偿电路,与射频放大器输出端连接,对射频信号进行色散补偿;

直调式激光器,与光纤色散补偿电路的射频输出端连接,接收其发送的经过色散补偿的射频信号,对射频信号直接调制后转换为光输出;

控制器,分别与可调射频衰减器、色散补偿电路、直调激光器连接,用于控制可调射频衰减器的衰减量,并控制色散补偿电路的色散补偿量;

其中,色散补偿电路为上述的直调激光器色散补偿电路。

本发明中,使用直调1550nm激光器配合光纤色散补偿电路,在降低成本的同时,也提高光纤链路的性能指标,更适合批量生产使用。本发明能远距离(0~60km)传输部分模拟+数字信号及全频段数字信号,在60km内一定程度上替代外调制光发射机。

附图说明

图1为本发明实施例1提出的一种直调激光器色散补偿电路图;

图2为本发明实施例2提出的一种直调激光器色散补偿电路图;

图3为本发明实施例3提出的一种直调激光器色散补偿电路图;

图4为本发明实施例中具有实施例1至实施例3色散补偿电路的直调发射机结构图;

图5为本发明实施例中变容二极管的Cj-v特性曲线图;

图6为本发明直调光发射机在不同公里数的条件下测试到的CNR、CSO、CTB和MER的曲线图;

图7为本发明实施例中全频道纯数字信号输入给光发射机,在不同公里数条件下的测试结果图。

具体实施方式

本发明实施例1提出了一种直调激光器色散补偿电路,如图1所示,包括:射频输入口RFin,接收射频信号;射频输出口RFout,与直调激光器连接,将色散补偿后的射频信号传送到直调激光器;偏置电压控制口Bias,与控制器连接,调节给变容二极管的偏置电压;第一变容二极管D1,负极通过第一电感L1和第一电容C1与射频输入口RFin连接,负极通过第二电容C2与射频输出口RFout连接,负极通过第一射频扼流圈RFC1与偏置电压控制口Bias连接;正极接地。其中,第一电容C1和第二电容C2的作用主要是阻隔直流,通交流信号,防止加载给D1的反向直流偏置信号影响前后级电路;第一电感L1和第一变容二极管D1组成低通滤波电路,通过调整D1的反向偏置电压来调整失真信号的相位;第一射频扼流圈RFC1是通直流信号,阻交流信号,偏置电压控制口Bias通过第一射频扼流圈RFC1向第一变容二极管D1提供反向偏置电压,通过调整反向偏置电压,第一变容二极管D1的结电容随着变化,产生了时延,这个改变的时延即为光纤色散补偿。

变容二极管与反向偏置电压的关系可表示为

其中:Cj为变容二极管的结电容,Cj0为变容管加零偏压时的结电容;VD为变容二级管PN结内建电位差(硅管VD=0.7V,锗管VD=0.3V);γ为变容二极管的电容变化指数,与频偏的大小有关;v为变容二级管两端所加的反向偏置电压。Cj-v特性曲线如下图5所示,当加入的反向偏置电压为v=VQ+vΩ=VQ+VΩmcosΩt时,设电路工作在线性调制状态,在静态工作点Q处,可得曲线的斜率为kc=ΔC/ΔV。射频信号在经过了色散补偿电路之后,改变了变容管的结电容,产生了时延,这个改变的时延即为光纤色散补偿。

1550nm波段的直调光发射机发出的光在长距离传输时,因附加频率调制和光纤色散特性相互作用,传输的模拟信号失真的变化表现为CSO。CSO与光纤长度,激光器的Chirp值(啁啾值)的关系如下公式所示:

其中:N是失真拍数,ω1和ω2是调制载波的频率,I0是信号幅度,λ是光波长,c光速,D是光纤色散失真,L是光纤长度,dv/dI是直调式激光器的Chirp值。从公式(2)中可以看出,CSO失真不仅与光纤色散失真D和光纤长度L乘积的平方成正比关系,而且还与直调式激光器的Chirp值的平方成正比关系。所以,不同公里数需要不同的色散补偿量来进行补偿,不同激光器也需要不用的色散补偿量进行补偿。此外,直调式激光器的厂家提供的激光器手册也显示,不同激光器的chirp值相差会比较大,如Emcore公司的1550nm的激光器,chirp值范围为40~100MHz/mA,变化范围比较大,这主要与激光器制造的工艺控制有关系,即使是同一批次生产出来的激光器,他们的chirp值也会相差比较大。

在调试光纤色散补偿时,主要是通过调试变容二极管的偏置电压,使得变容二级管工作在一个想要的Cj-v上的工作点。根据公式(2),当公里数较短,激光器的Chirp值较低时,整个链路产生的CSO失真比较低,需要的补偿量少,调试变容二级管的反向偏置电压,使其工作在Cj-v曲线的斜率kc=ΔC/ΔV较小的位置;而当公里数长,激光器的Chirp值较高时,链路的CSO失真也高,需要更多的补偿,调试变容管时,需要使其工作在曲线斜率较大的位置。但是在做电路设计时,如果调试的范围过大,射频链路的阻抗也会在较大的范围内变化,容易引入更多的其他的失真。如图1,第一电感L1和第一变容二极管D1组成的低通滤波电路,电路的阻抗Z为Z=sqrt(L/C(v)),其中L是电感,C(v)是变容二极管的在反向偏置电压为v时的电容。

本发明实施例2提出了一种直调激光器色散补偿电路,如图2所示,在实施例1的基础上增加了第二电感L2,第二电感L2串接在第一变容二极管D1和第二电容C2之间。图2的电路中,电感L1,L2和变容二极管D1组成的电路主要产生相位失真,而且这个失真与频率成线性关系。电感L1和L2的值的确定主要与想要的失真的频率有关系。

本发明实施例3提出了一种直调激光器色散补偿电路,如图3所示,在实施例1的基础上增加了多组电感和变容二极管,增加多组电感和变容二极管主要是产生更多的色散补偿,以应对不同公里数的需求。因公里数从0~60km,产生的色散失真量也不同,公里数越长,产生的色散失真越多,所以需要多组电感和变容二极管,方便不同公里数补偿。当公里数较低时,施加的反向偏置电压较高,产生的色散补偿较少;当公里数较长时,施加的反向偏置电压较低,产生的色散补偿较多。该实施例中以增加三组为例。第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4依次串接在第一变容二极管D1和第二电容C2之间;第二变容二极管D2负极接在第二电感L2和第三电感L3之间,正极接地;第三变容二极管D3负极接在第三电感L3和第四电感L4之间,正极接地;第四变容二极管D4负极接在第四电感L4和第二电容C2之间,正极接地。

本发明实施例5提出了一种具有实施例1至实施例3所述色散补偿电路的直调光发射机,可以将射频信号转换为光信号进行远距离传输。具体结构如图4所示,包括:射频输入端口RF input port,接收外部射频信号;可调射频衰减器(Tunable RF attenuator)100,与射频输入端口连接,对射频信号输入电平进行衰减;射频放大器(RF amplifier)200,与可调射频衰减器100连接,对射频信号射频功率进行放大;色散补偿电路(Compensation circuit)300,与射频放大器200输出端连接,对射频信号进行色散补偿;直调式激光器400,与光纤色散补偿电路300的射频输出端连接,接收其发送的经过色散补偿的射频信号,对射频信号直接调制后转换为光信号通过光输出端口输出,例如DFB激光器(DFB laser:Distributed feedback laser,分布式反馈激光器)。控制器500,分别与可调射频衰减器100、色散补偿电路300、直调激光器400连接,用于控制可调射频衰减器的衰减量,并控制色散补偿电路的色散补偿量,从而在不同使用条件下获得最优色散补偿,对不用应用场景、不同传输距离,调节色散补偿量的大小。本发明的直调光发射机的内部射频电路及控制电路结构,不仅仅局限于图4的框架图,还可以有更多的复杂结构。但是直调光发射机,凡是具有本发明的色散补偿电路(图1至图3)结构,均属于本发明范围。

图6和图7是具有色散补偿的直调光发射机在不同公里数的条件下测试到的CNR(Carrier to Noise Ratio,载噪比)、CSO、CTB(Composite Triple Beat ratio,载波组合三次差拍比)和MER(Modulated Error ratio,调制误差率)的曲线图。

其中,图6是模拟信号和数字信号混合后(30个模拟信号+72个数字信号)输入给光发射机的测试结果,所以既有测量模拟信号的指标CNR/CSO/CTB,也有测量数字信号的MER。从测试结果可以看出,本发明的具有色散补偿的直调光发射机,光纤长度从2km到60km,CSO从68dB恶化到60.5dB,将近60km的距离,CSO才恶化不到8dB!而普通的直调光发射机,公里数从0km到10km,CSO就要恶化8dB左右。正如上文中提到的,本发明的色散补偿电路,在补偿CSO的同时,也会附带产生三次失真,而且公里数越长,补偿的越多,所以CTB也会恶化越多,表现为随着公里数的增加,CTB恶化也会增加。如图6所示,从2km到60km,CTB曲线从70dB逐渐降低到62dB。而数字信号的MER指标从2km的42.2dB降低到60km的36.2dB。为了平衡模拟和数字信号的失真指标,使得两种信号的信号质量都在可接受范围之内,在调试时,两方面都要兼顾调试。

图7是全频道纯数字信号输入给光发射机,在不同公里数条件下的测试结果。从低频段的266MHz到高频段的1210MHz,随着公里数的增加,MER恶化的速度也不一样,高频段的恶化较快,低频段的恶化较慢。在0km时,266MHz和1210MHz的MER几乎相同,但是到了60km时,266MHz的MER有40.3dB上,但是1210MHz的MER却只有37.2dB。这是必然的,因为直调光发射机,高频段的射频调制到光上经过长距离传输,本身恶化就会比低频段的快,本发明的色散补偿的光发射机,能缓解这一问题。

本发明除了对传输模拟信号的CSO有优化作用外,对传输数字系统中的QAM信号质量,也有优化作用,具体表现在长距离传输时,测试到的MER比不带色散补偿的直调光发射机的MER指标要高很多。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

再多了解一些
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