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(hybridfiber-coaxial，光纤同轴混合网)，一般采用am－vsb(amplitudemodulationvestigialsideband，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(communityantennatelevision，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(wavelengthdivisionmultiplexing，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(compositesecondorderdistortion，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(electroabrosorptionmodulator，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rfinputport，接收外部射频信号；可调射频衰减器(tunablerfattenuator)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(rfamplifier)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(compensationcircuit)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(dfblaser：distributedfeedbacklaser，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(carriertonoiseratio，载噪比)、cso、ctb(compositetriplebeatratio，载波组合三次差拍比)和mer(modulatederrorratio，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。