Динамичният обхват на сигналите се дефинира като разлика между максималната и минималната сигнални мощности, които могат да бъдат подадени на входа на канала за връзка.
Максималната стойност на входната мощност се ограничава от максимално допустимите нива на продуктите от нелинейните изкривявания, най-съществено влияние от които оказват тези от втори и трети ред (CSO и CTB), получени в изхода на канала. При пренос на аналогови телевизионни сигнали превишането на тези нива най-често видимо се проява като „зърнеене” на картината.
Минималната стойност на входните сигнали се ограничава от необходимото минимално отношение носещо трептение/шум (CNR), което по стандарт е 51dB в изхода на оптичния канал и 43dB в абонатния контакт.
По-големият териториален обхват на широколентовите кабелни комуникационни системи (ШККС) води до увеличаване на броя на последователно включените в мрежата източници на шумове и нелинейни изкривявания, което намалява динамичния обхват на входните RF сигнали. Това е основната причина за ограничаване на дължина на преносния канал в този тип системи.
Динамичният обхват на сигналите в оптичния канал на ШККС се определя от минималното и максималното ниво на RF сигналите, постъпващи на входа на лазерния предавател и според критериите му за определяне са дефинирани три вида динамичен обхват: динамичен обхват на блокиране (ДОБ), динамичния обхват без изкривявания (ДОБИ) и работен динамичен обхват (РДО).

Желанието на големите кабелни оператори да доставят кабелна телевизия с високо качество води със себе си изискването оптичната им мрежа да достига до сградата на потребителя (FTTB). При това се налага да бъде осигурена оптична мощност за десетки стотици оптични приемници.
Ако такава система използва сравнително по-евтината технология с рабтна дължина на вълната 1310nm е наложително използването на огромен брой оптични предаватели, респ. и осигуряване на RF входна мощност и специфична настройка на всеки от тях. От друга страна значително по-големите загуби на оптична мощност при работа с тази дължина ограничават максималният радиус на покритие. Наред с казаното до тук, се добавят и недостатъците дължащи се на директната модулация на оптичния сигнал, а именно широка спектрална лента и високо ниво на генерираните шумове.
Всички тези недостатъци могат да се избегнат при използване на оптичен предавател с външна модулация, работещ на 1550nm. В този случай успешно се използват оптични усилватели, благодарение на които териториалното покритие се разширява многократно.
Освен изброените предимства, използването на 1550nm води до някои съществени неудобства. Едно от тях е значително по-високите изисквания към качеството на изграждане на оптичната мрежа – радиуси на огъване, затихване на оптичните заварки и т.н. Като друг недостатък може да се посочи ограничената скорост на предаване на данни по един единствен прав канал. Вторият недостатък е съществен единствено при доставка на Интернет по кабелната мрежа.

References: [1].

Full Version of Paper

Analog transmission of RF signals over the optical channel of a hybrid fiber coaxial (HFC) CATV system can be based on either direct laser modulation or an external modulator. The parameters of the optical channels with direct laser modulation are of poor quality due to laser chirping, nonlinearity and slightly sloping transfer characteristic etc. To eliminate such a disadvantage a laser with a constant bias current and an external modulator at its output is used.
Modern HFC CATV systems usually apply electro-optical intensity modulators based on the Mach-Zehnder interferometer and known as MZ-modulators (MZM). The linear part of the conventional MZM transfer characteristic is rather short which results in nonlinear distortion of the signals transmitted over the optical channel. With HFC CATV systems the carrier-to-composite second order (C/CSO) products and the carrier-to-composite triple beat (C/CTB) products ratio measured at the optical channel output is required to be higher than 60 dB. To provide the minimum CSO and CTB values needed the conventional MZM must be operated with a modulating RF signal of comparatively small amplitude which however causes the carrier-to-noise ratio (CNR) to decrease, hence the received information quality to worsen.
Different methods for linearization of the MZM transfer characteristic have been developed. They improve the dynamic range of the input RF signals and keep the carrier-to-intermodulation distortion ratio within the required limits. Linearization techniques most often apply several conventional MZMs (two as usual) whose mode of operation is set in a way to achieve an effective suppression of the nonlinear distortion products. The method usually applied to determine the parameters of such modulators consists in representing their transfer characteristic as a power series. A mathematical model based on Bessel functions has been used to describe the MZM. The purpose was to optimize the modulator parameters in a way to reduce the nonlinearities over a broad frequency band and to maximize the modulation efficiency, i.e. to maximize the linearity of its transfer characteristic and to minimize the optical loss.

References: [1], [2], [3].

При преноса на сигнали по КРМ на системата, към тях се добавят шумове от различни източници. Важно при съставянето на пълната шумова картина е да се познава видът, характерните особености и мястото на възникване на шума. Най-голямо влияние при определяне на пълния шум на системата оказват топлинният шум, дробовият шум и относителният интензитетен шум на лазера. В ШККС се генерират и множество други шумове, влиянието на които не е толкова съществено. Пренебрегването им е недопустимо и те се вземат под внимание за всеки конкретен случай. Такива са шумовете, генерирани в свързващи устройства, насочени отклонители, атенюатори, кабелни коректори и др.
Топлинния шум (Thermal noise) се появява при протичането на ток през всеки електронен елемент и зависи от работната температура, ширината на честотната лента и стойността на еквивалентното активно съпротивление. Основни източници на топлинен шум са съгласуващите вериги в оптичния предавател и приемник, а също така оптичните и кабелните усилватели. Коаксиалната кабелна разпределителна мрежа, която притежава характеристично съпротивление 75Ω, също се разглежда като източник на топлинен шум, нивото на който е около 2dBµV, при температура на околната среда 17°C и ширина на честотната лента 5MHz.
Източниците на светлина преобразуват електрическия сигнал в светлинен поток, което е съпроводено с добавяне на различни шумови съставки към полезния сигнал. Най-съществено е влиянието на относителния интензитетен шум на лазер (RIN), неговият фазов шум и шумът от отражения. Относителният интензитетен шум на лазера има квантов характер и се причинява от несъвършенството на процеса на преобразуване “електрон – фотон” в материала на лазера. В активния слой на лазера възникват случайни  емисии на голям брой фотони, причиняващи случайна модулация на генерираната светлина. RIN зависи от работната температура, възбуждащия ток на лазера и от оптичната обратна връзка на светлината, създадена от отражения в оптичното влакно. Фазовият шум (Phase noise) е случаен по природа и се предизвиква от спонтанната емисия на фотони в излъчващата среда на лазера. Той води до флуктуации на фазата на изходния сигнал и разширяване на спектралната линия, което за FP лазери е в границите от 1-10nm, а за DFB  е по-малко 100MHz.
В оптичния усилвател освен разгледания топлинен шум се генерират сигнално-спонтанен шум  и спонтанно-спонтанен шум. Първият зависи от пълната светлинна мощност, а втория, който е доминиращ – от усилването на усилвателя.
Освен шумовете, генерирани в напомпващия лазер, оптичният усилвател създава и шумове от сигнал-спонтанно биене, спонтанно-спонтанно биене, двойно обратно Релеево разсейване и усилената спонтанна емисия (ASE). ASE се дължи на естественото преразпределение на фотоните в различните енергиини нива и генерира дробов шум в приемника. Нивото на породения от ASE шум е много по-малко от това на генерирания от средната оптична мощност на сигнала шум и затова той може да се пренебрегне.
Определящи за оптичния приемник са топлинният и дробовият (квантов) шум. Дробовият шум е с квантов произход и се генерира непосредствено в полупроводниковия фотодиод на приемника. Причина за възникването му е неефективното преобразуване “фотон – електрон”. Създадената шумовата мощност е пропорционална на приемания фототок и ширината на честотната лента. Дробовият шум ограничава отношението CNR до ниво известно като квантово ограничение.
Поляризационният шум е случаен по природа, свързва се с поляризационната зависимост на усилването и поляризационната модова дисперсия на влакното. Характеризира се с нееднакво затихване на всички моди в изходния сигнал и довежда до сериозни загуби от поляризация, а от там до намаляване на отношението CNR на входа на оптичния приемник.

References: [1].

One of the most usable in the contemporary submarine and long-haul terrestrial networks are the distributed Raman amplifiers (DRA), which is due to many advantages: stimulated Raman amplification can occur in any fiber at any signal wavelength by proper choice of the pump wavelength; the Raman gain process is very fast and the effective noise figure of the DRA is smaller than the noise figure of erbium-doped fiber amplifier and the semiconductor optical amplifier.
In contrast with the EDFA which is a discrete device with an input and an output, DRA can be described as a system which consists of two pumping sources placed at the beginning and at the end of the transmission span which length is more than 100 kilometers. The optical fiber is used as an active medium. The projecting of a DRA is related with the choice of a pump power value in accordance with the transmission span length; the needed net gain coefficient and the magnitude of the added noises.
The high level of the pump power and the long actual transmission span of the distributed Raman amplifier are the reason for adding the noises due to spontaneous emission, double Rayleigh backscattering of the signal and RIN noise transfer.

The Motorola DM 6400 is a medium-density solution for digital video processing systems, delivering unparalleled quality and reliability for networking, distributing and processing both standard definition (SD) and high definition (HD) services. It offers a wide array of digital video applications including grooming of custom channel lineups, rate shaping and statistical remultiplexing, and localized digital ad insertion.

Already deployed in Bulgaria by KST Ltd!

References: [1].

При пренасяне на радиочестотните (RF) сигнали по оптичния канал на една широколентова кабелна комуникационна система (ШККС) може да се използва както директна модулация на лазера, така и външен модулатор. Оптичните канали с директна модулация на лазера са с понижени качествени показатели. Причините за това са паразитната честотна модулация в лазера, нелинейността и малката стръмност на неговата характеристика на преобразуване на електрическия в оптичен сигнал, релаксационните ограничения на лазера и др.
Изброените недостатъци на оптичните предаватели с директна модулация на лазера могат да се избегнат чрез използване на лазер, работещ с постоянен възбуждащ ток, в изхода на който се включва външен модулатор. В ШККС са се наложили оптичните амплитудни модулатори, реализирани чрез интерферометър на Мах-Зендер, наречени за краткост MZ-модулатори.
При него постъпващият от лазера оптичен сигнал се разделя поравно между два фазови модулатора, към електродите на които се подават едновременно преднапрежение и модулиращ радиочестотен (RF) сигнал. Под действие на модулиращото напрежение, ъгълът на дефазиране на оптичните сигнали, преминаващи през двата фазови модулатори се променя противопосочно и след сумирането им се формира нивото на изходния сигнал на MZ-модулатора, което следва формата на изменение на модулиращия сигнал.