有线电视网络光缆传输系统的设计与计算.doc

有线电视网络光缆传输系统设计和计算 王旭东（徐州矿务集团通讯计算机处，江苏 徐州 221006）摘要：有线电视HFC双向网络改造，信号传输关键由光缆来完成。光纤传输系统设计合理是否将直接影响信号质量。本文介绍了光纤传输系统中光纤技术参数和光功率计算方法关键词：光链路 光功率 光损耗1光缆传输系统设计思绪 广电城域网广播信道既能传输模拟信号（下行），也能传输数字信号（下行和上行），它通常是由HFC网络组成。HFC网络包含光缆传输系统和同轴电缆系统，在满足传输系统性能指标条件下，光缆网和同轴电缆网设计可分别进行。其中，光缆传输系统是信号传输骨干通道，也是要关键设计部分。HFC网络光缆干线设计关键不只是一个光链路计算，还包含到前端设备配置，光节点分布安排，同轴分配网和用户设备技术参数等。所以，设计前要清楚每个光节点覆盖用户数、光节点输入功率、光纤芯数，光分路器分路数，光配线箱容量和包含有光缆走向、距离等实际路由图。2光缆传输系统设计步骤2.1依据HFC网络系统要求，计划系统各部分技术指标分配，由此得到光纤干线要求达成光链路技术指标。2.2依据光缆实际路由图设计出适宜网络拓扑结构，即在星型、树型、星-树型、环型结构中选择其中一个或二种以上拓扑结构作为HFC光纤干线网拓扑结构。2.3依据选定网络拓扑结构，将光缆实际路由图变为方便计算光纤网络计算图，并在网络计算图上标注相关距离和参数值。2.4将网络计算图上相关数据代入对应计算公式，计算出对应结果。3光链路技术参数选择和损耗计算光链路技术参数选择有工作波长，光纤损耗系数，光纤活动连接器损耗，光分路器损耗，光接收机平均接收电平，光链路预留损耗等。3.1工作波长是指传输系统工作波长：1310nm和1550nm3.2光纤损耗系数dk单模光纤损耗系数：1310nm波段 0.30.35dB/km，1550nm波段0.20.25dB/km。光纤损耗系数值中已包含光纤熔接损耗在内。在设计时，为了确保系统性能指标1310nm取 0.4dB/km，1550nm取0.25dB/km。光链路光纤损耗Lf=光纤长度L光纤损耗系数dk3.3光纤连接器损耗Lc活动接头插入损耗通常在0.40.6dB之间，设计时取0.5dB/个。一条光链路总活动接头损耗=活动接头数量N0.53.4光分路器插入损耗Ld光分路器插入损耗=分光损耗+附加损耗Ls分光损耗：不一样分光比对光信号产生损耗就叫做分光损耗，其数学表示式是：-10lgki，ki为分光比值。附加损耗：光分路器把输入端光信号根据预定分光比对各个支路进行分配时，光信号经过光分路器时除分光损耗外，还有光分路器本身对光信号产生损耗，这种损耗称为光分路器附加损耗。分路器传输距离越远，分光比值越大，为了确保接收端接收功率一致，分光器分光比应和传输距离相对应。表1光路器附加损耗光分路数2345678910111216附加损耗/dB0.20.30.40.450.50.550.60.70.80.911.2光纤链路总损耗：L=光纤损耗Lf+活动接头损耗Lc+光分路器损耗Ld+设计余量Lm 设计余量损耗Lm，通常取0.5dB或不取。4光接收机平均接收光功率Pri 光接收机作用是接收来自光纤传输光信号，并把光信号转换为电信号，最终输出RF传输给用户配线网络。光接收机输出电信号C/N,C/CSO和C/CTB和光接收机输入光功率大小有亲密关系。在光接收机中，通常标有光接收机输入光功率和输出信号C/N之间关系表。比如，WR8604DM光接收机：-2dBm输入时，C/N=51dB；0dBm时，C/N=53dB。光接收机工作波长范围通常为12601600nm，可用于接收1310nm和1550nm波长光信号，含有“双窗口”功效。GY/T143-标准要求：光链路指标测量时平均接收光功率Pr=-1dBm。实际设计中，光接收机平均接收光功率选择应依据实际情况而定，以最终达成系统链路性能指标为目标。光接收机输入光功率经典范围是：-3+1dBm。通常情况下，光接收机接收光功率为-2dBm，有二级网络中心光节点，要选择0dBm接收。5光链路设计计算实例 光缆干线网上计算结果应得到以下技术参数：光发射机输出光功率或掺铒光放大器EDFA输出光功率Pt；各个分光器分光比Ki。5.1计算公式：（1）分光器输出端各条光链路输入光功率Pi=光纤长度L光纤损耗系数dk+活动接头数量N0.5+光接收机平均接收光功率Pri（2） 分光器输出端各条光链路分光比Ki=Pi/Pi100%（3） 发射光功率Pt=Pi+Ls5.2验算公式： 光纤链路总损耗：L=光纤损耗Lf+活动接头损耗Lc+光分路器损耗Ld。假如不等式Pt-PriL成立，则设计正确。6.下面以树型网络拓扑结构为例说明具体计算方法k2 k1 k4 k3 k2光发+EDFA 12 13 P2 L2 P2 p4 L4 Pr4 Pt L1 Po P3 L3 Pr3 P1 P2” Pr1 Pr2L1=7km，L2=24.9km，L3=11.7km，L4=2.3km，工作波长1550nm，选择dk=0.25dBm/km，d1=0.5dB，Pr=0dBm，不考虑设计余量。（计算时应从最末端向前端方向计算）（1）计算13光分路器各条链路光功率，按公式（1）Pi=Ldk+Nd1+Prip4=2.30.25+10.5+0=1.075dBm/1.281mwP3=11.70.25+10.5+0=3.425dBm/2.20mwP2”=10.5+0=0.5dBm/1.122mw（2）计算13光分路器分光比分路器输出光功率总和P(mw)=1.281+2.20+1.122=4.603mw分光比：按公式（2）Ki=Pi/Pi100%k4=p4(mw)/P(mw)=1.281/4.603=27.83%同理，k3=47.79%，k2=24.38%，故13光分路器分光比为：27.83%，47.79%，24.38%（3）计算13光分路器输入光功率把分路器输出光功率总和P(mw)转换为dBmP(dBm)=10lgP(mw)=10lg4.603=6.63dBm考虑到13光分路器附加损耗，查表1可知是0.3dB，所以13光分路器输入光功率为：P2=P(dBm)+0.3=6.63+0.3=6.93dBm（4）计算12光分路器各条链路光功率P2=24.90.25+20.5+p2=14.155dBm/26.032mw，p1=10.5+0=0.5dBm/1.122mw（5）计算12光分路器分光比分路器输出光功率总和P(mw)=26.032+1.122=27.154mwK2=26.032/27.154=95.87%，k1=1.122/27.154=4.13%，故12光分路器分光比为：95.87%，4.13%（6）计算12光分路器输入光功率把分路器输出光功率总和P(mw)转换为dBmP(dBm)=10lgP(mw)=10lg27.154=14.34dBm考虑到12光分路器附加损耗，查表1可知是0.2dB，所以12光分路器输入光功率为：P0=P(dBm)+0.2=14.34+0.2=14.54dBm（7）光放大器输出功率PtPt=70.25+10.5+P0=1.75+0.5+14.54=16.79dBm假如选择17dBm1550nm光放大器，设计裕量为0.21dBm。（8）验算光链路总损耗按公式：光纤链路总损耗：L=光纤损耗Lf+活动接头损耗Lc+光分路器损耗Ld验算每一条光链路总损耗L4=2.30.25+10.5-10lg27.83%+0.3+24.90.25+20.5-10lg95.87%+0.2+70.25+10.5 =0.575+0.5+5.55+0.3+6.225+1+0.18+0.2+1.75+0.5=16.78dBmL3=11.70.25+10.5-10lg47.79%+0.3+24.90.25+20.5-10lg95.87%+0.2+70.25+10.5 =2.925+0.5+3.21+0.3+6.225+1+0.18+0.2+1.75+0.5=16.79dBmL2=10.5-10lg24.38%+0.3+24.90.25+20.5-10lg95.87%+0.2+70.25+10.5 =0.5+6.13+0.3+6.225+1+0.18+0.2+1.75+0.5=16.785dBmL1=10.5-10lg4.13%+0.2+70.25+10.5 =0.5+13.84+0.2+1.75+0.5=16.79dBm依据不等式Pt-PriL，如成立，则设计正确。把计算结果代入不等式，16.79-0=16.79L4=16.7816.79-0=16.79L3=16.7916.79-0=16.79L2=16.78516.79-0=16.79L1=16.79所以，设计正确。参考文件：刘海华，商学波。广电网络光缆传输系统设计。中国有线电视（J） ，（9）：1058-1059林如俭。光纤电视传输技术（第二版）（M）。北京：电子工业出版社，作者介绍：王旭东（1966-），男，工程师，徐州矿务集团通讯计算机处，徐州市淮海西路235号， 邮编：221006，, E-mail: