毕业设计-有线电视网络-catv光纤网络设计.doc

《有线电视网络课程设计》
HFC光链路常规设计

院 系： 传媒技术学院
专 业： 广播电视工程

2014年6月26日

课程设计任务书

学生姓名

学号

课程名称
《有线电视网络课程设计》
设计题目
楼陈区域 CATV光纤网络设计
设计目的、主要内容（参数、方法）及要求
课程设计的目的在于培养学生运用相关课程中所学到的理论知识，解决实际问题的能力，培养学生查阅资料文献的能力，培养学生使用相关软件的能力，培养学生动手的能力，培养学生规范撰写相关文档的能力等。
给定楼陈区域的光纤路由图，给定相关的技术条件，做一个小型的CATV光链路常规设计。
工作量
2周时间，每天3学时，共计42学时
进度安排
两周时间，每天4个小时。
第一周：
第一天：实地考察
第二天：构思系统框架
第三天和第四天：查找相关资料，做笔记。
第五天：开始设计
第六天、第七天：查资料、做笔记，修改设计。
第二周：
第一天——第三天：写设计报告
第四天：完成
第五天——第七天：修改、查资料、修改，完成。
主要参考资料
[1]刘剑波.有线电视网络.中国广播电视出版社.2003.1
[2]赵坚勇.数字电视技术（第二版）.西安电子科技大学出版社.2011.4
[3]黄宪伟.有线电视系统设计维护与故障检修.人民邮电出版社.2009.11
[4]杜庆波.光纤通信技术与设备（第二版）.西安电子科技大学出版社.2012
[5]孙强.光纤通信系统及网络.科学出版社.2011.5
指导教师签字

教研室主任签字

楼陈区域CATV光纤网络设计：8个光节点

摘 要
近年来，“天上卫星传送，地上有线覆盖”的星网结合模式，不仅是21世纪实现广播电视覆盖的最佳方式，也将成未来信息网络的基础构架。这样，立足于现有的有线电视HFC网络，融入现代通信技术宽带网络技术和多媒体技术，我们便可以打破传统的行业界限，有效地实现“三网融合”，建立起一个宽带高速的公用信息网络体系。本次课程设计主要设计的是简单的光纤干路部分，通过光发射机发射光信号，经过光分光器分路后送到各个光节点。

关键词：HFC、光纤网络、光分路器、光节点

目 录
1 HFC光链路系统·······················································1
1.1 概述·······························································1
1.2 组成·······························································1
1.2.1 光纤·····························································1
1.2.2 同轴电缆·························································1
1.2.3用户分配网························································1
2 楼陈区域光纤网络设计·················································2
2.1 楼陈区域设计方案····················································2
2.2 设计原理及依据·····················································3
3 技术要求······························································6
4 系统指标分配与计算····················································7
4.1光纤损耗····························································7
4.2 分光比······························································7
4.3链路损耗····························································8
4.4 光发射机功率确定····················································8
5光发射机及光接收机的选型··············································9
5.1光发射机的选型······················································9
5.2光接收机的选型·····················································10
6 心得体会····························································12
7参考文献····························································13

1 HFC光链路系统
1.1 概述
HFC即混合光纤同轴电缆网，是指HybridFiber-Coaxial的缩写。是一种经济实用的综合数字服务宽带网接入技术。HFC通常有光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成，从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输；到用户区域后把光信号转换成电信号，经分配器分配后通过同轴电缆送到用户。它与早期CATV同轴电缆网络的不同之处主要在于，在干线上用光纤传输光信号，在前段需完成电—光转换，进入用户区后要完成光—电转换。
1.2 组成
1.2.1 光纤
光导纤维，简称光纤，是光通信中最常用的传输物质。通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管（LED）或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。在日常生活中，由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，因此光纤被用作长距离的信息传递。光纤切面图如图1。

1.2.2 同轴电缆
同轴电缆指先由两根同轴心、互相绝缘的圆柱形金属导体构成基本单元（同轴对），再由单个或多个同轴对组成的电缆，如图2。最常见的同轴电缆由绝缘材料隔离的铜线导体组成。从用途上分可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。

1.2.3 用户分配网
用户分配系统是有线电视网络的最后一个环节，是整个网络体系中直接与用户连接的部分。它的分布面最广，因而其网络结构的合理与否直接影响到整个CATV工程的质量与造价，通常由分配放大器（有时也要用到延长放大器）、同轴电缆、分支器、分配器等有源器件和无源器件组成，其主要功能是将传输系统传送来的信号准确、优质、高效地分配到千家万户，同时将用户端需要回传的信号汇聚到信号分配点上。
2 楼陈区域光纤网络设计
2.1 设计方案
本次设计为简单的CATV光纤干线网络，距离相对较短，系统采用1310nm光纤传输技术，从发射端发出光信号，通过光分路器分路后直接传送到各个光节点，每个光接收点配置4芯光缆，一芯用于下行传输，一芯用于上行传输，一芯用于数字传输，一芯备用。
实际勘察记录数据见表2-1-1
序号
地址
距离
1
徐文益
1.9km
2
左家岗
1.1km
3
叶家湾
1km
4
楼陈学校
0.895km
5
任家伍
2.105km
6
曾家日
1.255km
7
杨家王
2.175km
表2-1-1 勘查记录
任家伍
叶家湾

杨家王

楼陈学校
左家岗
三岔口

徐文益

曾家日

图2-1-2 路由图

1.9km

1.1km
徐文益

左家岗

1km

叶家湾

0.895km

2.105km
楼陈学校

任家伍

1.255km
光发射机

曾家日

2.175km
杨家王

光接收机
光分路器

图2-1-3 拓扑图

2.2 设计原理及依据

图2-2-1示意图

基本设计参数如表2-2-2

序号
类别
损耗
1
1550nm光纤
0.25dB/km（含熔接点0.05dB/个）
2
1310nm光纤
0.4dB/km（含熔接点0.05dB/个）
3
活接头
0.25dB/个
4
光分路器
含分光百分比损耗和附加损耗
表2-2-2 基本设计参数
光分路器的附加损耗如表2-2-3
路数（N）
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
16
附加损耗Af（dB）
0.3
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.2
表2-2-3光分路器的附加损耗

光分路器：光分路器是光纤链路中最重要的无源器件之一，是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件，我们使用M×N来表示一个光分路器有M个输入端和N个输出端。在光纤有线电视系统中使用的光分路器一般都是1×2/1×3以及由他们组成的1×N光分路器，其作用是把一路光按一定比例分成多路输出。光分路器类似于分配系统中的分支器，常又把它称为光纤定向耦合器。
插入损耗：光分路器的插入损耗是指每一路输出相对于输入光损失的dB数，其数学表达式为：Ai=10lg Pouti/Pin ，其中Ai是指第i个输出口的插入损耗；Pouti是第i个输出端口的光功率；Pin是输入端的光功率值。
附加损耗：附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于输入光功率损失的DB数。值得一提的是，对于光纤耦合器，附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标，反映的是器件制作过程的固有损耗，这个损耗越小越好，是制作质量优劣的考核指标。而插入损耗则仅表示各个输出端口的输出功率状况，不仅有固有损耗的因素，更考虑了分光比的影响。因此不同的光纤耦合器之间，插入损耗的差异并不能反映器件制作质量的优劣。
分光比：分光比定义为光分路器各输出端口的输出功率比值，在系统应用中，分光比的确是根据实际系统光节点所需的光功率的多少，确定合适的分光比（平均分配的除外），光分路器的分光比与传输光的波长有关，例如一个光分路在传输1.31 微米的光时两个输出端的分光比为50：50；在传输1.5μm的光时，则变为70：30（之所以出现这种情况，是因为光分路器都有一定的带宽，即分光比基本不变时所传输光信号的频带宽度）。所以在订做光分路器时一定要注明波长。
1310nm光纤和1550nm光纤选择：设光纤有线电视系统有N个光节点，每个光节点到前端的平均距离为Lkm。因为1310nm系统包括熔接点在内的损耗α=0.4dB/km，1550nm系统的α=0.25dB/km，1310nm系统光接收机的接收光功率P0=-3dBm，1550nm系统光接收机的接收光功率P0=-1dB。设光分路器的附加损耗为0.5dB，活动连接头损耗和其他损耗为1dB，1310nm系统所需光发射机的总功率：
10lgPi=10lgP0+10lg[100.1αL]+1.5
=-3+10lg（N100.4L）+1.5
=-1.5+10lgN+0.4L
1550nm系统所需光发射机的总功率：
10lgPi=-1+10lg（N100.25L）+1.5
=0.5+10lgN+0.25L
显然，1550nm系统所需光发射机的总功率比1310nm系统所需光发射机的总功率要小，但1550nm系统光发射机（不含光纤放大器）的价格比同功率1310nm光发射机要贵。本次设计距离较短，所需光功率较小，故应该选择1310nm光纤系统。

3 技术要求
在进行一个有线电视系统总体设计时，人们仍然从下行模拟电视信号传输回路的信号技术指标入手。因为，尽管在一个有线电视网中既要传输模拟信号又要传数字信号，但模拟信号对传输系统的要求比数字信号高，模拟信号的传输是有线电视系统的主要矛盾。
有线电视系统信号在超过20套节目的系统中，最主要的技术指标是载噪比，载波复合三次差拍（CTB）和载波复合二阶失真（CSO）。
原广电部标准规定，到用户端信号指标为：C/N≥43dB，CTB≤-54dB，CSO≤-54dB。广电总局GY5063-1998《市、县级有线广播电视网络设计规范》规定：全系统指标为C/N≥44dB，CTB≤-55dB，CSO≤-55dB。
系统宽带：87～860MHz为下行系统，其中：87～550MHz可传送50多套现有的模拟电视节目和多套立体声节目，550～860M可用于多功能数据业务的展开；5～65MHz为上行系统，可实现图像和数据信号的回传，65～87MHz为上、下行信号的隔离带。系统容量为79个PAL制频道：①每个光节点带500个左右的有线电视用户；②各光节点输入光功率≥-1dB；③光节点下的同轴电缆分配网不超过2级电放大器；④光纤传输系统的技术指标为：C/N：51dB，C/CTB：65dB，C/CSO：61dB。

4 系统指标分配与计算
计算时采用简化公式，即：
光纤损耗=损耗系数×光缆长度
链路损耗=光纤损耗-10lg分光比+活接头损耗（2个）+其它、余量（1dBm）
4.1 光纤损耗
损耗系数α=0.4dB/km
P（mW）=1mW×10（P（dBm）/10）
徐文益：P1=0.4dB/km×1.9km=0.76dBm=1.19mW
左家岗：P2=0.4dB/km×1.1km=0.44dBm=1.10mW
叶家湾：P3=0.4dB/km×1.0km=0.4dBm=1.10mW
楼陈学校：P4=0.4dB/km×0.895km=0.358dBm=1.09mW
任家伍：P5=0.4dB/km×2.105km=0.842dBm=1.21mW
曾家日：P6=0.4dB/km×1.255km=0.502dBm=1.12mW
杨家王：P7=0.4dB/km×2.175km=0.87dBm=1.22mW
4.2 分光比
输出光功率之和：
P=P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7
=1.19mW+1.10mW+1.10mW+1.09mW+1.21mW+1.12mW+1.22mW
=8.03mW
徐文益：K1=P1/P=1.19mW/8.03mW=14.82%
左家岗：K2=P2/P=1.10mW/8.03mW=13.70%
叶家湾：K3=P3/P=1.10mW/8.03mW=13.70%
楼陈学校：K4=P4/P=1.09mW/8.03mW=13.57%
任家伍：K5=P5/P=1.21mW/8.03mW=15.07%
曾家日：K6=P6/P1.12mW/8.03mW=13.95%
杨家王：K7=P7/P=1.22mW/8.03mW=15.19%
4.3 链路损耗
徐文益：A1=0.76dBm-10lgK1dBm+0.5dBm+1dBm=10.56dBm
左家岗：A2=0.44dBm-10lgK2dBm+0.5dBm+1dBm=10.54dBm
叶家湾：A3=0.40dBm-10lgK3dBm+0.5dBm+1dBm=10.56dBm
楼陈学校：A4=0.358dBm-10lgK4dBm+0.5dBm+1dBm=10.54dBm
任家伍：A5=0.842dBm-10lgK5dBm+0.5dBm+1dBm=10.56dBm
曾家日：A6=1.502dBm-10lgK6dBm+0.5dBm+1dBm=10.55dBm
杨家王：A7=0.87dBm-10lgK7dBm+0.5dBm+1dBm=10.56dBm
4.4 光发射机功率的确定
P0=Pr+AMAX=-1dBm+10.56dBm=9.56dBm=9.04mW

5 光发射机及光接收机的选型
5.1 光发射机的选型
表5-1-1是美国STARBLAZER系列1.31μm光发射机在不同光放大器的情况下，在满足c/ctb为65db，C/CSO为61db时，NTSC制式750mhz系统不同链路损耗典型应用时光纤干线系统所能达到的载噪比指标。
不同链路损耗的载噪比指标如表5-1-1所示。

光发射机输出功率

链路损耗（dB）

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

3.5mW（5.5dBm）

51.5

50.5

49.5

5.5mW（7.5dBm）

52.0

51.0

50.0

49.0

9.0mW（9.5dBm）

52.0

51.0

50.0

49.0

12.0mW（11.0dBm）

51.5

50.5

49.5

48.5

15.0mW（12.0dBm）

52.0

51.0

50.5

49.5

表5-1-1 不同链路损耗的载噪比指标

通过计算知光发射机输出功率为9.04mW≈9.0mW，最大链路损耗比为10.56dBm≈11dBm，故可确定光发射机载噪比C/N为51dB，进而可以选定光发射机。

光发射机技术参数如图5-1-2

5.2 光接收机的选型
光接收机选型遵循：1、光接收机的工作频带应与：光发射机、传输系统的带宽匹配；2、光接收机输入光功率的动态范围：输入光功率一般取动态范围的中间值。取值不应大于+2dBm.否则应加光衰减器。3、输入光功率增加1dB,可使系统的载噪比提高1dB. 4、光纤传输损耗变化1 dB,输出电平变化2dB.
在光纤通信系统中，光接收机的任务是以最小的附加噪声及失真，恢复出光纤传输后由光载波所携带的信息，因此光接收机的输出特性综合反映了整个光纤通信系统的性能。
光发射机发射的光信号经传输后，不仅幅度衰减了，而且脉冲波形也展宽了，光接收机的作用就是检测经过传输的微弱光信号，并放大、整形、再生成原传输信号。

光接收机技术参数如图5-2-1

6 心得体会
通过二个星期的课程设计，我对前面所学的知识有了更深刻的体会与理解，知道了有线电视网络各部分的组成以及相关的计算过程，把理论的知识应用到了实际。这个设计过程中，我们通过在原有的系统进行了改进，设计结果能够符合题意，成功完成了此次实习要求，我们不只在乎这一结果，更加在乎的，是这个过程。这个过程中，我们花费了大量的时间和精力，更重要的是，我们在学会创新的基础上，同时还懂得合作精神的重要性。

7 参考文献
[1]刘剑波.有线电视网络.中国广播电视出版社.2003.1
[2]赵坚勇.数字电视技术（第二版）.西安电子科技大学出版社.2011.4
[3]黄宪伟.有线电视系统设计维护与故障检修.人民邮电出版社.2009.11
[4]杜庆波.光纤通信技术与设备（第二版）.西安电子科技大学出版社.2012
[5]孙强.光纤通信系统及网络.科学出版社.2011.5
13