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的设计与计算 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，信号传输主要由光缆来完成的。光纤传输系统的设计合理与否将直接影响信号质量。本文介绍了光纤传输系统中光纤的技术参数和光功率的计算方法关键词：光链路 光功率 光损耗1光缆传输系统的设计思路 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网络构成。HFC网络包括光缆传输系统和同轴电缆系统，在满足传输系统的性能指标的条件下，光缆网和同轴电缆网的设计可分别进行。其中，光缆传输系统是信号传输骨干通道，也是要重点设计的部分。HFC网络光缆干线设计的关键不只是一个光链路的计算，还涉及到前端设备配置，光节点的分布安排，同轴分配网以及用户设备的技术参数等。因此，设计前要清楚每个光节点覆盖用户数、光节点的输入功率、光纤芯数，光分路器分路数，光配线箱容量以及包括有光缆走向、距离等的实际路由图。2光缆传输系统的设计步骤2.1根据HFC网络系统要求，规划系统各部分的技术指标分配，由此得到光纤干线要求达到的光链路技术指标。2.2根据光缆实际路由图设计出合适的网络拓扑结构，即在星型、树型、星-树型、环型结构中选择其中一种或二种以上的拓扑结构作为HFC光纤干线网的拓扑结构。2.3根据选定的网络拓扑结构，将光缆实际路由图变为方便计算的光纤网络计算图，并在网络计算图上标注相关距离和参数值。2.4将网络计算图上的相关数据代入相应的计算公式，计算出对应的结果。3光链路的技术参数选择与损耗计算光链路的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，光接收机的平均接收电平，光链路预留的损耗等。3.1工作波长是指传输系统工作的波长：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括光纤熔接损耗在内。在设计时，为了保证系统性能指标1310nm取 0.4dB/km，1550nm取0.25dB/km。光链路的光纤损耗Lf=光纤长度L光纤损耗系数dk3.3光纤连接器损耗Lc活动接头插入损耗一般在0.40.6dB之间，设计时取0.5dB/个。一条光链路的总活动接头损耗=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：不同的分光比对光信号产生的损耗就叫做分光损耗，其数学表达式是：-10lgki，ki为分光比值。附加损耗：光分路器把输入端的光信号按照预定的分光比对各个支路进行分配时，光信号通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的损耗，这种损耗称为光分路器附加损耗。分路器传输的距离越远，分光比值越大，为了保证接收端接收功率一致，分光器分光比应与传输距离相对应。表1光路器的附加损耗光分路数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，一般取0.5dB或者不取。4光接收机的平均接收光功率Pri 光接收机的作用是接收来自光纤传输的光信号，并把光信号转换为电信号，最后输出RF传输给用户配线网络。光接收机输出电信号的C/N,C/CSO和C/CTB与光接收机输入光功率的大小有密切关系。在光接收机中，一般标有光接收机输入光功率与输出信号C/N之间的关系表。例如，WR8604DM光接收机：-2dBm输入时，C/N=51dB；0dBm时，C/N=53dB。光接收机的工作波长范围通常为12601600nm，可用于接收1310nm和1550nm波长的光信号，具有“双窗口”功能。GY/T143-2000标准规定：光链路指标测量时的平均接受光功率Pr=-1dBm。实际设计中，光接收机的平均接受光功率选择应依据实际情况而定，以最终达到系统链路性能指标为目的。光接收机输入光功率典型范围是：-3+1dBm。一般情况下，光接收机的接收光功率为-2dBm，有二级网络中心的光节点，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如下技术参数：光发射机输出光功率或掺铒光放大器EDFA的输出光功率Pt；各个分光器的分光比Ki。5.1计算公式：（1）分光器输出端各条光链路的输入光功率Pi=光纤长度L光纤损耗系数dk+活动接头数量N0.5+光接收机的平均接收光功率Pri（2） 分光器输出端各条光链路的分光比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。如果不等式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，选取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光分路器的各条链路光功率，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光分路器的分光比分路器的输出光功率总和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光分路器的分光比为：27.83%，47.79%，24.38%（3）计算13光分路器的输入光功率把分路器的输出光功率总和P(mw)转换为dBmP(dBm)=10lgP(mw)=10lg4.603=6.63dBm考虑到13光分路器的附加损耗，查表1可知是0.3dB，所以13光分路器的输入光功率为：P2=P(dBm)+0.3=6.63+0.3=6.93dBm（4）计算12光分路器的各条链路光功率P2=24.90.25+20.5+p2=14.155dBm/26.032mw，p1=10.5+0=0.5dBm/1.122mw（5）计算12光分路器的分光比分路器的输出光功率总和P(mw)=26.032+1.122=27.154mwK2=26.032/27.154=95.87%，k1=1.122/27.154=4.13%，故12光分路器的分光比为：95.87%，4.13%（6）计算12光分路器的输入光功率把分路器的输出光功率总和P(mw)转换为dBmP(dBm)=10lgP(mw)=10lg27.154=14.34dBm考虑到12光分路器的附加损耗，查表1可知是0.2dB，所以12光分路器的输入光功率为：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如果选用17dBm的1550nm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根据不等式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。参考文献：