有線電視光纜傳輸網(wǎng)中光分路器的設(shè)計(jì)與使用

1、有線電視光纜傳輸網(wǎng)中光分路器的設(shè)計(jì)與使用秦皇島市燕山有線電視信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)展有限公司 張弘輝摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了光分路器的主要技術(shù)指標(biāo)和一般計(jì)算方法，結(jié)合作者的實(shí)踐給出了多級(jí)光分路器、均分型光分路器的設(shè)計(jì)方式。關(guān)鍵詞：光分路器 分光比 多級(jí)光分路器 均分型光分路器一 概述利用光纖傳輸電視節(jié)目具有頻帶寬、容量大、損耗低、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、保真度高、工作性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，不僅能擴(kuò)大有線電視覆蓋面，減少傳輸線路中放大器的個(gè)數(shù)，提高整個(gè)有線電視系統(tǒng)的指標(biāo)，而且解決了全電纜網(wǎng)放大器維護(hù)難的問題。近年來隨著技術(shù)和生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，光纜和光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)等激光設(shè)備和器材的成本迅速下降，采用光纖傳輸與電纜傳輸?shù)?/p>

2、成本大體相當(dāng)，甚至更低。光纖傳輸網(wǎng)將成為有線電視的最主要傳輸手段。光纖有線電視系統(tǒng)的傳輸電視信號(hào)的原理方框圖如圖一所示：光分路器是光纖鏈路中最重要的無源器件之一，其作用是將一路光按一定比例分成多路輸出。在有線電視光纖傳輸系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。本文僅就作者參與的有線電視光纜網(wǎng)工程施工中的光分路器的設(shè)計(jì)和使用的一些方法和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行探討，希望對(duì)有線電視網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)有所幫助。二 光分路器的一般設(shè)計(jì)方法在HFC網(wǎng)光纖傳輸干線設(shè)計(jì)中，當(dāng)光纖路由及光纖損耗值、光節(jié)點(diǎn)數(shù)量確定后，就可以計(jì)算出每一光纖支路所需的光功率、光分路器的分光比和光發(fā)射機(jī)的功率、數(shù)量。1、 每一支路光纖損耗值當(dāng)光纖路由確定后，每一支路的光纖鏈路損耗

3、值就可以得出。目前廣電系統(tǒng)大量使用的是G652型光纖。根據(jù)我們多年來的的施工經(jīng)驗(yàn)，包含熔接損耗在內(nèi)，對(duì)于1310nm窗口，G652光纖損耗不超過0.35dB公里，對(duì)于1550nm窗口，G652光纖損耗不超過0.22dB公里.對(duì)于已經(jīng)完工的路由，可以使用光時(shí)域反射儀進(jìn)行測(cè)量，得出實(shí)際鏈路的損耗值。每一支路的光纖鏈路損耗值應(yīng)留出一定的余量。2、 光接收機(jī)接收功率目前使用的光接收機(jī)，在接收光功率為-4+3dbm的條件下，光接收機(jī)輸出電平范圍為96108db。根據(jù)我們建設(shè)過程中的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)光接收機(jī)輸入光功率發(fā)生變化時(shí)，其指標(biāo)變化情況如表一所示：表一 光接收機(jī)輸入光功率變化對(duì)系統(tǒng)指標(biāo)的影響頻道CH11CH

4、6指標(biāo)類別測(cè)試電平（光接收機(jī)下用戶）CNCSOCTBC/NCSOCTB前端77dBuV4965.270.449.666.572.2-3dB接收67.7 dBuV43.163.868.838.165.269.60 dB接收80.2 dBuV48.26468.949.36672從上表可以看出，當(dāng)光接收機(jī)輸入光功率有所提高時(shí)，各項(xiàng)系統(tǒng)指標(biāo)均有較大提高，為電纜分配網(wǎng)留出較多余地。為此，確定光接收功率為0dB±1 dB。3、 光分路器的附加損耗根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)量，光分路器的附加損耗值如表二所示表二 光分路器附加損耗參考值 單位：dB分路器路數(shù)附加損耗分路器路數(shù)附加損耗30.390.740.

5、4100.850.45110.960.5121.070.55161.280.64、活接損耗每條光鏈路中的活動(dòng)連接頭會(huì)產(chǎn)生一些損耗，這些損耗應(yīng)計(jì)入光鏈路所需的總功率5、光分路器的分光比及分光損耗光分路器某一路的分光比定義為該路輸出光功率和各路輸出光功率之和的比。設(shè)各路的總光功率為Pn，某一路的所需的光功率為P1，則分光比K1P1Pn，該路的分光損耗值為-10lgK1。需要強(qiáng)調(diào)的是，某一支路所需的光功率為該支路光纖鏈路損失功率加上光接收機(jī)輸入光功率。6、分光器輸入光功率的計(jì)算根據(jù)某一支路的上述參數(shù)，可計(jì)算得出光分路器所需的輸入光功率。光分路器輸入光功率某一支路光纖損耗值該支路光接收機(jī)輸入光功率分光

6、損耗活接損耗附加損耗在上述計(jì)算的基礎(chǔ)上，應(yīng)適當(dāng)考慮光功率的余量，確保網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)期安全平穩(wěn)運(yùn)行。三 二級(jí)光分路器的設(shè)計(jì)思路我們進(jìn)行光分路器的設(shè)計(jì)可以分為兩個(gè)階段。1、 按開工順序和光發(fā)射機(jī)的功率設(shè)計(jì)光分路器2001年秦皇島市開始大規(guī)模建設(shè)農(nóng)村有線電視網(wǎng)絡(luò)。按照當(dāng)時(shí)的技術(shù)要求，采用縣鄉(xiāng)為1550光發(fā)射機(jī)EDFA光放大器傳輸，鄉(xiāng)村采用1310光發(fā)射機(jī)傳輸?shù)姆绞?，設(shè)計(jì)分路器時(shí)根據(jù)每一批開工的光節(jié)點(diǎn)情況設(shè)計(jì)光分路器，得出光發(fā)射機(jī)的總功率。因此1310光發(fā)射機(jī)的輸出功率從10mw到20mw不等，光分路器從1分2到1分20不等。這種方式設(shè)計(jì)的光分路器較為緊湊，安裝簡(jiǎn)便，計(jì)算過程所需參數(shù)較少，可隨著工程進(jìn)度逐步

7、實(shí)施，在光發(fā)射機(jī)數(shù)量較少時(shí)較為適用。但其缺點(diǎn)也是很明顯的：每只光分路器的造價(jià)高達(dá)一兩千元；不同地點(diǎn)的光分路器無法互換使用；光分路器備份困難，備件成本高昂；由于分路器內(nèi)部采用多級(jí)拼接或多根光纖整體熔接而成，一旦某一路發(fā)生問題，即造成整個(gè)分路器報(bào)廢，損失較大。2、 采用二級(jí)分路器拼接方式2003年，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，所需光功率不斷增加，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)機(jī)房已經(jīng)達(dá)到了56臺(tái)1310光發(fā)射機(jī)。這一時(shí)期EDFA光放大器的價(jià)格直線下降，其性能價(jià)格比明顯優(yōu)于1310光發(fā)射機(jī)。一般一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)機(jī)房只需要一臺(tái)光放大器即可滿足需要，并且光接收機(jī)的輸入光功率可以較大幅度的提高，系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，特別是C/N可以得到較大

8、改善。此時(shí)一臺(tái)光放大器需要帶3060甚至更多個(gè)光節(jié)點(diǎn)。采用第一種方法設(shè)計(jì)分路器難以滿足需要。為此我們提出了二級(jí)分路器的設(shè)計(jì)方法。具體為：（1） 第二級(jí)光分路器：將光節(jié)點(diǎn)按照光鏈路距離不同分組，每組為48個(gè)點(diǎn)。每組光節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光分路器按照均分設(shè)計(jì)。分組時(shí)應(yīng)注意同一組的光節(jié)點(diǎn)接收光功率應(yīng)在0dB±1 dB范圍之內(nèi)。（2） 第一級(jí)光分路器：根據(jù)第二級(jí)分路器各分組所需要的光功率，設(shè)計(jì)一只光分路器，將光放大器輸出的光功率分配到各組。（3） 為減少連接損耗，第一級(jí)光分路器和第二級(jí)光分路器間采用熔接方式連接；光放大器和第一級(jí)光分路器之間采用適配器連接；第二級(jí)光分路器和各光纖鏈路之間可根據(jù)情況采用熔

9、接連接或適配器連接。按照上述方法設(shè)計(jì)的光分路器，可以實(shí)現(xiàn)較好的互換性，備份容易，避免浪費(fèi)，確保安全。四 光分路器設(shè)計(jì)實(shí)例這里選擇秦皇島市所轄牛頭崖鎮(zhèn)的光分路器設(shè)計(jì)實(shí)例。該鄉(xiāng)鎮(zhèn)位于平原地區(qū)，下轄35個(gè)行政村村，根據(jù)人口、地理環(huán)境等情況擬設(shè)置38個(gè)光節(jié)點(diǎn)?？紤]到該鄉(xiāng)鎮(zhèn)的地理位置及今后發(fā)展需要，預(yù)留2個(gè)備用光節(jié)點(diǎn)，并為周邊三個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)站傳送備用信號(hào)。鄉(xiāng)鎮(zhèn)機(jī)房到各村的距離從1.7到16.4公里不等。該站光節(jié)點(diǎn)及光纜路由分布圖見圖二。根據(jù)二級(jí)分路器的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想，我們對(duì)各光節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了分組，確定分為7個(gè)組，分組情況見表三?？紤]近期的發(fā)展，確定在第二組、第五組各增加一個(gè)備用點(diǎn)。根據(jù)這一設(shè)計(jì)，共需制作均分光分路器

10、7支，其中1分2光分路器1支， 1分4光分路器1支，1分6光分路器3支，1分8光分路器2支。根據(jù)第二級(jí)光分路器的設(shè)計(jì)結(jié)果，并計(jì)算各組光分路器所需的輸入光功率，并綜合考慮其他需求，設(shè)計(jì)第一級(jí)光分路器。根據(jù)第一、二級(jí)光分路器各支路的光功率需求及附加損耗和分光損耗、活接損耗、預(yù)留余量等因素，得出第一級(jí)光分路器輸入光功率。第一、二級(jí)光分路器設(shè)計(jì)情況和光節(jié)點(diǎn)分組情況見表四，分路器設(shè)計(jì)示意圖見圖三。為了驗(yàn)證這一設(shè)計(jì)方案的可行性，我們根據(jù)本文中提到的計(jì)算方法和要求，計(jì)算了各光節(jié)點(diǎn)的光功率，其中附加損耗按照表二提供的數(shù)據(jù)計(jì)算，路由損耗按照0.22dB公里計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見表四。計(jì)算表明：各行政村光節(jié)點(diǎn)光接收機(jī)的

11、接收光功率基本在0dB±1 dB范圍內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。五 結(jié)束語按照上述方法，結(jié)合設(shè)備調(diào)整，我們對(duì)牛頭崖站進(jìn)行了整改。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明設(shè)計(jì)方案是可行的，今后更換設(shè)備時(shí)只需要更新第一級(jí)光分路器即可實(shí)現(xiàn)。根據(jù)牛頭崖站的設(shè)計(jì)和整改經(jīng)驗(yàn)，我們對(duì)轄區(qū)內(nèi)的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)站進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)，其原則為：各站的光設(shè)備以1550EDFA光放大器為主，光分路器以二級(jí)方式設(shè)計(jì)。從2003年到現(xiàn)在，我們已經(jīng)對(duì)十多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)站進(jìn)行了整改實(shí)現(xiàn)了大部分光分路器的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。光分路器的制作成本大幅度降低，分光比精度大幅度提高，制作周期縮短，有效地保證了工程建設(shè)的進(jìn)度和質(zhì)量，降低了運(yùn)行維護(hù)的成本，提高了系統(tǒng)可靠性。以上是我們

12、在工作中的一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，希望對(duì)有線電視網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)有所益處。圖二：光節(jié)點(diǎn)及光纜路由分布圖表三光節(jié)點(diǎn)分組情況序號(hào)分組村名距離（km）1第一組 1分4均分都寨1102都寨2103盧王莊110.254盧王莊210.255第二組 1分8均分牛頭崖116牛頭崖217市場(chǎng)18南甸子19太河寨1.710南新莊211獅子河212備用013第三組 1分6均分滿井4.214王各莊、嶺上4.5515棗園4.5516閃水莊5.417西陸莊6.318孫家莊6.419第四組 1分6均分長(zhǎng)不老口6.820高家?guī)X721朱馬坊7.222周營(yíng)7.223富新莊7.224洋河套8.0525第五組 1分8均分小米河頭826劉馬坊927

13、張馬坊9.628藥馬坊9.629郭高馬坊1030蒲蘭1031南孟莊8.232備用33第六組 1分6均分馬坊甸10.834噴莊1235柏新莊、馬莊、張莊12.436楊戶屯12.837桃園13.238北坊13.839第七組 1分4均分渠子口1540大老鴉窩1541大泥河15.542小泥河16.4表四 光節(jié)點(diǎn)光功率情況輸入第一級(jí)分路器第二級(jí)分路器分組分光比輸出光功率(mw）分光比附加損耗(dB)地點(diǎn)距離（km）光節(jié)點(diǎn)光功率（dB）1550nmEDFA22dB光放大器第一組 8.80%114均分0.4都寨1100.79都寨2100.79盧王莊110.250.74盧王莊210.250.74第二組10.4

14、8%13 8均分0.6牛頭崖110.49牛頭崖210.49市場(chǎng)10.49南甸子10.49太河寨1.70.33南新莊20.27獅子河20.27備用00.71第三組 9.67%126均分0.5滿井4.20.59王各莊、嶺上4.550.51棗園4.550.51閃水莊5.40.32西陸莊6.30.12孫家莊6.40.1第四組 12.10%156均分0.5長(zhǎng)不老口6.80.98高家?guī)X70.94朱馬坊7.20.9周營(yíng)7.20.9富新莊7.20.9洋河套8.050.71表四 光節(jié)點(diǎn)光功率情況（續(xù)）輸入第一級(jí)分路器第二級(jí)分路器分組分光比輸出光功率(mw）分光比附加損耗(dB)地點(diǎn)距離（km）光節(jié)點(diǎn)光功率（dB

15、）1550nmEDFA22dB光放大器第五組 18.55%238均分0.6小米河頭81.23劉馬坊91.01張馬坊9.60.87藥馬坊9.60.87郭高馬坊100.79蒲蘭100.79南孟莊8.21.18備用02.99第六組 13.71%176均分0.5馬坊甸10.80.65噴莊120.38柏新莊、馬莊、張莊12.40.29楊戶屯12.80.21桃園13.20.12北坊13.8-0.01第七組 9.67%124均分0.4渠子口150.07大老鴉窩150.07大泥河15.5-0.04小泥河16.4-0.24說明:1550nm波長(zhǎng)傳輸損耗按0.22dB公里，光分路器附加損耗按表二，鏈路接頭等其他損

16、耗按每路1dB進(jìn)行計(jì)算圖三：分路器設(shè)計(jì)示意圖參考文獻(xiàn)：1、李鑒增 焦方性 有線電視綜合信息網(wǎng)技術(shù) 人民郵電出版社，19992、趙梓森等 光纖通信工程（修訂本）人民郵電出版社，2003有線電視用戶盒處電平計(jì)算計(jì)算方法： UL= OL-L1*MAL-AFP1-AFP2-CAFZ-L2*SAL UH= OH-L1*MAH-AFP1-AFP2-CAFZ-L2*SAH 上式中 U表示用戶輸出電平； O表示干線放大器輸出電平； L1表示該用戶通過的干線長(zhǎng)度； MA表示干線的衰減系數(shù)； AFP1表示該用戶通過的分配器的分配損耗； AFP2表示該用戶連接的分支器的分支損耗； CAFZ表示該用戶通過的分支器的插

17、入損耗和； L2表示該用戶通過的分支線路長(zhǎng)度； SA表示分支線路的衰減系關(guān)于有線電視的一些基礎(chǔ)知識(shí) 一、常用有線電視器材、電纜型號(hào)：常用電纜 75-5 75-7 75-9 75-12發(fā)泡：?jiǎn)巫o(hù)發(fā)泡、雙護(hù)發(fā)泡.類型：發(fā)泡電纜、耦芯電纜、進(jìn)口電纜特點(diǎn)：頻率越高，損耗越多。、分支分配器 分支器分支器通常用于較高電平的饋電干線中,它能以較小的插入損耗從干線取出部分信號(hào)供給住宅樓或用戶,有時(shí)也可用二分支干線提供信號(hào)電平,通過分支器的電視信號(hào)其中一小部分從分支端輸出,大部分功率繼續(xù)沿干線傳輸。BR一分支符號(hào)： IN OUT(插入損耗)A：插入損耗：是信號(hào)從干線輸入端到干線輸出端之間的傳輸損耗，即輸入信號(hào)電

18、平(dB)與輸出信號(hào)電平(dB)之差,用dB表示。B：分支損耗：是信號(hào)從干線輸入端到分支輸出端之間的損耗，即干線輸入端電平(dB)與分支端輸出電平(dB)之差,用dB表示。C：分支損耗與插入損耗之間的關(guān)系是：分支損耗大，則插入損耗小；分支損耗小，則插入損耗大。例： 108：3dB 208: 3.5dB112: 1dB 212: 2dB120: 0.5dB 220: 1dBD:分支口與插入損耗之間的關(guān)系是：分支口越多,插入損耗越大。我們實(shí)際上設(shè)計(jì)中通常按照2DB來計(jì)插入損耗。 分配器分配器是用來分配高頻信號(hào)的部件，它的作用有兩個(gè)：一是將一種信號(hào)功率平均分配給幾路（通常是分為兩路、三路、四路、六路

19、）；二是可將兩路、三路、四路和六路信號(hào)混合起來。分配損耗：是指分配器輸入端的輸入電平Ui(dB)與輸出電平Uo(dB)之差。 分支器和分配器的根本區(qū)別在于，分配器平均分配功率，而分支器是從電纜中取 出一小部分功率提供給用戶，而大部分功率繼續(xù)向后面?zhèn)鬏敗?、串接分支器（串接單元）串接分支器是將分支器和用戶終端合成為統(tǒng)一體，具有分支器和系統(tǒng)輸出口的功能，所以叫串接分支器，有的又叫串接單元。、用戶盒用戶終端是CATV分配系統(tǒng)與用戶電視機(jī)相連的部件。面板分為單輸出孔和雙輸出孔（TV、FM），在雙輸出孔電路中要求TV和FM輸出間有一定的隔離度，以防止相互干擾。為了安全而在兩處電纜芯線之間接有高壓電容器。

20、、放大器（高電平放大器、中電平放大器、低電平放大器）A：高電平放大器用于天線放大器，用戶放大器，增益大在40dB以上，信噪比較差，輸入低60dB。特點(diǎn)：低輸入，高輸出B：中電平放大器用在支干線上，增益在25-30dB，如KA5134，信噪比較好。C：低電平放大器用在主干線上，增益在18-25dB，信噪比最好。、功分器功率分配器簡(jiǎn)稱為功分器，它是把輸入信號(hào)功率等分或不等分成幾路功率輸出的器件。在衛(wèi)星電視接收中，利用功率分配器，就可使用一副天線、一個(gè)室外單元和幾個(gè)接收機(jī)，同時(shí)收看衛(wèi)星傳送同頻段的多套電視節(jié)目。功分器目前有無源和有源兩種。無源功分器通常是由純微帶電路組成，有源功分器是在無源功分器的基

21、礎(chǔ)上加入寬頻帶放大器組成的。二、電纜損耗（每100米衰減）系統(tǒng) / 型號(hào) 發(fā) 泡 藕 芯300MHZ -12 4.5db 5.5dB-9 6.5db 8dB-7 8-8.5db 10dB-5 10db 13dB550MHZ -12 6.5db 8dB-9 8-8.5db 10dB-7 10db 13dB-5 13db 20dB三、頻道劃分(中國(guó)電視制式為PAL制)：頻道帶寬：8MHZ 全頻道的頻率49.75860MHZVL VH UHF15CH（頻道） 612CH（頻道） 1368CH（頻道）56CH之間增補(bǔ)Z1Z71213CH之間增補(bǔ)Z8Z382425CH之間增補(bǔ)Z51Z55四、有線電視系統(tǒng)1：系統(tǒng)構(gòu)成解調(diào)器：把射頻信號(hào)轉(zhuǎn)為AV信號(hào)調(diào)制器：把AV信號(hào)轉(zhuǎn)為射頻信號(hào)五、系統(tǒng)劃分1：3