光纖鏈路的設(shè)計(jì)計(jì)算

1 光鏈路概述

光纖通信技術(shù)是近20幾年來迅猛發(fā)展的新興技術(shù)，是世界新技術(shù)革命的重要標(biāo)志，又是未來信息社會中高速信息網(wǎng)的主要傳輸工具。我國有線電視傳輸網(wǎng)絡(luò)也從同軸電纜傳輸?shù)焦饫|電纜混合（HFC）傳輸，到將來純光纜（FTTM）傳輸是一種必然趨勢。目前，一些地方的工程技術(shù)人員對光鏈路的自行設(shè)計(jì)計(jì)算的能力還相當(dāng)薄弱，因此，有必要對光鏈路的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法進(jìn)行介紹分析。

光鏈路是指以發(fā)射機(jī)起到接收機(jī)止的光通道，包括光發(fā)射機(jī)、光分路器、光纜、光接收機(jī)等基本設(shè)計(jì)。

光鏈路的設(shè)計(jì)計(jì)算是根據(jù)光纖傳輸?shù)穆肪€，每條路的長度計(jì)算鏈路損耗以及光分路器對各條路的分光比，確定需要的光功能和光分路器的規(guī)格。再進(jìn)一步根據(jù)頻道的數(shù)目來調(diào)整鏈路損耗，最后選定發(fā)射機(jī)。

2 鏈路損耗計(jì)算方法

鏈路損耗是一項(xiàng)很重要的技術(shù)參數(shù)，被用來分別表示光鏈路的傳輸長度和光發(fā)射機(jī)的傳輸能力。對于光鏈路，鏈路損耗表示整個(gè)光纖鏈路損耗之和，包括光纜、光分路器、光接點(diǎn)等到各環(huán)節(jié)損耗之和，它表征光纖傳輸?shù)奈锢黹L度，可以用以下公式表示。

鏈路損耗=光纖傳輸損耗+光分路器損耗+活接頭損耗+光纖熔接頭損耗+一定余量

對1310mm和1550 mm波長的單模光纖傳輸損耗分別按0.35dB/km和0.20 dB/km計(jì)算。光纖熔接頭損耗按0.05 dB/個(gè)計(jì)算，活接頭損耗按0.5 dB/個(gè)計(jì)算。

表征光發(fā)射機(jī)的技術(shù)指標(biāo)不僅是光輸出的功率大小，因?yàn)檩敵龉β手荒鼙硎竟獍l(fā)射機(jī)的輸出性能，更重要的是額定的頻道負(fù)荷和規(guī)定的失真前提下所能達(dá)到的鏈路損耗，這才是選用光發(fā)射機(jī)的基本參數(shù)。核心的問題是損耗的計(jì)算，光功率損耗可以有功率比和分貝數(shù)兩種表示方法，如圖1，輸入1#光纖的光功率為P1，進(jìn)入光接收機(jī)的功率為PR1則該路損耗E1可表示為：

E1=PR1/P1 （1）

若以單位損耗a（dB/ km），（km）來表示1#光纖損耗L1時(shí)，這是以分貝表示損耗的形式：

L1=aL1 （2）

（1）式和（2）以不同的方式表達(dá)同一概念的，因此，

L1=aL1=10LgE1=10Lg（PR1/P1）（3）

解得 P1=PR110（a11/10）

同理 P2=PR110（a12/10）

Pn=PRn10（a1n/10）

假設(shè)在光分路器無損耗的理想情況下，輸入的光功率等于各分路輸出功率Pn之和，即

P=P1+ P2+…………+Pn=∑PRn1010 （aln/10） （4）

分光比是光分路器具對各光通道分配光功率的比例，那么對1#光通道的分光比K1可表示為：

K1=P1/ P=PR110（aln/10）/∑PRn1010（aln/10）

那么任何一路的分光比Kn可表示為：

Kn=Pn/ P=PR110（aln/10）/∑PRn1010（aln/10） （5）

在同一系統(tǒng)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的載噪比是相等的，因此各臺光接收機(jī)的輸入功率PRn是相等的，這樣式（5）可改寫為：

Rn=10（aln/10）/ ∑10（aln/10） （6）

光通道的鏈路損耗Ln可表示為：

Ln =aln-10lgrn+A （7）

式中A是裕量，包括光分路器附加損耗、活接頭損耗。在同一系統(tǒng)中，各節(jié)點(diǎn)的載噪比相等，則各通道的鏈路損耗必然相等，計(jì)算鏈路損耗只選其中一種就可以。

綜上所述，可對得出計(jì)算鏈路損耗的一般步驟：

（1）據(jù)到各節(jié)點(diǎn)的光纖長度Ln，計(jì)算光纖參數(shù)10（aln/10）和10（aln/10） ；

（2）計(jì)算分光比Rn；

（3）計(jì)算鏈路損耗L=aln-10LgRn+A；

（4）根據(jù)鏈路損耗和需要達(dá)到的載噪比指標(biāo)，選擇某一廠家的發(fā)射機(jī)。

3 實(shí)例說明

實(shí)例：巽宅鎮(zhèn)網(wǎng)絡(luò)升級改造，各村設(shè)光節(jié)點(diǎn)，中心機(jī)房到各村節(jié)點(diǎn)的光纜距離分別為：至麻埠村L1=1.85km，至沙埠村L2=2.27km，至后村L3=1.4km，至黃龍村L4=1.55km，至進(jìn)書村L5=2.15km，至石根村L6=2.16km，至龍前村L7=1.85km，要求光節(jié)點(diǎn)的載噪比CNR＞51dB，光接收機(jī)地要求-3～+1dBm接收，目前傳輸節(jié)目22套，系統(tǒng)最終頻道定為60個(gè)，光纖選用1310nm單模光纖。試選擇光發(fā)射機(jī)并設(shè)計(jì)光分路器。

解：一般把熔接點(diǎn)損耗計(jì)算在光纖傳輸損耗為之內(nèi)，對1310mm單模光纖的損耗，取a=0.4dB/km。

（1）計(jì)算光纖參數(shù)（省去小數(shù)）。

麻埠村：10（a11/10）=10（0.4×1.85）/10=1.17

沙埠村：10（a12/10）=10（0.4×2.20）/10=1.23

后村：10（a13/10）=10（0.4×1.24）/10=1.12

黃龍村：10（al4/10）=10（0.4×1.55）/10=1.15

進(jìn)書村：10（al5/10）=10（0.4×2.16）/10=1.22

石根村：10（al6/10）=10（0.4×2.16）/10=1.22

龍前村：10（al7/10）=10（0.4×1.85）/10=1.70

∑10（aln/10）=1.17+1.23+1.12+1.15+1.22+1.22+1.17=8.28

（2）計(jì)算分光比（省去小數(shù)）

Rn= 10（aln/10）/ ∑10（aln/10）

代入計(jì)算分別為：

R1=14%， R2=15%，R3=13%，R4=14%，R5=15%，R6=15%，R7=14%

顯然：R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7=100%

這樣，光分路器各端口的分光比就可以按

14%：15%：13%：14%：15%：15%：14%來定做。

（3）計(jì)算鏈路損耗，選用發(fā)射機(jī)

L=al1-10LgR1+A（這里取1.55）

0.4 ×1.85-10Lg0.14+1.55=10.79（dB）

根據(jù)鏈損耗選用LT7510發(fā)射機(jī)，可滿足設(shè)計(jì)要求。

在保持真不變的前提下，光發(fā)射機(jī)的光調(diào)制度m和頻道數(shù)N之間有一個(gè)相對的關(guān)系，即

m√N(yùn) -=常數(shù)（8）

（8）式表明，調(diào)制度與頻道數(shù)的平方根成反比，也就是說頻道數(shù)多于60個(gè)，調(diào)制度應(yīng)該小些，反之，應(yīng)該大些，而調(diào)制度的大小又意味著載噪比的高低。

在接收端，則載噪比CNR與頻道數(shù)N的對數(shù)成反比，即CNR2=CNR1-10Lg （N2/N1）（9）

根據(jù)式（9），很容易對不同頻道數(shù)目下的載噪比進(jìn)行換算。查表1，LT7510在頻道數(shù)N1=60時(shí)，10dB鏈路損耗的載噪比CNR1=51dB， N2=30時(shí)，其載噪比CNR2則為：

CNR2= CNR1-10Lg（N2/N1）

=51-Lg（30/60）

=51+3=54（dB）

或者說，維持CNR2=51dB，鏈路損耗可以增加到13dB。

輸入光發(fā)射機(jī)的射頻應(yīng)該有一個(gè)修正量，這個(gè)修正量隨頻道數(shù)而改變。根據(jù)頻道數(shù)N修正輸入光發(fā)射機(jī)的射頻電平V1，如下式：

V1=V- Lg（N1/N）（10）

式中：V1輸入電平；

V：額定頻道數(shù)下的輸入電平；

N1：實(shí)際頻道數(shù)目；

N：額定頻道數(shù)，PAL-D制，N=60。

如對LT7500系列的光發(fā)射機(jī)，在額定頻道數(shù)（N=60）的輸入電平是75dBuv，當(dāng)設(shè)計(jì)頻道數(shù)目只有30個(gè)時(shí)，即N1=30時(shí)，它的輸入電平V1為：

V1=75-10Lg（30/60）=78 dBuv

這樣是說，30個(gè)頻道的工作電平可比60個(gè)頻道時(shí)高3dB，仍然保持相同的失真指標(biāo)，輸入電平提高3dB，意味著載噪比可以提高1.5dB。

通過上面的分析計(jì)算，基本上可以掌握光鏈路設(shè)計(jì)計(jì)算方法，合理地選用發(fā)射機(jī)和定做光分路器。

（上接第177頁）

一個(gè)大分度處，此射頻放大器相位滯后于標(biāo)準(zhǔn)4度；檢查RF1-RF3中的Q3的漏極，驗(yàn)證它們的相互之間的相位差是否在5度內(nèi)；檢查二進(jìn)制射頻放大器B8上的Q3漏極，注意：從前邊觀察此模塊時(shí)Q3在右邊；再次使發(fā)射機(jī)工作于25 kW，若無波形出現(xiàn)，則壓RAISE按鈕或LOW按鈕直到此單元工作；當(dāng)功率改變時(shí)，二進(jìn)制放大器以不同的速率開關(guān)，從B8到B10以1/2電源電壓工作，可以提高示波器的垂直靈敏度；若B8的相位在5度以內(nèi)，移至B9；若相位差較大，則L1上的搭線應(yīng)更換來使B8射頻放大器同相；典型的，對于二進(jìn)制階梯來說比大階梯的導(dǎo)線要減的多；.不要減少效率線圈的圈數(shù)，以至于小于給定的頻率決定值的1/2；繼續(xù)檢查剩下二進(jìn)制放大器的相位。

4.2 二進(jìn)制幅度調(diào)整

二進(jìn)制射頻放大器的輸出可以隨頻率變化，以完善調(diào)制信號的線性，二進(jìn)制視頻放大器輸入幅度可以按5%增長變化，以下步驟需要用到三角波或斜波調(diào)制。

使發(fā)射機(jī)工作于100Hz三角波10%幅度調(diào)制，5 kW輸出來核對二進(jìn)制調(diào)整；連信號發(fā)生器的輸出到示波器外接同步信號輸入；示波器上顯示調(diào)制檢測器的解調(diào)輸出；展開水平，垂直顯示，以便觀察傾斜的上升部分；連示波器另一通道到大階梯放大器RF5的調(diào)制解碼器黃色跳線；增大或降低調(diào)制直到第五階顯示一個(gè)從0～5.0V的變化，從此顯示圖上可以看出角度調(diào)制中第五階處于工作狀態(tài)；移示波器探針到第六單元的調(diào)制編碼信號；升高或降低調(diào)制直到第六單元顯示處于工作狀態(tài)，大階梯（單元）工作時(shí)解調(diào)波形上會有一個(gè)小變化；通過變化功率級和調(diào)制電平，有可能顯示出兩個(gè)大階梯單元間的解調(diào)斜坡，此部分可以用來進(jìn)行二進(jìn)制調(diào)整時(shí)觀察；若此二進(jìn)制調(diào)整正確，大階梯單元之間的變化是很小的；確定哪一個(gè)二進(jìn)制幅度低于其它，從而帶來錯(cuò)誤。

5 加載試播和局部微調(diào)

發(fā)射機(jī)連接天線，開機(jī)并逐漸增加功率觀察，發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)穩(wěn)定，各檢測表數(shù)值正常。到此發(fā)射改頻工作結(jié)束。目前播出正常。