CATV光纜設計

CATV光纜設計

　　摘要：CATV光纜方案，經驗及修正公式
　　關鍵詞：CATV，光纜，電平，頻道
　　一、設計范例
　　
　　
　　
　　1.引言：
　　
　　1.1自九十年代以來，伴隨材料及通信技術的進步，光纜技術已逐漸深入各應用階層。
　　
　　由二維拓撲結構而言，光纖的拓撲結構設計，由早先的星型及樹型結構已逐漸進入二維的雙拓撲環境，下圖為四終端光纖結構。
　　
　　1.1星型
　　
　　
　　
　　
　　
　　圖中虛線為線型設計
　　
　　實線為樹型設計
　　
　　虛實線為雙拓撲環境C實際中L1+L3>L1+L2&L1+L3>L2+L3
　　
　　
　　
　　1.2光纖經其低損耗，高保真在目前得到廣泛應用，關于其保真度及帶寬影響問題，本文不予論述。
　　
　　二、估算公式：
　　
　　2.1以下公式是基于工作環境考慮，且設定光纜帶≥900MHz，低頻響應為≥30Db，級間損耗為≤3Db，8MHz間隔為0.12MHz，以下僅關于單點進行討論。
　　
　　2.2有關估算公式
　　
　　2.2.1分系統與總系統指標之間的關系[5]
　　
　　設某系統由兩部分組成，各指標下標以1、2區分，則總的指標為：
　　
　　(1)
　　
　　(2)
　　
　　(3)
　　
　　其中(1)式為功率迭加，(2)式為電壓迭回，(3)式介于兩者之間。對于(3)式有的文獻也有用功率迭加的[6]。
　　
　　2.2.2多頻道系統中額道和實際頻道下指標之間的換算
　　
　　有的設備已知額定頻道數下的指標，但實際使用頻道并沒有這么多，這時可根據下面兩種情況進行換算：
　　
　　(1)光發射機每頻道輸入射頻電子不變
　　
　　設額定頻道數為N，實際頻道數為N'，N'<N，這時N頻道下的光調制度OMI[1]車N'頻道下的光調制度OMI'，顯著有OMI'<OMI，則有：
　　
　　(4)
　　
　　(5)
　　
　　(6)
　　
　　
　　
　　其中帶“”的對應實際頻道數N'下的指標。
　　
　　(2)光調制度保持不度，實際頻道N'下每頻道輸入電平上升
　　
　　同理有：
　　
　　(7)
　　
　　(8)
　　
　　(9)
　　
　　2.2.3NTSC制轉為PAL制，C/N要下降
　　
　　圖4為美國制式NTSC-M和中國制成PAL-D的頻道，設圖像載頻處坐標為0，橫坐標下虛線上方的數字對應NTSC制，虛線下方的數字對應PAL制。由圖4可知，NTSC制圖像帶寬為4MHz，PAL制圖像帶寬為5.75MHz，這是殘留邊帶(VSB)的原因。據此，進口端機在NTSC制下給出的C/N指標換算成PAL制下的C/N指標時應減少：。
　　
　　圖象載頻伴音載頻
　　
　　
　　
　　圖4兩種TV制式頻譜
　　
　　2.3光纜CATV系統設計例
　　
　　2.3.1系統要求
　　
　　離前端三點距離分別為12km、11.5km和15km，如圖5所示：
　　
　　圖5一發三收距離示意
　　
　　
　　
　　要求C/N=50dB,CTB=65dB，CSO=60dB,頻道數遠期20個，均為PAL制。
　　
　　2.3.2設定估算標準
　　
　　(1)單模光纖損耗≤0.35dB/個。熔接頭損耗計入后為0.4dB/km。
　　
　　(2)光連接器損耗0.5dB/個，光發射機和接收機各有一個光連接器。
　　
　　(3)光耦合器插入損耗0.5Db。
　　
　　(4)光接收機輸入光功能：為保證中夠的C/N，這里取一2dBm，通常范圍一4～一dBm，視具體要求及可選擇的光端機而定。
　　
　　2.3.3從接收端向發射端倒算光發射機功率
　　
　　如前所述，以星形網為例進行設計，發纜芯數以每接收端四芯計算，主要為今后信息高速公路或寬帶光纖綜合業務網(包括數據、語音)所預留。圖6系從圖5演變而來，以表示星形網。
　　
　　(1)R1對A1點光功率的要求P：
　　
　　P1=-2dBm+0.4×12+0.5=3.3dBm=2.14mW
　　
　　(2)R2對A2點光功率要求P2
　　
　　P2=-2dBm+0.4×11.5+0.5=3.1dBm=2.04mW
　　
　　(3)R3對A3點光功率的要求P3
　　
　　P3=-2dBm+0.4×15+0.5=4.5dBm=2.82mW
　　
　　圖6一發三收星形網
　　
　　(4)光耦合器分光比
　　
　　1、P1+P2+P3總光功率P
　　
　　P=2.14+2.04+2.82=7.0mW=8.45dBb
　　
　　2、分光比
　　
　　分光比＝
　　
　　3、分光比對應的損耗
　　
　　101g0.31≈-5.09dB，取5.1dB
　　
　　101g0.29≈-5.38dB，取5.4dB
　　
　　101g0.4≈-3.98dB，取4.0dB
　　
　　(5)光發射機功率估算
　　
　　1、計入光耦合器插入損耗的功率
　　
　　8.45dBm+0.5=8.95dBm
　　
　　2、計入光發射機上光連接器的損耗
　　
　　8.95dBm+0.5=9.45dBm=8.8mW
　　
　　3、光發射機標稱光功率Pr
　　
　　Pr取系列值10mW
　　
　　2.3.4各鏈路總損耗驗算，從而確定光損耗預算dB值
　　
　　(1)TR1路損耗L'1和總耗損L1
　　
　　L'1=0.4×12=4.8dB
　　
　　L1=4.8+5.1+0.5=10.4dB
　　
　　(2)TR2路損耗L'2和總損耗L2
　　
　　L'2=0.4×11.5=4.6dB
　　
　　L2=4.6+5.4+0.5=10.5dB
　　
　　(3)TR3路損耗L'3和總損耗L3
　　
　　L'3=0.4×15=6.0dB
　　
　　L3=6.0+4.0+0.5=10.5dB
　　
　　
　　
　　確定光損耗預算
　　
　　(4)上述三路損耗可取為11dB(或者12dB)，若取12dB的話，即留了系統余量1dB。
　　
　　2.3.5選擇光發射機和接收機
　　
　　按前面介紹的兩類進口端機，初步選定Ortel公司10360B/10460A組合，其指標在60個PAL頻道下，C/N=52dB，CTB=65dB,CSO=60dB;對12dB光預計損耗功率為10mW。由于鏈路損耗均<12dB，所以上述設計能滿足遠期59個PAL頻道要求。
　　
　　2.3.6計算實際頻道數下的指標
　　
　　近期實際頻道數N'=20，所選端機額定頻道數N=60，假定目前頻道數不足的情況下光發射機每頻道輸入射頻電平與額定頻道數時一樣，則有實際頻道數下各指標值為：
　　
　　1、C/N'
　　
　　
　　
　　由(4)式，C/N'=C/N=52dB>50dB
　　
　　2、CTB'
　　
　　由(5)式，
　　
　　
　　
　　3、CSO
　　
　　由(6)式,
　　
　　
　　
　　2.3.7光纜芯數的確定
　　
　　中已提及，光纜芯數以每接收端四芯計算，則參見5,R2R3段為四芯光纜3.5km，PR1段亦為四芯光纜4km，合計四芯光纜7.5km；PR2段為八芯光纜3.5km。TP段為十二芯光纜8km。
　　
　　
　　
　　結束語
　　
　　光纜CATV技術國外是在80年代末，90年代初才逐步商業化的，國內是在90年代初起步的。這項技術的發展，主要歸功于寬頻帶、大功率、高線性光電器件的出現，當然這里仍然指與現行電纜CATV兼容的AM光纜系統。有關資料或教材也很少，本文只是我們近年來在此項技術推廣中的一些經驗體會，尚有不足之處，敬請指正。
　　
　　
　　
　　參考文獻
　　
　　1王家詒等，300MHzCATV信號光纖傳輸系統設計，光通信研究，1992.3，P14～22
　　
　　2王家詒等，CATV光纜傳輸系統中的幾個主要問題，光通信研究，1993.2P43～48
　　
　　3黃吳明，有線電視技術，北京廣播學院出版社，1991
　　
　　4周慶衍，有線電視系統中的非線性失真，世界有線電視信息，1995.2(3)，P26～38

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