光纖鏈路的設計計算

1 光鏈路概述

光纖通信技術是近20幾年來迅猛發展的新興技術，是世界新技術革命的重要標志，又是未來信息社會中高速信息網的主要傳輸工具。我國有線電視傳輸網絡也從同軸電纜傳輸到光纜電纜混合（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人員對光鏈路的自行設計計算的能力還相當薄弱，因此，有必要對光鏈路的設計與計算方法進行介紹分析。

光鏈路是指以發射機起到接收機止的光通道，包括光發射機、光分路器、光纜、光接收機等基本設計。

光鏈路的設計計算是根據光纖傳輸的路線，每條路的長度計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格。再進一步根據頻道的數目來調整鏈路損耗，最后選定發射機。

2 鏈路損耗計算方法

鏈路損耗是一項很重要的技術參數，被用來分別表示光鏈路的傳輸長度和光發射機的傳輸能力。對于光鏈路，鏈路損耗表示整個光纖鏈路損耗之和，包括光纜、光分路器、光接點等到各環節損耗之和，它表征光纖傳輸的物理長度，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計算。光纖熔接頭損耗按0.05 dB/個計算，活接頭損耗按0.5 dB/個計算。

表征光發射機的技術指標不僅是光輸出的功率大小，因為輸出功率只能表示光發射機的輸出性能，更重要的是額定的頻道負荷和規定的失真前提下所能達到的鏈路損耗，這才是選用光發射機的基本參數。核心的問題是損耗的計算，光功率損耗可以有功率比和分貝數兩種表示方法，如圖1，輸入1#光纖的光功率為P1，進入光接收機的功率為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，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）

在同一系統中，各個節點的載噪比是相等的，因此各臺光接收機的輸入功率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。在同一系統中，各節點的載噪比相等，則各通道的鏈路損耗必然相等，計算鏈路損耗只選其中一種就可以。

綜上所述，可對得出計算鏈路損耗的一般步驟：

（1）據到各節點的光纖長度Ln，計算光纖參數10（aln/10）和10（aln/10） ；

（2）計算分光比Rn；

（3）計算鏈路損耗L=aln-10LgRn+A；

（4）根據鏈路損耗和需要達到的載噪比指標，選擇某一廠家的發射機。

3 實例說明

實例：巽宅鎮網絡升級改造，各村設光節點，中心機房到各村節點的光纜距離分別為：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，至進書村L5=2.15km，至石根村L6=2.16km，至龍前村L7=1.85km，要求光節點的載噪比CNR＞51dB，光接收機地要求-3～+1dBm接收，目前傳輸節目22套，系統最終頻道定為60個，光纖選用1310nm單模光纖。試選擇光發射機并設計光分路器。

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

（1）計算光纖參數（省去小數）。

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）計算分光比（省去小數）

Rn= 10（aln/10）/ ∑10（aln/10）

代入計算分別為：

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）計算鏈路損耗，選用發射機

L=al1-10LgR1+A（這里取1.55）

0.4 ×1.85-10Lg0.14+1.55=10.79（dB）

根據鏈損耗選用LT7510發射機，可滿足設計要求。

在保持真不變的前提下，光發射機的光調制度m和頻道數N之間有一個相對的關系，即

m√N -=常數（8）

（8）式表明，調制度與頻道數的平方根成反比，也就是說頻道數多于60個，調制度應該小些，反之，應該大些，而調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N的對數成反比，即CNR2=CNR1-10Lg （N2/N1）（9）

根據式（9），很容易對不同頻道數目下的載噪比進行換算。查表1，LT7510在頻道數N1=60時，10dB鏈路損耗的載噪比CNR1=51dB， N2=30時，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。

輸入光發射機的射頻應該有一個修正量，這個修正量隨頻道數而改變。根據頻道數N修正輸入光發射機的射頻電平V1，如下式：

V1=V- Lg（N1/N）（10）

式中：V1輸入電平；

V：額定頻道數下的輸入電平；

N1：實際頻道數目；

N：額定頻道數，PAL-D制，N=60。

如對LT7500系列的光發射機，在額定頻道數（N=60）的輸入電平是75dBuv，當設計頻道數目只有30個時，即N1=30時，它的輸入電平V1為：

V1=75-10Lg（30/60）=78 dBuv

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

通過上面的分析計算，基本上可以掌握光鏈路設計計算方法，合理地選用發射機和定做光分路器。

（上接第177頁）

一個大分度處，此射頻放大器相位滯后于標準4度；檢查RF1-RF3中的Q3的漏極，驗證它們的相互之間的相位差是否在5度內；檢查二進制射頻放大器B8上的Q3漏極，注意：從前邊觀察此模塊時Q3在右邊；再次使發射機工作于25 kW，若無波形出現，則壓RAISE按鈕或LOW按鈕直到此單元工作；當功率改變時，二進制放大器以不同的速率開關，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，移至B9；若相位差較大，則L1上的搭線應更換來使B8射頻放大器同相；典型的，對于二進制階梯來說比大階梯的導線要減的多；.不要減少效率線圈的圈數，以至于小于給定的頻率決定值的1/2；繼續檢查剩下二進制放大器的相位。

4.2 二進制幅度調整

二進制射頻放大器的輸出可以隨頻率變化，以完善調制信號的線性，二進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制。

使發射機工作于100Hz三角波10%幅度調制，5 kW輸出來核對二進制調整；連信號發生器的輸出到示波器外接同步信號輸入；示波器上顯示調制檢測器的解調輸出；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的調制解碼器黃色跳線；增大或降低調制直到第五階顯示一個從0～5.0V的變化，從此顯示圖上可以看出角度調制中第五階處于工作狀態；移示波器探針到第六單元的調制編碼信號；升高或降低調制直到第六單元顯示處于工作狀態，大階梯（單元）工作時解調波形上會有一個小變化；通過變化功率級和調制電平，有可能顯示出兩個大階梯單元間的解調斜坡，此部分可以用來進行二進制調整時觀察；若此二進制調整正確，大階梯單元之間的變化是很小的；確定哪一個二進制幅度低于其它，從而帶來錯誤。

5 加載試播和局部微調

發射機連接天線，開機并逐漸增加功率觀察，發射機工作狀態穩定，各檢測表數值正常。到此發射改頻工作結束。目前播出正常。