有線電視CATV網(wǎng)絡(luò)中光分路器的設(shè)計

　　0 引言

　　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、保真度高、工作性能可靠等優(yōu)點，不僅能擴大有線電視覆蓋面，減少傳輸線路中放大器的個數(shù)，提高整個有線電視系統(tǒng)的指標，而且解決了全電纜網(wǎng)放大器維護難的問題。光纖傳輸網(wǎng)已成為有線電視CATV網(wǎng)絡(luò)最主要的傳輸手段。

　　在光纖CATV網(wǎng)絡(luò)中，不管是模擬信號還是數(shù)字信號，光分路器是進行光信號分路傳輸必不可少的光器件。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴展，以及網(wǎng)絡(luò)功能的增多，光纖CATV網(wǎng)絡(luò)蓬勃發(fā)展，光節(jié)點密集度越來越大，而分路器是光節(jié)點擴展的最重要中介設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)中需要大量接入光分路器。因此，我們完全有必要對光分路器進行詳細的設(shè)計和計算。本文主要介紹單一波長的單模光分路器的光學指標并結(jié)合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)計和使用的一些方法進行解析，希望對數(shù)字有線電視網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)有所幫助。

　　1 分路器主要指標

　　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。光分路器類似于電纜傳輸網(wǎng)絡(luò)中的分支器、分配器。在實際的運用中，常常用光分路器把光發(fā)射機輸出的光信號分成強度不等的幾路輸出，光強較大的一路傳輸?shù)捷^遠的設(shè)備，光強弱的一路傳輸?shù)捷^近的距離，以使各個光節(jié)點都能得到近似相等的光功率。在進行光分路器的設(shè)計前，必須熟悉光分路器的指標。其主要指標有以下幾個：

　　1.1 附加損耗

　　光分路器把輸入端的光信號按照預定的分光比對各個支路進行分配時，光信號通過光分路器時除分光損耗外，還有光分路器本身對光信號產(chǎn)生的損耗，這種損耗稱為光分路器附加損耗。

　　附加損耗是分路器最基本的技術(shù)指標，它與其他性能指標都有著內(nèi)在的聯(lián)系。因此，附加損耗不僅僅衡量器件的光學性能，更重要的是它與器件的抗震性能、溫度穩(wěn)定性和使用壽命也有著內(nèi)在的聯(lián)系。為此，我們在選用光分路器時，對廠家的這個指標必須嚴格篩選。

　　1.2 分光比

　　光分路器對各支路光功率分配的比例稱為分光比，分光比定義為光分路器某輸出端輸出光功率與光分路器輸出端總的輸出光功率之比。

　　此指標是光鏈路的最主要的設(shè)計指標參數(shù)，后有詳解。

　　1.3 分光比偏差

　　分光比偏差是指制造分路器時實際分光比與設(shè)計值的偏差。這個偏差使得一路光增加，另一路光減少。本質(zhì)上并不影響輸出總功率。

　　由于發(fā)射端到各光節(jié)點的距離各不相同，為保證接收端接收功率一致，分路器的分光比應(yīng)和傳輸距離相對應(yīng)，即：傳輸距離越遠對應(yīng)該路分光比值越大。若實際使用的分路器與設(shè)計分光比有誤差，則會導致接收端接收功率不一致。目前，國內(nèi)生產(chǎn)廠家完全有能力將1×N光分路器的分光比誤差控制在±0.5%以內(nèi)。

　　1. 4 分光損耗

　　分光損耗：不同的分光比對光信號產(chǎn)生的損耗就叫做分光損耗，其值為-10lgK(K為分光比值)。

　　1.5 插入損耗

　　插入損耗包括分光損耗和附加損耗兩部分，即插入損耗(dBm)=-10lgk+附加損耗。

　　2 光網(wǎng)絡(luò)光分路器的設(shè)計、計算

　　在HFC網(wǎng)光纖傳輸干線設(shè)計中，當光纖路由及光纖損耗值、光節(jié)點數(shù)量確定后，就可以設(shè)計并計算出每一光纖支路所需的光功率、光分路器的分光比，還能計算出整個光鏈路所需要的光功率。在計算所述指標時，按照以下計算步驟進行設(shè)計。

　　2.1 每一支路光纖損耗值計算

　　當光纖路由確定后，每一支路的光纖鏈路損耗值就可以得出。目前廣電系統(tǒng)大量使用的是G652型光纖。對于1310 nm窗口，G652光纖損耗不超過0.35 dBm/公里，對于1550 nm窗口，G652光纖損耗不超過0.22 dBm/公里。對于已經(jīng)完工的路由，可以使用光時域反射儀進行測量，得出實際鏈路的損耗值。每一支路的光纖鏈路損耗值應(yīng)留出一定的余量。計算公式如下：

　　S=a×lN.

　　式中：S為支路光鏈路損耗(dBm);a為光纖每公里損耗值;lN為光纜各支路距離。

　　2.2 光接收機接收功率

　　目前使用的光接收機，在接收光功率為-4～+3 dBm的條件下，光接收機輸出電平范圍為96～108 dB。光接收機輸入光功率變化對系統(tǒng)指標有一定的影響，通過理論計算和實踐檢驗都能明示。

　　當光接收機輸入光功率有所提高時，各項系統(tǒng)指標均有較大提高，為電纜分配網(wǎng)留出較多余地。為此，在設(shè)計光纜網(wǎng)絡(luò)時，確定光接收功率為0 dBm±1 dBm。

　　這里要提出一下，dBm和mw都是光功率的單位，它們應(yīng)用的場合不一樣。它們可以進行換算。換算公式如下：

　　2.3 活接損耗

　　每個光系統(tǒng)包含有多種光設(shè)備，如光發(fā)射機，光接收機，光放大器等等，而這些設(shè)備都需要用FC、SC等法蘭進行接頭，而這些活動連接頭會產(chǎn)生一些損耗，這些損耗應(yīng)計入光鏈路所需的總功率。活接頭損耗設(shè)計值一般為0.5 dBm。

　　2.4 光分路器的分光比的設(shè)計

　　設(shè)各路的總光功率為∑Pn，某一路所需的光功率為P1，則分光比K1=P1/∑Pn，需要強調(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輸入光功率。

　　根據(jù)光節(jié)點路由距離優(yōu)化組合分組情況，使用以下公式和參數(shù)進行計算。

　　計算公式：

　　式中：P1，P2，P3為各支路光接收機的輸入功率，mw;PN為光纖分路器各支路輸出光功率，mw;PT為光發(fā)射機的出纖功率，mw;KN為光纖分路器各支路分光比;N為代表自然數(shù)1、2、3……;a為光纖每公里損耗：a=0.35 dBm/km(1310 nm窗口)和0.22 dBm/km(1550 nm窗口);l為光路由長度。

　　根據(jù)以上公式可得N路出光分路器得各路分光比：

　　2.5 光鏈路各分路的損耗計算

　　設(shè)計并計算出光分路器的分光比后，通過以下公式可以計算出光鏈路各支路的損耗。計算公式為：

　　LN(dBm)=-10Lg Kn+a×ln+附加損耗+光連接器損耗.

　　為確保網(wǎng)絡(luò)的長期安全平穩(wěn)運行，多數(shù)情況光鏈路應(yīng)留有1 dBm余量。因此，光鏈路各分路的損耗應(yīng)做如下設(shè)計。

　　LN(dBm)=-10lg Kn+a×ln+附加損耗+光連接器損耗+1.

　　2.6 分光器輸入光功率的計算

　　根據(jù)各支路的上述參數(shù)，可計算得出光分路器所需的輸入光功率，也就是真?zhèn)€網(wǎng)絡(luò)需要的總功率。總功率等于各支路的功率損耗。由此可知道所需要的光發(fā)射機的功率，上述總功率等于發(fā)射機的功率。

　　隨著模擬和數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，以及伴隨著光纖到戶，光網(wǎng)絡(luò)主要傳輸設(shè)備光分路器在光網(wǎng)絡(luò)中使用的頻率會大大加強，而分路器的設(shè)計對整個光網(wǎng)絡(luò)信號優(yōu)劣、有無起著決定性的作用。在光纖CATV網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時，通過以上詳細對光分路器計算和分析，給光網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運行提供了可靠的保證。