第四章《HFC网络光纤干线的设计计算》小结

第四章《HFC网络光纤干线的设计计算》小结一、HFC网络光链路设计（一）总体设计的三个部分（1）HE与SH之间或HE（SH）与ON之间光链路设计：正反光纤链路计算（2）ON与LastAmp之间电缆传输网设计：电缆网络的正反增益与均衡计算（3）LastAmp与User之间无源用户分配网设计：无源电缆网络正反损耗和电平计算（二）光链路设计考虑内容1、HFC频带宽度：5-750MHz、5-862MHz。2、光链路结构和光节点布局：（1）光链路结构：尽可能星型；（2）光节点布局：500户～50户。3、光纤芯数：（1）光节点至少4芯；（2）同一路由光节点的光纤采用多纤共缆。4、光缆路由：（1）光节点均匀分布，路由尽量短；（2）安全且易于施工；（3）尽量减少野外接头；（4）多目的地光缆局部多纤共缆。（5）便于升级到FTTLA。5、光链路功率余量：通常有0.5~1dB余量。（三）HFC光链路具体设计步骤1、指标分配：规划系统各部分的技术指标分配，得到光纤干线要求达到的光链路技术指标。2、选择结构：根据光缆实际路由，选择一种或两种以上合适的网络拓扑结构。3、绘制简图：将光缆实际路由图变为可方便计算的网络计算图，并在网络计算图上标注相关的距离及参数值。4、具体计算：将网络计算图上的数值，代入相关的设计计算公式，计算出相应的结果。5、验证性能：计算设计出的光链路是否确实满足性能和要求的技术指标。（四）光链路设计输入技术参数和计算结果技术参数1、设计输入技术参数：（1）工作光波长；（2）光纤损耗系数；（3）光纤活动连接器数量及插入损耗；（4）分光器的总插入损耗；（5）光接收机平均接收光功率；（6）光链路预留的损耗余量（或富余度）。2、计算结果技术参数：（1）光发射机输出光功率；（2）掺饵光纤放大器（EDFA）输出光功率；（3）分光器的分光比ki；（4）光链路的技术指标验算结果是否符合要求。（五）HFC光链路验算内容1、总损耗Ai（i=1，2···n）验算Ai＝αDi+10lg（1/ki）+aLC+Lm+LS如下列不等式PT-Pri≥Ai光发（dBm）－光收（dBm）≥光链路损耗（dB）成立，则设计正确。由此结果，可以选择光发射机和光接收机。2、光发/收链路指标验算选定设备后，根据厂家提供的技术指标资料，验算光链路指标。验算结果应符合设计要求。如不符合设计要求，则需重新选择参数和重新进行系统指标分配。（六）光链路参数选择1、单模光纤的损耗系数［dB/km］工作波长（nm）不计熔接头损耗［dB/km］计入熔接头损耗［dB/km］131015500.350.200.400.252、光纤活动连接器损耗Lc［dB］通常光发射机和光接收机各有一个光纤活动连接器，其损耗约为Lc=0.5dB/个，故光纤活动接器总损耗=2Lc=2×0.5=1dB。3、熔接头损耗0.05dB/个；为便于简化计算，通常可将其归并在损耗系数中计算。4、光分路器损耗Li［dB］光分路器损耗Li(dB)=理论分光损耗+分光器的附加损耗Li(dB)=10lg(100/K)(dB)+Li(dB)。分光器的插入损耗Li(dB)与分光器的实际构造方法有关。（1）常用1×2熔锥型分光器损耗表分光比％高输出端损耗（dB）低输出端损耗（dB）高/低端的差值（dB）50/503.53.5055/453.34.20.960/402.84.71.965/352.45.32.970/302.06.04.075/251.76.85.180/201.47.96.585/151.19.38.290/100.911.310.495/50.614.914.3（2）1×N分光器附加损耗Li（dB）也可按下表估算。1×N分光器类型附加损耗Li（dB）1×2分光器1×3分光器1×4分光器1×5分光器1×6分光器0.2dB0.3dB0.4dB0.45dB0.5dB5、光纤长度D[km]设计光纤长度D=1.05×(实际距离)。实际距离的误差应≤50米。6、光链路裕度(预留余量)Lm(dB)工作波长（nm）预留余量(dB)13100.515500.37、光接收机平均接收光功率Pr[dBm]工作波长（nm）平均接收光功率(dBm)1310-2～+1155008、光链路最大允许损耗A（dB）max工作波长（nm）最小接收光功率Pr(dBm)min链路最大允许损耗A（dB）max1310-2Pt(dBm)+215500Pt(dBm)二、HFC光链路具体设计（一）四个步骤1、调查研究和收集资料：对服务区域内的基本自然条件、用户分布和地理环境全面了解，收集设备资料为器材选用、设定估算标准提供依据。2、确定结构和划定片区：根据“布局合理、路径最短、易于施工、便于升级”的原则确定结构，片区范围越小，工作带宽就越宽。光节点原则上应定在片区的中央。然后绘制设计图。3、计算损耗和定分光比：通过四个步骤归类、分组、定比、计算。4、归类整理和计算指标：（1）列出片区基本数据表；（2）绘制光缆干线熔接示意图；（3）列出干线基本数据表；（4）进行实际使用指标的换算，判断光链路是否达到设计要求；（5）制定光缆干线施工方案。（二）计算光链路损耗事先确定内容（1）光纤链路所允许的最大链路损耗A（dB），（2）分别计算出各光节点至光分路器的光路损耗Bi（dB），（3）光分路器该路输出臂处的所需要的光功率Pi(dBm)，（4）该路的光分路器允许插入损耗Li(dBm)。（三）定分光比四个步骤（1）“归类”（即按各路Bi（dB）的数值大小依次排列）（2）“分组”（即将同一个光分路器后所带动的光接收机编成一组，编组中应考虑充分利用光发射机的输出光功率，并尽可能将同一干线上的光节点由同一台光发射机驱动）（3）“定比”（即具体确定各光分路器各路输出的分光比）（4）“复算”（对全网光发射机、光放大器、光节点配置方案及分光方案进行多次估算和反复验算），以达到最隹的设备配置和最优的分光效果。（四）贯彻始终应考虑的重要因素（1）光纤的最大损耗（2）光发射机的最大输出光功率（3）光链路的性能指标（4）分光器的插入损耗（5）光接收机允许的最小输入光功率（6）整条光链路的裕度等三、光纤链路性能指标（一）光调制度M和m1、总的光调制度M：整个工作频带内RF信号功率和激光器标称光功率之比，以百分比表示。2、每频道的光调制度m：频道内RF信号功率和激光器标称光功率之比，以百分比表示。3、两者关系为：M=m√N。其中，N为工作频道数。（二）光链路指标的调整规律。1、当接收光功率在-2～+2dBm时,接收光功率降低1dB,光链路的CNR(dB)降低1dB。接收光功率越高，则光链路的载噪比越高。2、光发射机输入射频电平增大1dB，光链路的CNR(dB)将增大1dB，CTB(dB)将降低2dB，CSO(dB)将降低1dB。光发射机输入射频电平越高，则光链路的载噪比越好，但失真指标越差。因此，两者之间是互相牵连的。（三）光链路载噪比1、光纤链路噪声源：光发射机的相对强度噪声、EDFA产生的噪声、接收端量子效应在产生的散粒噪声和光接收机的电路热噪声。2、光纤链路载噪比计算（1）在不考虑EDFA噪声的情况时，光纤链路总的载噪比(C/N)1可分解为（C/N）RIN、（C/N）short、（C/N）th三个载噪比的合成1/(C/N)1＝1/(C/N)RIN+1/(C/N)short+1/(C/N)th式中（C/N）RIN为激光器相对强度噪声决定的载噪比；（C/N）short为光检测器散粒噪声决定的载噪比；（C/N）th为接收前放热噪声决定的载噪比。（2）考虑EDFA噪声的情况时，光纤链路总的载噪比(C/N)=(C/N)1-载噪比劣化值Δ载噪比劣化值Δ：EDFA输入载噪比与输出载噪比之差。Δ=(C/N)in-(C/N)out通过EDFA之后载噪比的劣化值Δ可以使用典型的EDFA输入光功率Pi与信号关系曲线查出。3、EDFA使系统的载噪比比变坏因素(C/N)EDFA分贝表达式(C/N)EDFA=158.92+20lgm-10lg4B+Pi（dBm）-NF（dB）由于加入EDFA，使系统的载噪比比未加EDFA时将变坏，变坏多少取决于EDFA的（NF）和输入光功率Pi。当NF越小，而Pi越大时，EDFA的加入对系统载噪比的损伤甚少。载噪比劣化值与EDFA输入光功率关系曲线规律：单调下降，输入光功率Pi越高，载噪比劣化值Δ越小。（四）AM光纤传输系统失真1、失真产生的三个原因（1）光发射机中的电-光特性的非线性，RF信号对激光器进行的是高速高电流密度调制，光输出中产生的失真是动态的。还会引起光波长的微小变化，从而产生新的频率成分，使失真进一步加大。（2）光纤色散和光纤中的反射。成分为二阶失真，色散与波长、传距有关，传输距离越远，失真越为严重。（3）光探测器和前置放大器的非线性，而光探测器和前置放大器的非线性指标通常在CSO、CTB≤70～75dB量级。2、失真主要因素光传输网络的非线性主要取决于光发射机。