光纤链路的设计计算

1 光链路概述

光纤通信技术是近20几年来迅猛发展的新兴技术，是世界新技术革命的重要标志，又是未来信息社会中高速信息网的主要传输工具。我国有线电视传输网络也从同轴电缆传输到光缆电缆混合（HFC）传输，到将来纯光缆（FTTM）传输是一种必然趋势。目前，一些地方的工程技术人员对光链路的自行设计计算的能力还相当薄弱，因此，有必要对光链路的设计与计算方法进行介绍分析。

光链路是指以发射机起到接收机止的光通道，包括光发射机、光分路器、光缆、光接收机等基本设计。

光链路的设计计算是根据光纤传输的路线，每条路的长度计算链路损耗以及光分路器对各条路的分光比，确定需要的光功能和光分路器的规格。再进一步根据频道的数目来调整链路损耗，最后选定发射机。

2 链路损耗计算方法

链路损耗是一项很重要的技术参数，被用来分别表示光链路的传输长度和光发射机的传输能力。对于光链路，链路损耗表示整个光纤链路损耗之和，包括光缆、光分路器、光接点等到各环节损耗之和，它表征光纤传输的物理长度，可以用以下公式表示。

链路损耗=光纤传输损耗+光分路器损耗+活接头损耗+光纤熔接头损耗+一定余量

对1310mm和1550 mm波长的单模光纤传输损耗分别按0.35dB/km和0.20 dB/km计算。光纤熔接头损耗按0.05 dB/个计算，活接头损耗按0.5 dB/个计算。

表征光发射机的技术指标不仅是光输出的功率大小，因为输出功率只能表示光发射机的输出性能，更重要的是额定的频道负荷和规定的失真前提下所能达到的链路损耗，这才是选用光发射机的基本参数。核心的问题是损耗的计算，光功率损耗可以有功率比和分贝数两种表示方法，如图1，输入1#光纤的光功率为P1，进入光接收机的功率为PR1则该路损耗E1可表示为：

E1=PR1/P1 （1）

若以单位损耗a（dB/ km），（km）来表示1#光纤损耗L1时，这是以分贝表示损耗的形式：

L1=aL1 （2）

（1）式和（2）以不同的方式表达同一概念的，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）

假设在光分路器无损耗的理想情况下，输入的光功率等于各分路输出功率Pn之和，即

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

分光比是光分路器具对各光通道分配光功率的比例，那么对1#光通道的分光比K1可表示为：

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

那么任何一路的分光比Kn可表示为：

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

在同一系统中，各个节点的载噪比是相等的，因此各台光接收机的输入功率PRn是相等的，这样式（5）可改写为：

Rn=10（aln/10）/ ∑10（aln/10） （6）

光通道的链路损耗Ln可表示为：

Ln =aln-10lgrn+A （7）

式中A是裕量，包括光分路器附加损耗、活接头损耗。在同一系统中，各节点的载噪比相等，则各通道的链路损耗必然相等，计算链路损耗只选其中一种就可以。

综上所述，可对得出计算链路损耗的一般步骤：

（1）据到各节点的光纤长度Ln，计算光纤参数10（aln/10）和10（aln/10） ；

（2）计算分光比Rn；

（3）计算链路损耗L=aln-10LgRn+A；

（4）根据链路损耗和需要达到的载噪比指标，选择某一厂家的发射机。

3 实例说明

实例：巽宅镇网络升级改造，各村设光节点，中心机房到各村节点的光缆距离分别为：至麻埠村L1=1.85km，至沙埠村L2=2.27km，至后村L3=1.4km，至黄龙村L4=1.55km，至进书村L5=2.15km，至石根村L6=2.16km，至龙前村L7=1.85km，要求光节点的载噪比CNR＞51dB，光接收机地要求-3～+1dBm接收，目前传输节目22套，系统最终频道定为60个，光纤选用1310nm单模光纤。试选择光发射机并设计光分路器。

解：一般把熔接点损耗计算在光纤传输损耗为之内，对1310mm单模光纤的损耗，取a=0.4dB/km。

（1）计算光纤参数（省去小数）。

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

黄龙村：10（al4/10）=10（0.4×1.55）/10=1.15

进书村：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

龙前村：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）计算分光比（省去小数）

Rn= 10（aln/10）/ ∑10（aln/10）

代入计算分别为：

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

显然：R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7=100%

这样，光分路器各端口的分光比就可以按

14%：15%：13%：14%：15%：15%：14%来定做。

（3）计算链路损耗，选用发射机

L=al1-10LgR1+A（这里取1.55）

0.4 ×1.85-10Lg0.14+1.55=10.79（dB）

根据链损耗选用LT7510发射机，可满足设计要求。

在保持真不变的前提下，光发射机的光调制度m和频道数N之间有一个相对的关系，即

m√N -=常数（8）

（8）式表明，调制度与频道数的平方根成反比，也就是说频道数多于60个，调制度应该小些，反之，应该大些，而调制度的大小又意味着载噪比的高低。

在接收端，则载噪比CNR与频道数N的对数成反比，即CNR2=CNR1-10Lg （N2/N1）（9）

根据式（9），很容易对不同频道数目下的载噪比进行换算。查表1，LT7510在频道数N1=60时，10dB链路损耗的载噪比CNR1=51dB， N2=30时，其载噪比CNR2则为：

CNR2= CNR1-10Lg（N2/N1）

=51-Lg（30/60）

=51+3=54（dB）

或者说，维持CNR2=51dB，链路损耗可以增加到13dB。

输入光发射机的射频应该有一个修正量，这个修正量随频道数而改变。根据频道数N修正输入光发射机的射频电平V1，如下式：

V1=V- Lg（N1/N）（10）

式中：V1输入电平；

V：额定频道数下的输入电平；

N1：实际频道数目；

N：额定频道数，PAL-D制，N=60。

如对LT7500系列的光发射机，在额定频道数（N=60）的输入电平是75dBuv，当设计频道数目只有30个时，即N1=30时，它的输入电平V1为：

V1=75-10Lg（30/60）=78 dBuv

这样是说，30个频道的工作电平可比60个频道时高3dB，仍然保持相同的失真指标，输入电平提高3dB，意味着载噪比可以提高1.5dB。

通过上面的分析计算，基本上可以掌握光链路设计计算方法，合理地选用发射机和定做光分路器。

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一个大分度处，此射频放大器相位滞后于标准4度；检查RF1-RF3中的Q3的漏极，验证它们的相互之间的相位差是否在5度内；检查二进制射频放大器B8上的Q3漏极，注意：从前边观察此模块时Q3在右边；再次使发射机工作于25 kW，若无波形出现，则压RAISE按钮或LOW按钮直到此单元工作；当功率改变时，二进制放大器以不同的速率开关，从B8到B10以1/2电源电压工作，可以提高示波器的垂直灵敏度；若B8的相位在5度以内，移至B9；若相位差较大，则L1上的搭线应更换来使B8射频放大器同相；典型的，对于二进制阶梯来说比大阶梯的导线要减的多；.不要减少效率线圈的圈数，以至于小于给定的频率决定值的1/2；继续检查剩下二进制放大器的相位。

4.2 二进制幅度调整

二进制射频放大器的输出可以随频率变化，以完善调制信号的线性，二进制视频放大器输入幅度可以按5%增长变化，以下步骤需要用到三角波或斜波调制。

使发射机工作于100Hz三角波10%幅度调制，5 kW输出来核对二进制调整；连信号发生器的输出到示波器外接同步信号输入；示波器上显示调制检测器的解调输出；展开水平，垂直显示，以便观察倾斜的上升部分；连示波器另一通道到大阶梯放大器RF5的调制解码器黄色跳线；增大或降低调制直到第五阶显示一个从0～5.0V的变化，从此显示图上可以看出角度调制中第五阶处于工作状态；移示波器探针到第六单元的调制编码信号；升高或降低调制直到第六单元显示处于工作状态，大阶梯（单元）工作时解调波形上会有一个小变化；通过变化功率级和调制电平，有可能显示出两个大阶梯单元间的解调斜坡，此部分可以用来进行二进制调整时观察；若此二进制调整正确，大阶梯单元之间的变化是很小的；确定哪一个二进制幅度低于其它，从而带来错误。

5 加载试播和局部微调

发射机连接天线，开机并逐渐增加功率观察，发射机工作状态稳定，各检测表数值正常。到此发射改频工作结束。目前播出正常。