CATV光纤网络设计培训教材-精品文档

CATV光纤网络设计培训教材CATV光纤网络设计培训教材这里我们介绍CCTV光纤网络的设计，一个好的网络设计要综合考虑技术、成本和未来发展的需要。1CATV光纤网络的拓扑结构（1）先进的光纤同轴电缆混合网HFC（HybridFiberCoax）主环分前端：6000～10000户，主环应为数字环或1550nm模拟环子环分前端：1000～2000（二级网）子环一般为1310或1550nm模拟环分配网：200～500户/每个光节点（三级网）HFC网光纤到光节点，同轴电缆到家同轴线上回传为5～65MHz光纤上回传为5～200MHz（2）网络结构超干线：从前端到分前端干线：从分前端到子前端到光节点分配网：光节点到用户RF性能要求CNR（dB）CSO／CTB(dBc)超干线53≤－65干线50－60分配系统48／45－58最终用户46／43－55�网络拓扑与结构超干线：线型、环型、星型干线：环型、星型、树型需备用回路（如自愈环）时用环型星型直接分配系统，维护方便有源星型相当于线性超干线加星型分配线状树型，光纤利用率最高在光纤利用上，无源星型，树型也很有效。（4）型HFC网络的各种结构2光纤网络设计（1）CATV光纤网络的构成及设计指标网络指标分配：（根据系统的规模、用户的分布情况和经济实力进行指标分配）用户端口项目国家设计前端光缆干线电缆支线及分配网CNR（dB）4344555049CSO（dBc）5455706160CTB（dBc）5455746560对一级光纤网：CNR宜取50dB；60个频道时，CSO≤－61dBc；CTB≤－65dBc。对三级光纤网的级联：CNR宜取47dB；用户口的CNR降为44dB。设计前，根据所建系统的范围、用户数、可靠性和组网的灵活性来综合进行考虑。从而，选择指标、传输波长、网络结构和光收发设备等。（2）光节点布局的选择按用户居住情况及今后发展规划划分小区，半径1km内（3）光缆路由的选择尽量短，重要干线应考虑备用路由容易施工并节省投资（根据地理杆路或管道的情况）尽量减少光缆野外接头通向不同目的地的光纤，尽量走同一路由，多纤共缆（4）光纤用量的确定每个光节点安排几根光纤？二根、四根或更多（5）光路损耗与光分路比的计算从发射机到接收机的全程光路损耗值决定光纤干线的CNR。光路损耗的计算和不同光路的组合是光缆干线设计的关键。路由确定了，每条光路的损耗就确定了。搭配适当的光分路器，可使不同光路具有基本相同的损耗值。如果计算的光路损耗过大，就应适当减少分支数，增加光分路器。最后决定所需光发射机台数及每台的链路损耗。光路损耗Aj=光纤损耗+分路器分路损耗+分路器附加损耗A附+光活动连接器损耗A活+系统余量A余=αL+101og(Kj%)+A附+A活+A余其中：α—光纤损耗系数（1310nm平均0.4dB/km）（1550nm平均0.25dB/km）L—光纤长度(km)A附由厂家给出，A活、各选0.5dBKj%—光分路器第j路分路比。（6）光分路器是光路损耗组合的关键器件采用连续熔融拉锥技术生产的1xN的光分路器，要使光发射机到各接收点的光路损耗一致，可用各输出支路的分光比进行调节。分光比和光路损耗的计算公式如下：nki=(100.1αLi)/(Σ100.1αLi)i=1nA=10lgΣ100.1αLi+A附+A活+A余i=1（7）光路损耗为Ai的载噪比CNRi满为：CNRi满＝CNRLINK＋（ALINK－Ai）＝51.5+(ALINK－Ai)（8）N（频道数）不等于N满时CNRN=CNRi满+101og（N满/N）（9）不同电视制式的CNR为CNRPAL-D=CNRNTSC+101og（BNTSC/BPAL-D）=CNRNTSC+101og(4.2/5.57)=CNRNTSC－1.36（10）利用以下关系调整CNRm1dBCNR1dBCSO1dBCTB2dB因此:CNR+CSO=常数，2*CNR+CTB=常数（11）利用三个或四个输出端口的光接收机可使HFC网升级为无源同轴网。提高传输质量和网络的可靠性，也利于多功能的开发。31310nm系统设计（1）依据�路由图：光节点位置，分布情况，详细距离等。�用户要求：（系统带宽，传输频道数，系统指标，拓扑结构，回传，网管，多功能开发，光纤损耗为0.4dB/km等）�厂家给定参数：CNR与光路损耗曲线或光发射机的链路损耗（ALINK）。链路损耗（ALINK）定义为：在满频道传输，CSO=－65dBc、CTB=－65dBc下的CNRLINK（如=51.5dB）时，发射机能提供给光路的最大损耗。（2）设计例子：计算分路比：nki=(100.1αLi)/(Σ100.1αLi)i=1nΣ100.1αLi=1.5849＋1.3183＋1.9055＋1.0965＋1.2023＋i=11.4454＋1.5849＋1.5849＋1.3183=13.041k1,k2,k3,……..k9分别为：12.1%,10.1%,14.6%,8.4%,9.2%,11.1%,12.2%,12.2%10.1%�发射机选型：n计算：A=10log(Σ100.1αLi)+A附+A活+A余i=1=101og（13.04）+0.7+0.5+0.5=12.85≈12.9dB若选链路损耗为13dB的发射机，则传59路PAL-D时：CNR51.5+13－12.9=51.6dB,CSO－60dBc,CTB－65dBc。�验证：计算每一支路的总损耗：Ai=αL+101g(Ki%)+A附+A活+A余Ai=0.4X5+101g0.121+1.7=12.87其余分别是：12.86、12.86、12.86、12.86、12.85、12.84、12.84、12.86等。从而可得到每个结点的CNR。若与前面计算的A差别较大，则应反复核算。（3）1310系统的设计，如果利用飞通产品时：小规模（乡、镇、村）网络的选择：廉价的PTT2101/PTT2102质优价谦（县、乡、镇、村）网络的选择：PTT1300先进（市、县、乡、镇）网络的选择：PTT3100/PTT3301对数模混传的特别要求：PTT3300PTT2101是飞通公司一种经济型光发射机，它可以保证指标传输40路节目；PTT2102传输60路节目；而PTT1300是采用Ortel公司OEM产品提供的高性能光发射机，它已在国内得到了广泛的应用；PTT3100增加了网管，降低了RF输入电平，是一种最先进最完善的光发射机；PTT3101增加了前置放大模块，降低了RF输入电平，是一种功能完善的模块式光发射机；PTT3300也是OrtelOEM产品，它特别适合于数模混传，因为它为数据信号提供了一个专用的输入接口。无源同轴网络的典型结构：随着光纤费用的迅速降低，最佳的光节点大小也在减小。DFB宽带发射机的费用正以每年20%的速度下降，因此对于新装网络，无源同轴网络结构的费用将会明显低于其它光纤含量较少网络的费用。在这种结构中，一个DFB发射机可服务一个约500户的街区。下行光纤在现场分支以服务一个主节点和6～8个附节点。节点间通过同轴电缆连接，这就允许由一个中心电源对所有节点供电，同时也允许采用叠频设计，将有关的上行信号组合在一起回传。（4）针对未来的网络设计�网络容量：由可传送的AM频道以及在网络中每户可使用的交互通信频带的宽度来决定。64QAM可实现4bit/Hz的带宽利用效率，从而200MHz带宽为500用户所共享，每户的容量是1.6Mbps。�可靠性：为使HFC网络的可靠性达到最佳，光接收机后面的所有放大器，最好都去掉。通常这种无源同轴网的光接收机每路输出的服务用户，可减少到60～80户。�成本：当网络节点大小达到60～80户时，网络中的有源器件数目减到最小。随着光发射机售价的降低，采用无源同轴网的设计越来越有利。光纤有线电视网络的发展方向是建立一个双向的交互式网络，为了实现这一目标必须在现在的设计中心为将来做好准备。这种考虑包括了网络容量，可靠性以及成本的核算。我们的核心问题是如何决定光纤/同轴电缆混合网中光纤的最佳渗透程度，最有意义的网络交互容量的衡量方式是每户的带宽，它是由总的交互通信带宽，数字信号的调制方式以及分享带宽的用户数决定的。有很多种数字调制方式适合有线电视网络中传送压缩的数字视频信号。对数字信号最流行的调制方式是64QAM，它与AM-VSB方式在有效利用带宽方面有某些类似。网络可靠性的设计目标是使服务中断的可能性减至最小，光纤设备对网络可靠性的提高，光纤对网络可靠性的主要影响起因于CATV网中级联放大器数目的减少，为使HFC网络的可靠性达到最佳，跟在光接收机后面的所有放大器都应该去掉。在这种通常称为无源同轴网的网络结构中，在中等人口密度地区每个光接收机可服务60～80个用户。成本在网络设计中总是一个重要的因素，为了决定最佳的网络设计以使成本减至最低，必须考虑光纤设备和电缆设备在费用上的折中。射频放大器费用的减少源于当光节点覆盖的用户减少时，放大器的需求也减少。因此可以允许每个放大器有更高的失真电平，这意味着放大器可工作在较高的输出电平上。就网络费用而言，一个有意义的问题是是否存在一个最佳的节点大小。分析表明，一旦节点大小达到无源同轴网的极限约60户时即可无需放大器直接到户。41550nm系统的设计1550nm系统设计的特点：�线性调频chirp和色散对系统的CSO造成很大的劣化。�dn/dp和色散综合作用导致自相位调制，对CSO会造成很大影响。�EDFA的出现使长距离传输、大面积覆盖的设计成为可能。�外调制，低chirp下，EDFA对系统非线性指标影响不大。�忽略色散影响的分配网系统的设计与1310nm系统设计相同。�超干线的设计，需要仔细考虑影响性能的很多因素。�系统的CNR，需要考虑EDFA自发辐射噪声的影响，自发辐射噪声主要是指信号光与自发辐射光之间的差拍噪声（NF2hν/PIN）,与激光器的相对强度RININ之和可求得总的相对强度噪声RINOUTRINOUT=RININ+（NF2hν/PIN）PIN是EDFA的输入光功率hν是光子的能量NF是EDFA的噪声系数将RINOUT代入CNR表达式可得CNR值。这里罗列了1550nm系统设计时会遇到的一些问题，需要强调指出提由于长距离传输的光纤色散等带来的效应趋于明显，所以超干线系统的设计需要认真对待。（1）设计方法（忽备色散影响）：当色散影响可以忽备或光路小于70km时可采用1310nm系统的设计；或者说在无FM到AM的影响发生时可用1310nm系统的设计方法。此时，还可以从Prm来计算CNR。计算公式如下：CNR=85.9+201og（m）－101og（1.57×10－3Pr+0.15×10－6/Pr2）Pr—光接收输入光功率m—调制指数例如：m=0.03,Pr=1mW时,CNR=85.9+201og（0.03）－101og（1.57+1+0.15）=51.1dBm=0.03,Pr=0.5mW时,CNR=49.3dBm=0.03,Pr=2mW时,CNR=52.2dBm=0.04,201og（0.04）=27.96,比m=0.03多2.5dB,CNR相应提高2.5dB。由此可见：在1550系统，Pr及m的影响很大。(2)1550nm系统设计原则(对标准单模光纤而言)�光发射机采用外调制方式,输出功率小需后接光放大器(EDFA),以提高输出功率,延长传输距离。做为功率提升器使用�受SBS的限制，入纤功率应小于SBS的阈值，不同厂家阈值不同，一般可达+16.5/17dBm。Ortel公司的新型光发射机可达18dBm。�光接收机的输入功率一般在+3~0dBm内�EDFA也可以做为中继器级联使用，此时，EDFA输入光功率应大�掺铒光纤放大器（EDFA）由于入纤功率大大提高，所以满频道时传输距离可以延伸到70Km.�尽管光纤系统带来的影响严重限制了1550nm系统的传输距离，但还是有办法克服这种影响，解决办法之一就是色散补偿，利用专门的非零色散位移光纤便可减少1550nm信号传输的色散，从而使光纤系统带来