CATV光缆设计

摘要：CATV光缆方案，经验及修正公式

关键词：CATV，光缆，电平，频道一、设计范例

1.引言：

1.1 自九十年代以来，伴随材料及通信技术的进步，光缆技术已逐渐深入各应用阶层。

由二维拓扑结构而言，光纤的拓扑结构设计，由早先的星型及树型结构已逐渐进入二维的双拓扑环境，下图为四终端光纤结构。

1.1 星型

图中虚线为线型设计

实线为树型设计

虚实线为双拓扑环境C实际中L1+L3> L1+L2 & L1+L3> L2+L3

1.2 光纤经其低损耗，高保真在目前得到广泛应用，关于其保真度及带宽影响问题，本文不予论述。

二、估算公式：

2.1 以下公式是基于工作环境考虑，且设定光缆带≥900MHz，低频响应为≥30Db，级间损耗为≤3Db，8MHz间隔为0.12MHz，以下仅关于单点进行讨论。

2.2 有关估算公式

2.2.1 分系统与总系统指标之间的关系[5]

设某系统由两部分组成，各指标下标以1、2区分，则总的指标为：

(1)

(2)

(3)

其中(1)式为功率迭加，(2)式为电压迭回，(3)式介于两者之间。对于(3)式有的文献也有用功率迭加的[6]。

2.2.2 多频道系统中额道和实际频道下指标之间的换算

有的设备已知额定频道数下的指标，但实际使用频道并没有这么多，这时可根据下面两种情况进行换算：

(1)光发射机每频道输入射频电子不变

设额定频道数为N，实际频道数为N'，N'

(4)

(5)

(6)

其中带“”的对应实际频道数N'下的指标。

(2)光调制度保持不度，实际频道N'下每频道输入电平上升

同理有：

(7)

(8)

(9)

2.2.3 NTSC制转为PAL制，C/N要下降

图4为美国制式NTSC-M和中国制成PAL-D的频道，设图像载频处坐标为0，横坐标下虚线上方的数字对应NTSC制，虚线下方的数字对应PAL制。由图4可知，NTSC制图像带宽为4MHz，PAL制图像带宽为5.75MHz，这是残留边带(VSB)的原因。据此，进口端机在NTSC制下给出的C/N指标换算成PAL制下的C/N指标时应减少：。

图象载频 伴音载频

图4两种TV制式频谱

2.3 光缆CATV系统设计例

2.3.1 系统要求

离前端三点距离分别为12km、11.5km和15km，如图5所示：

图5 一发三收距离示意

要求C/N=50dB, CTB=65dB，CSO=60dB, 频道数远期20个，均为PAL制。

2.3.2 设定估算标准

(1)单模光纤损耗≤0.35dB/个。熔接头损耗计入后为0.4dB/km。

(2)光连接器损耗0.5dB/个，光发射机和接收机各有一个光连接器。

(3)光耦合器插入损耗0.5Db。

(4)光接收机输入光功能：为保证中够的C/N，这里取一2dBm，通常范围一4～一dBm，视具体要求及可选择的光端机而定。

2.3.3 从接收端向发射端倒算光发射机功率

如前所述，以星形网为例进行设计，发缆芯数以每接收端四芯计算，主要为今后信息高速公路或宽带光纤综合业务网(包括数据、语音)所预留。图6系从图5演变而来，以表示星形网。

(1)R1对A1点光功率的要求P：

P1=-2dBm+0.4×12+0.5=3.3dBm=2.14mW

(2)R2对A2点光功率要求P2

P2=-2dBm+0.4×11.5+0.5=3.1dBm=2.04mW

(3)R3对A3点光功率的要求P3

P3=-2dBm+0.4×15+0.5=4.5dBm=2.82mW

图6 一发三收星形网

(4)光耦合器分光比

1、P1+P2+P3总光功率P

P=2.14+2.04+2.82=7.0mW=8.45dBb

2、分光比

分光比＝

3、分光比对应的损耗

101g0.31≈-5.09dB，取5.1dB

101g0.29≈-5.38dB，取5.4dB

101g0.4≈-3.98dB，取4.0dB

(5)光发射机功率估算

1、计入光耦合器插入损耗的功率

8.45dBm+0.5=8.95dBm

2、计入光发射机上光连接器的损耗

8.95dB

m+0.5=9.45dBm=8.8mW3、光发射机标称光功率Pr

Pr取系列值10mW

2.3.4 各链路总损耗验算，从而确定光损耗预算dB值

(1)TR1路损耗L'1和总耗损L1

L'1=0.4×12=4.8dB

L1=4.8+5.1+0.5=10.4dB

(2)TR2路损耗L'2和总损耗L2

L'2=0.4×11.5=4.6dB

L2=4.6+5.4+0.5=10.5dB

(3)TR3路损耗L'3和总损耗L3

L'3=0.4×15=6.0dB

L3=6.0+4.0+0.5=10.5dB

确定光损耗预算

(4)上述三路损耗可取为11dB(或者12dB)，若取12dB的话，即留了系统余量1dB。

2.3.5 选择光发射机和接收机

按前面介绍的两类进口端机，初步选定Ortel公司10360B/10460A组合，其指标在60个PAL频道下，C/N=52dB，CTB=65dB, CSO=60dB; 对12dB光预计损耗功率为10mW。由于链路损耗均<12dB，所以上述设计能满足远期59个PAL频道要求。

2.3.6 计算实际频道数下的指标

近期实际频道数N'=20，所选端机额定频道数N=60，假定目前频道数不足的情况下光发射机每频道输入射频电平与额定频道数时一样，则有实际频道数下各指标值为：

1、C/N'

由(4)式，C/N'=C/N=52dB>50dB

2、CTB'

由(5)式，

3、CSO

由(6)式,

2.3.7 光缆芯数的确定

中已提及，光缆芯数以每接收端四芯计算，则参见5, R2R3段为四芯光缆3.5km，PR1段亦为四芯光缆4km，合计四芯光缆7.5km；PR2段为八芯光缆3.5km。TP段为十二芯光缆8km。

结束语

光缆CATV技术国外是在80年代末，90年代初才逐步商业化的，国内是在90年代初起步的。这项技术的发展，主要归功于宽频带、大功率、高线性光电器件的出现，当然这里仍然指与现行电缆CATV兼容的AM光缆系统。有关资料或教材也很少，本文只是我们近年来在此项技术推广中的一些经验体会，尚有不足之处，敬请指正。

参考文献

1 王家诒等，300MHz CATV信号光纤传输系统设计，光通信研究，1992.3，P14～22

2 王家诒等，CATV光缆传输系统中的几个主要问题，光通信研究，1993.2P43～48

3 黄吴明，有线电视技术，北京广播学院出版社，1991

4 周庆衍，有线电视系统中的非线性失真，世界有线电视信息，1995.2(3)，P26～38