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谈光发射机的选择与使用(一)
作者:龙鹏 王军

摘要:本文通过介绍光发射机的组成、工体过程、性能参数,谈如何合理选择光发射机正确使用光发射机,以便搞好对光发射机的维护,确保HFC光纤有线电视网高质量的运行。
    关键词:光发射机、技术参数、链路损耗
    光发射机是光缆传输系统的核心设备。它的作用是将输入光发射机的射频有线电视电信号进行光调制,实现电、光转换(E/O),并向光缆系统发送连续、稳定、可靠的光信号。现市场上销售的光发射机种类:按其调制方式不同,分为直接调制光发射机和外调制光发射机两种。直接调制光发射机多用于1310nm光纤系统,外调制光发射机多用于1550nm光纤系统。无论是直接调制还是外调制的光发射机,其核心部件是激光器组成。
    一、直接调制激光发射机
    1、组成
    直接调制光发射机的组成,除核心部件DFB激光器组件外,还有电源、激光器偏置电路、激光器慢起动电路、过载保护电路和驱动保护电路、功率控制和致冷控制电、光检测电路、失真补偿电路、光检测器(PIN)芯片(用于光功率检测和自动功率控制),用于双向自动温度控制(ATC)的半导体致冷器和热敏电阻等,其组成如图1

 

     2、工作过程
     光发射机的输入信号是电视射频(RF)信号。在前端,多路RF信号经多路混合器混合成一路信号后,送入光发射机输入端,经过前置放大器放大后,进行电控衰减,并还进行预失真补偿和自动功率电平控制,再去驱动激光器芯片进行电/光调制,将电信号转变成光调制信号。输出端加一个光隔器,可大大减少由光缆传过来龙去脉光反射波对激光器的影响。光信号通过光活动接头送入光缆,通过光缆把光信号传送至各光点。
    从图2可看出,激光器的发射功率和非线性失真依赖于偏置电流(IO),故光发射机设置激光器的偏置电路和预失真补偿电路,来保证非线性指标和发射输出的稳定。


    从图3可知,激光器的温度升高,将使门限值增大,饱和输出光强下降,P-I特必曲线的直线段范围减小(即2自动态范围减小)为了保证光发射机始终正常工作,必须保证激光器在恒温(一般是25℃)条件下工作。光发射机器的用于双向自动温度控制(ATC)的半导体制冷器和热敏电阻是保证激光器工和在25℃恒温条件下。
    光发射机中有微处理器,其芯片中存储有激光器的最佳工作状态数据,对激光器可进行慢启动并可以自动断开射频电视驱动电流,以保护激光器。光发射机前面板上的各种开关都是通过微处理器控制的。
    温度的变化和器件的老化都会引起激光器阀值电流和光电转换效率的变化,若想精确控制激光器的光输出功率,应从两个方面着手解决:一是控制激光器的偏流,使其自动跟踪阀值电流的变化,保证激光器总是工作在最佳偏置状态;二是控制激光调制电流的幅度,使其自动跟随电、光转换效率变化而变化。自动功率控制完成以上两项任务,以保证激光器输出精确光功率。


二、外调制光发射机
    外调制光发射机由外调制器、激光器、激光控制电路、调制控制电路、微处理器、预失真电路、光检测器、RF信号衰减器、放大器、电源等组成。如图1

 

 

 


图1 YAG外调制光发射机方块图
    三、直接调制和外调制两种光发射机的比较
    直接调制型发射机多用于DFB激光器,DFB激光器线性好,可以不用预失真电路的补偿而获得较好的CTB值和CSO值,但由于直接调制存在附加的频率调制,非线性失真指标(特别是CSO值)很难做到很高。DFB发射机性能稳定,结构简章,价格低廉,所以被普遍选用。
    直接调制型光发射机的功率一般不可太大,在18nw以内,因此,限制了传输距离,一般用于本地分配网和乡镇级光缆传输网。该类型光发射机多用于1310nm光纤网中,1310nm光纤衰减是0.35db/km,故最大传输距离不超过35公里。
    外调制光发射机:输出功率大,可达2×20mw以上(两路输出),噪声小,又无类似LD的附加频率调制和光纤色散特性复合产生的cso失真。因此,常用于远距离传输或大型有线系统中。外调制光发射机一般用YAG激光器,YAG激光器采用外调制后,线性很差,必须使用预失真电路来补偿。由于它色散较少,故YAG光发射机很适合1550nm波长光纤,多用于1550nm光纤网中。YAG光发在1550nm光纤网中,可用用放大中继,1550nm光纤衰减又小(0.25db/km),所以,YAG光发射机可用超远距离传输。外调制光发射机用在1310nm光纤网中,传输距离可达50公里,也比直接调制型光发射机传输距离迅。但外调制型光发射机价格高,近距离传输的光纤网很少选用外调制光发射的。
    四、光发射机的技术指标
    光发射机的技术指标是选择光发射机的依据,光发射机的性能参数好环直接影响整个有线电视系统技术指标的好环。
    GY/7142-2000《有线电视系统调幅激光发送机和接收机入网技术条件和测量方法》要求光发送机的主要技术指标见下表。
表2 1310nm波长调幅光发射机的性能参数

 

 

 

 


表3 1550nm波长调幅激光发射机的性能参数

 

 

    五、光发射机的选择
    了解和掌握光发射机的组成、工作原理和性能参数,对于有线电视技术人员是非常重要的,因为只有掌握了光发射机的基本工作原理和技术性能指标,才能有效合理选用光发射机和搞好日常维护。
    现在国外、国内生产光发射机的厂很多,光发射机品牌类别更多,性能指标和单机价格也相差很大,进行合理选型对保证光纤网质量和降低建网成本有较大好处。较高的性能价格比、可靠质量保证体系、良好的售后服务保障是选择光设备应遵循的原则。
    1、选用有国家入网证和经过广电总局检测合格的产品。
    2、合理选用1310nm和1550nm光工作波长的光发射机。乡镇级光纤网传输距离近最好选用1310nm波长光发射机,投资少,对于传输距离迅、光点又比较多的光纤网,选用1550nm波长光发射机为好,总投资要比1310nm光设备网的少。
    3、激光器是光发射机的核心器伯,在选购光发射机,首先要重视激光器的选用,用户可指定选用奥特尔、朗讯、富士通等激光器。
    4、考察光发射机的性能参数,观看机内的生产工艺水平。
    5、根据对光纤网的设计计算出的所需总功率,合理组合确定光发射机的台数和各台光发射机的输出功率,如经计算光网需10mw2台,12mw1台,用户就选购10mw光发机2台,12mw1台。
    6、光发射机功率瓦数大小确定之后,主要看光发射机链路损耗。
    从数学关系,功率数值与链路损耗数值是对应可互换关系,如把6.5mw可换算为8.13dbm,若知道链路损耗数值是8.13dbm,可对应换算为6.5mw。但光发射机输出功率与光发链路损耗之间没有对应换算关系。光发射机的链路损耗dbm值仅与使用器件和制造时的技术有关。就是说6mw光发射机的链路损耗特性,不一定是7.78dbm,可能是8dbm或是9dbm。不同厂家,由于采用的技术、元件加工工艺不一样,相同功率的光发射机链路损耗就不一样。就是同一厂家,由于元件和加工工艺不一样,相同功率发射机链路损耗也不一定一样。所以在选择光发射机时,不能只看功率数值,不关心链路损耗值,应是功率数为参考,主要是看光发射机的链路损耗数值。必须在相同传输频道数,相同C/N、CTB、CSO指标条件下,比较不同厂家生产光发机的链路损耗。如A厂家生产8mw的光发射机链路损耗为9dbm,而B厂家生产8mw的光发射机链路损耗为10dbm。我们就应选用B厂家生产的8mw光发射机。
    7、从链路损耗方面考虑使用小于10mw的光发射机比较好,尽量少用大于16mw的光发射机。
    8、注意性能价格比,选用质量好、价格又比较便宜的光发射机。
    9、选用售后服务好的厂家或公司。
    六、光发射机的使用与保养
    1、首先读好厂家给的使用说明书,按产品说明书安装、调试、使用光发射机。
    2、通电前应把光发射机外壳良好接地。
    3、保证光发射机有连续不间断,电压稳定的正常供电电源。
    光发射机的激光器组件和光电转换模块最忌瞬间脉冲电流的冲击,因此,在使用中一定要避免或减少频频开关机,以确保激光器的使用寿命。
    4、一旦激光器进入工作状态,人眼切不可直视光发射机后面板上的光输出口,以免激光器烧坏人眼视网膜。
    5、正确选择射频信号的输入电平。DFB光发射机的RF驱动电平直接决定光发射机的调制度,同时也决定了C/N、CTB、CSO值的大小。如果,加入光发射机的RF电平达大,会引起光调制度m值增大,将劣化CTB、CSO非线性指标,还会造成DFB激光器的过驱动,导致光发射机输出功率下降;输入电平过小,使光调制度降低,导致光发射机的载噪比指标不能满足需求。所以,正确选择RF驱动电平,是保证光纤传输网各项指标的关键。不同厂家生产的光发射机要求RF驱动电平是不相同,所以应根据厂家产品说明书来设置发射机的输入RF电平。若产品说明书,只给一定范围电平值(如75-85db),则根据网络传输频道数确定RF值,如果传输频数N>40,取RF值为76-78dB;若30<N<40,取RF值为78-80dB;若20<N<30,取RF值80-83bB。如果产品说明书给出75+10Lg60/N,先根据网络传输道数N,求出10Lg60/N值后再与75相加,如N=35,则10Lg60/N=2.34dB,75+2.34=77.34,取RF=78dB。
    6、保持机房有一整洁、防潮、散热的工作环境,有条件机房最好安装空调。
    7、在安装光活动接头时,先用酒精棉球迫擦拭光发射机输出口和连接插头,然后将光纤插头的突棱对准光发输出口的缺口,将螺丝旋到底,不要过紧也不要太松,确保两插头对准接触良好。
    8、接通电源开始进入正常工作状态后(工作正常时发射机面板上缘灯亮,不正常时告警红灯亮),按前面板上的TEST(检测)按钮,看LCD显示屏,依次顺序检查激光器的工作相关的状态。
    a、设备型号
    b、POWEP(功率):显示激光器输出功率。若用户订购是8mw;显示应是8mw(实际有小数)。
    c、TEMP(温度):标称读数为25℃±3℃。
    d、BIAS(偏置):显示激光器偏流(mA),发射机的功率不同,显示偏流不同。
    e、COOLING/HEATING(制冷/加热):显示为保持激光器的温度在标准值25℃时热电制冷器所需的电流值。
    f、+5VTEST(+5V读数):显示内部电压,读数应+5V±0.5V。
    g、+24VTEST:显示内部电压,读数应为+24V。
    h、-5VTEST:显示内部电压,读数为-5V±0.5V。
    在检查的同时记录下各项数据,为原始资料存档。
    9、在外部电源正常的前提下,光发射机通电后或工作时一旦出现红灯闪烁或长亮说明光发已出现故障,应迅速切断电源,检查维护或反厂修理。
    10、建立技术资料档案,存档建网时所有技术资料,如产品说明书、设计方案、光缆干线走向图,每根光纤损耗(光接头熔接损耗、活动接头损耗)、链路总损耗,实测各光点的输入功率等。作为今后判断光发机是否正常的依据。
    维护人员要定期检查设备运行情部,根据记录的运行中各种参数,判定设备运行情况,发现问题及时处理,保障光系统正常运行。



来源:辽宁北宁市广播电视站
阅读:5264
日期:2004/12/30

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