各类光发射机调试方法和光链路质量指标核算(光发输入电平确定)

如何正确选定光发射机的输入电平
各类光发射机调试方法和光链路质量指标核算
林挺逵浙江省台州市路桥区乡镇广电站退休职工
当前有线电视网络中使用的光发射机型号繁多，调试方式各异，作者根据自己接触过的几种型号光发射机的特性，并分析历年从各种途径收集和近期从网上下载的数十种光发射机技术说明书以后初步认为，目前在网络上使用的光发射机大致可分为三大类型：A—普通型、B—输入电平稳定型（AGC）、C—失真指标恒定型三大类；而光发射机输入电平的调试方式又可分为两种：甲—光发射机的输入电平随频道数减少而相应提高的光总调制度恒定方式，即失真指标恒定方式，乙—输入电平恒定于频道满载时数值的载噪比恒定方式。

本文试分析各种类型光发射机可采用的调制方式和光链路的质量指标特性，并举出实际应用事例，供读者参考。

1 普通型光发射机特性
普通型光发射机（A型机）特征是：射频输入电平没有自动控制（AGC）功能，总调制度没有自动恒定功能。

它的其他功能也可能做得很齐全，甚至很高档，质量指标也可能很好。

该型机广泛用于镇—村光缆联网。

在使用中A型机表现出的显著特点是：在额定输入电平范围内（如75~80dB或75~85dB）光发射机的输入电平提高1dB，光接收机的输出电平相应提高1dB；仅仅改变系统中的频道数量后，光接收机的输出电平不变。

这是鉴定这种类型光发射机的方法。

Lonver（嘉兴长江）公司的LT7500系列光发射机可以说是A型机的典型代表，它的技术说明书载明：“输入电平75dB。

这是以59个PAL—D频道为准，如果实际频道N小于59个，输入电平可以增加10lg（59/N）dB”。

就是说这种光发射机在系统满载（N满=59个）时输入电平Si满为75dB。

如果频道数N不足59个，也可以用下式计算输入电平Si:
Si=Si满+10lg（N满/N）
Si=75+10lg（59/N） (1)
（1）A型机光链路C/N指标变化特性
光发射机输入电平提高1dB，光链路的C/N指标提高1dB，CTB指标降低2dB。

当光接收机的接收功率为-1dBm时，通常光链路的（C/N）满=51dB、CTB满=65dB，那么此时光发射机的输入电平提高10lg（N满/N）dB以后，光链路的实际C/N指标提高10lg （N满/N）dB，即：
C/N=（C/N）满+10lg（N满/N）
代入数据后即为：
C/N=51+10lg（59/N） (2)
现把频道数N为几种不同数值时，按10lg（N满/N）提高光发射机的输入电平（甲种方式）以后，和不提高输入电平（乙种方式）时，光链路C/N指标及K值计算出来，列入表3.2-1中的第1～3行和第6～8行。

（2）A型机光链路CTB指标变化特性
当频道数N小于满载频道数N满时，光链路的CTB指标可以提高20lg（N满/N）dB，因此系统中的频道数为N个时光链路的CTB指标为：
CTB=CTB满+20lg（N满/N）
由于光发射机的输入电平提高1dB，光链路的CTB指标降低2dB，因此当光发射机的输入电平再发生变化时，光链路的CTB指标为：
CTB=CTB满+20lg（N满/N）-2（Si-Si满）
代入数据后即为：
CTB=65+20lg（59/N）-2（Si-75） (3)
现把频道数N为不同数值时，光发射机输入电平按（1）式提高（甲种方式）时，和不提高（乙种方式）时，光链路CTB指标值利用⑶式算出列入表3.2.-1中的第4～5行和第
9～10行中。

表3.2-1 A型光发射机甲、乙两种调试方式时光链路指标参考值（单位：dB）
注：K CTB数值系查K15表得出
（3） A型机光发射机输入电平调试特性和应用
虽然表1中的数值纯粹是根据有关理论分析计算得出的，其准确性有待去测量证实。

但总的趋势是可以基本肯定的，就是普通型（A型）光发射机在频道数非满载的情况下，其输入电平有两种调试方式，可得出两种结果：
甲种方式：当系统的频道数N少于满载频道数N满时，光发射机的输入电平按10lg（N
满/N）dB提升后，光链路的C/N指标大致上亦按10lg（N满/N）dB提升，而CTB指标保持不变，和频道满载时同值。

因此甲种调试方式称作“失真指标恒定、载噪比提升调试方
式”，简称“失真指标恒定方式”；调试的结果是光链路的“上裕量”为0，而“下裕量”为最大值。

乙种方式：不管系统的实际频道数N是多少，光发射机的输入电平都保持与满载时相同。

则光链路的C/N指标保持不变，而CTB指标大致上亦按20lg（N满/N）dB提升。

因此乙种调试方式称作：“载噪比指标恒定、失真指标提升调试方式”，简称“载噪比指标恒定方式”；调试的结果是光链路的“下裕量”为0，而“上裕量”为最大值。

以上分析结论在网络设计和调试中有重要的指导意义，现提出几条初步意见供作参考。

第一，许多文章中及光发射机的说明书中都提出，当系统实际频道数N少于N满时光发射机的输入电平按满载时输入电平值再加上10lg（N满/N）dB，有些甚至还强调必须这么做。

因此大多数工程技术人员在调试光发射机时都按这种方式做的。

采用这种调试方式以后，在系统指标设计或核算时只有光链路的C/N指标可以按非满载条件设计、核算，而失真指标C/CTB则不容许再按非满载条件设计、核算。

因为甲种调试方式是失真指标恒定方式，无论系统频道数N是多少，光链路的失真指标C/CTB都等于满载时的数值65dB。

这种调试的结果是增加了系统指标的“下裕量”，压缩了系统指标的“上裕量”。

第二，光发射机的调试方式有甲、乙两种，各地应根据实际情况选用，不一定非实行甲种方式不可。

对于县市城区，通常只有一级光链路，甚至光接收机直接进楼幢，这时整个系统的C/N指标和失真指标都很充裕，继续提高失真指标已经没有多大意义，而再提高C/N 指标可以使电视画面的载噪比得到进一步提高，甚至肉眼都能看出效果来，所以在这种情况下，强调使用甲种调试方式是有必要的；特别在低光功率接收时，可弥补光链路C/N指标因低光功率接收造成的降低值。

因此直接通向县市城区的光链路，可以采用甲种调试方式。

在乡镇农村，通常在2级或3级光链路之下还要用若干级放大器放大延伸，此时往往失真指标劣化严重或者系统指标的“上裕量”不足，而C/N指标相对较好，因此从县市通向乡镇的光链路和乡镇至村居的光链路采用乙种调试方式，可以使失真指标得到显著改善，增加系统指标的“上裕量”，实际意义比较大。

2 输入电平稳定型光发射机特性
输入电平稳定型（B型机）光发射机，是指它的输入电平一旦调定某一个数值（一般由生产厂家设定好），并设定在AGC状态时，光发射机的输入电平在某一范围变动时，光发射机实际输入电平不会变化，或变化量很小，甚至可以达到输入电平变化10dB时实际电平变化±1dB；当系统的频道数变化以后，光接收机的输出电平亦不变（即没有失真指标自动恒定功能）。

这种机型的输入电平调试特性和A型机基本相同，只是输入电平量值取值方法不同，它不能以光发射机输入口电平作为输入电平值，而以AGC设定值作为输入电平值，具体的数值根据厂家提供的方法测出（算出）。

因此，使用这种机型时，如果将输入电平设在系统满载时的电平值上，当系统实际非满载时可以提高失真指标，即提高“上裕量”；而且其输
入电平稳定，不易造成下级网络的电平波动，优点突出。

广东昂扬公司的AYT2121型光发射机的说明书上说：“MGC状态（即AGC关。

手动控制状态）,增益调节范围10dB；AGC （即AGC开）状态，输入电平变化10dBμV，输出电平变化±1dBμV”（见）,该型机大概就属于输入电平稳定型（B型机）光发射机。

3 光总调制度自动恒定型光发射机特性
光总调制度自动恒定型光发射机（C型机），是一种高档光发射机，县市总前端使用的进口模块积木式光发射机，绝大部分都属于这种类型。

配用19英寸机架的光发射机中，Greatcom Technology（深圳广通科技）公司的GTT3300型光发射机是典型代表（见www. greatcomtech. com）。

这种机型中既设置了输入电平自动增益控制（AGC），又具有光总调制度自动恒定功能。

只要光发射机的输入电平设定在工厂给出的范围之内（通常为76±3或80±5dB）无论系统中频道数量多少，都能保持光总调制度恒定、CTB指标恒定，而且光接收机输出电平不随光发射机输入电平变化而波动。

但频道数变化后，总调制度恒定功能会起作用，促使单频道调制度改变以保持总调制度恒定，由于单频道调制度改变，结果光接收机的输出电平就会变动。

这就是该机型与B型机的区别。

实际上C型光发射机大致上就是自动实现失真指标恒定的甲种调试方式的机型，因此使用该型机时，光链路的CTB指标是基本恒定的，无论频道数多少，都可认为是系统满载值65dB，即光链路的“上裕量”为0，而“下裕量”为最大值。

因此用C型光发射机时，光链路的失真指标不容许再搞非满载设计和计算；而C/N指标可根据（2）式计算。

4. 实际事例分析和应用
大部分乡镇广电站使用普通型光发射机（A型机）实施镇—村光缆联网，这种机型中有些厂家的产品在其说明书上标示光发射机的输入电平为75dB，并说明在实际频道数N少于59个频道时可以提高输入电平10lg（N满/N）dB。

但也有一些厂家的产品的说明书中标示的输入电平为75～80 dB或75～85dB，而且又没有说明取值的原则。

所以许多乡镇站同志搞不清光发射机的输入电平究竟应该怎么选，有的认为75～85dB中任意数值都可以选用；有些型号光发射机在输入电平超过82dB以后会报警，于是认为只要不报警就行，就把输入电平定在82dB。

也有些把C型机的调试方式用在A型机上，认为只要光发射机不报警，输入电平应尽量高些。

因此在镇—村光缆联网工程中，光发射机输入电平过高的现象比较普遍，往往造成失真指标不同程度劣化，有些甚至相当严重。

在某三级光缆联网的实际工程中，有一些乡镇多年来一直没有发生过失真指标劣化现象，甚至一年四季都不用调整放大器电平。

而另有一些乡镇则频频发生失真指标劣化和放大器自激（电视画面出现横向拉丝）故障，分析原因有多个方面，其中最主要的原因就是光发射的输入电平过高。

失真指标始终保持良好的乡镇，通常光发射机的输入电平为75dB（或低端75dB、高端78dB），即实施乙种调试方式；而失真指标容易劣化的乡镇则光发射机的输入电平通常
调在80dB或80dB以上。

光发射机的输入电平偏高不仅会造成光链路失真指标劣化，同时会引起光接收机的输出电平提高使失真指标进一步劣化。

现用(3)式试算一下规定满载输入电平为75dB的光发射机，在系统频道数N为40个、光发射机输入电平分别为75dB和82dB时该级光链路的失真指标CTB光75和CTB光82 。

CTB光75=65+20 lg（59/40）-2（75-75）=65+3.2-0=68.4 （dB）
查K15表，得K CTB光75=0.128
CTB光82=65+20 lg（59/40）-2（82-75）=68.4-14=54.4 （dB）
查K15表，得K CTB光82=1.10
可见采用后一种调试方法时，仅仅镇—村那一级光链路就“吃光”全系统的CTB指标还不够，它的CTB指标占用系数是前一种方式的8.6倍！
利用（1）式计算可以得出，当系统频道数在59～19个时，光发射机的输入电平范围为75～80dB；当系统频道数为59～6个时，光发射的输入电平范围为75～85dB。

因此A型光发射机说明书标示的输入电平范围通常是75～80dB或75～85dB，这种标示是根据系统频道数算出来的范围，不是任何频道数下都可取用的数值。

从表3.2-1可知，如果A 型光发射机实施甲种调试方式，当系统中的频道数N为19个时，输入电平才可以调到80dB；N为30个时，输入电平才可以调到78dB，超过此值，光链路的失真指标就要劣化。

由于地市级、县市级至乡镇的光缆链路中通常使用C型光发射机（模块积木式光发射机），自动实施甲种调试方式，在实际频道数少于59个时C/N指标得到提升，增加了系统指标的“下裕量”，而CTB指标为系统满载时的数值，光链路质量指标的“上裕量”为0。

因此乡镇至村居光缆联网用的光发射机，笔者建议采用乙种调试方式，将输入电平调试在系统满载时的输入电平值上，让C/N指标恒定，而使CTB指标提升，这样可以使系统的CTB 指标得到优化，增加系统指标的“上裕量”，改善村居电视用户失真指标。

乡镇站使用的A 型光发射机在说明书中通常都标示出系统满载（59个频道）时的输入电平值，可直接取用这个数值；若标示输入电平为一个范围的，一般我们可以把下限电平作为系统满载（59个频道）时的输入电平值，如标示为75~85dB或75~80dB时，可选用75dB的满载值；若标示为80~88dB的，可选用80dB的满载值。

不过也有例外的情况，具体见下一节的说明。

如果乡镇采用C型光发射机实施镇—村光缆联网，那就得和县市总前端一样，只能采取失真指标恒定的甲种调试方式，此时光发射机的输入电平应选定在规定范围中值附近，以免输入电平高低波动时造成超高或超低报警动作而引起信号中断。

5 光发射机满载输入电平的确认问题
具有AGC功能的输入电平稳定型光发射机（B型机）和光总调制度自动恒定型光发射机（C型机），通常厂家在说明书中都会给出一个光发射机的输入电平范围，当实际的输入电平低于其下限电平或高于其上限电平时通常都会报警，有些机甚至会同时切断信号。

因此
调试这两种机型时，尽量将光发射机的输入电平设定在说明书给定的输入电平范围中值就行了。

所以，对以上两种机型就没有必要去确认光发射机满载输入电平值。

对于普通型光发射机（A型机），就必须确认光发射机满载输入电平值，便于乡镇广电站将它的输入电平调试在满载输入电平值，以提高系统的CTB指标、增加系统指标的“上裕量”。

好在多数厂家在其光发射机的说明书中明确标示出“系统满载（59个PAL—D频道）时输入电平75dB，如果实际频道N小于59个，输入电平可以增加10 lg（59/N）dB”等字样，这样就用不着使用者再费心思去确认满载输入电平值了。

但是有些厂家生产的普通型光发射机（A型机）就不标示满载输入电平值，而是标出输入电平的范围，实际上其下限电平可能不是系统满载（59个频道）时的输入电平值！这是怎么一回事呢？经过初步分析研究发现，大概是由于这种品牌的光发射机只用一级射频驱动放大模块造成的！
根据参考文献〔7〕，当光发射机的总调制度M在0.25的时候，光链路的失真指标可以达到说明书规定的标准，此时单频道的调制度m为:
==
4.5%
如果激光器的阈值电流I th=15mA，激励电流I b=50mA，那么与平均输出光功率P0对应的激励电流I0为：
I0=I b-I th=50-15=35（mA）
根据调制度m的定义，算出激光器激励电流的起伏度ΔI：
m=ΔI/I0=4.5%
ΔI=m I0=35×4.5%=1.575（mA）
因匹配电阻R=75Ω，则高频电压的振幅Vm为：
Vm=1.575×75=118.1（mV）
有效值V和它的电平值为：
（mV）
20lg83.5=38.4dBmV=98.4dBμV
计算结果说明，当激光器的阈值电流I th=15mA，激励电流I b=50mA时，系统满载时激光器的激励电平为98dB。

某种型号的光发射机实际只采用一块放大模块BGD714作为射频驱动放大器，模块增益为20dB，光发射机内的预失真等电路的插损以2dB计，放大模块的净增益为18dB，那么这台光发射机的满载输入电平刚好是80dB。

但是，激光器的激励电流I b是一个离散参数，比如同样是标称输出光功率是10mW的光发射机，在各台机的测量显示屏上可以看出I b的数值有50多mA、60多mA、70多mA、80多mA，如果略去上述电流的零头数，再按前面的计算方法可以分别得出，只采用一块放大模块BGD714作为射频驱动放大器时，这些光发射机的满载驱动电平分别为80dB、82.6dB、84.0dB、85.8dB。

因此，这种型号的光发射机说明书标示的输入电平值为80～85dB的范围，可能并不是每台机都可以随便取用其中某个数值的，需要逐台确认满载输入电平值。

如果满载输
入电平为85dB的光发射机输入80dB的信号，那么光链路的C/N指标劣化5dB，或指标“下裕量”降低5dB；如果满载输入电平为80dB的光发射机输入85dB的信号，那么光链路的CTB指标劣化10dB，或指标“上裕量”降低5dB。

当然，以上仅仅是根据有关原理作出的推测，如果事实确实如此，那么对于只有一只驱动放大模块的普通型光发射机，就必须逐台确认它的满载输入电平。

大致可以采用以下方法。

首先用一台“系统满载时输入电平75dB”的普通型光发射机组成实际的光链路，输入75dB 信号，然后测出光接收机的输出电平值；然后换入待确认输入电平的光发射机，再测出光接收机的输出电平值，如果此时光接收机的输出电平降低x（dB），那么待测光发射机的满载输入电平为75+x（dB）。

3.2.6 倾斜信号驱动光发射机的后果
光发射机的输入电平提高（降低）1dBμV，光链路的C/N指标提高（降低）1dB，而CTB指标降低（提高）2dB，这和放大器的情况是很相似的。

因此，用分析放大器设置斜率后果的方法可以推导出，倾斜信号驱动光发射机以后，同样会造成光链路CTB指标提高、C/N指标劣化的后果。

那么是否可以采用输入倾斜信号的方法来提高光链路的失真指标呢？在模拟电视系统中是不行的！这是因为光链路的C/N指标比放大器要低10几个dB，与系统C/N指标的设计值44dB很接近，已经没有再降低的余地了。

通常在-2 dB m接收光功率时为50 dB，指标占用系数K C/N光=0.25，如果驱动信号的斜率f为5 dBμV，那么光链路的（低端）C/N指标降为45 dB，K C/N光=0.794，如果原来全系统C/N指标刚好达到设计值44 dB，K C/N总=1.0，那么此时K C/N总=1.544，系统的C/N指标为42.1 dB；如果有两级光链路都这么做，此时K C/N总=2.088，系统的C/N指标仅仅为40.8 dB。

倾斜信号驱动光发射机对系统C/N指标劣化太严重了！所以输入光发射机的信号电平必须是平坦或接近平坦的。

因此，为了缩小电缆分配线路高、低端电平差，而在系统的总前端预先设置倾斜信号的做法是不可取的，因为这样会造成光链路C/N指标严重劣化。

【原文刊于《中国有线电视》2005年19/20期P1908，经过删简改编】。