分析有线电视系统中的光缆与电缆

李育林

　　摘 要：本文对有线电视系统中使用的光缆与电缆进行了多方面的比较与分析，并得出了在目前的技术与经济条件下，光缆作为主干传输线和电缆作为分支与用户分配传输线的布城方案是有线电视系统最佳的布城方案的结论。

1引言

　　随着科学技术的突飞猛进，有线电视事业得到了蓬勃发展。自办节目、卫星电视、交互电视的相继开通，以及有线电视的用户迅速增加，使得有线电视系统的传输频带拓宽，服务范围扩大，传输距离延长。本文不想涉及有线电视系统的方方面面，而仅就有线电视系统信号传输线路中所用到的光缆与电缆的构造、传输机理与损耗特性等方面进行比较与研究，从中找出它们之间的异同点与优缺点，以便在实际应用中扬长避短、灵活运用。

2光缆与电缆的构造、传输机理与损耗特性

　　要比较光缆与电缆这两种不同的传输线，就必须首先了解它们彼此的构造、传输机理与损耗特性。下面就分别展开讨论。

2.1 光缆构造、传输机理与损耗特性

2.1.1 光缆构造与传输机理

　　我们知道，光缆是光纤加上外涂层而形成的。而光纤则是一种带涂层的透明细丝。光纤按光传输模式不同可分为多模光纤和单模光纤两大类。多模光纤是指允许多种电磁场分布方式同时存在的光纤。多模光纤的传输特性与其模截面上的折射率分布有很大的关系，按其折射率分布多模光纤又可分为两类：一类是阶跃折射率分布光纤；另一类是渐变折射率分布光纤。在阶跃折射率分布光纤中，纤芯和包层折射率均为常数n1和n2且n1＞n2。在渐变折射率分布光纤中，包层折射率为常数n2，但纤芯折射率不再是常数n1，而是目光纤轴沿光纤半径r向外逐渐下降，在光纤轴处（r=0），折射率最大（等于n1），在光纤壁处，折射率最小（等于n2）；单模光纤则是指只允许一种电磁场分布方式存在的光纤。因此，光纤又可分为阶跃多模光纤（SI）、梯度多模光纤（GI）和单模光纤（SM）三种类型。

　　阶跃多模光纤（SI），芯线直径约为40～100μm，光束在芯线与折射层的分界面上以反复全反射的方式传输。由于芯线直径较大，光的人射角不同，光的传输路径也不同，因此，存在多种光的传输路径。其模数能达到100以上，各模之间存在路径的长度差异，导致信号传输在时间上产生差异，各模信号不能同时到达输出瑞，即存在色散现象，使传输频带变窄，并且随着传输距离的加长，光束路径的差异也加大，频带变得更窄。一般以传输让1Km作为衡量光纤带宽的标准。阶跃多模光纤的带宽1km只有几十MHZ。

　　梯度多模光纤（GI），芯线直径约为40～100μm，芯线的折射率在径向以平方律分布，中间的折射率大于边缘。因此中间光束的传输速度较慢。由于中间光束的路径较短，所以使不同光路的光束以差不多相同的速度传输，减小了色散，拓宽了传输频带。梯度多模光纤的带宽1km可达几百至几千MHz。

　　单模光纤（SM），芯线特别细（约4～10μm），只能通过沿轴向的光束，因此它无多模光纤的传输速度差，大大加宽了传输频带。单模光纤的带宽1km可达一万MHz以上。

2.1.2光缆的损耗特性

　　光缆的损耗，就是指沿光缆中的光纤传输的光信号的衰减。光纤中的衰减机理主要是光能量的吸收损耗、散射损耗和幅射损耗。吸收损耗是与光纤材料有关的。而散射损耗则与光纤材料及光波导中的结构缺陷有关。辐射效应所引起的衰减则是由光纤几何形状的扰动（微观和宏观）产生的。人们还发现，不同波长的光在光纤中的传输损耗是不同的。因此光纤的损耗与光的波长有关。

　　光波长在短波长0.85μm和长波长1.31μm与 1.55μm三个值的附近，普通光纤的损耗有最小值，故称这三个波长为光纤通信的三个窗口。相比较而言，0.85μm波长的光的损耗最大，约为2.5dB／km；1.55μm波长的光的损耗最小，约为0.2dB／km；而1.31μm波长的光的损耗也很小，约为0.35dB／km。这也是目前1.55μm和 1.31μm波长的光在有线电视系统中的光缆传输中得到普遍应用的主要因素。

2.2电缆构造、传输机理与损耗特性

2.2.1电缆构造与传输机理

　　同轴射频电缆，又叫同轴电缆，简称电缆。它一般是由轴心重合的铜芯线和金属屏蔽网这两根导体以及绝缘体、铝复合薄膜和护套五个部分构成的。

　　内导体铜芯是一根实芯导体；绝缘体选用介质损耗小、工艺性能好的聚乙烯等材料制成；铝复合薄膜和镀锡屏蔽网，共同完成屏蔽与外导电的作用，其中铝复合薄膜主要完成屏蔽的作用，而镀锡屏蔽网则完成屏蔽与外导电双重作用；护套是减缓电缆的老化和避免损伤。

　　在有线电视系统的不同位置或不同的场合应采用不同种类和规格的电缆，以尽量满足有线电视系统的技术指标要求。因此，电缆的种类和规格繁多。为了规范电缆的生产与使用，我国对同轴电缆的型号实行了统一的命名，通常它由如下四个部分组成。

　　第二、三、四部分均用数字表示，这些数字分别代表同轴电缆的特性阻抗（Ω）、芯线绝缘的外径（mm）和结构序号。例如：型号为SYWV－75—5一1的同轴电缆的含义是：同轴射频电缆、绝缘材料为物理发泡聚乙烯、护套材料为聚氯乙烯、特性阻抗为75Ω、芯线绝缘外径为5mm，结构序号为1。

　　依据对内、外导体间绝缘介质的处理方法不同，同轴电缆可分为如下四种：第一种是实芯同轴电缆。这种电缆的介电常数高，传输损耗大，属于早期生产的产品，目前已淘汰不用；第二种是藕芯同轴电缆。这种电缆的传输损耗比实芯电缆的要小得多，但防潮防水性能差，以前使用较普遍；第三种是物理发泡同轴电缆。这种电缆的传输损耗比藕芯电缆的还要小，且不易老化和受潮，是目前使用最广泛的电缆；第四种是竹节电缆。这种电缆具有物理发泡电线同样或更优的性能，但由于制造工艺和环境条件要求高，产品的价格也偏高，因此一般仅作为主干传输线用。

　　同轴电缆是传输高频电磁波的传输媒体，而电视信号是一种高频电磁波，通过同轴电缆对高频电磁波的传送，以实现电视信号在有线电视系统中的传输。

2.2.2电缆的损耗特性

　　电视信号是一种高频电磁波，它在同轴电缆中传输时存在着传输损耗。其损耗的大小用衰减常数β表示。单位为：dB／km（或dB／100m、dB／m）。

3光缆与电缆的比较分析

　　通过对有线电视系统中使用的光缆与电缆的构造、传输机理与损耗特性的讨论，我们对光缆与电瞒了比较全面的认识与了解。从信号传输质量、工程投入成本以及方便信息高速公路的开通等方面进行综合分析，目前应以光缆与电缆混合网络（即HFC网络）为主，这是基于光缆与电缆在有线电视系统中的传输特性与价值工程等因素而决定的。下面分别从传输频带与传输容量、传输损耗、工作性能与成本（即价值工程）这三个方面对光缆与电缆进行比较分析。

3.1 传输频带与传输容量

　　频带的宽窄代表了可以传输电视信号及其它信息容量的大小。电缆传输电视等信号受有线电视系统载噪比（CNR）、复合三次差拍比（CTB）、复合二次差拍比（CSO）等指标要求的限制，致使传输频带与传输容量受到一定的制约；而光缆则不同，光缆的很多指标明显地优于电缆。譬如：好的单模光纤的带宽可达到一万MHZ以上，如果用多芯光纤组成的光缆传输不同波长的激光，即采用波分复用（WDM）技术，光缆可容纳的信息容量就更大了，传输的电视频道就更多。从理论上来讲，一对光纤可同时传输一百五十万路电话或二千套电视节目。

3.2传输损耗

　　电缆的传输损耗不仅随传输信号频率的提高而加大（即电缆的斜度），而且还随信号传输距离的延长而显著增大。传输干线上为了补偿电缆的衰减频率特性，就要在干线传输线路中（如放大器前）加入不同均衡量的均衡器。为了延长电视信号在电缆中的传输距离，就必须在线路中的适当位置加入一定数量的干线放大器，以弥补电缆线对电视信号的衰减。另外，电缆的传输损耗还与温度有关系，即电缆的衰减量随温度的变化而变化，电缆的温度系数约为0.2%（dB）／℃。光缆的传输损耗与电缆的传输损耗相比极小。HFC网络正是利用光缆来实现有线电视信号的远距离传输。譬如：1.31μm波长的光信号，不加中继站，单程可传输30km；而1.55μm波长的光信号，不加中继站，单程可传输70km。此外，光缆在有线电视系统传输的全部频道内具有相同的损耗（即频率特性好），并且光缆的传输损耗几乎不随温度的变化而改变。

3.3工作性能与成本（即价值工程）

　　电缆的组成结构与传输机理，决定了它的工作性能要受到本身与外界的影响。电缆传输的是电磁波信号，尽管电缆有较好的外金属网屏蔽层，但很难完全避免外界电磁波通过各种途径对电视信号电磁波的干扰。而光缆则不同，因为光缆中的光纤的基本成份是石英（即SiO，绝缘物），它只导光，不导电。因此，光纤中传输的光信号不受外界电磁波的干扰。正因光纤中传输的是光信号，所以光纤中传输的信号不会泄漏，光纤之间不会出现串育现象。又因光缆是电绝缘体，无感应电压产生，又可免遭雷击。一个设计优良的光缆系统的工作性能是高可靠的，无故障工作时间长达50～75万个小时。光缆传输通常不需要中继放大，因此不会引入非线性失真，只要激光器的线性良好，就可传输高保真信号。

　　敷设光缆与电缆投入成本的比较，要根据电视信号传输距离的远近来讨论。当电视信号传输距离较远（2km以上）时，敷设光缆的投入成本比电缆的低，因此建议远距离传输用光缆；当电视信号传输距离较近（只有几百米）时，敷设电缆的投入成本比光缆的低。因此在有线电视系统的分支线路与用户分配部分，都采用同轴电缆来传输电视信号。这样做既降低投入成本，又方便施工接线。

4总结

　　光缆与电缆均是有线电视系统的主要传输线，通过光缆与电缆的比较分析，可以看出它们均有优缺点。光缆虽然具有频带宽、损耗小、可靠性高、不受电磁波干扰等优点。但光缆存在设备价格昂贵，光纤之间的连接困难（要用光纤自动熔接机进行熔接），光缆在敷设过程中其曲率半径又有严格的要求（即尽量大弧形转弯，不允许直角直转弯曲）等缺点；电缆却具有近距离传输成本低，电缆之间接线容易，且布线方便等优点。电缆最突出的缺点是传输损耗大。因此，综合考虑有线电视传输线（即光缆与电缆）的具体特性，并进行价值工程分析，全光缆有线电视系统（即：前端--光缆干线传输--光缆分配系统），由于设备器材价格高和技术难度大等因素，目前很少采用。光缆与电缆混合传输有线电视系统（即：前端一光缆干线传输一同轴电缆分配系统），由于该系统（即HFC网络）既发挥了光缆远距离传输损耗小的优点，又发挥了电缆便于分配与接线的优点，因而得到普遍使用。

摘自　北极星电技术网