鄧科際

（作者單位：益陽廣播電視網(wǎng)絡(luò)中心播控傳輸數(shù)據(jù)部）

現(xiàn)在人們正進(jìn)入5G時(shí)代、人工智能時(shí)代、物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，光傳輸系統(tǒng)是傳輸鏈路中重要的組成部分。益陽市廣電網(wǎng)絡(luò)的中心機(jī)房作為省廣電光網(wǎng)環(huán)路中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，承載了本市區(qū)中心基站的功能，同大海塘基站、橋南基站、橋北基站構(gòu)成了一個(gè)城雙向自愈光纖環(huán)網(wǎng)；中心基站負(fù)責(zé)所有數(shù)字電視（省組播流信號(hào)、衛(wèi)星接收信號(hào)）、寬帶數(shù)據(jù)、音視頻信號(hào)等的匯總，并傳輸至三大基站。三大基站均配置了同時(shí)接收順環(huán)、逆環(huán)光信號(hào)的光開關(guān)、光放大器（Erbium-doped Optical Fiber Amplifier，EDFA），通過光分路器、光纖配線架（Optical Distribution Frame，ODF），將數(shù)字電視光信號(hào)送達(dá)本基站轄區(qū)的光交箱、光節(jié)點(diǎn)和下沉光放大器；每個(gè)基站均配置了S7706光交換機(jī)、C300型光路終端，直連中心機(jī)房的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器ME60，保證本基站所轄寬帶業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行；三大基站與麻紡廠基站、碧桂園基站、梓山府二期基站、海吉星基站、東部新區(qū)基站，構(gòu)成8個(gè)基站。中心基站經(jīng)所屬基站，將數(shù)字電視、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的光信號(hào)送達(dá)赫山記者站、資陽記者站、碧云峰電視發(fā)射臺(tái)，將臺(tái)技術(shù)部的音視光端機(jī)信號(hào)送達(dá)會(huì)龍山電視調(diào)頻差轉(zhuǎn)臺(tái)等電視無線發(fā)射臺(tái)。從技術(shù)保障和安播責(zé)任來說，保證整個(gè)有線電視光傳輸系統(tǒng)的正常運(yùn)行是極其重要的。

1 光傳輸系統(tǒng)的連接

1.1 保證中心機(jī)房相關(guān)光設(shè)備的正常工況

第一，省組播流信號(hào)、衛(wèi)星接收信號(hào)和本地節(jié)目信號(hào)經(jīng)DCM、IPQAM，進(jìn)入混合器之后，要對(duì)各頻點(diǎn)信號(hào)電平進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)平，如此才能正式進(jìn)入光傳輸系統(tǒng)。為了保證安全播出，中心機(jī)房具備兩套DCM、IPQAM，兩套系統(tǒng)同時(shí)工作，采取自動(dòng)或手動(dòng)切換。第二，數(shù)字電視的電平信號(hào)進(jìn)入外調(diào)制光發(fā)射機(jī)，為保證信號(hào)不會(huì)突然中斷，必須備有兩臺(tái)以上的外調(diào)制光發(fā)射機(jī)，冷備或熱備都要具備。信號(hào)光進(jìn)入兩臺(tái)光開關(guān)，經(jīng)光分路器分發(fā)到各臺(tái)光放大器，這些光放大器作為一級(jí)信源，通過雙向自愈環(huán)網(wǎng)路由傳送給三大基站，根據(jù)距離的遠(yuǎn)近來確定光功率高低，中心基站對(duì)其余基站進(jìn)行直接傳輸。

1.2 各大基站光傳輸系統(tǒng)的連接

第一，每個(gè)基站的光開關(guān)通過雙向自愈環(huán)網(wǎng)路由的順環(huán)與逆環(huán)，接收來自網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房的數(shù)字電視光信號(hào)；從光開關(guān)到光分路器（1分3或1分4）至一級(jí)EDFA信號(hào)，分別接入3臺(tái)或4臺(tái)EDFA，成為二級(jí)EDFA信號(hào)。二級(jí)EDFA信號(hào)，可以接入第三級(jí)EDFA經(jīng)光纖配線架分配到各地的光交箱，也可以接到下沉的EDFA。第二，對(duì)于小城市的基站，可以按照以上方式進(jìn)行連接；而對(duì)于大城市，一個(gè)基站還要擔(dān)負(fù)下一個(gè)基站的中繼，需要進(jìn)行光放大之后再行傳送，原則上不得超過三級(jí)光放大。對(duì)于沒有雙路光纜的基站，就沒有安裝光開關(guān)的條件，只能直接進(jìn)入這類基站的光分路器或光放大器。第三，雙向自愈環(huán)網(wǎng)路由的光纜只要有一處受損，光開關(guān)就會(huì)立即自動(dòng)切換，三大基站的數(shù)字電視光信號(hào)就不會(huì)中斷，能保證市區(qū)廣電網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的安全播出。

2 光傳輸系統(tǒng)維護(hù)的幾個(gè)要點(diǎn)

2.1 光纖的損耗

光纖的損耗分為吸收損耗和散射損耗。光纖本身的傳輸損耗導(dǎo)致光信號(hào)的衰減，是光纖的一個(gè)重要指標(biāo)，常用衰減常數(shù)A表示。如果光纖長度為L，其輸入光功率為Pin，輸出光功率為Pout，若損耗沿光纖是均勻的，則

吸收損耗是光纖材料所固有的特點(diǎn)，也叫本征吸收，即使完全不含雜質(zhì)的純凈石英材料也存在吸收損耗，吸收損耗就是光波通過光纖材料時(shí)一部分光能被消耗。吸收損耗與波長有關(guān)，石英系光纖有兩個(gè)吸收帶，一個(gè)是紅外吸收帶，一個(gè)是紫外吸收帶。紅外吸收帶是由分子振動(dòng)引起的，純SiO2的3個(gè)諧振峰分別在9.1 μm、12.5 μm、21 μm處，它們（及其諧波）的損耗帶延伸到1.5～1.7 μm。紫外吸收帶是由于原子躍遷引起的，其吸收峰在0.16 μm處，在現(xiàn)用的通信波段之外，但其尾部拖到1μm附近[1]。

散射損耗：這是由于材料的不均勻使光散射引起的損耗，在制造光纖過程中，SiO2材料處于高溫熔融狀態(tài)，分子進(jìn)行無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)。當(dāng)凝成固體時(shí)，這種隨機(jī)的分子位置就在材料中“凍結(jié)”下來，形成物質(zhì)密度的不均勻，從而引起折射指數(shù)分布不均勻。

2.2 光纖的插入損耗

單模光纖中的基模場并沒有完全集中在纖芯中，有一部分的能量存在于包層中。第一，當(dāng)兩根單模光纖相連時(shí)，要盡量避免可能出現(xiàn)的橫向、角向、軸向幾何位置偏移（失調(diào)）。橫向失調(diào)是指兩根光纖的軸線平行但不重合，當(dāng)彼此相距x時(shí)，造成的插入損耗；角向失調(diào)是指兩根光纖的軸線相交θ角，造成的插入損耗；軸向失調(diào)是指兩根光纖的端面有距離z，造成插入損耗。第二，光纖跳線是光設(shè)備布線中必不可少的連接線，根據(jù)光設(shè)備和儀器光口的類型來選擇相應(yīng)的光纖跳線，如LC/UPC光纖跳線、FC/UPC光纖跳線、FC/APC光纖跳線、SC/UPC光纖跳線、SC/APC光纖跳線、ST/PC光纖跳線、各纖頭轉(zhuǎn)換跳纖等。光纖跳線的連接看似簡單，其實(shí)沒那么簡單，尤其是對(duì)光功率高的光放大器輸出口的連接，更要小心謹(jǐn)慎[2]。

PC（Physical Contact）、UPC（Ultra Physical Contact）、APC（Angled Physical Contact）是指光纖跳線上光纖連接器的不同研磨方式，不同的研磨方式?jīng)Q定了光纖傳輸質(zhì)量。PC即物理接觸，是光纖跳線上光纖連接器最常見的研磨方式，采用PC研磨方式的光纖跳線的回波損耗為-40 dB。UPC即超物理接觸，從PC演變過來，具有更好的表面光潔度，回波損耗一般是在 - 50 dB。這種連接方式主要用于中心機(jī)房的寬帶設(shè)備。APC即角度物理接觸。端面被磨成一個(gè)8°角，可有效減少反射，回波損耗大約在 - 60 dB。這種連接方式很適合廣播電視光信號(hào)的傳輸。APC只能與APC相連接。由于APC的結(jié)構(gòu)與UPC完全不同，如果用光連接器（法蘭盤），將這兩種連接器連接，0°角與8°角無法重合，中間空氣的折射率與光纖的折射率不同，導(dǎo)致光軸偏移而對(duì)不準(zhǔn)，還會(huì)損壞光纖端面；在工作中遇到光功率不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)丟包、辦公軟件運(yùn)行時(shí)好時(shí)壞的情況時(shí)，就應(yīng)該詳細(xì)排查，是否因?yàn)楣饫w接頭APC對(duì)接了UPC，或者UPC對(duì)接了APC，而導(dǎo)致的故障。

廣播電視光傳輸網(wǎng)絡(luò)以傳送廣播電視光信號(hào)為主，為了降低回波損耗，一直都采用APC結(jié)構(gòu)的光纖接頭端面；近年來廣電網(wǎng)絡(luò)公司開展了寬帶業(yè)務(wù)，在核心寬帶設(shè)備連接各大基站的交換機(jī)、OLT，并經(jīng)ODF傳輸至各光交箱時(shí)，針對(duì)各光端口、各型光纖接頭，靈活適配各種跳纖，保證數(shù)字電視和寬帶業(yè)務(wù)光傳輸性能的穩(wěn)定與可靠。

3 光時(shí)域反射儀與光功率計(jì)的正確測量

3.1 光時(shí)域反射儀的基本原理

光時(shí)域反射儀（optical time-domain reflectometer，OTDR）基本原理是采用光時(shí)域測量的方式，連續(xù)發(fā)射一定脈寬的激光（測試波長）經(jīng)被測光纖纖芯的入射角（主模場光軸方向）進(jìn)入光纖。作為探測信號(hào)，當(dāng)光脈沖沿著光纖傳播時(shí)，各處瑞利散射的背向散射部分將不斷返回光纖入射端，采取時(shí)間平均分割的方式接收反饋；當(dāng)光信號(hào)遇到裂紋時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生菲涅爾反射[3]。

3.2 保障OTDR精度的5個(gè)參數(shù)設(shè)置

3.2.1 測試波長選擇

OTDR用于光纖測量時(shí)通常可以選擇測試波長，通過各種波長的實(shí)測，能效判讀光鏈路事件的性質(zhì)。其中單模光纖可以選擇1310 nm或1550 nm；兩種波長的測量各有特點(diǎn)：1310 nm波長每千米損耗為0.35 dB，1550 nm波長每千米損耗為0.20 dB。1310 nm波長對(duì)事件的反映比較敏感，而對(duì)彎曲的反映就不太敏感；而1550 nm波長對(duì)光纖彎曲損耗的反映比1310 nm波長敏感，對(duì)事件的反映就不太敏感。在實(shí)測中，用1550 nm波長測試，如果發(fā)現(xiàn)蹤跡波形上某處事件有明顯的損耗值，而用1310 nm波長測試后，損耗值消失了，說明此處光纜有可能過于彎曲或者扭曲，可以為排查提供數(shù)據(jù)；如果1310 nm和1550 nm測試同一距離處有同樣的損耗值，就可以確定這個(gè)事件是熔接點(diǎn)或接頭，熔接點(diǎn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為0.08 dB。1310 nm和1550 nm的蹤跡波形有所不同，因?yàn)?310 nm平均損耗更大一些，只要兩種波長實(shí)測的距離相差不大，則實(shí)測數(shù)據(jù)就可以采信。如果發(fā)現(xiàn)有一個(gè)波長的蹤跡波形偏低，Y軸的反射衰減整體偏大，就應(yīng)當(dāng)及時(shí)送修OTDR，或者更換此波長的激光發(fā)射器。

3.2.2 測試距離范圍的選擇

一般OTDR在測試時(shí)會(huì)啟用自動(dòng)功能，在實(shí)測出光纖的長度之后，如果對(duì)距離范圍在OTDR顯示屏上的顯示不滿意，可以調(diào)節(jié)OTDR上的距離范圍。得到比較好的直觀效果和準(zhǔn)確的測試數(shù)據(jù)。

3.2.3 實(shí)測脈寬（脈沖寬度）的選擇

選擇脈寬（自動(dòng)、1、2、2.5、5、10、50、100、500、1000、2000、4000、10 000、20 000 ns）[4]。 其 中光脈沖寬度越窄，分辨力越高，測量也就越準(zhǔn)確，因此隨著光纖長度的增加，噪聲的成分也就越大。光脈沖寬度過寬會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的菲涅爾反射，會(huì)使盲區(qū)加大。OTDR設(shè)置的光脈沖寬度既要避免盲區(qū)效應(yīng)，又要保證蹤跡波形有足夠的分辨率，一般脈沖寬度設(shè)置為自動(dòng)模式。

3.2.4 光纖折射率、背向散射功率的選擇

OTDR要根據(jù)被測光纖的固有的折射率來設(shè)置光纖折射率與背向散射功率的參數(shù)，本地根據(jù)常用的G.652單模光纖其固有的折射率，來進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。折射率的參數(shù)每增加或減少0.01，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)減少或增加7 m/km的單位距離誤差；也就是折射率的參數(shù)每增加或減少0.001，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)減少或增加0.7 m/km的單位距離誤差。

3.2.5 平均化時(shí)間選擇

OTDR接收的背向散射光信號(hào)極其微弱，當(dāng)光纖不長或者事件較少且損耗較低時(shí)，平均化時(shí)間就短；當(dāng)光纖很長或者事件較多且損耗較大時(shí)，平均化時(shí)間就長；OTDR在實(shí)測時(shí)會(huì)自動(dòng)選擇平均化時(shí)間，采用多次統(tǒng)計(jì)平均的方法來提高信噪比。

3.3 光功率計(jì)

光功率：光功率就是光的“亮度”或者“強(qiáng)度”，是信號(hào)光的功率。光功率的單位一般用毫瓦（mW）和分貝毫瓦（dBm）表示。需要注意的是，小于1 mW的為負(fù)值。光功率的測量工具是光功率計(jì)，它由光探測器、放大電路和顯示器件組成。它的時(shí)間常數(shù)設(shè)計(jì)得很大，所以只對(duì)光功率的平均值有反應(yīng)，而對(duì)光功率的交流成分沒有響應(yīng)。光功率計(jì)的技術(shù)參數(shù)有波長范圍、功率測量范圍、測量精度、溫度穩(wěn)定性等。

（1）波長范圍：光功率計(jì)（Optical Power Meter，OPM）的PIN光電探測器主要有3種類型：Si-PIN、Ge-PIN和InGaAs-PIN，其中，Si-PIN光功率計(jì)的工作波長是850 nm，Ge-PIN光功率計(jì)和InGaAs-PIN光功率計(jì)的工作波長是850 nm、1310 nm和1550 nm。因此，Si-PIN光功率計(jì)的價(jià)格最低。而Ge-PIN光功率計(jì)和InGaAs-PIN光功率計(jì)常用于光纖損耗測試?，F(xiàn)在工程上常用的光功率計(jì)（臺(tái)式或便攜式）都適用于1310 nm和1550 nm兩個(gè)波長窗口，它所用的光探測器（Ge-PIN和InGaAs-PIN）有1.0 ～ 1.6 μm的響應(yīng)范圍。在實(shí)測中首先要根據(jù)被測光波的波長來選擇光功率計(jì)的測量波長。

（2）功率測量范圍：光功率計(jì)的測量功率范圍保證了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。一般來講，用于普通應(yīng)用的光功率的功率測量范圍應(yīng)在 - 70 dBm ～ + 30 dBm。與數(shù)字光纖系統(tǒng)所用的高靈敏度光功率計(jì)不同，電視光傳輸系統(tǒng)的光功率值比較高，光放大器的輸出口可達(dá)22～24 dBm，所以不要求光功率計(jì)十分靈敏，只要求它在大功率下不會(huì)發(fā)生限幅和過載。為了保護(hù)光功率計(jì)內(nèi)的光探測器，延長使用壽命，不建議用光功率計(jì)直接測量高功率，如果要實(shí)測光放大器輸出口的光功率，應(yīng)該接好光分路器，開啟光放大器的泵浦之后，實(shí)測光分路器的各路輸出纖，再根據(jù)光分路器的插入損耗與附加損耗，反推出光放大器輸出口的光功率。另一種方法是在中間接上帶衰減值的光連接器進(jìn)行實(shí)測，測得的功率值加上衰減值，就能得出光放大器OUT實(shí)際的光功率，具體操作時(shí)要保證光接頭絕對(duì)干凈[5]。

（3）測量精度：為了使功率讀數(shù)穩(wěn)定，光功率計(jì)中都含有取樣平均平滑電路，不但提升了讀數(shù)穩(wěn)定性，而且提高了測量精度。

（4）光功率計(jì)的溫度穩(wěn)定性十分重要，好的光功率計(jì)應(yīng)當(dāng)具有溫度補(bǔ)償措施，在每次使用時(shí)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行零點(diǎn)校正。

（5）光功率計(jì)的時(shí)間穩(wěn)定性更加重要，由于電子元件和關(guān)鍵器件的老化，特別是光探測器的老化，光功率計(jì)的測量誤差會(huì)隨時(shí)間變大，應(yīng)當(dāng)定期返廠，維修校準(zhǔn)。

（6）測量光功率時(shí)，通常需要用光纖跳線來連接光功率計(jì)和被測鏈路，如果光功率計(jì)的接口是固定的，就必須配置FC—SC、UPC—APC等幾種跳纖，方便實(shí)測。

4 做好ODF表

ODF表必須與信號(hào)連接、改造擴(kuò)容、緊急搶修、提質(zhì)升級(jí)息息相關(guān)，步步相應(yīng)；要對(duì)機(jī)房、基站做好ODF表的電子文檔和紙質(zhì)文件，本地的一個(gè)72芯光纖熔接箱對(duì)應(yīng)一張表格，打印成冊，相互更新，做到有據(jù)可查。

5 結(jié)語

廣播電視網(wǎng)絡(luò)機(jī)房光傳輸系統(tǒng)的維護(hù)對(duì)廣播電視所有節(jié)目的傳輸至關(guān)重要。一個(gè)好的光傳輸系統(tǒng)的維護(hù)可以保障廣播電視安全播出，在實(shí)際的工作中，對(duì)機(jī)房和基站光設(shè)備的安裝、連接、測試、拆卸、更換要嚴(yán)肅認(rèn)真、周到細(xì)致、穩(wěn)妥可靠、萬無一失。