廣播電視網絡機房光傳輸系統的維護

鄧科際

（作者單位：益陽廣播電視網絡中心播控傳輸數據部）

現在人們正進入5G時代、人工智能時代、物聯網時代，光傳輸系統是傳輸鏈路中重要的組成部分。益陽市廣電網絡的中心機房作為省廣電光網環路中的一個節點，承載了本市區中心基站的功能，同大海塘基站、橋南基站、橋北基站構成了一個城雙向自愈光纖環網；中心基站負責所有數字電視（省組播流信號、衛星接收信號）、寬帶數據、音視頻信號等的匯總，并傳輸至三大基站。三大基站均配置了同時接收順環、逆環光信號的光開關、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），將數字電視光信號送達本基站轄區的光交箱、光節點和下沉光放大器；每個基站均配置了S7706光交換機、C300型光路終端，直連中心機房的網關服務器ME60，保證本基站所轄寬帶業務的正常運行；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、東部新區基站，構成8個基站。中心基站經所屬基站，將數字電視、數據業務的光信號送達赫山記者站、資陽記者站、碧云峰電視發射臺，將臺技術部的音視光端機信號送達會龍山電視調頻差轉臺等電視無線發射臺。從技術保障和安播責任來說，保證整個有線電視光傳輸系統的正常運行是極其重要的。

1 光傳輸系統的連接

1.1 保證中心機房相關光設備的正常工況

第一，省組播流信號、衛星接收信號和本地節目信號經DCM、IPQAM，進入混合器之后，要對各頻點信號電平進行統一調平，如此才能正式進入光傳輸系統。為了保證安全播出，中心機房具備兩套DCM、IPQAM，兩套系統同時工作，采取自動或手動切換。第二，數字電視的電平信號進入外調制光發射機，為保證信號不會突然中斷，必須備有兩臺以上的外調制光發射機，冷備或熱備都要具備。信號光進入兩臺光開關，經光分路器分發到各臺光放大器，這些光放大器作為一級信源，通過雙向自愈環網路由傳送給三大基站，根據距離的遠近來確定光功率高低，中心基站對其余基站進行直接傳輸。

1.2 各大基站光傳輸系統的連接

第一，每個基站的光開關通過雙向自愈環網路由的順環與逆環，接收來自網絡中心機房的數字電視光信號；從光開關到光分路器（1分3或1分4）至一級EDFA信號，分別接入3臺或4臺EDFA，成為二級EDFA信號。二級EDFA信號，可以接入第三級EDFA經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，對于小城市的基站，可以按照以上方式進行連接；而對于大城市，一個基站還要擔負下一個基站的中繼，需要進行光放大之后再行傳送，原則上不得超過三級光放大。對于沒有雙路光纜的基站，就沒有安裝光開關的條件，只能直接進入這類基站的光分路器或光放大器。第三，雙向自愈環網路由的光纜只要有一處受損，光開關就會立即自動切換，三大基站的數字電視光信號就不會中斷，能保證市區廣電網絡信號的安全播出。

2 光傳輸系統維護的幾個要點

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致光信號的衰減，是光纖的一個重要指標，常用衰減常數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，也叫本征吸收，即使完全不含雜質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一部分光能被消耗。吸收損耗與波長有關，石英系光纖有兩個吸收帶，一個是紅外吸收帶，一個是紫外吸收帶。紅外吸收帶是由分子振動引起的，純SiO2的3個諧振峰分別在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，分子進行無規則的熱運動。當凝成固體時，這種隨機的分子位置就在材料中“凍結”下來，形成物質密度的不均勻，從而引起折射指數分布不均勻。

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，當兩根單模光纖相連時，要盡量避免可能出現的橫向、角向、軸向幾何位置偏移（失調）。橫向失調是指兩根光纖的軸線平行但不重合，當彼此相距x時，造成的插入損耗；角向失調是指兩根光纖的軸線相交θ角，造成的插入損耗；軸向失調是指兩根光纖的端面有距離z，造成插入損耗。第二，光纖跳線是光設備布線中必不可少的連接線，根據光設備和儀器光口的類型來選擇相應的光纖跳線，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、各纖頭轉換跳纖等。光纖跳線的連接看似簡單，其實沒那么簡單，尤其是對光功率高的光放大器輸出口的連接，更要小心謹慎[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，不同的研磨方式決定了光纖傳輸質量。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房的寬帶設備。APC即角度物理接觸。端面被磨成一個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的傳輸。APC只能與APC相連接。由于APC的結構與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，導致光軸偏移而對不準，還會損壞光纖端面；在工作中遇到光功率不穩定、數據丟包、辦公軟件運行時好時壞的情況時，就應該詳細排查，是否因為光纖接頭APC對接了UPC，或者UPC對接了APC，而導致的故障。

廣播電視光傳輸網絡以傳送廣播電視光信號為主，為了降低回波損耗，一直都采用APC結構的光纖接頭端面；近年來廣電網絡公司開展了寬帶業務，在核心寬帶設備連接各大基站的交換機、OLT，并經ODF傳輸至各光交箱時，針對各光端口、各型光纖接頭，靈活適配各種跳纖，保證數字電視和寬帶業務光傳輸性能的穩定與可靠。

3 光時域反射儀與光功率計的正確測量

3.1 光時域反射儀的基本原理

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

3.2 保障OTDR精度的5個參數設置

3.2.1 測試波長選擇

OTDR用于光纖測量時通?？梢赃x擇測試波長，通過各種波長的實測，能效判讀光鏈路事件的性質。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：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波長對事件的反映比較敏感，而對彎曲的反映就不太敏感；而1550 nm波長對光纖彎曲損耗的反映比1310 nm波長敏感，對事件的反映就不太敏感。在實測中，用1550 nm波長測試，如果發現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，可以為排查提供數據；如果1310 nm和1550 nm測試同一距離處有同樣的損耗值，就可以確定這個事件是熔接點或接頭，熔接點的行業標準為0.08 dB。1310 nm和1550 nm的蹤跡波形有所不同，因為1310 nm平均損耗更大一些，只要兩種波長實測的距離相差不大，則實測數據就可以采信。如果發現有一個波長的蹤跡波形偏低，Y軸的反射衰減整體偏大，就應當及時送修OTDR，或者更換此波長的激光發射器。

3.2.2 測試距離范圍的選擇

一般OTDR在測試時會啟用自動功能，在實測出光纖的長度之后，如果對距離范圍在OTDR顯示屏上的顯示不滿意，可以調節OTDR上的距離范圍。得到比較好的直觀效果和準確的測試數據。

3.2.3 實測脈寬（脈沖寬度）的選擇

選擇脈寬（自動、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。光脈沖寬度過寬會產生較強的菲涅爾反射，會使盲區加大。OTDR設置的光脈沖寬度既要避免盲區效應，又要保證蹤跡波形有足夠的分辨率，一般脈沖寬度設置為自動模式。

3.2.4 光纖折射率、背向散射功率的選擇

OTDR要根據被測光纖的固有的折射率來設置光纖折射率與背向散射功率的參數，本地根據常用的G.652單模光纖其固有的折射率，來進行參數設置。折射率的參數每增加或減少0.01，會導致出現減少或增加7 m/km的單位距離誤差；也就是折射率的參數每增加或減少0.001，會導致出現減少或增加0.7 m/km的單位距離誤差。

3.2.5 平均化時間選擇

OTDR接收的背向散射光信號極其微弱，當光纖不長或者事件較少且損耗較低時，平均化時間就短；當光纖很長或者事件較多且損耗較大時，平均化時間就長；OTDR在實測時會自動選擇平均化時間，采用多次統計平均的方法來提高信噪比。

3.3 光功率計

光功率：光功率就是光的“亮度”或者“強度”，是信號光的功率。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的為負值。光功率的測量工具是光功率計，它由光探測器、放大電路和顯示器件組成。它的時間常數設計得很大，所以只對光功率的平均值有反應，而對光功率的交流成分沒有響應。光功率計的技術參數有波長范圍、功率測量范圍、測量精度、溫度穩定性等。

（1）波長范圍：光功率計（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光功率計的工作波長是850 nm，Ge-PIN光功率計和InGaAs-PIN光功率計的工作波長是850 nm、1310 nm和1550 nm。因此，Si-PIN光功率計的價格最低。而Ge-PIN光功率計和InGaAs-PIN光功率計常用于光纖損耗測試。現在工程上常用的光功率計（臺式或便攜式）都適用于1310 nm和1550 nm兩個波長窗口，它所用的光探測器（Ge-PIN和InGaAs-PIN）有1.0 ～ 1.6 μm的響應范圍。在實測中首先要根據被測光波的波長來選擇光功率計的測量波長。

（2）功率測量范圍：光功率計的測量功率范圍保證了測量結果的準確性。一般來講，用于普通應用的光功率的功率測量范圍應在 - 70 dBm ～ + 30 dBm。與數字光纖系統所用的高靈敏度光功率計不同，電視光傳輸系統的光功率值比較高，光放大器的輸出口可達22～24 dBm，所以不要求光功率計十分靈敏，只要求它在大功率下不會發生限幅和過載。為了保護光功率計內的光探測器，延長使用壽命，不建議用光功率計直接測量高功率，如果要實測光放大器輸出口的光功率，應該接好光分路器，開啟光放大器的泵浦之后，實測光分路器的各路輸出纖，再根據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行實測，測得的功率值加上衰減值，就能得出光放大器OUT實際的光功率，具體操作時要保證光接頭絕對干凈[5]。

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

（4）光功率計的溫度穩定性十分重要，好的光功率計應當具有溫度補償措施，在每次使用時應當進行零點校正。

（5）光功率計的時間穩定性更加重要，由于電子元件和關鍵器件的老化，特別是光探測器的老化，光功率計的測量誤差會隨時間變大，應當定期返廠，維修校準。

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

4 做好ODF表

ODF表必須與信號連接、改造擴容、緊急搶修、提質升級息息相關，步步相應；要對機房、基站做好ODF表的電子文檔和紙質文件，本地的一個72芯光纖熔接箱對應一張表格，打印成冊，相互更新，做到有據可查。

5 結語

廣播電視網絡機房光傳輸系統的維護對廣播電視所有節目的傳輸至關重要。一個好的光傳輸系統的維護可以保障廣播電視安全播出，在實際的工作中，對機房和基站光設備的安裝、連接、測試、拆卸、更換要嚴肅認真、周到細致、穩妥可靠、萬無一失。