光纤通信在技防网中的工程应用

孟令晖 （天津泰达有线电视网络有限公司 天津300456）

光纤通信在技防网中的工程应用

孟令晖 （天津泰达有线电视网络有限公司 天津300456）

以天津经济技术开发区技防网项目为例，主要介绍光纤网络在视频监控系统中的工程应用，其中包括光纤网络的特点、系统设计应用、建设施工要求、链路测试维护等方面所涉及的诸多问题。

光纤 技防 施工 测试

0 引言

滨海新区经济的快速发展，离不开稳定和谐的社会治安秩序。公安系统为打击多样化和复杂化的违法犯罪活动，把视频监控系统作为“三防”体系中“技防”的重要组成部分，通过光纤网络链接的视频监控系统构成了技防网的核心部分。技防网不仅为公安部门节省了大量的警力，同时为取证工作保留了最具说服力的录像证据。

光纤系统以其传输可靠性和工作效能高、视频信号失真度小、安全性高、适合远距离传输等优点在技防网组网中被广泛使用。

1 光纤传输网络的特点

与铜线、同轴电缆、无线等传输系统相比，光纤通信系统的主要特点及优势为：长距离传输时，光纤通信的保真度和画面清晰度比铜缆系统要高得多；光纤不受电磁辐射与雷击等任何电气干扰的影响；光纤不存在交扰横条、图像撕扯等问题；对光纤进行维护时，无需对光端机断电；光纤传输安全性高，很难窃听；光纤不会生锈或腐蚀，可适用于任何环境条件；光纤几乎不受天气条件的影响，如使用得当，它能耐受风荷载和冰荷载带来的应力；光纤传输损耗小、效率高，并且不需要中继器，设备可靠性高，容易维护；光缆比铜电缆更容易搬运、敷设、安装；光纤是绝缘体，没有电位差和接地问题。

随着技术的成熟和产业的规模化，光纤的价格已经接近或低于铜缆的价格，因此，在组建公安技防网时光纤通信被作为首选的传输网络。

2 光纤通信系统的主要设备

光纤通信系统主要由光缆、光发射机、光接收机组成。

技防网项目中的光纤通信系统，光缆采用频带宽和色散小的单模光纤，以满足长距离和大数据量的视频信息传输。光发射机是一个电光转换装置，主要由发光器件、预校正电路、调制电路以及驱动电路组成。它接受摄像机的视频输出，通过调制电路将其转换成光信号并将它耦合到光纤中进行传输。

光接收机是一个光电转换装置，主要由光电检测器、低噪声前置放大器、均衡滤波整形电路、解调再生电路及其他信号处理电路组成。光接收机探测经过传输的微弱光信号，并以最小的附加噪声及失真去放大、再生而恢复成原传输的电信号。

3 光纤通信系统在技防网中的设计应用

在光纤通信系统中，实际上光只是载波。由于光的频率比无线电信号的频率高的多，因此光纤的带宽非常大，从而可以使许多路图像信号连同控制信号、音频信号一起调制到同一根光纤上去传输。

开发区技防网系统根据逻辑关系分为3部分：前端视频采集部分、光纤网络传输部分和中心控制管理部分。其中前端视频采集部分主要设备为室外一体化快速球型摄像机。光纤网络传输部分包括：光纤网络、视频光端发射机、视频光端接收机。中心控制管理部分包括：权限分配管理设备、模拟视频矩阵、控制键盘、编码器、视频管理系统、硬盘录像机、UPS、磁盘阵列等。

开发区技防网监控系统的总拓扑图见图1。

光纤网络作为技防网监控系统中的组成部分，是技防网重要的物理链路层。它依托于广电网络的有线电视综合信息网络，其骨干网络的拓扑结构为物理环行，逻辑星形，各分前端为“日”字环行结构，环网以逆时针传输为主环，顺时针传输为备用环，信号可以从不同的路由到达分前端，保证传输可靠性。光纤链路由各分前端至监控点位为星形结构，各分前端数据信息经广电环行网络结构汇集至110中心机房。

4 光纤网络的施工要求

4.1 光缆户外施工

施工前应核对管道占用情况，清洗、安放塑料子管，同时放入牵引线；计算好布放长度，一定要有足够的预留长度；一次布放长度不要太长（一般2 km），布线时应从中间开始向两边牵引；布缆牵引力一般不大于120 kg，而且应牵引光缆的加强核心部分，并作好光缆头部的防水加强处理。

4.2 建筑物内的光缆敷设

垂直敷设时，应特别注意光缆的承重问题，一般每两层要将光缆固定一次。如果建筑物内有弱电井（竖井），且网络中心位于弱电井（竖井）内，则光缆沿着在弱电井（竖井）敷设好的垂直金属线槽敷设到建筑网络中心；否则（包括建筑物内没有弱电井或竖井的情况）光缆沿着在楼道内敷设好的垂直金属线槽敷设到网络中心。在建筑物内敷设光缆时可以不用钢丝绳，如果沿垂直金属线槽敷设，则只需在光缆路径上每2层楼或每10.5 m用缆夹吊住即可。如果光缆沿墙面敷设，只需每1 m系一个缆扣或装一个固定的夹板。

图1 开发区技防网监控系统总拓扑图

4.3 光缆敷设要求

敷设时应严格控制光缆所受拉力和侧压力，必要时应询问光缆相关机械强度指标；严格控制光缆的弯曲半径，施工中弯曲半径不得小于光缆允许的动态弯曲半径，定位时弯曲半径不得小于光缆允许的静态弯曲半径；光缆穿管或分段施放时应严格控制光缆扭曲，必要时宜采用倒“8”字方法，使光缆始终处于无扭状态，以去除扭绞应力，确保光缆的使用寿命。

5 光纤网络检测及维护

随着光纤通信技术的发展，光纤链路中的新品种和新结构不断涌现，产品质量也不断地提高。由于一条完整的光纤链路的性能不仅取决于光纤本身的质量，而且还取决于光连接头的质量、施工的工艺和光设备的安装，所以对光纤链路进行测试是十分必要的。

5.1 光纤链路中主要测试类型

光缆在施工敷设及光纤链路的日常维护中，需要使用不同的光测试仪器进行各种测试，其测试项目主要包括：

衰减测试：衰减测试可以确定光纤链路中所有无源器件的损耗，这些无源器件包括光缆、光纤适配器、光纤接续盒、光跳纤、光尾纤等。主要测试仪器有光源、光功率计、光时域反射仪（OTDR）等。

长度测试：测试光纤链路的长度，测试仪器通常使用光时域反射仪（OTDR）。

故障定位测试：对于光纤链路的故障点进行精确的定位，主要测试仪器有：光时域反射仪（OTDR）、光纤信号识别器、红光源等。

5.2 光纤链路主要测试仪器简介

5.2.1 光时域反射仪 OTDR测试是通过发射光脉冲到光纤内，然后在OTDR端口接收返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其他类似的事件而产生散射、反射。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。

5.2.2 OTDR常见测试曲线分析 一般为正常曲线图，A为盲区，B为测试末端反射峰。测试曲线为倾斜的，随着距离的增长，总损耗会越来越大。用总损耗（dB）除以总距离（km）就是该段纤芯的平均损耗（dB/Km），见图2。

图2 OTDR测试正常曲线

光纤存在跳接点，即中间多了一个反射峰，因为很有可能中间是一个跳接点。能够出现反射峰，很多情况是因为末端的光纤端面是平整光滑的。端面越平整，反射峰越高，见图3。

图3 OTDR光纤存在跳接点曲线

异常情况见图4。出现图中这种情况，有可能是仪表的尾纤没有插好，或者光脉冲根本打不出去，再有就是断点位置比较近，同时所使用的距离、脉冲设置又比较大，看起来就像光没有打出去一样。出现这种情况，一要检查尾纤连接情况，二要把OTDR的设置改一下，把距离、脉冲调到最小，如果还是有这种情况的话，可以判断：①尾纤有问题；②OTDR上的适配器问题；③断点十分近，OTDR不足以测试出距离来。

图4 OTDR光纤测试异常曲线

非反射事件见图5。这种情况比较多见，曲线中间出现一个明显的台阶，多数为该纤芯打折，弯曲过小，受到外界损伤等因素。曲线中的这个台阶是比较大的一个损耗点，也可以称为事件点，曲线在该点向下掉，称为非反射事件，如果曲线在该点向上翘的话，那就是反射事件了。这时，该点的损耗点就成了负值，但并不是说它的损耗小了，这是一种伪增益现象，造成这种现象的原因是由于接头两侧光纤的背向散射系数不一样，接头后光纤背向散射系数大于前段光纤背向散射系数，而从另一端测则情况正好相反，折射率不同也有可能产生增益现象。所以要想避免这种情况，只要用双向测试法就可以了。

图5 OTDR光纤测试非反射事件曲线

光纤存在断点见图6。曲线在末端没有任何反射峰就掉下去了，如果知道纤芯原来的距离，在没有到达纤芯原来的距离，曲线就掉下去了，这说明光纤在曲线掉下去的地方断了，或者也有可能是光纤在那里打了个折。我们经常用这个原因，在线路上排障的时候，把不能确定的纤芯打折，然后测试人员利用OTDR做实时监测，按照图中的这种情况来判断纤芯。

图6 OTDR光纤测试存在断点曲线

测试距离过长见图7。这种情况是出现在测试长距离的纤芯时，超过OTDR测量距离时所产生的情况，或者是距离、脉冲设置过小时所产生的情况。如果出现这种情况，OTDR的距离、脉冲又比较小的话，就要把距离、脉冲调大，以达到全段测试的目的，稍微加长测试时间也是一种办法。

图7 OTDR光纤测试距离过长曲线

5.2.3 光源、光功率计 光源、光功率计是测量光纤链路上传送光信号强度的设备，是光系统最基本的测试仪表。它可用于光源的光功率测量、线路损耗、系统余量及接收灵敏度的测量；光纤配线架配置的法兰盘及光跳纤损耗的测量；光缆链路每公里损耗的测量等。

5.2.4 红光源 红光源是利用其激光二级管发出的可见红光进行测试，当红光源发出的红光注入光纤时，若出现光纤断裂、连接器故障、弯曲过度、熔接质量差等类似的故障时，通过发射到光纤的可见红光，测试人员就可以对光纤的故障进行可视定位，也可以方便地用于查找光纤。

5.3 光纤链路测试注意事项

5.3.1 防尘 灰尘以及其他污染是光纤网络的主要危害，特别是对光缆链路损耗的余量只有1～2 dB时，轻微的不洁净就可以造成严重的影响。在测试中，简单检查连接器的洁净度以及使用防尘帽可以有效保护连接器不受污染。

5.3.2 保持测试条件的一致性 在对光纤链路进行测试时，不仅要对光衰减变化较大的光纤链路重点检查和测试，而且要将每次测试仪表的型号、测试参数、测试结果等做好记录，这样才能保证在每次测试时仪表的型号、操作方法及仪表参数设置的一致性，使得每次测试结果有可比性。

5.3.3 建立准确、完整的原始测试资料 建立准确、完整的光缆线路原始测试资料，是日常维护中故障点测量、定位的基本依据。因此，必须重视线路资料的收集、整理、核对工作，建立起真实、可信、完整的线路资料。■

2011-05-09