广播电视网络机房光传输系统的维护

邓科际

（作者单位：益阳广播电视网络中心播控传输数据部）

现在人们正进入5G时代、人工智能时代、物联网时代，光传输系统是传输链路中重要的组成部分。益阳市广电网络的中心机房作为省广电光网环路中的一个节点，承载了本市区中心基站的功能，同大海塘基站、桥南基站、桥北基站构成了一个城双向自愈光纤环网；中心基站负责所有数字电视（省组播流信号、卫星接收信号）、宽带数据、音视频信号等的汇总，并传输至三大基站。三大基站均配置了同时接收顺环、逆环光信号的光开关、光放大器（Erbium-doped Optical Fiber Amplifier，EDFA），通过光分路器、光纤配线架（Optical Distribution Frame，ODF），将数字电视光信号送达本基站辖区的光交箱、光节点和下沉光放大器；每个基站均配置了S7706光交换机、C300型光路终端，直连中心机房的网关服务器ME60，保证本基站所辖宽带业务的正常运行；三大基站与麻纺厂基站、碧桂园基站、梓山府二期基站、海吉星基站、东部新区基站，构成8个基站。中心基站经所属基站，将数字电视、数据业务的光信号送达赫山记者站、资阳记者站、碧云峰电视发射台，将台技术部的音视光端机信号送达会龙山电视调频差转台等电视无线发射台。从技术保障和安播责任来说，保证整个有线电视光传输系统的正常运行是极其重要的。

1 光传输系统的连接

1.1 保证中心机房相关光设备的正常工况

第一，省组播流信号、卫星接收信号和本地节目信号经DCM、IPQAM，进入混合器之后，要对各频点信号电平进行统一调平，如此才能正式进入光传输系统。为了保证安全播出，中心机房具备两套DCM、IPQAM，两套系统同时工作，采取自动或手动切换。第二，数字电视的电平信号进入外调制光发射机，为保证信号不会突然中断，必须备有两台以上的外调制光发射机，冷备或热备都要具备。信号光进入两台光开关，经光分路器分发到各台光放大器，这些光放大器作为一级信源，通过双向自愈环网路由传送给三大基站，根据距离的远近来确定光功率高低，中心基站对其余基站进行直接传输。

1.2 各大基站光传输系统的连接

第一，每个基站的光开关通过双向自愈环网路由的顺环与逆环，接收来自网络中心机房的数字电视光信号；从光开关到光分路器（1分3或1分4）至一级EDFA信号，分别接入3台或4台EDFA，成为二级EDFA信号。二级EDFA信号，可以接入第三级EDFA经光纤配线架分配到各地的光交箱，也可以接到下沉的EDFA。第二，对于小城市的基站，可以按照以上方式进行连接；而对于大城市，一个基站还要担负下一个基站的中继，需要进行光放大之后再行传送，原则上不得超过三级光放大。对于没有双路光缆的基站，就没有安装光开关的条件，只能直接进入这类基站的光分路器或光放大器。第三，双向自愈环网路由的光缆只要有一处受损，光开关就会立即自动切换，三大基站的数字电视光信号就不会中断，能保证市区广电网络信号的安全播出。

2 光传输系统维护的几个要点

2.1 光纤的损耗

光纤的损耗分为吸收损耗和散射损耗。光纤本身的传输损耗导致光信号的衰减，是光纤的一个重要指标，常用衰减常数A表示。如果光纤长度为L，其输入光功率为Pin，输出光功率为Pout，若损耗沿光纤是均匀的，则

吸收损耗是光纤材料所固有的特点，也叫本征吸收，即使完全不含杂质的纯净石英材料也存在吸收损耗，吸收损耗就是光波通过光纤材料时一部分光能被消耗。吸收损耗与波长有关，石英系光纤有两个吸收带，一个是红外吸收带，一个是紫外吸收带。红外吸收带是由分子振动引起的，纯SiO2的3个谐振峰分别在9.1 μm、12.5 μm、21 μm处，它们（及其谐波）的损耗带延伸到1.5～1.7 μm。紫外吸收带是由于原子跃迁引起的，其吸收峰在0.16 μm处，在现用的通信波段之外，但其尾部拖到1μm附近[1]。

散射损耗：这是由于材料的不均匀使光散射引起的损耗，在制造光纤过程中，SiO2材料处于高温熔融状态，分子进行无规则的热运动。当凝成固体时，这种随机的分子位置就在材料中“冻结”下来，形成物质密度的不均匀，从而引起折射指数分布不均匀。

2.2 光纤的插入损耗

单模光纤中的基模场并没有完全集中在纤芯中，有一部分的能量存在于包层中。第一，当两根单模光纤相连时，要尽量避免可能出现的横向、角向、轴向几何位置偏移（失调）。横向失调是指两根光纤的轴线平行但不重合，当彼此相距x时，造成的插入损耗；角向失调是指两根光纤的轴线相交θ角，造成的插入损耗；轴向失调是指两根光纤的端面有距离z，造成插入损耗。第二，光纤跳线是光设备布线中必不可少的连接线，根据光设备和仪器光口的类型来选择相应的光纤跳线，如LC/UPC光纤跳线、FC/UPC光纤跳线、FC/APC光纤跳线、SC/UPC光纤跳线、SC/APC光纤跳线、ST/PC光纤跳线、各纤头转换跳纤等。光纤跳线的连接看似简单，其实没那么简单，尤其是对光功率高的光放大器输出口的连接，更要小心谨慎[2]。

PC（Physical Contact）、UPC（Ultra Physical Contact）、APC（Angled Physical Contact）是指光纤跳线上光纤连接器的不同研磨方式，不同的研磨方式决定了光纤传输质量。PC即物理接触，是光纤跳线上光纤连接器最常见的研磨方式，采用PC研磨方式的光纤跳线的回波损耗为-40 dB。UPC即超物理接触，从PC演变过来，具有更好的表面光洁度，回波损耗一般是在 - 50 dB。这种连接方式主要用于中心机房的宽带设备。APC即角度物理接触。端面被磨成一个8°角，可有效减少反射，回波损耗大约在 - 60 dB。这种连接方式很适合广播电视光信号的传输。APC只能与APC相连接。由于APC的结构与UPC完全不同，如果用光连接器（法兰盘），将这两种连接器连接，0°角与8°角无法重合，中间空气的折射率与光纤的折射率不同，导致光轴偏移而对不准，还会损坏光纤端面；在工作中遇到光功率不稳定、数据丢包、办公软件运行时好时坏的情况时，就应该详细排查，是否因为光纤接头APC对接了UPC，或者UPC对接了APC，而导致的故障。

广播电视光传输网络以传送广播电视光信号为主，为了降低回波损耗，一直都采用APC结构的光纤接头端面；近年来广电网络公司开展了宽带业务，在核心宽带设备连接各大基站的交换机、OLT，并经ODF传输至各光交箱时，针对各光端口、各型光纤接头，灵活适配各种跳纤，保证数字电视和宽带业务光传输性能的稳定与可靠。

3 光时域反射仪与光功率计的正确测量

3.1 光时域反射仪的基本原理

光时域反射仪（optical time-domain reflectometer，OTDR）基本原理是采用光时域测量的方式，连续发射一定脉宽的激光（测试波长）经被测光纤纤芯的入射角（主模场光轴方向）进入光纤。作为探测信号，当光脉冲沿着光纤传播时，各处瑞利散射的背向散射部分将不断返回光纤入射端，采取时间平均分割的方式接收反馈；当光信号遇到裂纹时，就会产生菲涅尔反射[3]。

3.2 保障OTDR精度的5个参数设置

3.2.1 测试波长选择

OTDR用于光纤测量时通常可以选择测试波长，通过各种波长的实测，能效判读光链路事件的性质。其中单模光纤可以选择1310 nm或1550 nm；两种波长的测量各有特点：1310 nm波长每千米损耗为0.35 dB，1550 nm波长每千米损耗为0.20 dB。1310 nm波长对事件的反映比较敏感，而对弯曲的反映就不太敏感；而1550 nm波长对光纤弯曲损耗的反映比1310 nm波长敏感，对事件的反映就不太敏感。在实测中，用1550 nm波长测试，如果发现踪迹波形上某处事件有明显的损耗值，而用1310 nm波长测试后，损耗值消失了，说明此处光缆有可能过于弯曲或者扭曲，可以为排查提供数据；如果1310 nm和1550 nm测试同一距离处有同样的损耗值，就可以确定这个事件是熔接点或接头，熔接点的行业标准为0.08 dB。1310 nm和1550 nm的踪迹波形有所不同，因为1310 nm平均损耗更大一些，只要两种波长实测的距离相差不大，则实测数据就可以采信。如果发现有一个波长的踪迹波形偏低，Y轴的反射衰减整体偏大，就应当及时送修OTDR，或者更换此波长的激光发射器。

3.2.2 测试距离范围的选择

一般OTDR在测试时会启用自动功能，在实测出光纤的长度之后，如果对距离范围在OTDR显示屏上的显示不满意，可以调节OTDR上的距离范围。得到比较好的直观效果和准确的测试数据。

3.2.3 实测脉宽（脉冲宽度）的选择

选择脉宽（自动、1、2、2.5、5、10、50、100、500、1000、2000、4000、10 000、20 000 ns）[4]。 其 中光脉冲宽度越窄，分辨力越高，测量也就越准确，因此随着光纤长度的增加，噪声的成分也就越大。光脉冲宽度过宽会产生较强的菲涅尔反射，会使盲区加大。OTDR设置的光脉冲宽度既要避免盲区效应，又要保证踪迹波形有足够的分辨率，一般脉冲宽度设置为自动模式。

3.2.4 光纤折射率、背向散射功率的选择

OTDR要根据被测光纤的固有的折射率来设置光纤折射率与背向散射功率的参数，本地根据常用的G.652单模光纤其固有的折射率，来进行参数设置。折射率的参数每增加或减少0.01，会导致出现减少或增加7 m/km的单位距离误差；也就是折射率的参数每增加或减少0.001，会导致出现减少或增加0.7 m/km的单位距离误差。

3.2.5 平均化时间选择

OTDR接收的背向散射光信号极其微弱，当光纤不长或者事件较少且损耗较低时，平均化时间就短；当光纤很长或者事件较多且损耗较大时，平均化时间就长；OTDR在实测时会自动选择平均化时间，采用多次统计平均的方法来提高信噪比。

3.3 光功率计

光功率：光功率就是光的“亮度”或者“强度”，是信号光的功率。光功率的单位一般用毫瓦（mW）和分贝毫瓦（dBm）表示。需要注意的是，小于1 mW的为负值。光功率的测量工具是光功率计，它由光探测器、放大电路和显示器件组成。它的时间常数设计得很大，所以只对光功率的平均值有反应，而对光功率的交流成分没有响应。光功率计的技术参数有波长范围、功率测量范围、测量精度、温度稳定性等。

（1）波长范围：光功率计（Optical Power Meter，OPM）的PIN光电探测器主要有3种类型：Si-PIN、Ge-PIN和InGaAs-PIN，其中，Si-PIN光功率计的工作波长是850 nm，Ge-PIN光功率计和InGaAs-PIN光功率计的工作波长是850 nm、1310 nm和1550 nm。因此，Si-PIN光功率计的价格最低。而Ge-PIN光功率计和InGaAs-PIN光功率计常用于光纤损耗测试。现在工程上常用的光功率计（台式或便携式）都适用于1310 nm和1550 nm两个波长窗口，它所用的光探测器（Ge-PIN和InGaAs-PIN）有1.0 ～ 1.6 μm的响应范围。在实测中首先要根据被测光波的波长来选择光功率计的测量波长。

（2）功率测量范围：光功率计的测量功率范围保证了测量结果的准确性。一般来讲，用于普通应用的光功率的功率测量范围应在 - 70 dBm ～ + 30 dBm。与数字光纤系统所用的高灵敏度光功率计不同，电视光传输系统的光功率值比较高，光放大器的输出口可达22～24 dBm，所以不要求光功率计十分灵敏，只要求它在大功率下不会发生限幅和过载。为了保护光功率计内的光探测器，延长使用寿命，不建议用光功率计直接测量高功率，如果要实测光放大器输出口的光功率，应该接好光分路器，开启光放大器的泵浦之后，实测光分路器的各路输出纤，再根据光分路器的插入损耗与附加损耗，反推出光放大器输出口的光功率。另一种方法是在中间接上带衰减值的光连接器进行实测，测得的功率值加上衰减值，就能得出光放大器OUT实际的光功率，具体操作时要保证光接头绝对干净[5]。

（3）测量精度：为了使功率读数稳定，光功率计中都含有取样平均平滑电路，不但提升了读数稳定性，而且提高了测量精度。

（4）光功率计的温度稳定性十分重要，好的光功率计应当具有温度补偿措施，在每次使用时应当进行零点校正。

（5）光功率计的时间稳定性更加重要，由于电子元件和关键器件的老化，特别是光探测器的老化，光功率计的测量误差会随时间变大，应当定期返厂，维修校准。

（6）测量光功率时，通常需要用光纤跳线来连接光功率计和被测链路，如果光功率计的接口是固定的，就必须配置FC—SC、UPC—APC等几种跳纤，方便实测。

4 做好ODF表

ODF表必须与信号连接、改造扩容、紧急抢修、提质升级息息相关，步步相应；要对机房、基站做好ODF表的电子文档和纸质文件，本地的一个72芯光纤熔接箱对应一张表格，打印成册，相互更新，做到有据可查。

5 结语

广播电视网络机房光传输系统的维护对广播电视所有节目的传输至关重要。一个好的光传输系统的维护可以保障广播电视安全播出，在实际的工作中，对机房和基站光设备的安装、连接、测试、拆卸、更换要严肃认真、周到细致、稳妥可靠、万无一失。