農(nóng)村有線電視的光纖網(wǎng)絡(luò)維護與農(nóng)村信息化建設(shè)

袁勤鋒

（作者單位：中廣有線啟東分公司）

1 光纖及光纖網(wǎng)絡(luò)

所謂光纖，即光導(dǎo)纖維。光纖應(yīng)用于有線電視網(wǎng)絡(luò)中可以實現(xiàn)電視信號和數(shù)字電視信號的傳輸模擬，在應(yīng)用中傳輸介質(zhì)為光導(dǎo)纖維，傳輸載體為光，通過相互轉(zhuǎn)換光信號和電信號達到高速傳輸有線電視信號的效果。纖芯、包層兩部分共同組成了光纖，光波在光纖中通過不斷折射達到信息傳輸?shù)男Ч＠w芯的折射能力極高，可以保證光波高效傳播降低損耗。包層的反射率很低，使光波智能在纖芯內(nèi)傳播，不會散失，保證了光波傳播的質(zhì)量。按照纖芯內(nèi)光波傳輸折射情況的不同，光纖可以分為多模光纖和單模光纖，當前這兩種類型的光纖在有線電視網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中都有著較為廣泛的應(yīng)用。

2 光纖網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢

第一，傳輸容量大。雖然光纖體積較小，細如發(fā)絲，但是比同軸電纜傳輸?shù)娜萘繀s大很多。理論上，一個單位時間內(nèi)光纖能夠傳輸1000億個話路。將多模光纖應(yīng)用于有線電視網(wǎng)絡(luò)當中，如果一路帶寬需要8 Hz，那么傳輸幾百甚至上千的有線電視信號使用一根光纖即可。第二，傳輸距離長。光纖網(wǎng)絡(luò)中信號載體為光波，在光纖傳輸中光波損耗很小，并且傳輸距離更長。當前G.652型號光纖是有線電視網(wǎng)絡(luò)中使用較多的一種單模光纖。G.652型號光纖中傳輸1310 nm波長的光波時大約會產(chǎn)生0.35 dB/km的損耗，在G.652型號光纖中傳輸1550 nm波長的光波可以將損耗值控制在大約0.2 dB/km。也正是憑借著其損耗小的特點，在幾十公里的傳輸中，有線電視光纖網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)無中繼傳輸。第三，抗干擾能力強。光纖網(wǎng)絡(luò)所用光纖介質(zhì)材料為玻璃，所以在電磁場中不會受到干擾，這大大提高了光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，有著很強的抗干擾能力。第四，維護成本低。光纖有著十分方便的鋪設(shè)連接方式，很高的靈活性，可以架空或者在管道中鋪設(shè)。相比于同軸電纜，其所占空間大大減少，大大降低了線路鋪設(shè)難度。因在具體鋪設(shè)中環(huán)境對光纜施工產(chǎn)生的影響不大，所以減少了光纖網(wǎng)絡(luò)的維護工作量，也降低了光纖維護成本。

3 光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

3.1 光纖網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

第一，樹形拓撲結(jié)構(gòu)。樹形拓撲結(jié)構(gòu)是有線電視前端常用的結(jié)構(gòu)形式，靈活的樹形拓撲結(jié)構(gòu)可以增強網(wǎng)絡(luò)信號，診斷并排除網(wǎng)絡(luò)故障。通過光分路器可以在網(wǎng)絡(luò)中輻射傳輸光信號，有效節(jié)約建設(shè)成本和維護成本。

第二，星型拓撲結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是以節(jié)點對節(jié)點的方式將網(wǎng)絡(luò)信號和中央節(jié)點相連接，由中央節(jié)點匯聚信號并且將信息傳輸?shù)侥康墓?jié)點。中央節(jié)點管理網(wǎng)絡(luò)方式為集中控制，整個網(wǎng)絡(luò)運行質(zhì)量直接受到中央節(jié)點運行效率的影響。

第三，環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)形式中光纜連接各個節(jié)點最終形成閉環(huán)形狀，在信號傳輸過程中按照規(guī)定的方向從一個節(jié)點到另一個節(jié)點傳輸。光纖有著非常高的傳輸速度，所以組網(wǎng)中非常適合使用環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)。

3.2 實地勘查

光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案、運行效率直接受到戶外地形、環(huán)境、建筑物分布、街道走向等因素的影響，在戶外鋪設(shè)骨干網(wǎng)、分配網(wǎng)等有線電視光纖網(wǎng)絡(luò)時，設(shè)計人員要對這些情況加以掌握分析，通過實地勘查，結(jié)合地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、地形地貌圖、影像資料等客觀地判斷和分析相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

3.3 設(shè)置路由

工作人員在進行光纖路由規(guī)劃設(shè)計之前，要以農(nóng)村實際情況為基礎(chǔ)，做好勘查數(shù)據(jù)文件的整理分析，深入研究、分析、整合相關(guān)文件資料，做好地方網(wǎng)絡(luò)情況、區(qū)域建設(shè)情況的調(diào)查，從而保證路由架設(shè)科學(xué)合理。在規(guī)劃設(shè)計光纖路由之后要創(chuàng)建數(shù)字化文件，完成數(shù)據(jù)信息、圖紙等掃描，便于日后施工，同時為日后網(wǎng)絡(luò)維護、查詢提供便捷。

3.4 故障分析

有線電視光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸中常常會遇到不同類型的故障，主要故障如下：

第一，光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU）終端無法撥號。表現(xiàn)為使用者將電腦連接到ONU，信號正常卻無法撥號上網(wǎng)?？赡艿那闆r有幾點：一是用戶名或密碼錯誤，無法正常撥號；二是后臺支撐系統(tǒng)故障，無法對用戶正常授權(quán)，或者在用戶遭遇某些未知因素影響出現(xiàn)下線情況時，系統(tǒng)不能正常反應(yīng)，導(dǎo)致用戶不能重新?lián)芴?；三是ONU本身故障，不能正常解調(diào)信號。

第二，出現(xiàn)光纖熔接問題。這也是有線電視光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸中常見的故障。一旦出現(xiàn)熔接問題就會導(dǎo)致信號出現(xiàn)中斷、接收錯誤等狀況，而工作人員熔接時技術(shù)不到位是導(dǎo)致出現(xiàn)這些問題的主要原因。技術(shù)人員在進行故障排查時要先將熔接盒打開，對光纖連接是否存在錯誤、斷開的情況進行檢查，如果有必要可以二次熔接光纖。技術(shù)人員應(yīng)當嚴格按照施工流程、工藝標準完成熔接作業(yè)，提高熔接水平，以此來減少光纖熔接不合理問題的出現(xiàn)。

第三，光纜被破壞。這也是農(nóng)村有線電視光纖網(wǎng)絡(luò)常見的問題之一。在戶外鋪設(shè)的有線電視光纜網(wǎng)絡(luò)容易受到自然因素、人為因素等因素的影響，比如基礎(chǔ)工程施工破壞光纜，如果反饋不及時會導(dǎo)致信號傳輸質(zhì)量顯著降低。技術(shù)人員在排查此類故障時可以借助光時域反射儀（Optical Time Domain Reflectometer，OTDR）等設(shè)備進行輔助查詢，通過輔助手段確認故障范圍，記錄故障特征和處理過程，為日后光纜檢修維護提供參考。

4 農(nóng)村有線電視的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

4.1 光纖入戶常見方案

4.1.1 “同軸+光纖入戶”方案

該方案分別采用同軸電纜和光纜方式將有線電視信號和數(shù)據(jù)雙向信號入戶，光節(jié)點光電轉(zhuǎn)換有線電視信號，通過同軸電纜，射頻信號入戶后和接機頂盒相連接，通過皮線光纜傳輸雙向光信號，數(shù)據(jù)信號傳達給用戶室內(nèi)ONU設(shè)備后，實現(xiàn)寬帶傳輸信號的目的。該方案具有無干擾和成本低的應(yīng)用優(yōu)勢。一方面，節(jié)目中有線電視信號和雙向數(shù)據(jù)信號在獨立的物理通道上各自傳輸，這種方式避免了傳輸過程中以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（Ethernet Passive Optical Network，EPON）下行信號干擾有線電視下行信號的問題。另一方面，在具體應(yīng)用中同軸光纖方法可以節(jié)約用戶終端設(shè)備成本，直接和對應(yīng)的建筑物連接，將光節(jié)點到家庭接收機光分配網(wǎng)（Optical Distribution Network，ODN），有效地節(jié)省網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本?？梢姡S網(wǎng)投資方面，光纖到戶（Fiber To The Home，F(xiàn)TTH）有著良好的經(jīng)濟性，可以考慮在早期有線電視接入網(wǎng)改造時應(yīng)用該方法。不過這種方法也存在一定的缺陷，比如缺乏足夠的穩(wěn)定性，需要外接供電等。

4.1.2 單纖三波入戶方案

使用密集型光波復(fù)用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）將光纜電視信號（1550 nm）和大功率光放大器發(fā)送的雙向數(shù)據(jù)信號（上游1310 nm，下游1490 nm）有效發(fā)送到機房當中的傳輸方式為單纖三波入戶。該入戶方案優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩方面：一方面，有著較為容易的操作和維護終端?；谠摻Y(jié)構(gòu)從中心局到終端的形式，該架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)管理人員可以通過遠程操控，輕松地對用戶終端設(shè)備采取管理措施；另一方面，該結(jié)構(gòu)形式可以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本：該方案大大減少使用ODN光譜儀和相對應(yīng)光纜用量，有效地節(jié)省了機房到用戶的光纖資源等成本，這種FTTH優(yōu)勢備受關(guān)注。不過這種建設(shè)方案也存在一定的不足，比如，在傳輸EPON 1490 nm下行數(shù)據(jù)信號時會在一定程度上干擾單頻62.5 MHz和倍頻1550 nm下行有線電視信號。

4.1.3 雙纖三波組網(wǎng)方案

FTTH光學(xué)接收器可以接收進入到室內(nèi)的有線電視光信號，將其轉(zhuǎn)化為無線電信號，然后向數(shù)字機頂盒發(fā)送電信號，通過FTTH、EPON數(shù)據(jù)雙向信號進入到ONU等室內(nèi)，然后向計算機、路由器或者其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸。在農(nóng)村信息化建設(shè)中，采用的是雙纖入戶方式、射頻（Radio Frequency，RF）混合雙纖三波組網(wǎng)方案，使用一纖傳輸射頻光波信號，另一纖傳輸無源光網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON）上下行數(shù)據(jù)，兩者相互獨立不會產(chǎn)生干擾。通過有線電視網(wǎng)絡(luò)（Community Antenna Television，CATV）光接收機接收射頻廣播信號，通過RF接口將入戶型光接收機向機頂盒模塊的電視提供信號。通過ONU接收數(shù)據(jù)信號，利用以太網(wǎng)接口，經(jīng)過ONU向個人計算機（Personal Computer，PC）終端、融合終端、家庭網(wǎng)關(guān)等設(shè)備提供數(shù)據(jù)信號。

4.2 FTTH建網(wǎng)技術(shù)

4.2.1 光線路終端位置選擇

在實際建設(shè)FTTH網(wǎng)絡(luò)中，通常按照20 km設(shè)置光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）設(shè)備的接入距離，集中部署的方式可以達到節(jié)約成本、維護便捷的效果。不過在一些特殊情況下可以在相應(yīng)站點設(shè)置OLT局點。比如：缺乏完善的技術(shù)室設(shè)施條件或者光纖管道資源，導(dǎo)致光纜引出基本條件無法滿足的；或者實際應(yīng)用中無法達到光緩解要求距離條件的工程。

4.2.2 光分路器

第一，分光方式。為了簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、排除故障問題，可以優(yōu)化頻譜設(shè)計。工作人員根據(jù)光分路器是否和中心位置相對應(yīng)來判斷是否存在故障。當前FTTH設(shè)計分離方法常用類型包括兩種，分別為集中分離和分布分離。具體來講，集中式光分路器主要是在本單位機房（OLT機房）和光纜傳輸盒中放置光分離器，在沒有完全開放之前的業(yè)務(wù)時，工作人員可以便捷地維護集中式光學(xué)集中器，達到節(jié)約成本的目的。光散射器是在建筑物內(nèi)外光纖分離盒中放置的光分路器。分布式光學(xué)分配器和接收器以及ONU更加靠近，通過應(yīng)用分光路器可以節(jié)約光纜、管道等資源。

第二，光分路器的選擇。在實際機架中需要安裝集成式布線柜中的光分路器，在調(diào)度箱安裝過程中通過對機架、調(diào)度箱的合理選擇和應(yīng)用可以提高網(wǎng)絡(luò)信號傳輸質(zhì)量。在光纖旁路盒中安裝光纖需要做好接線盒、微電路的合理選擇。

4.2.3 光纖連接方式

熱熔接和冷接續(xù)是當前常用的兩種光纖連接方式，通常農(nóng)村戶外管線采用的是熱熔接作業(yè)，耗時較長。相比之下，冷接續(xù)技術(shù)有著更加快速便捷的操作方式，但是穩(wěn)定性不足，容易出現(xiàn)松動的情況，導(dǎo)致產(chǎn)生較大的損耗。通過科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展優(yōu)化，現(xiàn)如今很多光纖入戶熔接器都朝著微型化方向發(fā)展，價格也呈現(xiàn)不斷降低的趨勢。所以在農(nóng)村信息化建設(shè)中，可以優(yōu)先選擇熱熔接方式。

4.2.4 光通道損耗

光纜網(wǎng)絡(luò)鏈路中的自然損耗、器材損耗、使用損耗都屬于光通道損耗內(nèi)容，是在設(shè)計光鏈路、網(wǎng)絡(luò)施工中光通道損耗的重要指標。工作人員按照光功率預(yù)算要求控制光通道損耗，在設(shè)計中根據(jù)EPON設(shè)備指標控制ODN中的損耗。

式（1）中：a表示每公里光纖平均損耗（dB/km）；L表示光纖長度（km）；b表示光纖熔接點實際損耗（dB）；n1表示焊點數(shù)量；c表示光纖機械裝配點損耗（dB）；n2表示機械裝配點數(shù)量；d表示連接器損耗（dB）；n3表示連接器數(shù)量；e表示光分路器的損耗（dB）；f表示工程余量。其中工程余量根據(jù)光纜長度確定，通常在1～3 dB。光通道損耗情況，如表1所示：

表1 光通道損耗表

5 光纖網(wǎng)絡(luò)維護方法

在維護光纖網(wǎng)絡(luò)過程中可以充分借助光功率計、OTDR等工具。其中OTDR是維護光纖網(wǎng)絡(luò)的重要工具，不但使用簡單而且便于攜帶，常應(yīng)用于農(nóng)村信息化建設(shè)中。為了明確光纖質(zhì)量是否可以均勻地傳輸，技術(shù)人員可以利用工具測量檢驗，并且查看曲線和檢查數(shù)據(jù)，高效地判定光纖線路故障，確保及時完成維護工作。

6 結(jié)語

農(nóng)村信息化建設(shè)中，有線電視光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護占據(jù)著重要作用，通過合理選擇網(wǎng)絡(luò)入戶接入方案、加強網(wǎng)絡(luò)維護，可以提高網(wǎng)絡(luò)信號傳輸質(zhì)量，保證有線電視信號的高效應(yīng)用，為村民提供優(yōu)質(zhì)的信號，推動農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)信息化進一步發(fā)展。