光纖通信在技防網(wǎng)中的工程應(yīng)用

孟令暉 （天津泰達有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司 天津300456）

光纖通信在技防網(wǎng)中的工程應(yīng)用

孟令暉 （天津泰達有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司 天津300456）

以天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)技防網(wǎng)項目為例，主要介紹光纖網(wǎng)絡(luò)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的工程應(yīng)用，其中包括光纖網(wǎng)絡(luò)的特點、系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用、建設(shè)施工要求、鏈路測試維護等方面所涉及的諸多問題。

光纖 技防 施工 測試

0 引言

濱海新區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展，離不開穩(wěn)定和諧的社會治安秩序。公安系統(tǒng)為打擊多樣化和復(fù)雜化的違法犯罪活動，把視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為“三防”體系中“技防”的重要組成部分，通過光纖網(wǎng)絡(luò)鏈接的視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成了技防網(wǎng)的核心部分。技防網(wǎng)不僅為公安部門節(jié)省了大量的警力，同時為取證工作保留了最具說服力的錄像證據(jù)。

光纖系統(tǒng)以其傳輸可靠性和工作效能高、視頻信號失真度小、安全性高、適合遠距離傳輸?shù)葍?yōu)點在技防網(wǎng)組網(wǎng)中被廣泛使用。

1 光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的特點

與銅線、同軸電纜、無線等傳輸系統(tǒng)相比，光纖通信系統(tǒng)的主要特點及優(yōu)勢為：長距離傳輸時，光纖通信的保真度和畫面清晰度比銅纜系統(tǒng)要高得多；光纖不受電磁輻射與雷擊等任何電氣干擾的影響；光纖不存在交擾橫條、圖像撕扯等問題；對光纖進行維護時，無需對光端機斷電；光纖傳輸安全性高，很難竊聽；光纖不會生銹或腐蝕，可適用于任何環(huán)境條件；光纖幾乎不受天氣條件的影響，如使用得當，它能耐受風(fēng)荷載和冰荷載帶來的應(yīng)力；光纖傳輸損耗小、效率高，并且不需要中繼器，設(shè)備可靠性高，容易維護；光纜比銅電纜更容易搬運、敷設(shè)、安裝；光纖是絕緣體，沒有電位差和接地問題。

隨著技術(shù)的成熟和產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化，光纖的價格已經(jīng)接近或低于銅纜的價格，因此，在組建公安技防網(wǎng)時光纖通信被作為首選的傳輸網(wǎng)絡(luò)。

2 光纖通信系統(tǒng)的主要設(shè)備

光纖通信系統(tǒng)主要由光纜、光發(fā)射機、光接收機組成。

技防網(wǎng)項目中的光纖通信系統(tǒng)，光纜采用頻帶寬和色散小的單模光纖，以滿足長距離和大數(shù)據(jù)量的視頻信息傳輸。光發(fā)射機是一個電光轉(zhuǎn)換裝置，主要由發(fā)光器件、預(yù)校正電路、調(diào)制電路以及驅(qū)動電路組成。它接受攝像機的視頻輸出，通過調(diào)制電路將其轉(zhuǎn)換成光信號并將它耦合到光纖中進行傳輸。

光接收機是一個光電轉(zhuǎn)換裝置，主要由光電檢測器、低噪聲前置放大器、均衡濾波整形電路、解調(diào)再生電路及其他信號處理電路組成。光接收機探測經(jīng)過傳輸?shù)奈⑷豕庑盘?，并以最小的附加噪聲及失真去放大、再生而恢?fù)成原傳輸?shù)碾娦盘枴?/p>

3 光纖通信系統(tǒng)在技防網(wǎng)中的設(shè)計應(yīng)用

在光纖通信系統(tǒng)中，實際上光只是載波。由于光的頻率比無線電信號的頻率高的多，因此光纖的帶寬非常大，從而可以使許多路圖像信號連同控制信號、音頻信號一起調(diào)制到同一根光纖上去傳輸。

開發(fā)區(qū)技防網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)邏輯關(guān)系分為3部分：前端視頻采集部分、光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸部分和中心控制管理部分。其中前端視頻采集部分主要設(shè)備為室外一體化快速球型攝像機。光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸部分包括：光纖網(wǎng)絡(luò)、視頻光端發(fā)射機、視頻光端接收機。中心控制管理部分包括：權(quán)限分配管理設(shè)備、模擬視頻矩陣、控制鍵盤、編碼器、視頻管理系統(tǒng)、硬盤錄像機、UPS、磁盤陣列等。

開發(fā)區(qū)技防網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的總拓撲圖見圖1。

光纖網(wǎng)絡(luò)作為技防網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的組成部分，是技防網(wǎng)重要的物理鏈路層。它依托于廣電網(wǎng)絡(luò)的有線電視綜合信息網(wǎng)絡(luò)，其骨干網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)為物理環(huán)行，邏輯星形，各分前端為“日”字環(huán)行結(jié)構(gòu)，環(huán)網(wǎng)以逆時針傳輸為主環(huán)，順時針傳輸為備用環(huán)，信號可以從不同的路由到達分前端，保證傳輸可靠性。光纖鏈路由各分前端至監(jiān)控點位為星形結(jié)構(gòu)，各分前端數(shù)據(jù)信息經(jīng)廣電環(huán)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)匯集至110中心機房。

4 光纖網(wǎng)絡(luò)的施工要求

4.1 光纜戶外施工

施工前應(yīng)核對管道占用情況，清洗、安放塑料子管，同時放入牽引線；計算好布放長度，一定要有足夠的預(yù)留長度；一次布放長度不要太長（一般2 km），布線時應(yīng)從中間開始向兩邊牽引；布纜牽引力一般不大于120 kg，而且應(yīng)牽引光纜的加強核心部分，并作好光纜頭部的防水加強處理。

4.2 建筑物內(nèi)的光纜敷設(shè)

垂直敷設(shè)時，應(yīng)特別注意光纜的承重問題，一般每兩層要將光纜固定一次。如果建筑物內(nèi)有弱電井（豎井），且網(wǎng)絡(luò)中心位于弱電井（豎井）內(nèi)，則光纜沿著在弱電井（豎井）敷設(shè)好的垂直金屬線槽敷設(shè)到建筑網(wǎng)絡(luò)中心；否則（包括建筑物內(nèi)沒有弱電井或豎井的情況）光纜沿著在樓道內(nèi)敷設(shè)好的垂直金屬線槽敷設(shè)到網(wǎng)絡(luò)中心。在建筑物內(nèi)敷設(shè)光纜時可以不用鋼絲繩，如果沿垂直金屬線槽敷設(shè)，則只需在光纜路徑上每2層樓或每10.5 m用纜夾吊住即可。如果光纜沿墻面敷設(shè)，只需每1 m系一個纜扣或裝一個固定的夾板。

圖1 開發(fā)區(qū)技防網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)總拓撲圖

4.3 光纜敷設(shè)要求

敷設(shè)時應(yīng)嚴格控制光纜所受拉力和側(cè)壓力，必要時應(yīng)詢問光纜相關(guān)機械強度指標；嚴格控制光纜的彎曲半徑，施工中彎曲半徑不得小于光纜允許的動態(tài)彎曲半徑，定位時彎曲半徑不得小于光纜允許的靜態(tài)彎曲半徑；光纜穿管或分段施放時應(yīng)嚴格控制光纜扭曲，必要時宜采用倒“8”字方法，使光纜始終處于無扭狀態(tài)，以去除扭絞應(yīng)力，確保光纜的使用壽命。

5 光纖網(wǎng)絡(luò)檢測及維護

隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，光纖鏈路中的新品種和新結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)品質(zhì)量也不斷地提高。由于一條完整的光纖鏈路的性能不僅取決于光纖本身的質(zhì)量，而且還取決于光連接頭的質(zhì)量、施工的工藝和光設(shè)備的安裝，所以對光纖鏈路進行測試是十分必要的。

5.1 光纖鏈路中主要測試類型

光纜在施工敷設(shè)及光纖鏈路的日常維護中，需要使用不同的光測試儀器進行各種測試，其測試項目主要包括：

衰減測試：衰減測試可以確定光纖鏈路中所有無源器件的損耗，這些無源器件包括光纜、光纖適配器、光纖接續(xù)盒、光跳纖、光尾纖等。主要測試儀器有光源、光功率計、光時域反射儀（OTDR）等。

長度測試：測試光纖鏈路的長度，測試儀器通常使用光時域反射儀（OTDR）。

故障定位測試：對于光纖鏈路的故障點進行精確的定位，主要測試儀器有：光時域反射儀（OTDR）、光纖信號識別器、紅光源等。

5.2 光纖鏈路主要測試儀器簡介

5.2.1 光時域反射儀 OTDR測試是通過發(fā)射光脈沖到光纖內(nèi)，然后在OTDR端口接收返回的信息來進行。當光脈沖在光纖內(nèi)傳輸時，會由于光纖本身的性質(zhì)、連接器、接合點、彎曲或其他類似的事件而產(chǎn)生散射、反射。其中一部分的散射和反射就會返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探測器來測量，它們就作為光纖內(nèi)不同位置上的時間或曲線片斷。

5.2.2 OTDR常見測試曲線分析 一般為正常曲線圖，A為盲區(qū)，B為測試末端反射峰。測試曲線為傾斜的，隨著距離的增長，總損耗會越來越大。用總損耗（dB）除以總距離（km）就是該段纖芯的平均損耗（dB/Km），見圖2。

圖2 OTDR測試正常曲線

光纖存在跳接點，即中間多了一個反射峰，因為很有可能中間是一個跳接點。能夠出現(xiàn)反射峰，很多情況是因為末端的光纖端面是平整光滑的。端面越平整，反射峰越高，見圖3。

圖3 OTDR光纖存在跳接點曲線

異常情況見圖4。出現(xiàn)圖中這種情況，有可能是儀表的尾纖沒有插好，或者光脈沖根本打不出去，再有就是斷點位置比較近，同時所使用的距離、脈沖設(shè)置又比較大，看起來就像光沒有打出去一樣。出現(xiàn)這種情況，一要檢查尾纖連接情況，二要把OTDR的設(shè)置改一下，把距離、脈沖調(diào)到最小，如果還是有這種情況的話，可以判斷：①尾纖有問題；②OTDR上的適配器問題；③斷點十分近，OTDR不足以測試出距離來。

圖4 OTDR光纖測試異常曲線

非反射事件見圖5。這種情況比較多見，曲線中間出現(xiàn)一個明顯的臺階，多數(shù)為該纖芯打折，彎曲過小，受到外界損傷等因素。曲線中的這個臺階是比較大的一個損耗點，也可以稱為事件點，曲線在該點向下掉，稱為非反射事件，如果曲線在該點向上翹的話，那就是反射事件了。這時，該點的損耗點就成了負值，但并不是說它的損耗小了，這是一種偽增益現(xiàn)象，造成這種現(xiàn)象的原因是由于接頭兩側(cè)光纖的背向散射系數(shù)不一樣，接頭后光纖背向散射系數(shù)大于前段光纖背向散射系數(shù)，而從另一端測則情況正好相反，折射率不同也有可能產(chǎn)生增益現(xiàn)象。所以要想避免這種情況，只要用雙向測試法就可以了。

圖5 OTDR光纖測試非反射事件曲線

光纖存在斷點見圖6。曲線在末端沒有任何反射峰就掉下去了，如果知道纖芯原來的距離，在沒有到達纖芯原來的距離，曲線就掉下去了，這說明光纖在曲線掉下去的地方斷了，或者也有可能是光纖在那里打了個折。我們經(jīng)常用這個原因，在線路上排障的時候，把不能確定的纖芯打折，然后測試人員利用OTDR做實時監(jiān)測，按照圖中的這種情況來判斷纖芯。

圖6 OTDR光纖測試存在斷點曲線

測試距離過長見圖7。這種情況是出現(xiàn)在測試長距離的纖芯時，超過OTDR測量距離時所產(chǎn)生的情況，或者是距離、脈沖設(shè)置過小時所產(chǎn)生的情況。如果出現(xiàn)這種情況，OTDR的距離、脈沖又比較小的話，就要把距離、脈沖調(diào)大，以達到全段測試的目的，稍微加長測試時間也是一種辦法。

圖7 OTDR光纖測試距離過長曲線

5.2.3 光源、光功率計 光源、光功率計是測量光纖鏈路上傳送光信號強度的設(shè)備，是光系統(tǒng)最基本的測試儀表。它可用于光源的光功率測量、線路損耗、系統(tǒng)余量及接收靈敏度的測量；光纖配線架配置的法蘭盤及光跳纖損耗的測量；光纜鏈路每公里損耗的測量等。

5.2.4 紅光源 紅光源是利用其激光二級管發(fā)出的可見紅光進行測試，當紅光源發(fā)出的紅光注入光纖時，若出現(xiàn)光纖斷裂、連接器故障、彎曲過度、熔接質(zhì)量差等類似的故障時，通過發(fā)射到光纖的可見紅光，測試人員就可以對光纖的故障進行可視定位，也可以方便地用于查找光纖。

5.3 光纖鏈路測試注意事項

5.3.1 防塵 灰塵以及其他污染是光纖網(wǎng)絡(luò)的主要危害，特別是對光纜鏈路損耗的余量只有1～2 dB時，輕微的不潔凈就可以造成嚴重的影響。在測試中，簡單檢查連接器的潔凈度以及使用防塵帽可以有效保護連接器不受污染。

5.3.2 保持測試條件的一致性 在對光纖鏈路進行測試時，不僅要對光衰減變化較大的光纖鏈路重點檢查和測試，而且要將每次測試儀表的型號、測試參數(shù)、測試結(jié)果等做好記錄，這樣才能保證在每次測試時儀表的型號、操作方法及儀表參數(shù)設(shè)置的一致性，使得每次測試結(jié)果有可比性。

5.3.3 建立準確、完整的原始測試資料 建立準確、完整的光纜線路原始測試資料，是日常維護中故障點測量、定位的基本依據(jù)。因此，必須重視線路資料的收集、整理、核對工作，建立起真實、可信、完整的線路資料?！?/p>

2011-05-09