李凤祥——广电网络维护讲座

广电网络维护讲座
李凤祥
目录
第一章光纤传输基础 (3)
一、光纤传输与电缆传输相比的主要特点 (3)
二、光传输无源器件 (4)
1、光分路器 (4)
2、光纤活动连接器 (4)
三、光波分复用器 (6)
第二章有源器件 (8)
一、内调光发射机 (8)
二、直调发射机原理图 (10)
三、外调发射机原理图 (10)
四、EDFA (11)
五、光开关 (14)
六、光接收机的分析 (15)
七、光接收机及电缆放大器的原理及方框图（TBF1000） (17)
八、干线放大器 (18)
第三章故障处理与分析 (19)
一、电缆故障 (19)
二、光接收机常见故障 (20)
三、光发射机常见故障 (23)
第四章有线数字电视常见故障分析与检修 (25)
一、有线数字电视传输部分常见故障分析与检修 (25)
二、有线数字电视机顶盒常见故障分析与检修 (30)
第一章光纤传输基础
一、光纤传输与电缆传输相比，主要有以下特点：
1、损耗小，适合远距离传输。

光纤的传输损耗很小，目前单模光纤（G652）分A、B、C、D，广电多用B光纤，在1310nm波长损耗在0.35dB/km加熔接0.4 dB/km 左右，在1550nm波长的损耗只有0.2dB/km加熔接0.25dB/km左右。

大概是同轴电缆每千米损耗的1%。

用光纤构成有线电视网，1310nm 可实现40km无中继，1550nm可实现无中继80km。

另外，光纤损耗几乎不随温度和工作频带内频率变化而变化，因而不需要进行温度补偿和频率均衡。

2、频带宽，容量大。

光纤传输系统的频带宽，多模光纤的频带在几百MHz以上，单模光纤的带宽十几千MHz，通过一根光纤可传几十路、上百路的电视信号（8MHz一路）。

目前光纤多路电视传输系统的频率范围为40MHz~1GHz。

3、传输质量高。

由于光纤传输不像同轴电缆需要相当多的中继放大器，因而没有噪声和非线性失真叠加。

另外，光频噪声以及光纤传输系统的非线性失真很小，不需要频率均衡，所以光纤多路电视传输系统的信噪比、交调、互调等性能指标都较高。

加上光纤系统的抗干扰性能强，基本上不受外界温度变化的影响。

4、抗干扰能力强，保密性好。

因为光纤的材料是石英，传输的信号是光信号，不受外界电磁波、静电、雷电以及地电位的干扰。

另外，由于它不存在电磁泄露，传输信号不易窃取。

5、施工容易，维护简单。

因光纤系统有源设备少，调试简单，利用EPON设备，有了回传通道，很方便实现网络管理系统。

二、光传输无源器件
1、光分路器
光分路器又称分光器或光纤耦合器，在有线电视光缆传输中用于分配光信号。

它能够按照选定的功率比例将一路光信号分配为两路或两路以上的光信号。

光分路器的分光比一般用百分数表示，代表某一输出端口的输出功率占总输出功率的百分比。

光分路器可分为单模、多模，从波长响应特性来分，可分为1310nm、1550nm常规型，双波长型及宽带分路器（PLC）。

目前有线电视系统常用的是单模1310nm或1550nm常规型光分路器，其带宽为±20nm。

2、光纤活动连接器
光纤活动连接器用于设备（如光端机、光测试仪表等）与光纤之间的连接、光纤与光纤之间的连接，或光纤与其他无源器件的连接，
是组成光纤网络传输系统不可缺少的一种无源器件。

对光纤连接器的要求是低的插入损耗和高的反射损耗。

在光路中通常有两种连接方式：光纤与光纤之间采用的熔接方式称为固定连接；光纤与设备、设备与设备之间采用类似插头插座的各种标准的接头进行连接，称为活动连接。

常用的连接器件有以下几种：
①设备与设备之间使用跳线连接。

光纤跳线由一段经过加强外封装的光纤和两端已与光纤连好的活动接头构成。

两端的活动接头可以是相同型号，也可以是不同型号。

②光纤与设备之间采用尾纤、尾缆连接。

尾纤指一端为活动接头，另一端为光纤的器件；尾缆是将若干根尾纤合在一起，加上外护套制成一端为光纤，另一端为若干个活动接头的器件。

③光纤与光纤之间使用接续盒实现熔接。

接续盒是专门用来保护固定接头的器件。

光接续盒外部采用坚固密封的外壳，用于防风、防晒、抗冲击，内部设置有专门固定光缆加强件的装置，确保接头处具有足够的抗拉强度，内部还专门设置了安放、保护固定接头热缩管的装置和盘绕纤芯的托板，可将接续好的纤芯分层排列固定。

另外，光分路器等小型无源器件也可以安装到接续盒内。

光纤活动连接器的品种、型号很多。

光纤连接器从光纤结构上分为单芯光纤用连接器和带装芯线用多芯连接器。

单芯光纤连接器又有单模光纤和多模光纤用之分，依据光纤活动接头结构和形状，常分为FC、SC、ST等几种。

依据光纤活动接头中光纤端面的形状，又分为PC型、APC型和
UPC型。

PC型端面为球面，它使得两个光纤活动接头连接时，接触面集中在中央的光纤部分。

一定的轴向力产生很大的轴向压强，反射损耗达35dB以上，一般测量仪器上多使用PC型接头。

APC型端面为8°斜面，两个活动接头连接时，光纤的接触面加大，连接更加紧密，反射损耗达60dB以上，在有线电视光纤传输中采用最多。

UPC型采用超平面连接，加工比较精密，两个活动头连接更加方便。

在使用的活动连接器订货时，型号的后面要加上/PC、/UPC、/APC，即有FC/PC、FC/UPC、FC/APC、SC/PC、SC/UPC、SC/APC 等型号。

三、光波分复用器
光波分复用器又称为光合波/分波器，它是使两个或两个以上波长的光在同一根光纤中传输的无源器件。

其作用是将不同波长的光信号复用在同一根光纤中传输或是将它们分离开。

对其主要技术要求是波长隔离度要大于35dB，插入损耗要小于0.5dB。

光波分复用器分CWDM（粗波）、DWDM（密集波分）。

按波长频率间隔与可容纳的波长数，如：0.2nm、0.4nm、0.8nm等。

第二章有源器件一、内调光发射机
偏流
指示
温度
致冷电流
光功率
指示
内调制光发射机的构成
8 / 37
光强度调制发射机的核心是DFB 激光器组件。

组件中除了激光器DFB-LD 芯片外，还含有用于光功率探测（PD ）与自动功率控制（APC ）的光探测器（PIN ）芯片，用于双向自动温度控制（A TC ）的半导体制冷器和热敏电阻，用于减少外界回射影像的光隔离器与光纤耦合器部分和宽带阻抗匹配驱动及偏流与控制电路。

除激光器组件外，光发射机中还有失真补偿网络、电源、显示、微电脑监测控制电路以及RF 信号接口和光纤活性接头等。

偏置电路为半导体激光器提供一最佳的偏置状态。

对于模拟传输系统，要求半导体激光器的偏置在P-I 特性曲线线性段的中心。

对于数字传输系统要求有较高的消光比及较快的响应速度，不同速率的光发射机要求不同的偏置电流。

由于激光器的发光功率和非线性失真依赖于偏置电流，因此偏流控制与预失真补偿电路是光发射机中的关键部件。

I P 光强 门限值电流
二、直调发射机原理图
三、外调发射机原理图
AGC 输入监控
预失真电
路 微处理器路 液晶显示 通信控制路 激光器功率
和温度控制 RF 输入
uru DFB 激光器 LiNbO 3调制器 SBS 抑制电路 偏置控制
路 光探测器路 端口2
端口1
四、EDFA
单泵浦EDFA工作原理
1、EDFA在CA TV中应用应注意的若干问题
（1）EDFA的工作波段在1550nm上，所以，CA TV系统前端的光发射机应工作在1550nm光波长上，EDFA为此才能起到光放大作用。

（2）采用EDFA作光放大的系统中，其光发射机应采用外调制方式的光发射机。

因为在1550nm波段上，普通单模光纤为非零色散点，其色散较大，直接调制下光发射机的激光器会产生“啁啾”效应使色散影响加大；由于EDFA的增益谱不平坦的影响，将使二阶失真CSO指标进一步恶化；再者，直接调制方式在1550nm波段上工作有先天性的不足，其载噪比（C/N）和二阶失真（CSO）指标不容易做得高。

（3）当将光纤放大器用于多级串联时，光纤中的自发辐射（ASE）将逐级增大，从而引起噪声增大，载噪比降低。

为此，需要将两台光放大器之间插入光滤波器或光隔离器，可有效防止自发辐射对降低载
噪比指标的影响。

（4）由于在CA TV分配系统中，对模拟信号的载噪比要求很高（>50dB），为保证传输质量，一般在光链中使用的EDFA的输入光功率必须大于1mW。

正因如此，在CA TV系统中对EDFA的应用较多的是作高功率后级光放大或中继放大。

（5）EDFA有一定的温度特性，随温度的升高，增益逐渐下降。

实验表明，下降的速度为0.07dB/℃。

因此，当EDFA放置在室外作中继器应用时，必须考虑其温度特性所带来的不稳定的影响，应配置完整的监控设备或合适的工作环境。

（6）掺铒光纤放大器中的掺铒光纤对其放大特性起作重要的作用，若在掺铒光纤中再掺入少量的其它元素可以改善光放大器的一些技术参数，例如在掺铒光纤中掺入少量的铝元素后，其增益特性变得较为平坦，所以在选型光纤放大器时对其光特性中增益介质多加考虑，以满足工程设计要求。

2、EDFA常用的同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦泵浦方式的小信号增益和噪声系数相差不大，其原因是三种泵浦方式都能够使整个光纤的铒离子处在完全反转状态，进而使信噪比劣化程度基本相同。

然而，当掺铒光纤长度增长时，同向泵浦方式输出的自发辐射功率最小，因而其噪声系数最小；双向泵浦噪声系数居中；反向泵浦方式的噪声系数最大。

3、EDFA常用的泵浦波长为980nm和1480nm。

980nm泵浦激光器采用的是三能级工作方式，具有比较高的粒子反转水平，良好的噪
声性能，所产生的噪声系数接近于量子极限；1480nm泵浦激光器采用的是二能级工作方式，具有的粒子反转水平低，噪声性能比较差，能够产生比较大的功率输出。

另外，1480nm处的吸收频带比较宽，可以采用大功率的带有谐振腔的激光器，而且能够通过服用不同波长的泵浦方式来提高泵浦功率。

因此，EDFA的最佳泵浦方案是采用980nm同向泵浦，1480nm反向泵浦的双向泵浦方案。

这个方案可以获得比较小的噪声系数和足够大的输出功率。

泵浦光
前向泵浦方式
（
a）
后向泵浦方式
（b）
泵浦光
双向泵浦方式
（c）
泵浦光泵浦光
EDFA的种类
五、光开关
1、光开关的作用
光开关是一种具有多个可供选择的输入/输出端口，它可以将任意输入端口的光信号转换到任意输出端口的光通路转换器件。

光开关的作用是使光信号能够在光网络中实现不同光通路上的快速倒换。

光开关不仅可以用作简单的光信号倒换开关，而且可以构成光分插复用器和光交叉连接器内部的核心开关矩阵，灵活调配波长通路。

光开关具有的光通路上的快速倒换功能，在光网络的灵活组网和保护恢复中扮演着非常重要的作用。

1、光开关是波分复用光网络组网的关键器件之一。

利用光开关具有的快速倒换功能可以实现全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接和自愈保护等。

光开关被广泛使用于分插复用器、光交叉连接器和保护倒换等设备中，其成为全光交换中的一个十分主要的器件。

2、随着光网络向着全光网发展的需要，光开关在结构类型和工作性能方面都得到了很大的发展。

利用光开关构成光交换机可以完成全光网中的光信号路由选择，以实现光信号在光网络上的高速、透明的传输和交换。

同时，光环网的保护倒换也是由光开关来实现的。

光开关的响应速度直接决定了光网络的保护倒换时间。

在光网络的业务配置、波长上/下也需要由光开关来完成。

总而言之，在光网络中，一切与光通路由有关的动作都是由光开关完成的。

3、从影响业务动态配置和线路故障保护倒换角度分析，光网络需要光开关的动作越快越好。

光环形自愈网的倒换要求在50ms完成，
50ms时间包括故障定位时间、信令处理和传输时间和光开关动作时间。

这样光开关的开关时间就应该小于10ms。

在高速光分组交换网络中，光开关的开关时间必须小于数据包的持续时间，这时所要求的光开关的开关时间为1ns。

在光信号的外调制的应用中，光开关工作时间一定要小于1比特的时间带宽。

如果要调制一个1Gb/s（1比特持续的时间为100ps）的光信号，光开关的动作时间应该小于10ps。

如上所述，在光网络的不同位置，应该选用不同的光开关。

因此，要关心的问题就是光开关的分类方法和工作原理。

尽管商用的光开关品种繁忙多、结构各异，但是按照工作原理的不同，光开关可以分为机械光开关、固体波导光开关和其他原理(例如，气泡和液晶等)光开关。

六、光接收机的分析
众所周知，光接收机的作用是将经光纤传输的光信号转换为电信号形式并将其恢复成在光纤通信系统所传输之前的数据。

光接收机的核心器件是光电检测器。

光电检测器的作用是利用光电效应将光信号转换为电信号。

转换后的电信号再经过电放大器放大或解调成为进入发射机的原始电信号。

光电检测器完成光/电信号转换任务与输入光电检測器的光信号强弱有关。

由于光源的功率和光纤本身的衰减限制，在光信号接收端的光电检测器探测到的从光纤纤芯输出的一般都是非常微弱、畸变的调制光信号，所以光电检测器完成光探测任务与输入光信号质量有
关。

例如，在探测单信道强度大、清晰度高和传输速率极慢的输入信号时，我们可以使用简单的光电检测器便能够完成工作任务。

然而，在探测处理多个光信道或者非常微弱、畸变的调制光信号或者高频率光信号时，我们需要用更好性能的光电检测器。

因此，光纤通信系统的传输质量不仅与光源、光纤的性能有关，而且与光电检测器的性能直接相关。

光纤通信中对光电检测器的最重要的要求可以概括为：
（1）高的光电转换效率，即以一定的入射光信号功率就能够输出大的光电流；
（2）在光源的工作波长范围内有极快的响应速度，或者大的带宽，即探测器输出的电信号能够不失真地反映出接收的光信号；
（3）应有高的灵敏度；
（4）功率消耗尽可能的低；
（5）便于耦合与光纤尺寸匹配；
（6）光电检测器应稳定、可靠、便宜。

七、光接收机及电缆放大器的原理及方框图（TBF1000）
PIN
八、干线放大器
干线放大器应具有低噪声、中等增益、非线性失真指标好、温度系数小、工作稳定、性能可靠、功能满足要求、外观制作比较考究（密闭性、防水能力、屏蔽、抗雷电等）等特点。

①功能上满足系统要求。

系统功能一般指带宽是否满足系统要求；能否识别前端发出的导频信号，以实现AGC和ASC功能；能否提供本放大器的工作状态信号，并具有相应监控接口，以实现网管功能。

②低噪声、中等增益与较严格的非线性指标。

干线放大器的增益不宜过高，以20~28dB为宜；噪声系数以F ≤10dB为好，系统越大，F值应越小；CM、C/CSO、C/CTB、C/N 和非线性指标共同限制了放大器的串接台数，在减小F的同时，必须提高CM、C/CSO、C/CTB，才能增加干放的串接台数。

为了保证干线系统的非线性失真指标，在干线长度较长、所用放大器较多的系统中，应选择性能优异的倍增功率放大器，甚至选择前馈放大器；在干线长度较短的系统中，则可选用推挽放大器。

③良好的通带特性与优良的反射损耗指标。

通带内的平坦度最好能≤±0.5dB，反射损耗指标应≥14dB。

④具有较宽范围的工作电压和较低的功耗。

工作电压的范围越宽，适应电网电压波动的能力越强；功耗越低，电源供给器的冗余度越大。

⑤一条线路上尽可能选用同样型号的放大器，这样做对测试、维护
均有好处。

第三章故障处理与分析
一、电缆故障
①传输信号中断
传输信号中断故障的常见原因是电缆放大器、集中供电器因某种原因不工作或传输电缆断路或短路。

②传输信号电平偏低
有线电视信号弱在电视接收机上的表现是，电视图像的“雪花”杂波大，若用电平表测量则远低于规范电平值。

电缆传输干线信号电平偏低一般都会造成分配系统信号电平也低。

③重影
重影有左重影和右重影之分。

对传输干线而言，前者多由信号泄露后重新串入传输网络所致；后者多是干线传输某个环节阻抗不匹配，造成信号的多次反射所致。

④交、互调干扰
干线传输部分产生交、互调干扰的常见原因，一是电缆放大器线性工作范围太窄，使电平正常的输入信号产生了非线性失真；二是输入信号电平超过了放大器的额定值，导致放大器工作在非线性状态。

显然，二者的排除方法是不一样的。

⑤交流纹波调制干扰
干线传输部分产生交流纹波调制干扰的常见原因有三个：一是电缆放大器或集中供电器本身故障，例如放大器的电源部分因滤波电容干涸或三端稳压器不良导致其纹波太大，集中供电器因容量不足等原因导致输出的交流电压偏低；二是接地装置被损坏或接地电阻偏大，工频感应杂散电流在上面产生电位差，通过电缆的外导体屏蔽层引入信号传输系统后便产生交流纹波干扰；三是电缆放大器或传输电缆受到外界工频强磁场干扰，例如放大器的安装位置离电力变压器太近，电缆与电力线平行架设距离太近、太长等。

二、光接收机常见故障
1、无射频电视信号输出
光接收机无射频输出，除了光缆或尾纤（包括尾纤头脏污）故障外，常见原因是其电源供给部分故障。

直接原因多是滤波电容击穿、厚膜损坏等，导致光接收机不工作。

另外，若一场暴风雨之后光接收机突然无射频信号输出，则有可能是遭雷击所致。

雷击轻时只损坏放电管，重时往往将电源变压器、整流管、滤波电容击穿，甚至将印制电路铜箔烧毁。

此时只能视具体情况，采取更换或修复等措施解决。

光接收机中射频放大部分放大模块损坏、耦合电容失效或开路，调控部分增益控制电位器或均衡器损坏，输出端口接插件严重氧化导致开路等均会造成无射频信号输出。

此时应按照先易后难、先外面后内部的原则仔细查找检修。

2、输出的射频电视信号电平低，导致电视画面背景雪花杂波干扰严
重
如果细分的话，又有三种情况：一是高、低频端信号电平均弱；二是高频端信号基本正常，低频端信号电平低；三是低频端信号基本正常，高频端信号电平偏低。

对第一种情况可认为是其无射频电视信号输出的较轻反应，因此可按上述无射频信号输出的检修思路去做。

曾检修过这样的故障，每逢白天输出信号弱，晚上逐渐恢复正常。

经仔细检查发现，某处光缆接续盒中光纤因盘绕不规则而受挤压变形，当环境温度变化较大时，致使其形状略有变化，从而影响了光信号的正常传输。

高频端信号正常、低频端信号电平偏低，多是射频信号传输通道中输出口接插件接触不良、均衡电路接触不良或开路所致。

低频端信号正常、高频端信号电平偏低，多是射频放大电路中的放大模块性能变差，高频磁心器件的Q值下降所致。

3、射频输出信号中有交调或其他网纹干扰
这种故障造成的原因多是射频信号传输部分输出电平过载、退耦电容失效、屏蔽不良等，可通过加强屏蔽、更换退耦电容、减少增益（即增大衰减）等方法解决。

若这些方法无效，则可能是放大模块性能变差，只好更换之。

另外，光发送机对输入的射频信号电平有一个范围要求，超出其范围时也会影响信号的传输质量，造成图像暗淡、层次不清或者自激形成网纹。

此时在接收端只能通过替换光接收机检测。

4、输出射频信号的载噪比下降，其表现为射频信号电平并不低，但
电视画面背景雪花杂波干扰严重
这种故障的造成原因不外乎三种：一是前端输入到光发送机输入的射频电视信号电平不够，导致光调制度下降；二是光发送机输出的光功率不够；三是因某种原因导致光传输链路衰耗过大，致使光接收机的输入光信号功率不够。

显然，这三种情况均与光接收机本身无关。

遇到这种情况，可用一台良好的光接收机进行替换，若替换后故障现象没有多大变化，说明原光接收机无故障。

5、输出的射频电视信号电平偏高
常见原因有两种：一是光接收机内射频信号输出电平调节电路失调；二是输入光接收机的光信号太强。

对于前者，接上场强仪将信号电平调整到正常即可；对于后者，应查明造成光信号太强的原因，视具体情况采取相应措施。

常见原因是，光发送机所处接光分路器的分光比不合理。

此时应按工程设计进行调整，必要时更换光分路器。

作为应急维修，可适当调整尾纤的弯曲程度，增加对光信号的衰减，使其输出降为正常后，将尾纤固定好（弯曲光纤时不要用力过度以免将其折断）。

6、输出的射频电视信号忽高忽低
光接收机输出射频电视信号忽高忽低不稳定的常见原因有三个：一是光接收机输出F头接触不良；二是光接收机内部的可调衰减器或插片衰减器接触不良；三是输入光信号强度不稳定，时高时低。

其中以第三项最为多见。

检修时，应首先检查光接收机输出F头的接触情况，有问题时可用无水酒精擦拭；无问题时应进而检查其内部衰减器
的接触情况，若有问题应视具体情况采取更换、插紧等方法解决；判断光信号强度是否稳定，可使用光功率计，一般需经过较长时间的观察。

引起光信号强度不稳的原因多是安装在野外的光缆接续盒固定不牢、随风摇摆，时间稍长必然造成内部的压缆卡子松动，进而导致光纤位置移动或者变形，结果造成传输的光信号强度忽强忽弱。

7、输出的射频电视信号中有交流纹波干扰，电视画面背景上有“滚道”，严重时伴有画面扭曲现象
由于光接收机输入的是光信号，不会受到外界电磁干扰，因此造成该故障的原因只有一个，就是电源部分输出的直流电压中含有较高的交流纹波。

常见原因是滤波电容老化、干涸、接触不良等。

用一只质量良好的470μF/50V或1000μF/50V电解电容依次并接在滤波电容上，若电视画面上的“滚道”消失或减弱，说明该只电容有故障。

老化、干涸的电容应更换新品。

三、光发射机常见故障
光发射机的功能是将输入的射频电视信号进行电—光转换、调制、放大等“加工”过程后，向传输干线光缆输出1310nm或1550nm 光信号。

与光接收机相比较，光发射机的故障较少，常见故障有以下几种。

1、无光信号输出
造成光发机无光信号输出的原因有两个：一是电源供给部分因某种原因无正常的电压输出，导致光放大模块不工作。

这时应按常规方。