双向有线数字电视网调试与维护概要.docx
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双向有线数字电视网调试与维护概要
双向有线数字电视网调试与维护
焦方性
中国广播电视协会技术工作委员会委员
中国广播电视设备工业协会专家委员会委员
中国广播电视设备工业协会有线电视分会专家组组长
1连接故障
有线电视系统有成千上万个光电连接器，从一定意义讲，有线电视工程就是接头工程。
无论调试、维护，首先要解决的问题就是连接。
1.1光缆及其连接故障
1.1.1光纤、光连接器、光分路器的损耗
1.1.1.1G-652光纤温度损耗
常温下，1310nm，0.32±0.3dB/KM；1550nm，0.20±0.2dB/KM。
高低温，GY/T130对A类光缆未作规定，对低一个等级的B类光缆规定，-40~+70℃相对于20℃时的允许温度附加衰减：
B0级≤0.02dB/KM，B1级≤0.05dB/KM，B2级≤0.10dB/KM。
对于HFC，光缆长度一般不会超过20KM，按B0级计算，极限温差时，温度附加衰减不过20×0.02=0.4dB，可以忽略不计。
1.1.1.2光纤熔接损耗
熟练的操作者、正常的熔接机，一次合格率≥90%时：
光纤素线光缆≤0.03dB、带状光纤光缆≤0.05dB；
最大熔接损耗，均为≤0.08dB。
1.1.1.3光连接器插入损耗
一个光连接器，由一个法兰盘、两个光插头组成。
插入损耗，分为三个等级：
≤0.3dB、≤0.25dB、≤0.2dB。
一般不用低档、主用中档；要求低插入损耗时，使用高档。
1.1.1.4光分路器插入损耗
光分路器的理论损耗10lg（x%）+附加损耗=插入损耗。
光分路器的理论损耗+附加损耗=插入损耗
分光比
%
理论损耗
dB
分光比
%
理论损耗
dB
附加损耗dB
2
路
3
路
4
路
5、6路
7、8路
9、10路
1
20.0
51
2.9
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
2
17.0
52
2.8
3
15.2
53
2.8
4
14.0
54
2.7
5
13.0
55
2.6
6
12.2
56
2.5
7
11.5
57
2.4
8
11.0
58
2.4
9
10.5
59
2.3
10
10.0
60
2.2
11
9.6
61
2.1
12
9.2
62
2.1
13
8.9
63
2.0
14
8.5
64
1.9
15
8.2
65
1.9
16
8.0
66
1.8
17
7.7
67
1.7
18
7.4
68
1.7
19
7.2
69
1.6
20
7.0
70
1.5
21
6.8
71
1.5
22
6.6
72
1.4
23
6.4
73
1.4
24
6.2
74
1.3
25
6.0
75
1.2
26
5.9
76
1.2
27
5.7
77
1.1
28
5.5
78
1.1
29
5.4
79
1.0
30
5.2
80
1.0
31
5.1
81
0.9
32
4.9
82
0.9
33
4.8
83
0.8
34
4.7
84
0.8
35
4.6
85
0.7
36
4.4
86
0.7
37
4.3
87
0.6
38
4.2
88
0.6
39
4.1
89
0.5
40
4.0
90
0.5
41
3.9
91
0.4
42
3.8
92
0.4
43
3.7
93
0.3
44
3.6
94
0.3
45
3.5
95
0.3
46
3.4
96
0.2
47
3.3
97
0.1
48
3.2
98
0.1
49
3.1
99
0.1
50
3.0
——
——
光分路器，按波长分有三种：
1310nm；1550nm；1310nm、1550nm兼容。
单波长型价格较低，兼容型价格较高。
可根据实际用途，选择光分路器的适用波长。
适用波长错误，光分路器插入损耗将增大。
光分路器如有空闲端，将严重破坏光链路的反射损耗。
为防止失配，空闲端应加尽量大的光衰减器，或尽量长的空纤。
1.1.2无光功率
首先确认光发射机输出光功率正常。
1.1.2.1连接错误
使用红外线仪或在线测量光功率查线、纠错：
光设备与分路器、终端盒、配线架之间的跳线连接是否正确；
终端盒、配线架内，尾纤熔接是否正确，尾纤光纤插头对应的法兰盘是否正确；
光缆接续盒内，光缆、尾缆熔接是否正确。
1.1.2.2光纤断裂
近处，眼观、手摸；
远处，根据纪录，用OTDR、红外线仪查找断裂处。
注意：
红外线光可直视；激光信号不可直视，以防永久性灼伤。
1.1.2.3光连接器断接
特点是，光源端有光信号，加上光连接器却无信号。
可能是光连接器芯子加工短了、或光连接器未插到位、或光连接器端面间有油污或微尘等，都会造成光连接器断接。
1.1.3光功率低
首先确认光发射机输出光功率正常。
1.1.3.1接触不良
光连接器，常因结构不精密、环境不清洁、接插不彻底造成接触不良。
接触不良将造成插入损耗大、反射损耗差。
预防光连接器接触不良：
事先应选择结构精密、插入损耗小的SC/APC光连接器，尽量不用极易接触不良的FC/APC光连接器；
施工时应十分注意工作环境的清洁和操作者手的清洁；
接插前，光纤插头、光法兰盘的软塑料帽不可打开；
每个光连接器由两个插头一个法兰盘、组合而成，接插时，要先清洁、后接插。
如果确认是某个光连接器接触不良，只处理设备外的光纤插头又不见效时，应将设备内的光纤插头拔下来清洁，同时清洁光法兰盘的通孔。
对准插槽接插时，一定要听到“咔巴”的响声；
光连接器的工作环境，应低粉尘、无油污；
正常运行中，至少每半年，应主动清洁一次光连接器。
1.1.3.2熔接损耗过大
用OTDR查找熔接损耗过大处，重新熔接。
1.1.3.3微弯损耗
光纤、跳线、尾纤如有小弯、死弯，将造成光纤损耗大、反射损耗差。
相同的折弯半径，1310nm微弯损耗较小、1550nm微弯损耗较大。
施工时，严格注意光纤、跳线、尾纤顺畅、自然，不允许有小弯、死弯发生；
近处，眼观；远处，用OTDR查找损耗突变处；
室外光缆线路，顺线路观察，光缆、尾缆有无死弯，交接箱、接续盒、光节点的光缆、尾缆有无脱出。
高频调制光链路，反射损耗要求高，严禁用微弯损耗作光衰减器。
1.1.3.4光纤损耗大
极个别光纤，经反复查找，无外部故障，光纤损耗仍然大，说明这根光纤损耗过大，只能更换为备用光纤。
1.1.3.5光连接器端面烧坏
当光功率超过20dBm、光连接器插入损耗较大时，极易发生光连接器端面烧坏的现象，光连接器的插入损耗将增加几dB，或更多。
1310nm光发射机输出光功率比较小，一般限制在13dBm以下，不会发生连接器端面烧坏的现象。
1550nm光放大器，掺铒光纤放大器EDFA输出光功率范围13~23dBm，钇铒共掺光纤放大器YEDFA输出光功率可达27dBm。
其中，输出光功率超过20dBm的型号，都有一定的危险。
为了防止光连接器端面烧坏，除非特殊情况，一般不用≥20dBm的光放大器。
使用超过20dBm的光放大器，配用光连接器的插入损耗应该≤0.2dB。
使用超过20dBm的光放大器，无论工作或测量，必须先关机、后插拔，再开机工作或测量。
一旦发生光连接器端面烧坏，必须同时更换接点两边的插头。
测量大功率输出的光放大器，必须注意光功率计的测量功率上限，测量功率上限不足时，必须通过光分路器衰减后测量，避免烧坏光功率计。
1.1.4反射损耗、光链路损耗异常
1.1.4.1反射损耗正常、光链路损耗大
实际光缆长度比预计的长；
光链路中有衰减器；
光纤损耗大。
1.1.4.2反射损耗差、无损耗突变台阶
光连接器的反射损耗：
低速数字基带信号用，平端面、尖锐球面PC连接器≥35dB；
高速数字基带信号用，平端面、平滑球面UPC连接器≥45dB；
调制信号用，倾斜80端面、平滑球面APC连接器≥60dB。
测量光功率正常，但是，C/N、C/CSO大幅度跌落。
则光链路中有PC、UPC连接器，反射损耗差，却接触良好；或者，光分路器有空闲端。
1.1.4.3反射损耗差、有损耗突变台阶
同时伴有C/N、C/CSO大幅度跌落：
光链路中有PC、UPC连接器；
若确认光链路中均为APC连接器，可能是光连接器接触不良、熔接损耗过大，或者是光链路中有微弯损耗。
1.2电缆及其连接故障
1.2.1电缆温度损耗
国标、部标未作规定，国内外业界均用0.2%/℃的温度系数。
生产厂给出的是20℃时百米电缆损耗值L0。
我国幅员辽阔，各地温度范围差异很大，应根据本地的电缆温度范围，即，夏天直晒最高温度至冬天最低气温，确定中心缆温℃m和等值正负差±Δ℃。
算出中心缆温的电缆损耗Lm，及正负极限温度时的等值偏差±ΔL。
Lm=L0［1+0.2%/℃（℃m－20℃）］
±ΔL=±Δ℃×0.2%/℃×Lm
中国常用百米射频同轴电缆温度损耗
电缆损耗dB
温差正负冷减热加
北部0±45℃
中部20±35℃
南部35±25℃
中心温度
温差正负
中心温度
温差正负
中心温度
温差正负
75-12
5
MHz
0.6
0.1
0.6
0.0
0.6
0.0
65
1.8
0.2
1.9
0.1
2.0
0.1
87
2.1
0.2
2.2
0.2
2.3
0.1
862
7.4
0.7
7.7
0.5
7.9
0.4
75-9
5
1.0
0.1
1.0
0.1
1.0
0.1
65
2.5
0.2
2.6
0.2
2.7
0.1
87
2.9
0.3
3.0
0.2
3.1
0.2
862
9.9
0.9
10.3
0.7
10.6
0.5
75-7
5
1.2
0.1
1.3
0.1
1.3
0.1
65
3.3
0.3
3.4
0.2
3.5
0.2
87
3.8
0.3
4.0
0.3
4.1
0.2
862
12.8
1.2
13.3
0.9
13.7
0.7
75-5
5
1.9
0.2
2.0
0.1
2.1
0.1
65
5.2
0.5
5.4
0.4
5.6
0.3
87
6.0
0.5
6.2
0.4
6.4
0.3
862
18.9
1.7
19.7
1.4
20.3
1.0
1.2.2施工故障
施工过程中，射频同轴电缆经常发生开路、短路、接触不良、电缆变形四种故障，或其综合表现。
电缆开路，等效电路是串联电容；
电缆短路，等效电路是并联电感；
接触不良，等效电路是串联电感；
电缆变形，等效电路是并联电容。
电容的容抗是ZC=1/（2πfC），容抗与频率成反比：
低频容抗很大，串联电容相当于开路，并联电容几乎无影响；
高频容抗很小，串联电容几乎直通，并联电容相当于短路。
电感的感抗是ZL=2πfL，感抗与频率成正比：
低频感抗很小，并联电感相当于短路，串联电感几乎直通；
高频感抗很大，并联电感几乎无影响，串联电感相当于开路。
判断这类施工故障时，由于电缆两端连接着各种有源、无源设备，集中供电的有源和无源设备连接着供电和用电电源，无源设备又有隔直流电容，无法用三用表在线测量电阻。
如需测量电阻，必须将电缆两端的连接拆下来。
排除故障的主要手段，应该是从故障的综合表现入手，分析、判断、查找。
1.2.2.1开路
多发生在连接器部位。
其中，冷拉式铝管外导体在连接器根部，易发生环切现象。
用选频电平表测量电平，低频电平降低的多，高频电平降低的少；
由于低频阻抗过高，失配严重：
模拟电视低频端滞后重影严重、调频广播声音发散、数字信号低频端及上行频段误码严重；
电缆开路，50Hz工频回路不通，集中供电无供电电流；
如果是外导体开路，还同时伴有：
空间杂散电磁波增大、部分低端频道被干扰、模拟电视有变动的花纹、数字信号误码率变差。
检查电缆两端连接器，确认内外导体连接可靠，一般应恢复正常；
如果仍然是开路现象，用三用表，离线测量电缆电阻，将电缆一端的内外导体短路，在电缆的另一端测量电阻开路，说明该电缆的内导体或外导体开路。
1.2.2.2短路
多发生在连接器部位。
用选频电平表测量电平，低频电平降低的多，高频电平降低的少；
由于低频阻抗过低，失配严重：
模拟电视低频端滞后重影严重、调频广播声音发散、数字信号低频端及上行频段误码严重；
电缆短路，50Hz工频电阻极小，集中供电无供电电压；
无空间杂散电磁波增大现象；
如果是电视机引入线短路，则会有虚插比实插效果好的现象。
检查电缆两端连接器，确认内外导体连接可靠，一般应恢复正常；
如果仍然是短路现象，用三用表，离线测量电阻，电缆两端均断开，在任一端测量电阻均短路，说明该电缆内部短路。
可以沿电缆观察；或用惠斯登电桥，分别从两端测出电阻值，算出电缆的短路位置。
电缆线中间短路，大体有三种情况：
制造电缆时，外导体有一两根屏蔽网与内导体短路，可将电缆两端拆下，将电缆一端瞬间接于大电流电源，将短路的屏蔽网烧毁，即可恢复；
架空电缆，被气枪子弹短路；
沿墙敷设电缆，被卡钉短路，或被大头针短路。
1.2.2.3接触不良
多发生在连接器部位。
其中，冷拉式铝管外导体在连接器根部，易发生断裂现象。
用选频电平表测量电平，低频电平降低的少，高频电平降低的多；
高频载噪比降低明显；
集中供电基本正常，只是压降较大；
如果是外导体接触不良，还同时伴有：
空间杂散电磁波增大、部分低端频道被干扰、模拟电视有变动的花纹、数字信号误码率变差；
检查电缆两端连接器，确认内外导体连接可靠，一般应恢复正常；
如果仍然是接触不良现象，说明该电缆内部接触不良。
1.2.2.4电缆变形
可能发生在电缆的任何部位。
铝管外导体电缆受外力挤压后不能恢复；复合外导体电缆可能有小弯、死弯。
用选频电平表测量电平，低频电平降低的少，高频电平降低的多；
高频载噪比降低明显；
集中供电完全正常；
无空间杂散电磁波增大现象。
检查电缆两端，确认可观察范围无电缆变形，说明该电缆中间某处变形。
区别几种电缆连接故障的主要判据表
故障表现
故障原因
开路
短路
接触不良
电缆变形
（等效电路）
串联电容
并联电感
串联电感
并联电容
频率越低电平越低
▲
▲
频率低端重影、误码
▲
▲
频率越高电平越低
▲
▲
集中供电无供电电流
□
集中供电无供电电压
□
供电压降较大
□
外导体故障低频干扰大
★
★
虚插比实插好
电视机引入线
注：
▲电平特点□供电特点★干扰特点
1.2.3高频损耗过大
电缆高频损耗过大，一般是高温、受潮或进水、老化所致。
1.2.3.1高温
架空电缆夏天被暴晒，或电缆敷设于热力管道中，电缆损耗当然增大，但是不应超过0.2%/℃的温度系数。
1.2.3.2受潮、进水
发生在紧固、防护不好的连接器处，或电缆破损处。
室内型设备室外安装。
必须安装在可靠防雨处，或安装在安全的防雨盒内。
室外型设备室外安装。
为预防电缆受潮、进水，施工前检查电缆外观应无破损，施工中注意不使电缆受伤；电缆必须由低向高进入设备，当由高向低进入设备时，必须有滴水弯；连接器的硅橡胶防水圈完好；电缆、连接器紧固正确；合盖设备严格执行三次蝴蝶形紧固的要求；安装、调试完毕加工好热缩套管。
1.2.3.3老化
由于高频集肤效应，如果射频同轴电缆老化，内外导体的表面电阻率增大，电缆的高频损耗必然增大。
电缆老化表现在：
内导体氧化，变黑、变绿；
铝管外导体内表面氧化；
铝塑复合膜外导体的铝膜氧化，粉状脱落。
为防止、延缓内外导体氧化，选购电缆是关键：
内导体表面光亮，且有薄层聚乙烯防护；
铝管外导体内表面，应有油脂防护；
铝塑复合膜外导体的材料至关重要，塑料膜应是不易拉伸的聚酯带，而不是极易拉伸的聚乙烯带，以保证铝膜不会断裂、脱落；铝膜应有足够的厚度，且附着牢固。
施工中，也应严格防水工艺。
如果只是电缆两端老化，两端各切掉1米左右，仍可使用；如果整根电缆内外导体老化，或外护套老化，则应更换新电缆。
1.2.4电缆陷波
如果输入电缆的信号响应平坦，电缆输出的信号中某个或某几个频道信号衰减非常大，这种现象称为电缆陷波。
1.2.4.1电缆发泡度不均匀
判断电缆发泡度不均匀，应首先排除电缆设备失配或故障。
电缆发泡度不均匀，导致阻抗失配，引起电缆陷波。
问题在电缆生产环节，应事先把好电缆选择和质量检验关。
用扫频仪观察电缆的幅频特性，应无陷波点。
1.2.4.2短电缆效应
当电缆、连接器、电缆设备端口阻抗匹配良好时，电缆是传输线，与电缆长度无关。
当连接器或电缆设备端口阻抗匹配不良时，大于、等于一个波长的电缆，是传输线；1/2波长的电缆，是开路线；1/4波长的电缆，是短路线，即会发生电缆陷波现象。
电磁波在自由空间传输时，波长等于速度每秒30万公里除以频率λ=S/F，电磁波在介质中传输时，则会发生波长缩短现象，波长缩短系数是相对介电常数开平方分之一r=1/
。
试算两个极端的数据：
自由空间的相对介电常数εr≈1，则r=1，即无波长缩短；
聚乙烯的相对介电常数εr=2.3，则r=0.66，即波长缩短到66%。
分析电缆长度和波长的关系，必须考虑该电缆的波长缩短系数：
进口竹节电缆，0.93；
进口物理发泡电缆，0.89；
国产物理发泡电缆，0.87；
实心聚乙烯电缆，0.66。
排除这种故障，首先应解决连接器、电缆网设备阻抗匹配不良的问题。
适当加长电缆长度，能缓解或消除电缆陷波现象，这是因为：
一是变低了阻抗匹配最差的频率；
二是电缆损耗略有增加之后，起到了一定的失配缓冲作用；
三是电缆加长至大于、等于一个波长时，已经变成了传输线。
1.3电缆连接器
1.3.1室外电缆连接器
室外设备，使用5/8＂-24系列连接器，选择尽量直通的型号，严禁转接；除监测端口外，禁止使用F座转5/8＂-24的转接器。
1.3.2室内电缆连接器
1.3.2.1F插头
室内设备，使用国际通用的英制F系列连接器。
目前有五种结构：
卡环型，连接不可靠，双向HFC系统中弃用；
螺旋紧固型，对电缆线和连接器的适配直径要求很严格；
冷压六角型，总有六个顶角，不利于屏蔽、防水，需线、头、钳匹配；
冷压尾锥型，是冷压六角形的改进型，屏蔽、防水，也需线、头、钳匹配；
纵向挤压型，是一种新型连接器，欧美比较普及，屏蔽、防水，适应性强，应该推广。
制做纵向挤压型接头，需要使用专用的接头制做工具，步骤如下：
将接头尾套套入到电缆上：
切割电缆端面：
用专用的剥线工具切割外护套和物理发泡绝缘：
1/4＂=6.35mm
将屏蔽网向后卷，并将接头的主体部分卸下，套在切割好的电缆端头上：
使用专用工具将该接头的尾套部分与主体部分挤压成一个整体：
1.3.2.2F插座
结构，应使用有中孔的三瓣弹簧片，接触电阻小、电缆内导体插入时变形小；
材料，弹簧片应使用弹性持久的铍青铜，防止内导体接触不良。
1.4光电复合线路
光节点既是下行光电转换点，又是上行电光转换点，是光电传输的关键点。
1.4.1光接收机输入光功率与输出电平的变化关系
功率分贝的定义式：
10lg（px/py）。
电压分贝的定义式，由10lg（px/py）变化而来：
=10lg〔（ux2/R）/（uy2/R））〕；
=10lg（ux/uy）2；
=20lg（ux/uy）。
由功率分贝定义式变化为电压分贝定义式说明，一个功率分贝值对应于一个确定的电压分贝值，当功率分贝值变化1dB时，电压分贝值变化2dB。
所以，光接收机输入光功率dBm变化1dB，光接收机输出电平dBμv就随之变化2dB。
1.4.2各频率电平差与光路无关
1.4.2.1光收发、宽放的平坦度
GY/T143对光收发平坦度的规定：
光发射机±0.75dB，光接收机±0.75dB。
GY/T185对宽放平坦度的规定，也是±0.75dB。
光电链路的平坦度：
光收发，平坦度约为±1.2dB；
光收发加一级宽放，平坦度约为±1.5dB；
光收发加两级宽放，平坦度约为±1.7dB。
实际上，平坦度只与光发射机电光转换之前和光接收机光电转换之后的电路有关；与光发射机电光转换至光接收机光电转换之间的光路无关。
简言之，平坦度与光路无关，只与电路有关。
1.4.2.2平坦度与光路无关
GY/T143对波长范围的规定：
1310nm光发射机±20nm，1550nm光发射机±5nm；
光接收机1310nm、1550nm双波长。
以上三者波长范围最窄的是，1550nm光发射机±5nm。
电缆网的频率范围，上行5~65MHz，下行87~862MHz，近似认为总体是0~1000MHz。
1550nm中心波长的频率是3×108/1550×10-9=193548387.1MHz。
1550nm对应的中心频率±500MHz分别是：
193548387.1+500=193548887.1MHz；
193548387.1-500=193547887.1MHz。
中心频率±500MHz，1550nm的波长变化分别是：
3×108/193548887.1×106=1549.995996nm；
3×108/193547887.1×106=1550.004004nm。
1550nm±500MHz时的波长偏离是±0.004004nm，只占波长范围±5nm的0.004004/5=0.08008%，不到千分之一。
所以，0~1000MHz的平坦度，与光路毫无关系。
因此，凡是平坦度差、正倾斜大、反倾斜大等故障，均与光路无关，只应在电路的范围内查找。
1.4.3光电线路电平规则高低变化
1.4.3.1光路引起的电平高低变化
光发射机输出光功率，因老化而降低；
光连接器接触不良，导致光接收机输入光功率有时高、有时低。
1.4.3.2温度变化引起的电路电平高低变化
光节点内的宽放、宽放，增益有温度漂移。
GY/T185规定，以20℃为基准，-25℃、+55℃时，增益漂移≤±3dB；
温度高时，电缆损耗增大，电平降低，电平倾斜减小；
温度低时，电缆损耗减小，电平升高，电平倾斜增大。
温度试验证明：
温度高，宽放增益降低、电缆损耗增大，两个因素均使电平降低；
温度低，宽放增益增高、电缆损耗减小，两个因素均使电平升高。
1.4.4光电线路电平异常高低变化
与光路无关，只与电路有关。
1.4.4.1频率低端电平低
个别地方沿用原来纯电缆网的方式，前端倾斜输出，造成光发射机输入倾斜，频率低端电平低、频率高端电平高，应改为平坦输入；
光发射机输入前的混合、分配线路开路；
光发射机激光器前的电路开路；
光接收机光电转换后的电路开路；
宽放内电路开路；
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