楊新華

【摘要】隨著我國通信信息技術(shù)的不斷發(fā)展，通信光纖傳輸需求逐漸增大，傳輸安全性和穩(wěn)定性要求越來越高，為了更好的實現(xiàn)信號傳輸穩(wěn)定，需要定期對通信光纜故障點智能定位檢修，避免出現(xiàn)故障點誤判或者漏判，本文基于通信光纜線路故障點定位分析，詳細(xì)分析了OTDR光時域反射儀對故障點的檢測，通過小波變換模極大值信號奇異點理論，結(jié)合閾值法解決去噪問題，準(zhǔn)確找出光纜故障點位置，有效提升通信速度，推動通信事業(yè)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】通信技術(shù);光纜線路;故障點;定位檢測

隨著我國光纜通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖已經(jīng)應(yīng)用到國家建設(shè)中，光纖具有傳輸效率高、穩(wěn)定、安全的特點，大大方便了工業(yè)生產(chǎn)和人們生活，但是，如果光纖設(shè)施發(fā)生損害，勢必會引起通信故障，影響通信的正常傳輸，因此，在通信光纜線路鋪設(shè)中一定要做好監(jiān)察工作，出現(xiàn)故障就能準(zhǔn)確找出故障點的位置，及時進(jìn)行搶修，減少經(jīng)濟損失。目前，光纜在線監(jiān)測系統(tǒng)中多數(shù)采用OTDR（光時域反射儀）進(jìn)行監(jiān)測，通過觀察返回的曲線進(jìn)行故障點的檢測任務(wù)，但是該方法存在一定的弊端，并且信號會出現(xiàn)不同程度的誤差，所以，在進(jìn)行OTDR曲線分析的時候，一定要考慮到噪音的影響，解決的方法就是要對OTDR曲線進(jìn)行降噪處理，增強監(jiān)測點的準(zhǔn)確性，保留信號本身的特性，本文采用小波變換模極大值方法，對OTDR曲線進(jìn)行故障點智能定位檢測，增強對故障點的識別判斷能力，將模極大值和閾值法結(jié)合起來，根據(jù)模極大值隨尺度的變化進(jìn)行噪音和信號識別，確定合適的閾值，去除噪音對信號的損害，以此來判斷故障點的位置。

1. 通信光纜傳播原理及監(jiān)測方式

1.1 傳播原理

通信光纜在進(jìn)行光傳播的時候，從攝入角度α進(jìn)入光纖內(nèi)，在光纖入射段纖芯處接受光纖容量，可以用數(shù)學(xué)孔徑NA表示，如圖-1所示：

在等式中，α0是最大的臨界角入射角度，n1和n2分別為光纖芯折射率和包層折射率，光纖大于臨界角α0時，無法進(jìn)行穩(wěn)定;反之，能夠在光纖中穩(wěn)定性傳輸，隨著信號入射角度的不同，光纖傳輸是不同的，從一個很小的入射角度入手的信號，可以從另外一個光纖中射出，同時，大入射角進(jìn)入的信號會從一個很小的角度并且很長的軌道中傳輸出來，這樣就是入射角越大，所傳輸?shù)木嚯x也越短。

1.2 通信光纜的特性

通信光纜的監(jiān)測點呈分布式設(shè)立。光纜一般深埋或者架高，并且在固定位置會設(shè)置一個監(jiān)測點，對于長距離通信光纜，需設(shè)置多個監(jiān)測點，人工維護(hù)難道較大。

其次，通信光纜敷設(shè)距離長。長距離的通信光纜傳輸，需要很長的線路作為載體，其維護(hù)費用和線路經(jīng)過的地點也很高。再次，由于在光纖傳輸中，線路太長，不可避免的出現(xiàn)線路中斷情況，經(jīng)過的地點環(huán)境復(fù)雜，自然災(zāi)害以及人為破壞的幾率是非常大的。此外，受到環(huán)境影響大。光纖很脆弱，容易發(fā)生斷裂，主要是受到不同環(huán)境影響會發(fā)生變化。

通信電纜一般都設(shè)置在室外，其線路長、環(huán)境復(fù)雜、其自然災(zāi)害、社會環(huán)境的影響，光纜受到的外在損害非常大，對于不可抗力或者人為損害，檢修人員也無法進(jìn)行預(yù)判，不能完全預(yù)測到光纜故障的損害情況，目前，維護(hù)部門通常采用人工檢測監(jiān)督工作，強化維護(hù)管理，提升管理效率，結(jié)合當(dāng)下的檢測系統(tǒng)進(jìn)行日常維護(hù)。

1.3 監(jiān)測方式分析

目前，通信光纜線路故障點的監(jiān)測方式有以下幾種：

①在線監(jiān)測：利用OTDR（光時域反射儀）和光傳輸設(shè)備工作波長進(jìn)行在線監(jiān)測，利用波分復(fù)用器（WDM）濾光器（FILTER）和程控光開關(guān)（OSW），通過以上幾種技術(shù)，可以實時對通信光纜線路運行進(jìn)行在線實時監(jiān)測;

②備纖監(jiān)測：通過OTDR（光時域反射儀）對通信光纜中備用光纖運行情況進(jìn)行實時監(jiān)測;

③離線監(jiān)測：在光纖設(shè)備整機停用、定期維護(hù)以及更換或者離開光纜線路時，該系統(tǒng)可以對被監(jiān)測光纖運行進(jìn)行監(jiān)測;

④跨段檢測：一般可以采用光纖設(shè)置源設(shè)備和無源光器件檢測，可以對光纜上的設(shè)備點同時進(jìn)行在線遠(yuǎn)程監(jiān)測、離線以及備纖監(jiān)測。

2. 通信光纜故障檢測技術(shù)現(xiàn)狀評價

光纖通訊監(jiān)測系統(tǒng)融合通信技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、檢測技術(shù)、光學(xué)測量技術(shù)、地理信息技術(shù)以及北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)等等，系統(tǒng)的綜合運用能對通性光纜和被監(jiān)測光纜傳輸?shù)奶匦?、故障點、阻斷障礙實現(xiàn)分布式遠(yuǎn)程自動監(jiān)測。采用TCP/IP通信協(xié)議進(jìn)行互聯(lián)互通，通信光纜線路引進(jìn)該系統(tǒng)，能夠強化對光纖傳輸中問題的反饋和及時處理，提升通信光纜的傳輸性能，隨著國家提升通信服務(wù)質(zhì)量，光纖通信傳輸?shù)臄?shù)量和質(zhì)量將有很大提升，傳輸信息能力也在逐步增強，隨之單位時間線路阻斷損耗也會加大，因此，通信光纜故障點檢測十分必要，這對進(jìn)一步提高光纖通信可靠性，如何更加合理有效的監(jiān)控和管理，準(zhǔn)確捕捉故障隱患，防止光纖傳輸中中斷具有重要意義。

當(dāng)前，通信光纜故障點的檢測技術(shù)主要依賴于光纖檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能遠(yuǎn)程、實時對被監(jiān)測光纖進(jìn)行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)線路的故障和安全隱患，檢測的種類分為：定期測試、點名測試以及故障警告測試等。在通信光纜日常運行過程中，需要進(jìn)行定期檢修，檢測光纖或者某一條指定光纖傳輸損耗、長度以及傳輸數(shù)據(jù)以及接口連接參數(shù)等等，一旦發(fā)現(xiàn)光纖出現(xiàn)損害的時候，系統(tǒng)會進(jìn)行預(yù)警，并實時對光纖故障點判斷，通過標(biāo)準(zhǔn)化流程體系發(fā)出告警信號，準(zhǔn)確、迅速找出故障點問題，并通知相關(guān)檢修人員檢修。在光纖檢測中，監(jiān)測站點自動檢測模塊通過采集設(shè)備單元檢測光功率數(shù)據(jù)采集，不斷將收集的信息傳輸?shù)焦夤β士刂茊卧希硗?，光功率控制單元對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常會告警并將異常數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測中心上，監(jiān)測中心再對比對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，對發(fā)生的警告限值光功率變化實時警告，判斷是哪一段光纜出現(xiàn)故障。同時，遠(yuǎn)程實時自動快速啟動監(jiān)測站的光時城反射測試儀和光開光對故障電纜和光纖進(jìn)行故障告警測試，將測試異常數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)椒治鲋行?，進(jìn)行綜合比對后，確定故障點的位置、告警信息以及類型，采取相應(yīng)的告警方式。

3. 通信光纜線路結(jié)構(gòu)及影響故障點的因素

3.1 通信光纜線路主要結(jié)構(gòu)

通信光纜線路主要結(jié)構(gòu)由纜芯、護(hù)層組成，纜芯是通信光纜的核心，是最重要的部分，它包括光導(dǎo)纖維、絕緣銅導(dǎo)線以及加強芯等，光導(dǎo)纖維就是光纖，用于信號的傳輸，信息會從一點傳輸?shù)搅硪稽c;加強芯主要是鋼絞線，主要起到強化光纜的拉力作用;絕緣銅帶線主要是方便維護(hù)和操作等，傳輸不會中斷;護(hù)層主要保護(hù)整個光纜不受到外力及自然力的損害，保護(hù)并覆蓋整個纜芯外面。

3.2 影響光纜線路故障點準(zhǔn)確性的因素

3.2.1 故障點產(chǎn)生原因

對通信光纜線路故障點的處理，首先，要確定外部點位是否有損傷，比如：光纖斷裂、電源中斷情況等等，還應(yīng)該考慮傳輸設(shè)備故障問題，光纜線路的故障主要原因可以分為：

①光板側(cè)發(fā)出R-Los警告，可判斷出光纜受到外力影響，比如查看光纜是否挖斷、拉斷情況;②系統(tǒng)發(fā)出誤碼的告警，這是因為光纜在敷設(shè)過程中，光纜線路不穩(wěn)定、通信中斷或者輕微污染導(dǎo)致的。③光纖周期使用過長，不加以維護(hù)和修理，必然會導(dǎo)致性能下降，衰耗指數(shù)、色散特性受到影響，光纖會出現(xiàn)中斷，另外，光纖受到外力影響，也會造成衰耗周期增加。

因此，只有確定通信光纜線路故障點，運用PTDR對其整體檢修，才能判斷故障點位置以及性質(zhì)，在受到自然災(zāi)害、線路測試的時候，光纜會出現(xiàn)告警，這就需要檢修人員及時檢查點位位置，快速處理解決。

3.2.2、故障點查找的準(zhǔn)確度影響

精準(zhǔn)找到通信光纜線路故障點位置，必須提前將各個光纜線路、卡扣做出詳細(xì)了解，由于OTDR自身存在一定偏差，其主要工作原理是根據(jù)周期內(nèi)被檢測光纖發(fā)出光脈沖，依據(jù)設(shè)置的速率對光纖背向散射信號執(zhí)行抽樣、編碼等，將信息進(jìn)行分析攝取，OTDR儀表存在一定的誤差，誤差主要在分辨率上存在，對通信光纜繼續(xù)故障點定位，如果采用OTDR儀表，其使用參數(shù)定位不準(zhǔn)、為恰當(dāng)采用里程范圍、光標(biāo)定位不準(zhǔn)等，極易造成誤差，所以，OTDR儀表與故障點的檢測結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

另外，不同廠家生產(chǎn)的儀器設(shè)備，因生產(chǎn)工藝和配置參數(shù)不同，所檢測的光纖故障點定位也存在一定差異，這就需要在使用OTDR儀表時，要充分了解儀器性能和功能特性，做好提前規(guī)劃，首先設(shè)定合理的儀表參數(shù)，折射率是一個重要的參數(shù)，如果在通信光纜線路故障點檢測存在差異，可通過分段法，減少因為折射率導(dǎo)致誤差，OTDR儀表一般設(shè)置檢測距離分辨率為1米，表示圖形放大到水平刻度25米/格下，可以順利實現(xiàn)。這樣儀表設(shè)置為每25格代表1滿格，在這樣的背景下，光標(biāo)每次移動一步，表示移動為1米，讀出響應(yīng)分辨率，如果設(shè)置為分辨率為2公里一格的話，光標(biāo)每次移動一步，距離會產(chǎn)生80米的偏差，所以，具體測量檢查的時候，所選擇的范圍越大，測試結(jié)果差別越大，針對此種情況，OTDR曲線要通過采集不同的參數(shù)，多次采樣，計算出執(zhí)行平均數(shù)，有效減小誤差。

4. 故障點定位檢測技術(shù)的運用

4.1 光時域反射儀的作用

對通信光纜故障點檢測時，可通過光時域反射儀，能夠清楚的找到故障點位置，為后續(xù)的維修工作開展提供便利，工作人員能便于檢修，通過光時域反射儀對光敏性、瑞利散射以及菲涅爾反射特性的檢測，對通信傳輸過程發(fā)射應(yīng)用到激光脈沖信號，實現(xiàn)光時域反射和檢測光纜新路的鏈接，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析和編碼處理，從而得出故障點信息。

4.2 光時域反射儀的運用方法

4.2.1 參數(shù)設(shè)置要點

在實際故障點定位檢測工作中，工作人員可根據(jù)儀器特性，保障儀器檢測數(shù)據(jù)參數(shù)的規(guī)范性，因為，受到環(huán)境和人為因素的影響，其檢測參數(shù)設(shè)置會有一定的誤差，影響準(zhǔn)確性，其參數(shù)主要包括折射率、分辨率以及光標(biāo)，這就需要專業(yè)人員對其進(jìn)行分段式定位和檢測，避免誤差，分辨率控制在1米，光標(biāo)定位為20步為一個滿格。

4.2.2 去噪處理要點

通信光纜線路故障點智能定位檢測中，噪聲污染是一個重要因素，為了能夠準(zhǔn)確獲取故障點數(shù)據(jù)，避免因為噪聲對光信號的不利影響，就需要對光源信號進(jìn)行去噪處理，采用小波段變換方法對儀器曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，獲得不同尺度下小波段系數(shù)對應(yīng)的模塊數(shù)值，再進(jìn)行閾值處理，對小波段重構(gòu)，最終完成去噪。

在實際工作中，專業(yè)技術(shù)人員要多了解光時域反射儀的功能和使用方法，強化對儀器的測試控制，縮短檢測時間，降低噪音影響。

4.2.3 奇異信號處理要點

使用光時域反射儀時，對可識別信號和異常信號做好處理，其中可供模式下的識別信息都會出現(xiàn)在儀器中，就是異常狀態(tài)下的事變信號或者瞬態(tài)信號，進(jìn)行檢修過程中，對奇異信號的運用能提高檢測準(zhǔn)確率和工作效率，為工作人員檢修提供便利，在工作中，如果發(fā)現(xiàn)可微性表述的信號函數(shù)出現(xiàn)中斷或者導(dǎo)數(shù)沒有連續(xù)，說明存在奇異點，所以，在進(jìn)行去噪處理的時候，通過計算Lipschitz指數(shù)α，準(zhǔn)確找出故障點定位。

5. 通信光纜故障點修復(fù)對策

5.1 OTDR技術(shù)的使用

通信光纜線路故障點檢測中，OTDR技術(shù)起到了關(guān)鍵性作用，這對前期檢測工作十分必要，OTDR可以檢測光纖長度、距離、衰耗、鏈接質(zhì)量等等，通過光纖發(fā)射光脈沖，利用端口進(jìn)行信息接收、確定信息質(zhì)量，在光脈沖傳輸中，光纖性質(zhì)、彎曲度、結(jié)合點等進(jìn)行反射、散射。通過反饋傳輸?shù)絆TDR上，隨后后臺會根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，檢測光纖測試熔點值和彎曲情況，這些都會造成光能損耗，OTDR檢測散射強度降低，如果脈沖遇到了連接器、光纖遠(yuǎn)端就會產(chǎn)生反射，根據(jù)反射光的實際情況即可得出損耗量和故障距離。

5.2 OTDR曲線分析處理

當(dāng)通信光纜線路出現(xiàn)故障的時候，OTDR曲線會顯示異常，并且提前做出告警，系統(tǒng)可判斷故障點位置，如果曲線沒有什么變化，則表示光纖故障出現(xiàn)在盲區(qū)中，盲區(qū)位置為10米到20米，這就要準(zhǔn)確找出故障點的位置，對室內(nèi)ODF進(jìn)行檢查，要檢查終端盒的卡扣、尾纖盤留半徑、尾纖擠壓狀態(tài)、拉拽情況等等，采用紅筆頭繼續(xù)斷點檢查，出現(xiàn)了尾纖、法蘭問題紀(jì)要及時更換，確保露天線纜的安全穩(wěn)定。

5.3 曲線遠(yuǎn)端和實際長度不符

曲線遠(yuǎn)端和實際長度不符一個重要的原因是光纖損耗過大或者光纖斷裂，在實際智能定位檢測工作中，要準(zhǔn)確找到這些故障點，對于光纖斷裂情況要檢測接頭位置，一旦發(fā)現(xiàn)接頭沒接好，就需要打開接頭盒，進(jìn)行仔細(xì)排查，如果接頭沒有問題，就要將光纖纏繞在手指上，對光纖型號衰減測試，如果出現(xiàn)信號異常情況，就要找到故障點的位置，如果還有異常信號，還需要纏繞手指，直到檢查出故障點，在檢查的時候，要格外的仔細(xì)，按照規(guī)范操作流程來，及時將熔斷點或者斷裂點，及時修復(fù)，保障通信光纖線路暢通安全。

6. 總結(jié)

綜上所述，通信光纜線路中故障點智能定位檢測對保障信號傳輸至關(guān)重要，光時域反射儀作為重要的檢測工具，值得推廣應(yīng)用，通過本文的分析，在實際故障點定位檢修中，通信專業(yè)技術(shù)人員要學(xué)會運用光時域反射儀數(shù)據(jù)參數(shù)，通過小波變化模極大值進(jìn)行光信號處理，實現(xiàn)光脈沖信號的不失真，從而準(zhǔn)確找出故障點，做出及時處理，保障通信光纜線路傳輸暢通。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙玉峰.淺談電力通信光纜線路故障、維護(hù)要點及途徑[J].數(shù)碼世界，2018（08）：45.

[2]許娜，王景.電氣設(shè)備故障的類型及產(chǎn)生原因[J].自動化與儀器儀表，2014，（6）：186-188.

[3]杜春輝.基于LabVIEW的光纜故障信號檢測與處理[D].長春：長春理工大學(xué)，2016.

[4]李偉.結(jié)合小波變換與GIS地圖的電力通信光纜故障定位及管理系統(tǒng)[D].重慶：重慶大學(xué)，2015.

[5]高晶.基于ArcGISEngine的農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[[D].北京：中國科學(xué)院大學(xué)（中國科學(xué)院工程管理與信息技術(shù)學(xué)院），2017.

[6]衷宇清，姜智堅.基于GIS的廣州電力通信資源管理系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)通信，2005（11）：53-56+59.

[7]高劍波，劉學(xué)鋒.通訊光纜選線的遙感及GIS輔助決策分析[[J].地理空間信息，2005（05）：21-22+34.