通訊系統(tǒng)中光纜監(jiān)測相關(guān)技術(shù)分析

魏世鵬

國家廣電總局五五四臺，河南滎陽 450100

0 引言

通信網(wǎng)是一種使用交換設(shè)備、傳輸設(shè)備，并將地理上分散用戶終端設(shè)備連接起來，實(shí)現(xiàn)通信和信息交換的網(wǎng)絡(luò)信號交換系統(tǒng)。光纜監(jiān)測系統(tǒng)則是一種對光纜的光功率進(jìn)行監(jiān)控、判斷是否存在信號異常并進(jìn)行告警的系統(tǒng)。其功能和作用是，對光纜線路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和實(shí)時(shí)信號采集，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總與比對分析，做出正確的評價(jià)，當(dāng)監(jiān)測出現(xiàn)告警時(shí)，系統(tǒng)將采用多種方式對光纜進(jìn)行測試，以獲取被監(jiān)測光纜所產(chǎn)生故障點(diǎn)所在的位置，為線路維護(hù)提供科學(xué)的支撐，以便及時(shí)采取對應(yīng)措施。

一般來說，當(dāng)前的光纜監(jiān)測在用系統(tǒng)，主要由3大部分組成，即監(jiān)測中心、監(jiān)測站和操作終端，分3個(gè)方面，即信息實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)分析比對、運(yùn)行情況評價(jià)告警。

1 光纜測量技術(shù)

1.1 OTDR

OTDR的英文全稱是Optical Time Domain Reflectometer，中文意思為光時(shí)域反射儀。OTDR是利用光線在光纖中傳輸時(shí)的瑞利散射和菲涅爾反射所產(chǎn)生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表，它被廣泛應(yīng)用于光纜線路的維護(hù)、施工之中，可進(jìn)行光纖長度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測量。

1.2 光纜測量技術(shù)的基本原理

現(xiàn)行的光纜測量技術(shù)，是基于對光纜特性進(jìn)行測量的技術(shù)，是一種光時(shí)域反射（OTDR）測量技術(shù)的研究。其基本的工作方式是以連續(xù)的高能量激光脈波，先射入光纖，然后測量回波強(qiáng)度和時(shí)間，再根據(jù)計(jì)算分析激光脈波在光纖中傳輸?shù)木嚯x。這一點(diǎn)，與雷達(dá)的工作方式相似。

具體來說，脈沖發(fā)生器發(fā)出脈沖驅(qū)動(dòng)激光二極管，經(jīng)方向耦合器，射入光纖，再經(jīng)過耦合器進(jìn)入光電探測器轉(zhuǎn)換成電信號，信號放大，結(jié)果顯示分析。如果出現(xiàn)信號告警，則可以測試出光纖的長度、接頭損耗、斷點(diǎn)位置、連接器等各種參數(shù)。

根據(jù)公式：d=（c×t）/2（IOR），就能精確測量出距離。

式中：c是光在真空中的速度，而t是信號發(fā)射后到接收到信號（雙程）的總時(shí)間（兩值相乘除以2后就是單程的距離），IOR是光纖的折射率（這個(gè)是廠家測量提供的）。

2 監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)方案分析

現(xiàn)行的光纜監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)方案主要分二種，一種是在線監(jiān)測，另一種是離線監(jiān)測（也叫備纖監(jiān)測）。

相比于離線監(jiān)測，在線監(jiān)測更為復(fù)雜，是一種采用波分復(fù)用技術(shù)，即將測試波和工作波復(fù)合在一起，射入光纖，工作波正常工作，測試波則擔(dān)負(fù)起監(jiān)測任務(wù)其中，二種波共享一種工作介質(zhì)，但因波長不同，互不干擾，互不影響。

這種監(jiān)測技術(shù)最明顯的優(yōu)勢是測試直接反應(yīng)光纜纖芯的工作狀態(tài)，但也還存在明顯的不足：一是需要增加波分復(fù)用模塊和OTDR 雜光濾波模塊，工作設(shè)計(jì)更加復(fù)雜且投資明顯增加；二是兩種波長的光波同時(shí)運(yùn)行，需要在光纖中插入光器件，引入了插入損耗和故障點(diǎn)，可能會(huì)對在用業(yè)務(wù)將有直接影響；三是如果對已有系統(tǒng)進(jìn)行改建，影響太大，對主要干線來說，通信業(yè)務(wù)會(huì)導(dǎo)致中斷或者造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

鑒于此，在現(xiàn)行的光纜監(jiān)測中，很多都是采用的離線監(jiān)測方案，即對同一光纜的備用纖芯進(jìn)行測試，而不直接對使用光纖測試。因此，通過測試備用光纖就可以基本上能夠反映工作光纖的基本性能，在成本、安全性和可維護(hù)性等方面，離線監(jiān)測系統(tǒng)更容易為各方所接受。

3 監(jiān)測站點(diǎn)（RTU）與監(jiān)測路由選擇分析

3.1 監(jiān)測站點(diǎn)及路由選擇

通信網(wǎng)是一個(gè)具有環(huán)路相切的網(wǎng)格型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于通訊系統(tǒng)的特殊性，變電站和供電所即為通信的通信站點(diǎn)，而且所有的變電站通信業(yè)務(wù)都必須具備光纖環(huán)路保護(hù)，這樣在光纜線路的切點(diǎn)或者是匯接點(diǎn)處正好是設(shè)置RTU 的站點(diǎn)，可以采用光開關(guān)來實(shí)現(xiàn)對盡可能多的方向進(jìn)行監(jiān)測，充分發(fā)揮監(jiān)測站的功能。

3.2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中分支路由選擇

通信光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并不是簡單的幾個(gè)站點(diǎn)組成，而是有幾十或者上百個(gè)站點(diǎn)組成的一個(gè)巨大且復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，分支線路和環(huán)路節(jié)點(diǎn)多。

在監(jiān)測中，要對主干線路和分支線路進(jìn)行全面監(jiān)測，必須根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)配置多個(gè)監(jiān)測站。目前現(xiàn)行的做法是采取備纖迂回法和光開關(guān)級聯(lián)法。既減少了使用光開關(guān)的數(shù)量，降低監(jiān)測成本，又大大降低對外加光開關(guān)設(shè)備引起的額外線路損耗。

4 光纜地理長度與測試光纖長度的對應(yīng)變換

在實(shí)際施工中，為了保證光纜的斷纜熔接或者以后一些遷移，每隔一定的距離和進(jìn)站都會(huì)采用一段余纜。由于測試長度是按地理緯度換算的，而故障點(diǎn)的出現(xiàn)是在實(shí)際的線纜上產(chǎn)生的，這樣一來，測試光纖長度與地理長度就會(huì)有不同的差別，即測試路由就與實(shí)際的地理路由就不一致，這就要求我們要做對應(yīng)的變換。

一般情況下有如下的兩種方式：一是按比例縮小測試光纖長度，即對測試光纖整條實(shí)際長度與測量的實(shí)際距離按比例縮小變換。但如果光纜余纜分布誤差太大，則誤差會(huì)很大。二是對余纜點(diǎn)進(jìn)行特殊處理，在地理長度運(yùn)算時(shí)將余纜的長度也進(jìn)行運(yùn)算，并將實(shí)現(xiàn)地理長度與測試光纖長度的對應(yīng)。

當(dāng)然，在實(shí)際的應(yīng)用中，還有許多存在除余纜外的影響因素，這就要求我們根據(jù)實(shí)際的情況，結(jié)合線路資料進(jìn)行靈活處理，盡可能減少誤差。

[1]弓偉才.通信網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)方案[J].中國科技博覽，2009(32)：112.

[2]王嫣華.光纜測量及熔接[J].黑龍江科技信息，2008(29)：19.