光纜線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在鐵路通信中的應(yīng)用

張強(qiáng)強(qiáng)

摘要：隨著鐵路通信網(wǎng)的逐步建設(shè)和完善，光纜及光纖資源越來越豐富，如何高效管理這些資源，包括資源類型、數(shù)量、分布狀況、工作狀態(tài)和主要特性參數(shù)的管理，使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維部門能夠迅速方便的從中獲取相關(guān)的信息，進(jìn)而對(duì)這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行再加工和利用，又成為網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理更高層次的要求。在光纜發(fā)生故障時(shí)及時(shí)獲取故障信息和故障點(diǎn)的地理位置，及時(shí)排除故障，不但對(duì)于保證光纜線路的傳輸質(zhì)量，而且對(duì)鐵路行車安全極為重要。

關(guān)鍵詞]：鐵路通信;光纜;集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

前 ?言

鐵路通信網(wǎng)由基礎(chǔ)承載網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)及支撐網(wǎng)構(gòu)成。基礎(chǔ)承載網(wǎng)為各業(yè)務(wù)網(wǎng)提供連接服務(wù)，基礎(chǔ)承載網(wǎng)由以光纖為傳輸介質(zhì)的傳輸系統(tǒng)構(gòu)成。業(yè)務(wù)網(wǎng)包括：公務(wù)通信網(wǎng)、調(diào)度通信網(wǎng)、會(huì)議電視、電報(bào)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)、客運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)等，所有業(yè)務(wù)網(wǎng)均承載于基礎(chǔ)承載網(wǎng)上。支撐網(wǎng)包括時(shí)鐘同步網(wǎng)、信令網(wǎng)和電信管理網(wǎng)。

一、鐵路通信中建立光纜線路集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性

1.鐵路光纖通信系統(tǒng)的重要性

隨著通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求和傳輸技術(shù)的發(fā)展，光纖以其頻帶寬、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)已成為通信系統(tǒng)的主要傳輸介質(zhì)。鐵路通信網(wǎng)為了滿足迅速增長的業(yè)務(wù)需求，提高服務(wù)質(zhì)量，特別是光纖傳輸介質(zhì)抗強(qiáng)電磁干擾的能力非常適合于電氣化鐵路，光纖通信系統(tǒng)已成為鐵路基礎(chǔ)承載網(wǎng)的主體。鐵路光纖通信系統(tǒng)對(duì)擴(kuò)大和提高鐵路運(yùn)輸能力，提高行車密度和保障行車安全，改善調(diào)度指揮條件，為鐵路運(yùn)輸部門實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的傳輸、交換、處理各種信息，提高鐵路的運(yùn)輸質(zhì)量，促使鐵路運(yùn)輸逐步由限制型向開拓型轉(zhuǎn)變，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

2.建立光纜線路集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性

鑒于鐵路光纖通信系統(tǒng)在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)指揮中的重要性和光纜敷設(shè)環(huán)境的特殊性，鐵路光通信系統(tǒng)建設(shè)時(shí)考慮的首要問題是其安全性。隨著通信網(wǎng)絡(luò)中光纜數(shù)量的增加以及早期鋪設(shè)的光纜接近使用年限，出現(xiàn)了大量因光纜接頭盒滲水，衰耗隨時(shí)間推移而增大等影響通信的現(xiàn)象，光纜線路因受到鐵路施工、建筑挖方、開采巖石、山體滑坡和其他意外事故造成的光纜中斷或損傷等事故也時(shí)有發(fā)生。

因此，鐵路通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維部門迫切需要隨時(shí)、快速和準(zhǔn)確地了解光纖通斷狀況及主要參數(shù)，以便在光纖發(fā)生故障時(shí)及時(shí)的獲取故障信息，準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)的地理位置，及時(shí)排除故障;或者在光纖特性發(fā)生劣化之前及時(shí)進(jìn)行更換，確保光纖線路的傳輸質(zhì)量。滿足這一需求的解決方案是建立光纜線路集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖線路的光層傳輸性能、衰減變化及光纖阻斷等的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

二、傳統(tǒng)的光纜線路維護(hù)模式存在的問題

傳統(tǒng)的光纜線路維護(hù)模式是：當(dāng)光纜線路發(fā)生故障后，機(jī)房值班人員根據(jù)設(shè)備的報(bào)警信息確定故障線路所在區(qū)段，然后用光時(shí)域反射儀（OWDR，Optical Time DomainReflectometer）在該區(qū)段進(jìn)行測(cè)量確定故障點(diǎn)，最后通知線路搶修人員趕往具體地點(diǎn)進(jìn)行搶修。

這種被動(dòng)的搶修維護(hù)方式配合復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且這種方式造成的延誤往往不可忍受，同時(shí)，這種方式不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除光纜線路中的多種衰減積累造成的阻斷（比如光纜在承受壓力負(fù)荷、小半徑彎曲或接頭盒進(jìn)水導(dǎo)致的光纖傳輸特性的劣化等）。

與傳統(tǒng)光纜線路維護(hù)方法過分依賴于人工，效率低下，難以保證高速、寬帶、大容量光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)的暢通相比，光纜集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為光纜線路維護(hù)部門提供了一種先進(jìn)的維護(hù)手段，通過對(duì)光纜實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)視、報(bào)警信息的自動(dòng)分析，自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)定位、自動(dòng)派修，從而達(dá)到縮短故障響應(yīng)時(shí)間，降低損失，使光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)質(zhì)、安全、高效、穩(wěn)定地運(yùn)行的目的。

三、光纜線路集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡介

1.光纖結(jié)構(gòu)

光纖裸纖一般分三層：中心高折射率玻璃芯（芯徑一般為單模的8——l0Fm，多模的50或62.5Fm），中間為低折射率硅玻璃包層（直徑一般為1251“m），最外是加強(qiáng)用的樹脂涂層。

2.光纖種類

按光在光纖中的傳輸模式可分為：單模光纖和多模光纖。

單模光纖：中心玻璃芯比較細(xì)，只能傳一種模式的光，適用于遠(yuǎn)程通信。多模光纖：中心玻璃芯較粗，可傳多種模式的光。但其模的色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號(hào)的頻率，而且隨距離的增加會(huì)更加嚴(yán)重，多模光纖傳輸?shù)木嚯x比較近，一般只有幾公里。

3.光纖規(guī)格

單模：8/1254m：9/125gm：l0/1251tm;

多模：50/125μm;歐洲標(biāo)準(zhǔn)（62.5/125）tm。

4.光纖衰減

光纖對(duì)光波產(chǎn)生的衰減作用稱為光纖衰耗，系統(tǒng)中的光纖產(chǎn)生衰耗的原因，一方面是由于光纖本身的損耗（如固有的和雜質(zhì)的吸收損耗、因波導(dǎo)結(jié)構(gòu)不完善引起的散射損耗等），另一方面是由于成纜、敷設(shè)以及作為系統(tǒng)傳輸媒質(zhì)所引起的附加損耗（如彎曲損耗、接續(xù)損耗等）。通常造成光纖衰減的主要因素有：本征、彎曲、擠壓、雜質(zhì)、不均勻和對(duì)接損耗。

5.OTDR測(cè)試原理

所有的光纖自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最基本原理就是利用光時(shí)域反射儀（0TDR）對(duì)光纖的后向散射信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，然后通過計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)對(duì)所測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理和分析。

后向散射法測(cè)量衰減是通過光纖中的后向散射信號(hào)來提取光纖的衰減信息，其原理是：將窄的光脈沖注入光纖端面，當(dāng)光纖脈沖沿著光纖傳播時(shí)，各處瑞利散射的后向散射部分不斷放回光纖的入射端，特別是當(dāng)光信號(hào)遇到裂紋時(shí)，就會(huì)反射回來，而且反射信號(hào)比散射信號(hào)要強(qiáng)的多。通過耦合、探測(cè)以及信號(hào)處理，就可分析光脈沖所到之處的光纖損耗特性。

四、光纜監(jiān)測(cè)原理和實(shí)現(xiàn)方式

1.光纜監(jiān)測(cè)原理

光纜自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在不影響和不干擾現(xiàn)有的通信系統(tǒng)和傳輸監(jiān)控設(shè)備的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有的光纜傳輸干線進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，主要是通過光功率監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。

光功率監(jiān)測(cè)功能是通過光功率監(jiān)測(cè)單元OPM（Optical Power Monitor）實(shí)現(xiàn)的，PM將WDN（波分復(fù)用器）和分光器內(nèi)置于中，每個(gè)模塊可支持1-4個(gè)光路的光功率采集、處理和分析，產(chǎn)生正確的告警信息，自動(dòng)監(jiān)測(cè)光端機(jī)接收端接收到的光功率值的變化，當(dāng)收光功率變化超過門限告警立即傳送到CPU，使之自動(dòng)控制OTDR（Optical Time Domain Reflectometer，光時(shí)域反射儀）和光開關(guān)對(duì)收光功率告警的光纜段的光纖進(jìn)行故障定位監(jiān)測(cè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)在用光纖或備用光纖實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.光纜監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)方式

2.1 光功率在線監(jiān)測(cè)：采用分光器將光傳輸設(shè)備的工作光分出3%，接入告警采集模塊中，對(duì)工作光進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)地反映光纖的傳輸特性，并及時(shí)地發(fā)現(xiàn)傳輸質(zhì)量的變化。每個(gè)光功率監(jiān)測(cè)通道的門限可以進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)被監(jiān)測(cè)光纖出現(xiàn)斷纖，工作光功率下降到某-z'l限值，或出現(xiàn)較大的衰減時(shí)，產(chǎn)生即時(shí)告警，系統(tǒng)立即激活OTDR測(cè)試該纖芯，進(jìn)行精確的故障判斷與定位。

2.2 光終端機(jī)告警監(jiān)測(cè)：利用告警采集模塊上提供的設(shè)備告警采集接口，收集光傳輸設(shè)備上產(chǎn)生的故障告警。經(jīng)分析過濾，濾除與線路告警無關(guān)的信息，然后啟動(dòng)OTDR，對(duì)可能引起告警的光纜線路進(jìn)行測(cè)試。每個(gè)告警采集端口均可以通過軟件進(jìn)行配置，可以接入如開關(guān)量、電壓量和電流量等告警信號(hào)。

2.3 光功率備纖監(jiān)測(cè)：也是采用光功率告警模塊，以離線測(cè)試方式，監(jiān)測(cè)備用光纖，從而實(shí)現(xiàn)光功率實(shí)時(shí)告警監(jiān)測(cè)。因?yàn)楸O(jiān)測(cè)的是備纖，沒有來自傳輸設(shè)備的信號(hào)源，故此種測(cè)試方式必須在監(jiān)測(cè)路由的末端加入一個(gè)光源，向備纖發(fā)送光信號(hào)，然后在測(cè)試端進(jìn)行光功率監(jiān)測(cè)。

五、結(jié)束語

光纜線路集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是電信支撐網(wǎng)的一部分，它和電信網(wǎng)TMN中的電信基礎(chǔ)設(shè)施管理、接入網(wǎng)管理、傳輸網(wǎng)管理系統(tǒng)有著緊密的聯(lián)系。要使光纜線路集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與各個(gè)系統(tǒng)間達(dá)到有效的互連，需要定義適應(yīng)本系統(tǒng)實(shí)際情況的互連協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)光纜運(yùn)行狀態(tài)、告警、故障信息的交換和共享。

參考文獻(xiàn)：

[1]原榮：《光纖通信》，電子工業(yè)出版社，2002.

[2]肖建國：《光纜網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)》，人民郵電出版社，1999.

[3]張翎，沈曉：《全國長途光纜線路綜合管理網(wǎng)絡(luò)LIMN線路綜合管理》，人民郵電出版社，1999.