基于OTDR曲線下通信光纖故障診斷的分析

莫斌

摘 要：近年來(lái)，通信技術(shù)應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，光纖應(yīng)用率也在相應(yīng)提高，但通信光纖在診斷過(guò)程中存在不同類型的故障，這不僅降低了通信質(zhì)量，而且還大大弱化了通信效率。利用OTDR曲線進(jìn)行故障診斷，這不僅能夠明確判斷故障位置，而且有利于針對(duì)故障提出有效的解決對(duì)策。本文首先進(jìn)行了原理介紹，然后分析了通信光纖故障診斷中OTDR曲線的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：OTDR曲線；通信光纖；故障診斷；小波變換算法

前言：通信光纖診斷過(guò)程中受故障信號(hào)短時(shí)快速變化影響難以確定具體的故障位置，傳統(tǒng)故障檢測(cè)方法已經(jīng)不能滿足故障高效解決需要，借助OTDR曲線的小波變換算法采集信號(hào)功率，在分析所獲取曲線的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確定位故障，以此縮短故障診斷時(shí)間，優(yōu)化故障處理效果。由此可見，本文針對(duì)這一論題展開分析，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，具體介紹如下。

1原理介紹

1.1光纖通信

光纖進(jìn)行光傳輸?shù)倪^(guò)程中，光線入射角度會(huì)發(fā)生改變，當(dāng)反射角度變化到一定值后，則會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，以此實(shí)現(xiàn)目的地光波的有效傳遞，這一技術(shù)即光纖通信技術(shù)。這一技術(shù)特點(diǎn)表現(xiàn)為：通信損耗低、信息容量大、保密性良好、頻帶寬度大、外界干擾小、介質(zhì)重量輕等。光線通信線路維護(hù)過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)：光纖傳輸信號(hào)時(shí)應(yīng)充分考慮材質(zhì)易斷性，進(jìn)而要確保周圍環(huán)境安全性；光纖線路建設(shè)資金較多，因此要選擇適合的鋪設(shè)方式；光纖線路鋪設(shè)距離較長(zhǎng)，因此維護(hù)過(guò)程中應(yīng)盡可能的減少外界破壞。

導(dǎo)致光纖故障的原因具體有：線路接頭極易發(fā)生故障；外力作用下極易變形；自然災(zāi)害會(huì)破壞光纖完整性；溫度差異變化會(huì)降低光纖應(yīng)用性能。從常見故障介紹中能夠看出，隨著通信光纖應(yīng)用率的不斷提高，采取有效措施維護(hù)、檢測(cè)光纖應(yīng)用狀況是極為必要的，只有這樣才會(huì)延長(zhǎng)通信光纖使用壽命，優(yōu)化光纖使用效果。

1.2OTDR原理

OTDR是光時(shí)域反射儀的簡(jiǎn)稱，應(yīng)用原理：基于光線信號(hào)輸送過(guò)程中產(chǎn)生的背向散射原理研發(fā)的光電一體化儀器，該儀器設(shè)備主要用來(lái)診斷光纖故障、線路維護(hù)、光纖生產(chǎn)以及線路施工。OTDR能夠?qū)膺M(jìn)行接收和傳送，光纖記錄光脈沖變化的過(guò)程即OTDR曲線生成的過(guò)程。

影響OTDR定位光纖故障的因素主要四種，第一種即波長(zhǎng)，第二種即測(cè)試范圍，第三種即脈寬，第四種即取樣間距。OTDR曲線變化趨勢(shì)為自高向低，這主要是因?yàn)椴煌愋偷墓庑盘?hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間傳輸后會(huì)逐漸消耗，分析OTDR曲線能夠準(zhǔn)確判斷故障類型，同時(shí)，還會(huì)明確故障位置和光纖長(zhǎng)短，了解接頭損耗情況。但OTDR不能針對(duì)故障點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)。OTDR曲線分析常用方法主要有三種，第一種即最小二乘法，第二種方法即小波分析法，第三種為希爾伯特黃，本文主要應(yīng)用小波分析法進(jìn)行通信信號(hào)診斷[1]。

2通信光纖故障診斷中OTDR曲線的應(yīng)用

2.1測(cè)試準(zhǔn)備

OTDR模塊針對(duì)通信光纖故障分析時(shí)，應(yīng)選擇適合的測(cè)試波長(zhǎng)，經(jīng)不同波長(zhǎng)試驗(yàn)可知，1500納米波長(zhǎng)能夠有效降低衰減率，1620納米波長(zhǎng)能夠在短時(shí)間內(nèi)反應(yīng)光纖變化情況，本次試驗(yàn)分析中選擇1620納米作為測(cè)試波長(zhǎng)。除此之外，測(cè)試準(zhǔn)備的過(guò)程中還應(yīng)全面考慮監(jiān)測(cè)距離，具體表達(dá)式為

其中，P、Ac、Af、Ag、Mc、Ma分別指OCM動(dòng)態(tài)范圍、光纖平均損耗系數(shù)、光熔接平均衰減系數(shù)、光纜監(jiān)測(cè)余量富余度、測(cè)試信噪比余量富余度。

2.2小波變換法分析OTDR曲線

2.2.1故障診斷

診斷故障過(guò)程中，即借助散射原理分析光纖功率值，OTDR主要通過(guò)二極管發(fā)射脈沖信號(hào)，并對(duì)這一信號(hào)變化（傳輸）情況產(chǎn)生的數(shù)據(jù)繪制成曲線，以此分析故障現(xiàn)象。信號(hào)功率值計(jì)算公式為：

其中，P（0）代表功率值；Z代表傳輸距離；a代表衰減參數(shù)。

通信光纖傳輸脈沖信號(hào)時(shí)，Z處測(cè)量點(diǎn)的背向反射光功率和菲涅點(diǎn)反射激光信號(hào)功率的計(jì)算公式分別為

將上述采樣結(jié)果進(jìn)行均值處理，根據(jù)處理結(jié)果繪制故障曲線。從上述公式可知，故障診斷曲線由上述兩種信號(hào)形成的曲線構(gòu)成，信號(hào)經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)距離傳輸后會(huì)逐漸衰減，其中，背向瑞利散射這一曲線能夠?qū)γ}沖信號(hào)進(jìn)行衰減程度分析，該曲線呈遞減趨勢(shì)變化。曲線分析過(guò)程中主要依據(jù)菲涅爾反射信號(hào)進(jìn)行故障診斷，即根據(jù)離散型反射獲取分析數(shù)據(jù)，以此提供數(shù)據(jù)支持。

2.2.2故障定位

PON光纖診斷故障的過(guò)程中應(yīng)用OTDR曲線分析法，主要是對(duì)不同分支進(jìn)行反射光功率值求和計(jì)算，根據(jù)相關(guān)公式求得光功率值。分析計(jì)算公式可知，分光器后端為OTDR曲線脈沖信號(hào)，這一信號(hào)借助光線干道傳輸，信號(hào)分光處理后可被分成不同區(qū)段，進(jìn)而不同分支能夠引導(dǎo)散射現(xiàn)象發(fā)生。光纖故障準(zhǔn)確定位時(shí)，應(yīng)對(duì)故障前后功率值對(duì)比分析，分析結(jié)果主要通過(guò)以下公式來(lái)描述。

即在特定分支中發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生菲涅爾反射信號(hào)，并且OTDR會(huì)拒收背向散射信號(hào)。OTDR已接收的反射光功率值變動(dòng)情況能夠在公式的分析下被具體描述。PON光纖設(shè)定某一分支出現(xiàn)故障現(xiàn)象，未發(fā)生任何故障的分支仍會(huì)持續(xù)運(yùn)行瑞利散射信號(hào)，但信號(hào)常態(tài)往返排除故障分支，針對(duì)這種情況應(yīng)用相關(guān)公式對(duì)其進(jìn)行瑞麗散射光功率值求和分析，以此全面掌握曲線在故障發(fā)生前后的反射光功率值的變動(dòng)情況。據(jù)計(jì)算分析過(guò)程以及計(jì)算結(jié)果顯示可知，設(shè)定分支光纖發(fā)生故障時(shí)，曲線背向瑞利散射光功率值低于故障發(fā)生之前。由此可見，針對(duì)光纖故障判斷和準(zhǔn)確定位，能夠借助上述方法予以分析。

2.3測(cè)試結(jié)果

為了對(duì)本文診斷方法進(jìn)行詳細(xì)分析，應(yīng)以實(shí)驗(yàn)的形式開展，即根據(jù)實(shí)驗(yàn)流程以及相關(guān)算法進(jìn)行有序編程——Java，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境需要借助發(fā)展仿真軟件matlab7.2進(jìn)行構(gòu)建，進(jìn)而完成光纖故障診斷實(shí)驗(yàn)構(gòu)建。實(shí)驗(yàn)期間，將OTDR曲線獲得的故障數(shù)據(jù)通過(guò)圖1形式來(lái)呈現(xiàn)。

選用本文算法和傳統(tǒng)算法分別對(duì)統(tǒng)一信號(hào)數(shù)目和相同實(shí)驗(yàn)次數(shù)進(jìn)行故障分析和診斷，據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果顯示可知，本文算法對(duì)故障診斷準(zhǔn)確率明顯高于傳統(tǒng)算法，傳統(tǒng)算法面對(duì)短時(shí)間快速變化故障信號(hào)不能及時(shí)捕捉，進(jìn)而會(huì)延時(shí)故障信號(hào)捕捉時(shí)間，不利于通信光纖故障全面檢測(cè)，本文算法能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)算法的不足，并且還會(huì)大大提高故障診斷準(zhǔn)確性[2]。

結(jié)論：綜上所述，基于OTDR曲線分析通信光纖故障，這種診斷方法能夠符合當(dāng)今通信光纖信號(hào)傳輸需要，有利于實(shí)現(xiàn)故障及時(shí)診斷、準(zhǔn)確診斷這一目標(biāo)。這種診斷方法的有效滲透，一方面能夠減少故障診斷時(shí)間，另一方面能夠提高通信光纖應(yīng)用率，優(yōu)化光纖使用效果，這對(duì)通信故障幾率降低、通信光纖技術(shù)大范圍應(yīng)用具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂春梅. 基于OTDR曲線的通信光纖故障診斷的研究[D].華北電力大學(xué)，2012.

[2]李妍琰，何勇. 光纖通信網(wǎng)絡(luò)中故障優(yōu)化診斷方法仿真[J]. 計(jì)算機(jī)仿真，2014，09：221-224+228.endprint