光纤监测的改进方案研究

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[摘 要]本文首先介绍了我国光纤通信网络的建设情况，由于光纤网络的复杂性和重要性，我们提出了及时发现光纤故障的要求;然后对传统的光纤监测方案进行分析对比，提出了多通路光纤监测的改进方案;最后总结了多通路光纤监测的特点及优势。

[关键词]光纤监测; 多通路; OTDR;

中图分类号：TN929.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0149-02

一、 研究背景

光通信网络是当前电力行业最主要的通信网络，承担着高速、远程的骨干信息交流。随着光网的规模不断扩大，网络的传输结构越来越复杂，对光缆状态的监测、光缆的维护变得越来越重要且越来越困难。早期建设的光缆已经使用了一定的年限，各种隐患和危机随时存在，光缆线路故障次数的连年增加就充分说明了这个问题。随着近几年的不断扩展，电信基础运营商已经建成了高覆盖率、多方式、多层次、多业务的网络综合体系，总体结构呈链式多环连接，对于这样一个规模庞大且极具重要性的光缆传输网，如何实现缺陷预报和事故及时报警，达到有效压缩故障历时的目的，已成为我们如何提高通讯系统管理水平的难题。

二、传统解决方案

1、光功率监测监测方式

光功率监测是传统的光缆监测方案之一。光功率监测按照光源的不同可分为自发光源和通信设备光源，自发光源与光功率计结合组成的系统如图2.1.1所示。

使用稳定光源的好处是能保证光功率计接收的光信号是可控的，且不受通信设备的影响。

通信设备光源与光功率计结合的光缆监测方案如图2.1.2所示。

使用通信设备光源的优点是不需要稳定的光源，可以节约成本。缺点是通信设备不能中断，需要增加分光器。

2、 基于轮询的方式

光开关和OTDR结合的光缆监测方案如图2.2.1所示。

轮询的方案优势在于成本低，除了OTDR仪表和光开关，不需要部署其他硬件。该方案的缺点是无法实现故障的实时定位，并且当光开关损坏时，系统将大面积瘫痪。

3、 光功率计+光开关+OTDR的方式

光功率计+光开关+OTDR监测方案可有效解决光开关+OTDR方案对故障报告及时性差的问题，结构示意图如图2.3.1所示。

该方案工作流程：光功率计实时监测被测光纤的总损耗情况，如果发现异常则通知控制单元启动并切换至异常被测光纤，进行OTDR光纤性能测试，通过OTDR曲线分析得到告警类型和告警点位置。当无异常时，工作人员可以通过控制单元进行周期性测试和点名测试。

传统的光纤监测方案存在以下不足：

1、 实时性差，不能及时告警。

2、 系统结构复杂，一旦其中某一部分出现问题，系统将无法正常工作，可靠性差。

三、改进方案

针对以上问题，我们提出了将光纤监测系统模块化的解决方案。比起传统的依靠光功率来监测的方案更具优势，具体体现在节约了设备资源、提高了实时性、降低了施工成本、降低了系统的隐患等。OTDR多通路方案如图3.1所示。

本文设计的多通路OTDR模块，可以根据实际需要监测的光纤芯数来确定OTDR模块端口的数量与类型，其主要特点是将4、8、16和48等数量的独立OTDR子模块集成到一个板卡上，根据实际需要提供1～32个OTDR测量端口。内部的各个子模块通过交换机模块、以太网接口与 PC端相连。在使用这种模块时，通过配PC端软件便可对每个子模块的运行参数进行不同的设置，各个子模块可以自由选择合适的工作波长、动态范围、量程和测量模式等。

子模块OTDR工作原理如下：处理器通过以太网接口接收控制命令，对光纤电缆进行测试，激光器向光纤注射相应波长的光脉冲信号，光纤散射和折射回来的信号进入耦合器等接收模块进行光电转换和信号调理，再进入AD转换模块进行模/数转换，由处理器进行读取、运算、并进行信号分析和处理。子模块采用 FPGA+DSP+高速AD的芯片架构，实现高速模拟信号的采集、转换以及数字信号处理，经解调后可以得到精细的时域反射信号曲线，有利于提高测量精度。在OTDR模块中使用环形器可减少插入损耗以及隔离输入输出信号，提高OTDR动态，并避免强反射光对激光器的影响。使用移相采样技术和偏压、跨阻可变接收机技术，可以提高OTDR子模块的性能和降低成本。模拟信号的采样率直接影响 OTDR 事件盲区，采样率越高事件盲区越小，距离精度越高，移相采样技术通过控制 A/D 采样时钟的相位来间接提高 A/D 的采样率;由于 OTDR 接收到的从光纤中返回的信号中不仅有微弱的瑞利散射信号，还会有很强的菲涅尔反射信号，有时候这两种信号的差别甚至达到 50dB 以上。如果反射信号很强，将导致 OTDR 曲线的盲区变得很大，可能会使一些与反射点距离较近的事件被强反射事件所掩盖，造成事件的漏报。采用跨阻可变、APD偏压可调的OTDR接收机技术，OTDR子模块首先对被测光纤进行粗略测试，对测试结果进行智能分析，判断和选定当前被测光纤的最佳测试条件，最后控制器按照最佳测量参数进行更精确的测试。

当某一个OTDR模块检测到的数据到达设置的预警门限时，系统会将预警信息通过通信模块发送到电脑客户端和手机移动 客户端，之后监测人员可以进行点名测试或者其他测试，并通知检修人员维修。

四、总结

采用多通路OTDR光纤监测方案，系统结构简单，配置灵活，适应不同监测光缆数量的要求。由于每根光纤都有独立的OTDR模块，故具有极高的实时性和完整性，同时支持对多条光纤的点名测试和其他测试。解决了现光纤监测系统由于光开关的不足而导致的系统全面瘫痪问题。提出多通路OTDR实时在线监测方法和基于历史数据的光网络运行状态自动分析方法，采用多事件点智能数据分析，实现预警光缆潜在故障隐患的功能。

参考文献：

[1]徐宝强，杨秀峰，夏秀兰，光纤通信及网络技术[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[2]田国栋，光纤通信技术[M]，西安：西安电子科技大学出版社，2012.

[3]刘世春，通信线路维护使用手册[M]，北京：人民邮电出版社.