光纜纖芯實時監測系統技術研究及應用

【摘要】針對目前光纜網絡運行維護工作量大，光纜故障發生率上升等問題，提出了幾種有效的光纜實時監測方案。詳細介紹了光纜實時監測系統的工作原理、系統結構及關鍵技術。對幾種典型的實時測試方式進行了詳細的比較。

【關鍵詞】光纖實時監測監測方式

一、前言

近年來，光纖通信網絡規模不斷擴大，傳輸速率不斷提高，但光纜的管理水平滯后于光纖通信網絡的發展水平，維護與管理問題日漸突出，市政施工等外力破壞以及雷擊或倒塔等意外事故，導致光纜故障次數不斷增加，影響了光纖通信網絡的正常運行。因此，利用科學高效的手段對光纜線路進行監測與管理，實時地監測光纜纖芯指標的劣化情況，提前預報光纜故障隱患，及時發現光纜的意外中斷，以降低光纜意外中斷的發生率，縮短光纜的故障時間，顯得至關重要。

二、光纜監測系統工作原理

光纜監測系統通過分布在光纜網絡中監測點上的數據采集光器件（主要是光功率計OPM和OTDR設備），將光纖傳輸性能的大量基礎數據，如光功率、光脈沖背向散射信號等，傳遞到各級監測站及監測中心，并對數據進行分析和處理，及時的做出故障判斷。

光纜監測系統實時監測主要有三種工作方式：在線監測、空閑纖芯監測和傳輸告警聯動監測。光纜監測又可以分為兩個功能模塊：OPM光功率監測和OTDR故障掃描。根據通信信號和測試信號的關系，監測對象不同和故障告警獲取方式不同，整個系統可以細分為五種工作方式：分纖光功率空閑芯監測、合纖光功率空閑芯監測、分纖光功率在線監測、合纖光功率在線監測和傳輸告警聯動監測。分纖方式分類如圖1所示。

空閑纖芯監測就是利用光纜中的未使用的纖芯進行監測。理論上，相同光纜里的光纖芯無論是否使用，其受環境影響的程度和物理特性的變化大致相同，而且一般在光纜線路中發生斷裂或彎折事件對每根光纖的影響是一致的，因此采用空閑芯進行測試可以近似的獲得整條光纜在線光纖的運行參數。

由于空閑芯上沒有光信號，因此需要在被測光纖芯對側設置遠端光源（OLS），主動將測試光信號射入被測光纖芯中，并由本側的OPM測量光功率強度。OPM將實時測量數據發送給RTU主控模塊（MCU），由MCU對光功率進行實時統計分析，并將數據上傳給監控中心站。當OPM監測到光功率低于門限時，RTU將立即啟動OTDR，對故障光纖芯進行測試，并將實時數據傳回監控中心站。由監控中心站在GIS地理信息系統中進行故障定位。由于本測試方案只對光纜中的空閑芯進行監、測，因此能夠及時的發現光纖故障并準確定位故障點的前提是，光纜中所有纖芯必須同時出現故障，而非某根光纖出現故障。

空閑纖芯監測包含兩個子類：（1）分纖光功率空閑纖芯監測。工作原理如圖2。OPM光功率監測信號和OTDR故障掃描信號分別利用一根光纜中的兩根不同的纖芯，使兩種信號在物理上完全隔離開來。（2）合纖光功率空閑纖芯監測。工作原理如圖3。采用OPM功率監測與OTDR故障掃描信號合用一根纖芯，功率監測和故障掃描通過不同波長的光信號進行隔離，節省一條掃描監測用纖芯。

利用分光器把光傳輸設備的工作光分出3%接入OPM，對工作光進行實時監測，實時地反映光纖的傳輸特性，并及時地發現傳輸質量的變化。每個光功率監測通道的門限可以進行設定，當被監測光纖出現斷纖或出現較大的衰減，使工作光功率下降到某一門限值或者無光時，發出及時告警，系統立即激活OTDR對故障纖芯進行測試，進行精確的故障判斷與定位。

（1）分纖光功率在線監測。工作原理如圖4。OPM光功率監測與業務信號共用一根纖芯。OTDR故障掃描信號采用一根專用的光纖芯，避免了與業務信號共用纖芯造成的干擾。

（2）合纖光功率在線監測。工作原理如圖5。OPM光功率監測、OTDR故障掃描信號和業務信號共用一根光纖芯。這種工作方式下，為了防止信號互相干擾，OTDR必須采用與業務信號不同波長的測試光信號這種監測方式中采用波分復用單元（FCM）實現OTDR故障掃描信號的加載及分離，以免影響業務信號的傳輸。

由告警接口適配器采集光傳輸設備網管中的故障告警信號，一旦接收到光傳輸設備的告警，立刻啟動OTDR對故障光纜進行掃描，判斷故障點距離，并在GIS系統中進行故障定位。由于這些網管告警中往往摻雜著許多非光纜中斷的因素，因此要求告警接口適配器必須支持多種接口和協議，能夠準確地翻譯不同廠家的網管告警信息。傳輸告警聯動模式下OTDR一般采用空閑纖芯檢測。

三、五種監測方式的比較

采用在線光纖進行光功率實時監測的系統由于和通信設備共用同一根纖芯，并且引入了FCM和分光器等器件，使得整個系統的可靠性降低，但是它能夠準確反映出被測光纖的真實狀態空閑纖芯光功率實時監測由于不介入業務信號傳輸通道，不會對業務信號造成干擾，系統可靠性較高，硬件結構簡單，成本較低。另外，空閑芯檢測可以很好地支持跨段監測和跨段故障掃描，從而有效地擴大監測范圍，極大地提高光纜監測系統的投資效率。五種監測方式的比較如表1。

四、結束語

建立一套高效、完整、方便的光纜實時監測系統，能夠及時發現和預報光纜故障隱患，一旦光纜中斷可以根據光纜監測系統的信息快速查找到故障點，迅速處理故障，大大縮短光纜的中斷時間，提高光纜的維護效率和質量，從而提高光纖通信網絡的可靠性。

參考文獻

[1] ECM-FOMS光纜網絡綜合管理系統介紹.南京：南瑞集團公司通信系統分公司. 2009

[2]張永紅，宋禹廷，張曉洲.光纜線路的維護與管理.北京：人民郵電出版社，2007