基于OTDR曲線下通信光纖故障診斷的分析

莫斌

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

關鍵詞：OTDR曲線；通信光纖；故障診斷；小波變換算法

前言：通信光纖診斷過程中受故障信號短時快速變化影響難以確定具體的故障位置，傳統故障檢測方法已經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功率，在分析所獲取曲線的基礎上準確定位故障，以此縮短故障診斷時間，優化故障處理效果。由此可見，本文針對這一論題展開分析，具有一定的現實意義，具體介紹如下。

1原理介紹

1.1光纖通信

光纖進行光傳輸的過程中，光線入射角度會發生改變，當反射角度變化到一定值后，則會發生全反射現象，以此實現目的地光波的有效傳遞，這一技術即光纖通信技術。這一技術特點表現為：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、介質重量輕等。光線通信線路維護過程中需要注意的事項：光纖傳輸信號時應充分考慮材質易斷性，進而要確保周圍環境安全性；光纖線路建設資金較多，因此要選擇適合的鋪設方式；光纖線路鋪設距離較長，因此維護過程中應盡可能的減少外界破壞。

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

1.2OTDR原理

OTDR是光時域反射儀的簡稱，應用原理：基于光線信號輸送過程中產生的背向散射原理研發的光電一體化儀器，該儀器設備主要用來診斷光纖故障、線路維護、光纖生產以及線路施工。OTDR能夠對光進行接收和傳送，光纖記錄光脈沖變化的過程即OTDR曲線生成的過程。

影響OTDR定位光纖故障的因素主要四種，第一種即波長，第二種即測試范圍，第三種即脈寬，第四種即取樣間距。OTDR曲線變化趨勢為自高向低，這主要是因為不同類型的光信號經過長時間傳輸后會逐漸消耗，分析OTDR曲線能夠準確判斷故障類型，同時，還會明確故障位置和光纖長短，了解接頭損耗情況。但OTDR不能針對故障點自動檢測。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，本文主要應用小波分析法進行通信信號診斷[1]。

2通信光纖故障診斷中OTDR曲線的應用

2.1測試準備

OTDR模塊針對通信光纖故障分析時，應選擇適合的測試波長，經不同波長試驗可知，1500納米波長能夠有效降低衰減率，1620納米波長能夠在短時間內反應光纖變化情況，本次試驗分析中選擇1620納米作為測試波長。除此之外，測試準備的過程中還應全面考慮監測距離，具體表達式為

其中，P、Ac、Af、Ag、Mc、Ma分別指OCM動態范圍、光纖平均損耗系數、光熔接平均衰減系數、光纜監測余量富余度、測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

診斷故障過程中，即借助散射原理分析光纖功率值，OTDR主要通過二極管發射脈沖信號，并對這一信號變化（傳輸）情況產生的數據繪制成曲線，以此分析故障現象。信號功率值計算公式為：

其中，P（0）代表功率值；Z代表傳輸距離；a代表衰減參數。

通信光纖傳輸脈沖信號時，Z處測量點的背向反射光功率和菲涅點反射激光信號功率的計算公式分別為

將上述采樣結果進行均值處理，根據處理結果繪制故障曲線。從上述公式可知，故障診斷曲線由上述兩種信號形成的曲線構成，信號經過較長距離傳輸后會逐漸衰減，其中，背向瑞利散射這一曲線能夠對脈沖信號進行衰減程度分析，該曲線呈遞減趨勢變化。曲線分析過程中主要依據菲涅爾反射信號進行故障診斷，即根據離散型反射獲取分析數據，以此提供數據支持。

2.2.2故障定位

PON光纖診斷故障的過程中應用OTDR曲線分析法，主要是對不同分支進行反射光功率值求和計算，根據相關公式求得光功率值。分析計算公式可知，分光器后端為OTDR曲線脈沖信號，這一信號借助光線干道傳輸，信號分光處理后可被分成不同區段，進而不同分支能夠引導散射現象發生。光纖故障準確定位時，應對故障前后功率值對比分析，分析結果主要通過以下公式來描述。

即在特定分支中發現故障時，會相應產生菲涅爾反射信號，并且OTDR會拒收背向散射信號。OTDR已接收的反射光功率值變動情況能夠在公式的分析下被具體描述。PON光纖設定某一分支出現故障現象，未發生任何故障的分支仍會持續運行瑞利散射信號，但信號常態往返排除故障分支，針對這種情況應用相關公式對其進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生前后的反射光功率值的變動情況。據計算分析過程以及計算結果顯示可知，設定分支光纖發生故障時，曲線背向瑞利散射光功率值低于故障發生之前。由此可見，針對光纖故障判斷和準確定位，能夠借助上述方法予以分析。

2.3測試結果

為了對本文診斷方法進行詳細分析，應以實驗的形式開展，即根據實驗流程以及相關算法進行有序編程——Java，同時，實驗環境需要借助發展仿真軟件matlab7.2進行構建，進而完成光纖故障診斷實驗構建。實驗期間，將OTDR曲線獲得的故障數據通過圖1形式來呈現。

選用本文算法和傳統算法分別對統一信號數目和相同實驗次數進行故障分析和診斷，據實驗對比結果顯示可知，本文算法對故障診斷準確率明顯高于傳統算法，傳統算法面對短時間快速變化故障信號不能及時捕捉，進而會延時故障信號捕捉時間，不利于通信光纖故障全面檢測，本文算法能夠有效彌補傳統算法的不足，并且還會大大提高故障診斷準確性[2]。

結論：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今通信光纖信號傳輸需要，有利于實現故障及時診斷、準確診斷這一目標。這種診斷方法的有效滲透，一方面能夠減少故障診斷時間，另一方面能夠提高通信光纖應用率，優化光纖使用效果，這對通信故障幾率降低、通信光纖技術大范圍應用具有重要意義。

參考文獻：

[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，2012.

[2]李妍琰，何勇. 光纖通信網絡中故障優化診斷方法仿真[J]. 計算機仿真，2014，09：221-224+228.endprint