通信電纜故障的檢測方法研究

陳仲源 廈門市專用通信局

1 引言

近幾來，無線通信發展迅猛，4G已經商用，5G也即將商用，但到目前通信通信仍不可缺少。作為當前接入網主體的通信電纜由于施工時的實際影響、外界氣候環境變化以及老化、腐蝕乃至外力機械破壞等，造成了斷線、接地、短路等故障。影響了通信的質量和正常運行，所以在出現故障時，需要快速地檢測查找出通信電纜的故障，縮短故障時間。

目前，市面上的通信電纜管理系統，系實時監測電纜的電氣特性指標，并通過脈沖反射原理(TDR)完成故障現象判斷和故障位置判定。

2 系統原理

2.1 通信電纜管理系統

通信電纜管理系統是由計算機、遠端測試設備及系統軟件組成的系統。

系統通過遠端測試設備實時監測電纜質量：在電纜質量變差時，及時上傳預警信息；在電纜出現故障時，也及時上傳告警信息。由客戶端及時向維護人員發出告警信息，便于維護人員及時快速的修復電纜故障 。

2.2 時域反射法(TDR)

時域反射法，其方法是在通信電纜的一端發送脈沖電壓，當電纜無故障其阻抗一致，則無反射脈沖，但若電纜遇到故障，通信電纜故障點的阻抗改變，入射脈沖信號就會產生反射，形成反射脈沖。所以該法也稱脈沖反射法。

由上可見，TDR在故障點阻抗顯著變化時才有效，而對高阻故障和間歇性故障無效，同時該脈沖信號會影響通信信號，所以不能在線檢測故障。

2.3 頻域反射法(FDR)

FDR是向通信電纜發送正弦線性掃頻信號，同理，該信號會在故障點也會發生反射，然后在測量端分析判斷反射信號或者是由入射信號和反射信號相互疊加而成的駐波。

頻域反射法適用于高頻電纜的測量，如同軸電纜等。但由于發射的掃頻信號也會影響通信信號，所以也不能實現在線檢測故障。

2.4 時頻域反射法(TFDR)

TFDR 不僅可精確測量故障點距離，也能較為精確測量故障點阻抗，以便于更為精確地確認故障類型。時頻域聯合反射分析法(TFDR)結合上述兩法的優點，可同時在時域和頻域分析信號，實現故障類型的檢測和故障定位。

但由于TFDR發射的信號仍會影響通信信號，所以仍不能在線檢測故障。

2.5擴頻時域反射法(SSTDR)

SSTDR 利用擴頻技術來檢測電纜故障，能夠實現對通信電纜故障的在線監測的一種新方法。該方法也只需單端測試，即在電纜一端發射由正弦信號與二進制偽隨機碼進行調制而生成的信號，在故障點由于阻抗變化造成不匹配，產生反射信號。當反射信號與發射信號相位一致時，其相關值有唯一峰值，由此可得出電纜中信號傳輸延遲為τ。若信號在電纜中的傳輸速度為c，由上述信號在電纜傳輸，遇故障點反射回測量端所經延遲時間τ，則可得出故障點到測量端的距離。

因為SSTDR 所發射的信號具有白噪聲均值為零的特性，所以SSTDR不影響通信電纜上的通訊信號，故能實時在線檢測電纜故障。基于SSTDR的優點，對SSTDR的進一步研究和實現，有利于通信電纜檢測方法的進一步發展。

3 系統設計

系統主要由服務器工控機、客戶端、遠端測試設備等組成。

3.1 TDR 測試方法

現有系統采用TDR測試方法，而基于TDR信號對通信信號的影響，所以需要接在空閑的電纜上，而不能對在用電纜實時在線檢測。所以當在用電纜故障或被破壞竊聽時，若未損壞到空閑電纜，則無法及時檢測故障，因此需要提出新方法能及時檢測發現在用電纜故障或被破壞竊聽且不影響通信訊號，是有必要的。

3.2 SSTDR 和TFDR 測試方法設計

針對TDR的無法在線檢測等缺陷，根據上述分析，在遠端測試設備采用SSTDR和TFDR相結合的方法，從而實現在線監測電纜故障的功能，并能對電纜的高阻故障和低阻故障進行檢測，同時也能精確定位其故障點。

具體實現可以以DSP+CPLD模塊為主，并設計相應的信號產生發射、采集和通信等模塊。CPLD 負責控制信號產生發射和采集模塊的時序；信號產生發射模塊將向待測電纜發射信號，該信號由直接數字合成(DDS)芯片產生；信號采集模塊則采集電纜上的反射信號，鑒于反射信號一般比較微弱且其幅值不穩定，故而需要在前端設計增益可調的緩沖放大電路，數據采集完成后送入DSP處理；DSP部份則將上述采集到的發射和反射信號數據進行處理，以獲取電纜的故障類型和故障點距離；由通訊模塊將遠端測試設備獲取的故障信息上傳到服務器工控機，便于后續處理。

4 結束語

綜上可見，引入SSTDR 和TFDR 的故障檢測方法，可以使該系統實現在線檢測并預測通信電纜低阻故障的功能，并可以精確定位到故障點。故而通過本系統可分析出電纜故障類型和故障點位置，及時提出告警，幫助電纜維護人員及時確認故障點，及時修復，有效的降低了維護成本，保證了通信電纜中信號的安全可靠傳輸。