空管光纜故障分析及線路優化方法

王和順

（民航珠海進近管制中心，廣東 珠海 519000）

0 引言

近年來，隨著國內航空業的迅速發展，民航空管單位之間跨區的業務需求也在不斷增長，而雷達自動化聯網、甚高頻語音、管制綜合數據交互等關鍵性空管業務，對傳輸線路的時延、帶寬和穩定性有著近乎苛刻的要求。光纖因具有傳輸速率快、損耗低、傳輸距離遠、抗干擾能力強等特點，成為空管業務長途傳輸的最佳介質。其中，因為運營商裸纖具有帶寬大、業務配置靈活和管理方便的特點，租用運營商長途裸纖在民航空管單位與外地臺站之間、空管單位與空管單位之間較為常見。裸纖也叫裸光纖，是運營商提供的一條純凈光纖線路，中間不經過任何運營商設備，只經過配線架或光交箱做光纖跳纖，可以理解為運營商的一條物理線路。一般情況下只要承載裸纖的光纜不被挖斷，就不會影響業務。但是在長途光纜中，由于距離一般都在20 km以上，光纜中間任何一點故障都會導致整條線路中斷，或者有時光纜并無實際發生中斷，但中間某處節點出現較大損耗也有可能導致傳輸中斷。

以空管單位A、空管單位B為例，A、B之間部分空管業務的聯網使用了兩臺華為OSN1500光傳輸設備，租用運營商長途光纖，全長約67 km。但由于運營商長途光纜中間經歷的電信機房、光交箱、跳接點較多，且部分線路途經市區，經常出現因市政施工挖斷光纜的情況，而在每次運營商搶修人員搶修后都會留下新的熔接點，每次熔接都會導致光纜衰減值少量增大。長此以往，整條光纖線路的傳輸質量受到一定影響。當光纜的衰減值達到傳輸設備的輸入光功率閾值時，傳輸將可能出現瞬斷或者時斷時續的現象，從而影響空管業務的正常傳輸。

1 故障情況和分析

1.1 設備概況

某日空管單位A的OSN1500設備網管監控告警，提示空管單位A至空管單位B輸入光功率低，出現告警，顯示其輸入光功率為-23.5 dB，而設備可接受的下限約為-23 dB。華為OSN1500采用的網管監控軟件是U2000，是華為推出的網絡統一管理系統，U2000軟件涵蓋了統一網管、業務配置、告警管理功能。其中，光功率管理軟件模塊可以測量傳輸設備的輸入和輸出光功率。設備維護人員通過檢查發現，OSN1500設備本身和光板并無告警，設備承載的以太網業務和2M業務也并未受影響。因此從實際結果來看，光纖線路并未發生中斷，但輸入光功率顯然已處于即將可能中斷的閾值，存在中斷隱患。輸入光功率、輸出光功率和光纖線路衰減有以下關系：

式中，P1為本端輸入光功率；P2為對端輸出光功率；L為光纜線路衰減值。

1.2 長途光纜的衰減估算方法

光纖衰減受接續性衰減、非接續性衰減和施工以及外部環境影響。光纖接續性衰減主要分為自身原因導致的衰減、非自身原因導致的衰減以及活動接頭衰減三大狀況[1]。根據G.652單模光纖的技術標準，其在1550 nm波長上的衰減系數的典型值為0.19 dB/km，最大不超過0.21 dB/km。本例中，空管單位A和空管單位B之間的光纜長度約67 km，即光纜的衰減值L理論上最大不超過0.21×67=14 dB，但考慮到長途光纜的熔接點和跳接點均有損耗，且一般熔接損耗為0.3 dB，且不應大于0.5 dB。而跳接點使用的耦合器插入損耗不大于

0.3 dB。所以在實際中，長途光纜的衰減值應為

根據長途光纜的熔接點和跳接點數量，結合運營商的經驗計算，全長67 km的1550 nm波長的光纖損耗值一般小于21 dB。本例中，空管單位在和運營商簽訂的長途光纜租賃合同里，規定運營商提供的光纜線路的總衰減L不大于22 dB。

OSN1500設備安裝了華為光模塊，該光模塊支持單模、1550 nm波長，最大傳輸距離為120 km。典型情況下，該型號光模塊輸出光功率P2為0.5 dB左右。若將合同中的L=22 dB代入公式（1），理論上本端接收的光功率P1=-21.5 dB，離OSN1500網管監控軟件測量的-23.5 dB還有充裕的空間。因此，故障原因有可能為長途光纜衰減過大，但也有可能為設備或光模塊本身故障，甚至是監控軟件誤告警。

1.3 故障排查

首先應排除設備本身或者光模塊故障，其次還要排除是否監控軟件測量的P1和P2值有誤差。根據實際工作經驗，可以通過以下兩種方法快速判斷是設備本身故障、軟件故障，抑或是運營商光纜線路故障。

①使用光功率計測量對端P2。將對端空管單位B的光模塊的輸出光纖拔出，接入光功率計測量光模塊輸出功率，如果P2測量值明顯比理論值小，則可以判斷為是光模塊故障。此時可通過更換光模塊備件解決；若測量數值與實際一致，則可以排查對端光模塊故障。此時，可在空管單位A本端設備測量接收到的對端的光功率P1是否與U2000監控軟件顯示的輸入光功率一致。若一致，則可以排除軟件故障，可確認光功率告警為中間運營商光纜傳輸衰減過大引起。

②使用光功率計和發光計測量光纜衰減L。測量前，先用短尾纖直連光功率計和發光計，發光計選擇1550 nm波長，測出發光計發射功率初始值P0。然后在拔出兩端A、B傳輸設備的光纖，分別接光功率計和發光計，經光纜兩端測量功率值P3，兩者相減則可得到運營商中間光纜的衰減值L。工作實踐中證明，這種測量方法跳過了傳輸設備和光模塊，直接測量長途光纜的光衰值，測量的結果最為準確。

通過以上方法確認了空管單位A、B的OSN1500光傳輸設備及其光模塊正常。將實際測量的P1=-23.5 dB，P2=1 dB代入公式（1），得出L=24 dB，遠遠大于運營商合同規定的22 dB的光衰值。由此表明，本次故障案例是一起電信運營商長途光纜光衰過大導致設備告警的事件。空管單位據此報告給運營商，請求運營商協助開展光纖線路排查及優化，可以徹底消除傳輸隱患。

2 光纖故障定位及優化

2.1 OTDR儀表介紹

如前文所提到，空管單位租用運營商長途裸纖具有大帶寬優勢，但是由于裸纖只連接用戶兩端的傳輸設備，線路中間不經過電信運營商的數據處理設備，對于電信運營商而言，其必然具有監控難度大，故障點查找難度大的特點，因此，為查找具體的故障點，此處還需借助OTDR儀表。OTDR，全稱為Optical Time Domain Reflectometer，中文名稱為光時域反射儀。其工作原理是：將一束激光射入被測光纖，要求該激光束能夠正常地往前傳播。由于光纖絕非純凈的石英晶體，激光束在向前傳播過程中會發生瑞利散射，其在曲線中表現為一條緩慢向下衰減的曲線；而在遇到接頭等事件的時候，由于介質折射率的變化，會產生一個功率強大的反射，也就是菲涅爾反射，其在曲線中表現為“點事件”[2]。OTDR輸入端通過接收其中的菲涅爾反射光和瑞利背向散射光，將接收的反射信號再變成電信號，最后在顯示屏上顯示出結果曲線。OTDR現廣泛應用于光纖測距、故障排查中，其主要功能是用于測量光纖的衰減和損耗、故障點位置、光纖的長度以及沿線長度損耗點的分布情況。在光纖線路排查中發揮了不可或缺的作用。

2.2 OTDR測量結果分析

筆者使用OTDR儀表測量光纜曲線。圖1為光纜線路優化調整前的曲線。通過該圖可以快速得出以下兩個結論。

圖1 調整前的光纖OTDR測量圖

①在地點1#（3 km）、5#（40 km）和11#（64 km）處有強烈的菲涅爾反射，表示為這些接頭處具有較大衰減。具體接頭點的位置可以結合運營商提供的線路說明，在電信維護人員的協助下，可以初步判斷圖中的實際地點具體為哪個電信機房或光交箱。對于裸纖來說，電信機房和光交箱都是光纖跳接點，說明這里光纖衰減較大的原因都與光纖跳接點的連接有關，而造成光衰較大的原因可能為耦合器松動或接頭故障，也有可能是光纖受外力發生彎折等。

②在地點5#和10#之間，也就是離空管單位A距離40 km至60 km之間的光纜曲線，衰減曲線的斜率明顯比前面大，且“點事件”較多，表明這段光纜質量不算很好，有較多的熔接損耗，光纜的衰減值過大。再結合電信運營商以往的割接和搶修案例分析可知，這段光纜熔接次數較多的主要原因為該路段市政道路施工較多，經常挖斷光纜，導致熔接點較多。根據運營商搶修的經驗，每次熔接后都會增加約0.5 dB的損耗，長此以往，光纖線路衰減值越來越大，留下安全隱患。

2.3 調整及優化方法

為解決徹底傳輸干線中斷隱患，滿足空管傳輸設備的長期穩定運行要求，就必須盡最大可能將長途光纜衰減降至最低。對此，空管設備維護人員制定了光纜優化調整專項計劃，協調電信人員對光纖衰減過大的位置和路段進行了優化。

2.3.1 調整跳接點

對于5#跳接點和11#跳接點，電信維護人員前往對應的機房后，詳細檢查光纖線纜和接頭情況。最后通過更換光纖、法蘭盤，重新緊固耦合器等方式，取得了較好的效果，單點的光衰值明顯降低，如圖2所示，光纖優化調整后，在40 km處，菲涅爾反射波形大大減小，測量光纖全程衰減由24.5 dB降至23.1 dB。而對于1#跳接點，經排查發現，1#電信機房光纖走向不規范，光纖從機房四樓再跳至二樓，相當于一個機房節點經歷了兩處跳接損耗，增加不必要的衰減。經電信人員梳理機房設備及光纖資源后，合理減少1個跳接點，1#地點的光衰值也降低了0.8 dB。最終經過對機房和光交箱跳接點調整，光纖全程衰減值降低至22.3 dB，基本達到合同規定衰減值，也滿足了OSN1500設備允許的輸入光功率下限-23 dB。

圖2 調整后的光纖OTDR測量圖

2.3.2 優化光纜線路

距離空管單位A 40 km至60 km的路段，尤其是40 km至50 km路段之間，經實地勘察，該路段常年有市政道路施工，尤其是在一些標識不清的路段，施工挖斷光纜的情況時有發生。對此，一種緩解的方法是從管理上提高光纜保障效果，提醒運營商制定有效的整改措施。比如在市政施工時期，運營商應當加強與施工單位的溝通對話，建立施工方聯系通信錄，及時保持密切溝通，掌握施工動態；日常派人巡視光纜路段，在一些重要路段增加線路標識、標牌、標記，可有效減少光纜被施工人員誤挖斷的情況。而另一種較為徹底的解決方法是，梳理光纖線路中隱患位置，對故障常見路段，要求運營商優化光纜線路，重新規劃線路，重新設計路由，必要時重新敷設光纜，繞開施工多發路段。本例中，空管單位積極協調運營商，雙方達成共識，綜合使用了兩種方法，也就是將光纜割接至其他安全路段，并在沿途增加光纜線路標識、標牌、標記。整改完后，一方面光纜的衰減有所改善；另一方面光纜因施工挖斷的情況大幅減少，大大提升了設備運行的穩定性。

3 結束語

長途光纜故障發生原因較多，常見的有光纜本身質量不佳、老化，也有外界自然原因，還有人為原因，比如光纜被挖斷、尾纖被彎折、跳接點松動、電信人員誤操作等。而空管傳輸設備對于正常率的要求極高，因此，空管單位在租用運營商長途光纜，尤其是長途裸纖時，一定要加強監控，加強光纜保障力度，規避傳輸線路隱患。對于設備維護人員來說，一是要具有基本的故障排查能力，通過熟練使用光功率計等儀表，迅速判斷是設備本身故障、軟件故障還是運營商光纜故障。二是要具備故障分析能力。要定位到具體的故障地點，就需要熟練掌握OTDR等專業儀器儀表。三是要具有良好的溝通和協調能力，能夠協助運營商人員進行光纜故障搶修、優化調整。四是要加強長途光纜的定期檢測、維護和優化。本文提出的光纜故障排查和優化調整方法都具有一定的參考意義。常見優化方法有：對衰減較大的地點進行有針對性優化，比如在電信機房更換尾纖、法蘭盤、接頭等；重新規劃光纖路由，減少繞轉，縮短線路長度；割接光纜至其他線路，避開經常施工的路段等。從實際工作經驗來看，這三種方法都能有效降低線路衰減值，要多管齊下，綜合應用，以達到光纜線路優化的最佳效果。■