基于OTDR曲线下通信光纤故障诊断的分析

莫斌

摘 要：近年来，通信技术应用范围逐渐扩大，光纤应用率也在相应提高，但通信光纤在诊断过程中存在不同类型的故障，这不仅降低了通信质量，而且还大大弱化了通信效率。利用OTDR曲线进行故障诊断，这不仅能够明确判断故障位置，而且有利于针对故障提出有效的解决对策。本文首先进行了原理介绍，然后分析了通信光纤故障诊断中OTDR曲线的应用。

关键词：OTDR曲线；通信光纤；故障诊断；小波变换算法

前言：通信光纤诊断过程中受故障信号短时快速变化影响难以确定具体的故障位置，传统故障检测方法已经不能满足故障高效解决需要，借助OTDR曲线的小波变换算法采集信号功率，在分析所获取曲线的基础上准确定位故障，以此缩短故障诊断时间，优化故障处理效果。由此可见，本文针对这一论题展开分析，具有一定的现实意义，具体介绍如下。

1原理介绍

1.1光纤通信

光纤进行光传输的过程中，光线入射角度会发生改变，当反射角度变化到一定值后，则会发生全反射现象，以此实现目的地光波的有效传递，这一技术即光纤通信技术。这一技术特点表现为：通信损耗低、信息容量大、保密性良好、频带宽度大、外界干扰小、介质重量轻等。光线通信线路维护过程中需要注意的事项：光纤传输信号时应充分考虑材质易断性，进而要确保周围环境安全性；光纤线路建设资金较多，因此要选择适合的铺设方式；光纤线路铺设距离较长，因此维护过程中应尽可能的减少外界破坏。

导致光纤故障的原因具体有：线路接头极易发生故障；外力作用下极易变形；自然灾害会破坏光纤完整性；温度差异变化会降低光纤应用性能。从常见故障介绍中能够看出，随着通信光纤应用率的不断提高，采取有效措施维护、检测光纤应用状况是极为必要的，只有这样才会延长通信光纤使用寿命，优化光纤使用效果。

1.2OTDR原理

OTDR是光时域反射仪的简称，应用原理：基于光线信号输送过程中产生的背向散射原理研发的光电一体化仪器，该仪器设备主要用来诊断光纤故障、线路维护、光纤生产以及线路施工。OTDR能够对光进行接收和传送，光纤记录光脉冲变化的过程即OTDR曲线生成的过程。

影响OTDR定位光纤故障的因素主要四种，第一种即波长，第二种即测试范围，第三种即脉宽，第四种即取样间距。OTDR曲线变化趋势为自高向低，这主要是因为不同类型的光信号经过长时间传输后会逐渐消耗，分析OTDR曲线能够准确判断故障类型，同时，还会明确故障位置和光纤长短，了解接头损耗情况。但OTDR不能针对故障点自动检测。OTDR曲线分析常用方法主要有三种，第一种即最小二乘法，第二种方法即小波分析法，第三种为希尔伯特黄，本文主要应用小波分析法进行通信信号诊断[1]。

2通信光纤故障诊断中OTDR曲线的应用

2.1测试准备

OTDR模块针对通信光纤故障分析时，应选择适合的测试波长，经不同波长试验可知，1500纳米波长能够有效降低衰减率，1620纳米波长能够在短时间内反应光纤变化情况，本次试验分析中选择1620纳米作为测试波长。除此之外，测试准备的过程中还应全面考虑监测距离，具体表达式为

其中，P、Ac、Af、Ag、Mc、Ma分别指OCM动态范围、光纤平均损耗系数、光熔接平均衰减系数、光缆监测余量富余度、测试信噪比余量富余度。

2.2小波变换法分析OTDR曲线

2.2.1故障诊断

诊断故障过程中，即借助散射原理分析光纤功率值，OTDR主要通过二极管发射脉冲信号，并对这一信号变化（传输）情况产生的数据绘制成曲线，以此分析故障现象。信号功率值计算公式为：

其中，P（0）代表功率值；Z代表传输距离；a代表衰减参数。

通信光纤传输脉冲信号时，Z处测量点的背向反射光功率和菲涅点反射激光信号功率的计算公式分别为

将上述采样结果进行均值处理，根据处理结果绘制故障曲线。从上述公式可知，故障诊断曲线由上述两种信号形成的曲线构成，信号经过较长距离传输后会逐渐衰减，其中，背向瑞利散射这一曲线能够对脉冲信号进行衰减程度分析，该曲线呈递减趋势变化。曲线分析过程中主要依据菲涅尔反射信号进行故障诊断，即根据离散型反射获取分析数据，以此提供数据支持。

2.2.2故障定位

PON光纤诊断故障的过程中应用OTDR曲线分析法，主要是对不同分支进行反射光功率值求和计算，根据相关公式求得光功率值。分析计算公式可知，分光器后端为OTDR曲线脉冲信号，这一信号借助光线干道传输，信号分光处理后可被分成不同区段，进而不同分支能够引导散射现象发生。光纤故障准确定位时，应对故障前后功率值对比分析，分析结果主要通过以下公式来描述。

即在特定分支中发现故障时，会相应产生菲涅尔反射信号，并且OTDR会拒收背向散射信号。OTDR已接收的反射光功率值变动情况能够在公式的分析下被具体描述。PON光纤设定某一分支出现故障现象，未发生任何故障的分支仍会持续运行瑞利散射信号，但信号常态往返排除故障分支，针对这种情况应用相关公式对其进行瑞丽散射光功率值求和分析，以此全面掌握曲线在故障发生前后的反射光功率值的变动情况。据计算分析过程以及计算结果显示可知，设定分支光纤发生故障时，曲线背向瑞利散射光功率值低于故障发生之前。由此可见，针对光纤故障判断和准确定位，能够借助上述方法予以分析。

2.3测试结果

为了对本文诊断方法进行详细分析，应以实验的形式开展，即根据实验流程以及相关算法进行有序编程——Java，同时，实验环境需要借助发展仿真软件matlab7.2进行构建，进而完成光纤故障诊断实验构建。实验期间，将OTDR曲线获得的故障数据通过图1形式来呈现。

选用本文算法和传统算法分别对统一信号数目和相同实验次数进行故障分析和诊断，据实验对比结果显示可知，本文算法对故障诊断准确率明显高于传统算法，传统算法面对短时间快速变化故障信号不能及時捕捉，进而会延时故障信号捕捉时间，不利于通信光纤故障全面检测，本文算法能够有效弥补传统算法的不足，并且还会大大提高故障诊断准确性[2]。

结论：综上所述，基于OTDR曲线分析通信光纤故障，这种诊断方法能够符合当今通信光纤信号传输需要，有利于实现故障及时诊断、准确诊断这一目标。这种诊断方法的有效渗透，一方面能够减少故障诊断时间，另一方面能够提高通信光纤应用率，优化光纤使用效果，这对通信故障几率降低、通信光纤技术大范围应用具有重要意义。

参考文献：

[1]吕春梅. 基于OTDR曲线的通信光纤故障诊断的研究[D].华北电力大学，2012.

[2]李妍琰，何勇. 光纤通信网络中故障优化诊断方法仿真[J]. 计算机仿真，2014，09：221-224+228.endprint