通信电缆故障的检测方法研究

陈仲源 厦门市专用通信局

1 引言

近几来，无线通信发展迅猛，4G已经商用，5G也即将商用，但到目前通信通信仍不可缺少。作为当前接入网主体的通信电缆由于施工时的实际影响、外界气候环境变化以及老化、腐蚀乃至外力机械破坏等，造成了断线、接地、短路等故障。影响了通信的质量和正常运行，所以在出现故障时，需要快速地检测查找出通信电缆的故障，缩短故障时间。

目前，市面上的通信电缆管理系统，系实时监测电缆的电气特性指标，并通过脉冲反射原理(TDR)完成故障现象判断和故障位置判定。

2 系统原理

2.1 通信电缆管理系统

通信电缆管理系统是由计算机、远端测试设备及系统软件组成的系统。

系统通过远端测试设备实时监测电缆质量：在电缆质量变差时，及时上传预警信息；在电缆出现故障时，也及时上传告警信息。由客户端及时向维护人员发出告警信息，便于维护人员及时快速的修复电缆故障 。

2.2 时域反射法(TDR)

时域反射法，其方法是在通信电缆的一端发送脉冲电压，当电缆无故障其阻抗一致，则无反射脉冲，但若电缆遇到故障，通信电缆故障点的阻抗改变，入射脉冲信号就会产生反射，形成反射脉冲。所以该法也称脉冲反射法。

由上可见，TDR在故障点阻抗显著变化时才有效，而对高阻故障和间歇性故障无效，同时该脉冲信号会影响通信信号，所以不能在线检测故障。

2.3 频域反射法(FDR)

FDR是向通信电缆发送正弦线性扫频信号，同理，该信号会在故障点也会发生反射，然后在测量端分析判断反射信号或者是由入射信号和反射信号相互叠加而成的驻波。

频域反射法适用于高频电缆的测量，如同轴电缆等。但由于发射的扫频信号也会影响通信信号，所以也不能实现在线检测故障。

2.4 时频域反射法(TFDR)

TFDR 不仅可精确测量故障点距离，也能较为精确测量故障点阻抗，以便于更为精确地确认故障类型。时频域联合反射分析法(TFDR)结合上述两法的优点，可同时在时域和频域分析信号，实现故障类型的检测和故障定位。

但由于TFDR发射的信号仍会影响通信信号，所以仍不能在线检测故障。

2.5扩频时域反射法(SSTDR)

SSTDR 利用扩频技术来检测电缆故障，能够实现对通信电缆故障的在线监测的一种新方法。该方法也只需单端测试，即在电缆一端发射由正弦信号与二进制伪随机码进行调制而生成的信号，在故障点由于阻抗变化造成不匹配，产生反射信号。当反射信号与发射信号相位一致时，其相关值有唯一峰值，由此可得出电缆中信号传输延迟为τ。若信号在电缆中的传输速度为c，由上述信号在电缆传输，遇故障点反射回测量端所经延迟时间τ，则可得出故障点到测量端的距离。

因为SSTDR 所发射的信号具有白噪声均值为零的特性，所以SSTDR不影响通信电缆上的通讯信号，故能实时在线检测电缆故障。基于SSTDR的优点，对SSTDR的进一步研究和实现，有利于通信电缆检测方法的进一步发展。

3 系统设计

系统主要由服务器工控机、客户端、远端测试设备等组成。

3.1 TDR 测试方法

现有系统采用TDR测试方法，而基于TDR信号对通信信号的影响，所以需要接在空闲的电缆上，而不能对在用电缆实时在线检测。所以当在用电缆故障或被破坏窃听时，若未损坏到空闲电缆，则无法及时检测故障，因此需要提出新方法能及时检测发现在用电缆故障或被破坏窃听且不影响通信讯号，是有必要的。

3.2 SSTDR 和TFDR 测试方法设计

针对TDR的无法在线检测等缺陷，根据上述分析，在远端测试设备采用SSTDR和TFDR相结合的方法，从而实现在线监测电缆故障的功能，并能对电缆的高阻故障和低阻故障进行检测，同时也能精确定位其故障点。

具体实现可以以DSP+CPLD模块为主，并设计相应的信号产生发射、采集和通信等模块。CPLD 负责控制信号产生发射和采集模块的时序；信号产生发射模块将向待测电缆发射信号，该信号由直接数字合成(DDS)芯片产生；信号采集模块则采集电缆上的反射信号，鉴于反射信号一般比较微弱且其幅值不稳定，故而需要在前端设计增益可调的缓冲放大电路，数据采集完成后送入DSP处理；DSP部份则将上述采集到的发射和反射信号数据进行处理，以获取电缆的故障类型和故障点距离；由通讯模块将远端测试设备获取的故障信息上传到服务器工控机，便于后续处理。

4 结束语

综上可见，引入SSTDR 和TFDR 的故障检测方法，可以使该系统实现在线检测并预测通信电缆低阻故障的功能，并可以精确定位到故障点。故而通过本系统可分析出电缆故障类型和故障点位置，及时提出告警，帮助电缆维护人员及时确认故障点，及时修复，有效的降低了维护成本，保证了通信电缆中信号的安全可靠传输。