張喜云++左利欽

摘要：近年來(lái)，為突破原銅線接入網(wǎng)帶寬的“瓶頸效應(yīng)”，我國(guó)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商紛紛建立了以光纖線路為主的用戶接入網(wǎng)絡(luò)，以更好地滿足用戶的網(wǎng)絡(luò)帶寬需求，以及提供更多的業(yè)務(wù)承載能力。但隨著FTTX光纖線路的大量敷設(shè)與使用，其線路通信的安全性與可靠性已越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。該文從FTTX光纖線路常見故障類型及原因出發(fā)，并結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，著重就光纖線路常見故障查找與定位技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探索與研究。

關(guān)鍵詞：FTTX光纖線路；故障查找；故障定位

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）33-0046-02

FTTX光纖線路是指在接入網(wǎng)絡(luò)中，全部或部分采用光纖作為傳輸介質(zhì)，以此構(gòu)建的光纖用戶環(huán)路，也是實(shí)現(xiàn)用戶高性能寬帶接入的一種解決方案。根據(jù)ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）設(shè)置點(diǎn)的不同，目前FTTX光纖線路主要分為FTTH（光纖到戶）、FTTB（光纖到樓）、FTTC（光纖到路邊）等幾種類型。在FTTX光纖線路使用的過(guò)程中，受外力因素、自然災(zāi)害、自身老化等因素影響，都非常容易受到損害，而導(dǎo)致線路傳輸中出現(xiàn)嚴(yán)重誤碼或中斷等問(wèn)題。因此，為確保光纖線路通信的安全與可靠，必須采取有效的故障查找與定位技術(shù)，以縮短故障查找與定位的時(shí)間，確保故障修復(fù)的及時(shí)性。

1 FTTX光纖線路常見故障類型及原因

1.1 常見故障類型

FTTX光纖線路常見故障類型，主要分為一般性故障、全阻故障和重大故障這三類。

其中，一般性故障是指影響面較小，未造成重大危害的故障，通常要求一般性故障的12芯光纖的修復(fù)時(shí)間不得超過(guò)6小時(shí)，12～24芯和24芯以上的光纖修復(fù)時(shí)間分別不得超過(guò)12h和24h；全阻故障則是指光纖的通信全部阻斷，或者同一光纖中備用系統(tǒng)的倒通時(shí)間超過(guò)10min；重大故障則是指光纖線路在通信期間，對(duì)正常通信業(yè)務(wù)造成嚴(yán)重阻礙的故障。

1.2 故障原因分析

1）外力因素

外力因素主要有：挖掘、技術(shù)操作錯(cuò)誤、車輛損傷、射擊等。其中，過(guò)度挖掘、技術(shù)操作失誤是導(dǎo)致光纖線路故障的最主要的兩個(gè)原因，占據(jù)了總故障原因的70%以上。技術(shù)操作失誤包括了光纖連接不牢、光纖彎曲半徑過(guò)小、光纖被劃傷等。

2）自然災(zāi)害

自然災(zāi)害包括了火災(zāi)、洪水、雷擊、鼠害、鳥啄等。其中，又尤其以鼠害的危害最大，無(wú)論是地下敷設(shè)光纖或是架空光纖都會(huì)受到鼠害的威脅。

3）自身因素

自身因素是指質(zhì)量問(wèn)題或自然老化而導(dǎo)致光纖斷纖。這是由于光纖主要是由于塑料纖維和玻璃所拉制而成，受時(shí)間推移或質(zhì)量問(wèn)題影響，會(huì)逐漸因老化而斷纖。

2 FTTX光纖線路故障點(diǎn)的定位技術(shù)

2.1 光纖故障定位技術(shù)概述

目前，應(yīng)用于FTTX光纖線路故障點(diǎn)的定位技術(shù)，主要包括了光功率監(jiān)測(cè)技術(shù)、紅光激光筆技術(shù)以及光時(shí)域反射測(cè)量技術(shù)這三種。其中，光功率監(jiān)測(cè)技術(shù)，也是我國(guó)應(yīng)用最早的故障定位與檢測(cè)技術(shù)，它主要是通過(guò)所監(jiān)測(cè)到的信號(hào)光功率，以判定線路是否出現(xiàn)故障；而紅外激光筆技術(shù)，則是利用紅光的高度敏感性，通過(guò)半導(dǎo)體激光器發(fā)射紅光以探測(cè)故障位置或高損耗位置，并通過(guò)呈現(xiàn)紅色的亮斑以定位故障點(diǎn)，它主要用于較短距離的光纖故障定位檢測(cè)。

而光時(shí)域反射技術(shù)，則主要是基于光時(shí)域反射儀（OTDR）的一項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用，它也是目前我國(guó)最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的一項(xiàng)故障定位技術(shù)。因此，在本文中，將著重分析與探討OTDR在FTTX光纖線路故障定位中的應(yīng)用。

2.2 OTDR的功能結(jié)構(gòu)與定位原理

1）功能與結(jié)構(gòu)

光時(shí)域反射儀（OTDR），也被稱為光脈沖測(cè)試器，它既可以用于定位光纖故障點(diǎn)位置，也可用于測(cè)量光纖插入損耗、反射損耗、光纖長(zhǎng)度等多種用途，具有體積小、功能多、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，因此是當(dāng)前光纖線路施工與維護(hù)工作中不可或缺的重要儀表設(shè)備。OTDR的結(jié)構(gòu)原理圖，詳見下圖1所示。它主要由脈沖發(fā)生器、光定向耦合器、E/O轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器以及顯示器等元件所組成。

2）故障定位原理

OTDR的故障定位原理，是通過(guò)發(fā)射脈沖光作為故障探測(cè)信號(hào)，脈沖光在傳播過(guò)程中會(huì)由于“瑞利散射”和“菲涅爾反射”產(chǎn)生光脈沖，經(jīng)過(guò)電信號(hào)放大、改善信噪比處理后，由OTDR顯示屏所呈現(xiàn)的波形，即可確定出被測(cè)光纖的故障點(diǎn)位置、光纖衰耗、光纖長(zhǎng)度等等。在實(shí)際故障定位時(shí)，OTDR所測(cè)定的故障距離，可用下列方程式進(jìn)行表達(dá)：

[L=L1-nL2/1+P-nL3-L4-L51+r] （1）

在式（1）中，L是指OTDR的測(cè)試點(diǎn)到故障點(diǎn)之間的地面距離，單位為m；L1是指測(cè)試點(diǎn)到故障點(diǎn)之間的光纖長(zhǎng)度，L2是指接頭處光纖的盤留余長(zhǎng)，L3是指接頭處光纜的盤留余長(zhǎng)，單位均是m；n是指測(cè)試點(diǎn)到故障點(diǎn)之間的接頭數(shù)，P是指光纖在光纜中的富余度或絞縮度，具體值通常用廠家提供，r是指光纜敷設(shè)時(shí)的彎曲率，架空光纜通常取值r=0.5%，直埋敷設(shè)光纜則取值r=0.7%～1%；[L4]是指測(cè)試點(diǎn)到故障點(diǎn)之間光纜各種盤留的余長(zhǎng)總和，[L5?]是指測(cè)試點(diǎn)到故障點(diǎn)之間光纜S形敷設(shè)增加的長(zhǎng)度總和，單位均為m。

2.3 OTDR的具體定位方法

1）一般性故障定位

光纖線路一般性故障，多為部分光纖出現(xiàn)阻斷。在利用OTDR故障定位時(shí)，應(yīng)首先精確調(diào)整OTDR的波長(zhǎng)、脈寬以及折射率等，使儀器參數(shù)與被測(cè)光纖的纖芯參數(shù)相同，以盡量減少測(cè)試時(shí)的定位誤差。

通過(guò)OTDR顯示器中的曲線圖，如果故障點(diǎn)具有明顯的菲涅爾反射峰時(shí)（如下圖2），且通過(guò)核對(duì)光纖線路圖，發(fā)現(xiàn)測(cè)定故障點(diǎn)與光纖某一接頭距離相接近時(shí)，則可初步判定為光纖接頭盒內(nèi)故障。這是由于盒內(nèi)光纖斷裂多表現(xiàn)為小鏡面性斷裂，曲線圖將出現(xiàn)較大的菲涅爾反射峰。而如果故障點(diǎn)與光纖接頭的距離相差較大時(shí)，則可初步判定為纜內(nèi)故障。

2）全阻故障定位

對(duì)于光纖全阻故障，利用OTDR進(jìn)行故障的定位則相對(duì)較為簡(jiǎn)單。由于全阻故障多是由于外力挖掘、自然因素等原因所導(dǎo)致的，首先可利用OTDR將故障點(diǎn)與局（站）之間的距離測(cè)定出，以確定故障點(diǎn)的地理位置，然后再由巡線員沿線查看，通常就能發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。如果無(wú)法找到，再利用上式（1）中的方法精確計(jì)算，以定位故障點(diǎn)。

3 FTTX光纖線路故障查找的方法

當(dāng)利用OTDR定位以后，維護(hù)人員應(yīng)結(jié)合光纖的余留情況、路由走向以及光纖線路竣工圖確定故障點(diǎn)大致位置，然后再通過(guò)沿線巡視以查找故障。隨著近年來(lái)，科技發(fā)展與進(jìn)步，為進(jìn)一步提升FTTX光纖線路故障定位時(shí)的效率與精度，我國(guó)已普遍采用了GPS巡航系統(tǒng)（如下圖3），該系統(tǒng)能將OTDR所測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總與計(jì)算，并在系統(tǒng)界面中顯示中具體故障點(diǎn)位置，從而方面了維護(hù)人員故障點(diǎn)的快速查找。

3.1 外力因素造成的線路故障查找

因外力因素、自然因素，如挖掘、車輛損傷等所造成的光纖故障，通常情況下線路會(huì)出現(xiàn)數(shù)芯斷裂或全芯斷裂。在對(duì)這類故障查找時(shí)，既可以由OTDR進(jìn)行定位，以獲取故障光纖的長(zhǎng)度，并結(jié)合光纖的余留情況以及路由走向，大致推斷出故障點(diǎn)的范圍，然后再沿線巡視查看；也可以由GPS巡航系統(tǒng)給出的故障點(diǎn)位置直接進(jìn)行

在故障查找時(shí)，一是應(yīng)注意到故障區(qū)域路面是否存在明顯的施工痕跡；二是應(yīng)注意檢查人井內(nèi)的光纖情況，這是由于近年來(lái)大力通信管線建設(shè)，在施工中往往出現(xiàn)誤碰、誤傷等問(wèn)題。尤其是對(duì)于接頭盒內(nèi)光纖斷裂故障的查找，由于OTDR的定位一般存在著誤差，因此在查找時(shí)千萬(wàn)不要貿(mào)然打開接頭盒，以避免因開盒而導(dǎo)致光纖刮壞、碰壞，而是應(yīng)當(dāng)首先對(duì)接頭盒附近的光纖情況進(jìn)行檢查。

3.2 自身因素造成的線路故障查找

因光纖自然老化、質(zhì)量原因等因素，光纖線路出現(xiàn)自然斷裂的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。雖然這類故障的發(fā)生率較低，但是查找起來(lái)卻非常困難。針對(duì)這類光纖故障問(wèn)題的查找，應(yīng)利用OTDR從光纖的兩端進(jìn)行雙向定位測(cè)試，以詳細(xì)弄清楚斷纖發(fā)生在哪一段光纜內(nèi)，發(fā)生在哪兩塊標(biāo)石之間等等，以縮小故障點(diǎn)的查找范圍，然后再逐一查找修復(fù)。但通常情況下，由于這類故障查找困難，一般采用了割接換段的方式來(lái)修復(fù)。

4 應(yīng)用實(shí)例分析

以某FTTX光纖線路的故障查找與定位為例：

4.1 故障定位實(shí)例分析

該故障光纖的長(zhǎng)度為16.106km，光纖中間段的接頭點(diǎn)位置分別為2.966km、6.015km、9.104km、12.030km、15.165km這五個(gè)點(diǎn)位，詳見下圖4所示。在故障光纖線路的ODF架線處側(cè)，采用OTDR對(duì)故障點(diǎn)的位置進(jìn)行定位計(jì)算。

圖4 某FTTX光纖線路故障定位示意圖

首先，根據(jù)定位原則選取最近接頭點(diǎn)進(jìn)行定位計(jì)算，即故障點(diǎn)距離第5接頭點(diǎn)的光纖長(zhǎng)度為：

16.106-15.165=0.941m （2）

由于已知該故障光纖的絞縮度為1%，則可得出故障點(diǎn)距離第5接頭點(diǎn)的光纖皮長(zhǎng)為：

941÷（1+1%）=932m （3）

去掉已知的第5接頭處余留光纖8m，則故障點(diǎn)距離接頭光纖敷設(shè)皮長(zhǎng)為：

932-8=924m （4）

由于該光纖線路是以地下直埋線路為主，取光纖敷設(shè)時(shí)的彎曲率為0.7%，則故障點(diǎn)與第5接頭的地面位置間距即可得出：

924÷（1+0.7%）=917m （5）

4.2 故障查找實(shí)例分析

通過(guò)OTDR定位得出故障點(diǎn)與第5接頭的地面距離以后，結(jié)合光纖線路竣工圖，得出故障點(diǎn)在第9標(biāo)石附近。由維護(hù)人員進(jìn)行沿線巡視查看，結(jié)果在第9標(biāo)石附近17m處發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)有回填痕跡，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)故障查找，判定是人為故意挖斷，而導(dǎo)致的光纖斷裂故障。維護(hù)人員針對(duì)故障采取了緊急搶修修復(fù)措施，并向當(dāng)?shù)毓矙C(jī)關(guān)報(bào)案。

5 總結(jié)

筆者從FTTX光纖線路常見故障類型及原因出發(fā)，并結(jié)合具體應(yīng)用實(shí)例，就光纖線路常見故障的定位與查找技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探索與研究。近年來(lái)，隨著OTDR技術(shù)、GPS巡航系統(tǒng)等高新技術(shù)，在光纖故障查找與定位中的廣泛應(yīng)用與普及，不僅極大提高了故障定位的精度與效率，而且縮短了故障查找的時(shí)間，從而有力確保了光纖線路故障修復(fù)的及時(shí)性，保證了光纖線路通信的安全與可靠。

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