空管光缆故障分析及线路优化方法

王和顺

（民航珠海进近管制中心，广东 珠海 519000）

0 引言

近年来，随着国内航空业的迅速发展，民航空管单位之间跨区的业务需求也在不断增长，而雷达自动化联网、甚高频语音、管制综合数据交互等关键性空管业务，对传输线路的时延、带宽和稳定性有着近乎苛刻的要求。光纤因具有传输速率快、损耗低、传输距离远、抗干扰能力强等特点，成为空管业务长途传输的最佳介质。其中，因为运营商裸纤具有带宽大、业务配置灵活和管理方便的特点，租用运营商长途裸纤在民航空管单位与外地台站之间、空管单位与空管单位之间较为常见。裸纤也叫裸光纤，是运营商提供的一条纯净光纤线路，中间不经过任何运营商设备，只经过配线架或光交箱做光纤跳纤，可以理解为运营商的一条物理线路。一般情况下只要承载裸纤的光缆不被挖断，就不会影响业务。但是在长途光缆中，由于距离一般都在20 km以上，光缆中间任何一点故障都会导致整条线路中断，或者有时光缆并无实际发生中断，但中间某处节点出现较大损耗也有可能导致传输中断。

以空管单位A、空管单位B为例，A、B之间部分空管业务的联网使用了两台华为OSN1500光传输设备，租用运营商长途光纤，全长约67 km。但由于运营商长途光缆中间经历的电信机房、光交箱、跳接点较多，且部分线路途经市区，经常出现因市政施工挖断光缆的情况，而在每次运营商抢修人员抢修后都会留下新的熔接点，每次熔接都会导致光缆衰减值少量增大。长此以往，整条光纤线路的传输质量受到一定影响。当光缆的衰减值达到传输设备的输入光功率阈值时，传输将可能出现瞬断或者时断时续的现象，从而影响空管业务的正常传输。

1 故障情况和分析

1.1 设备概况

某日空管单位A的OSN1500设备网管监控告警，提示空管单位A至空管单位B输入光功率低，出现告警，显示其输入光功率为-23.5 dB，而设备可接受的下限约为-23 dB。华为OSN1500采用的网管监控软件是U2000，是华为推出的网络统一管理系统，U2000软件涵盖了统一网管、业务配置、告警管理功能。其中，光功率管理软件模块可以测量传输设备的输入和输出光功率。设备维护人员通过检查发现，OSN1500设备本身和光板并无告警，设备承载的以太网业务和2M业务也并未受影响。因此从实际结果来看，光纤线路并未发生中断，但输入光功率显然已处于即将可能中断的阈值，存在中断隐患。输入光功率、输出光功率和光纤线路衰减有以下关系：

式中，P1为本端输入光功率；P2为对端输出光功率；L为光缆线路衰减值。

1.2 长途光缆的衰减估算方法

光纤衰减受接续性衰减、非接续性衰减和施工以及外部环境影响。光纤接续性衰减主要分为自身原因导致的衰减、非自身原因导致的衰减以及活动接头衰减三大状况[1]。根据G.652单模光纤的技术标准，其在1550 nm波长上的衰减系数的典型值为0.19 dB/km，最大不超过0.21 dB/km。本例中，空管单位A和空管单位B之间的光缆长度约67 km，即光缆的衰减值L理论上最大不超过0.21×67=14 dB，但考虑到长途光缆的熔接点和跳接点均有损耗，且一般熔接损耗为0.3 dB，且不应大于0.5 dB。而跳接点使用的耦合器插入损耗不大于

0.3 dB。所以在实际中，长途光缆的衰减值应为

根据长途光缆的熔接点和跳接点数量，结合运营商的经验计算，全长67 km的1550 nm波长的光纤损耗值一般小于21 dB。本例中，空管单位在和运营商签订的长途光缆租赁合同里，规定运营商提供的光缆线路的总衰减L不大于22 dB。

OSN1500设备安装了华为光模块，该光模块支持单模、1550 nm波长，最大传输距离为120 km。典型情况下，该型号光模块输出光功率P2为0.5 dB左右。若将合同中的L=22 dB代入公式（1），理论上本端接收的光功率P1=-21.5 dB，离OSN1500网管监控软件测量的-23.5 dB还有充裕的空间。因此，故障原因有可能为长途光缆衰减过大，但也有可能为设备或光模块本身故障，甚至是监控软件误告警。

1.3 故障排查

首先应排除设备本身或者光模块故障，其次还要排除是否监控软件测量的P1和P2值有误差。根据实际工作经验，可以通过以下两种方法快速判断是设备本身故障、软件故障，抑或是运营商光缆线路故障。

①使用光功率计测量对端P2。将对端空管单位B的光模块的输出光纤拔出，接入光功率计测量光模块输出功率，如果P2测量值明显比理论值小，则可以判断为是光模块故障。此时可通过更换光模块备件解决；若测量数值与实际一致，则可以排查对端光模块故障。此时，可在空管单位A本端设备测量接收到的对端的光功率P1是否与U2000监控软件显示的输入光功率一致。若一致，则可以排除软件故障，可确认光功率告警为中间运营商光缆传输衰减过大引起。

②使用光功率计和发光计测量光缆衰减L。测量前，先用短尾纤直连光功率计和发光计，发光计选择1550 nm波长，测出发光计发射功率初始值P0。然后在拔出两端A、B传输设备的光纤，分别接光功率计和发光计，经光缆两端测量功率值P3，两者相减则可得到运营商中间光缆的衰减值L。工作实践中证明，这种测量方法跳过了传输设备和光模块，直接测量长途光缆的光衰值，测量的结果最为准确。

通过以上方法确认了空管单位A、B的OSN1500光传输设备及其光模块正常。将实际测量的P1=-23.5 dB，P2=1 dB代入公式（1），得出L=24 dB，远远大于运营商合同规定的22 dB的光衰值。由此表明，本次故障案例是一起电信运营商长途光缆光衰过大导致设备告警的事件。空管单位据此报告给运营商，请求运营商协助开展光纤线路排查及优化，可以彻底消除传输隐患。

2 光纤故障定位及优化

2.1 OTDR仪表介绍

如前文所提到，空管单位租用运营商长途裸纤具有大带宽优势，但是由于裸纤只连接用户两端的传输设备，线路中间不经过电信运营商的数据处理设备，对于电信运营商而言，其必然具有监控难度大，故障点查找难度大的特点，因此，为查找具体的故障点，此处还需借助OTDR仪表。OTDR，全称为Optical Time Domain Reflectometer，中文名称为光时域反射仪。其工作原理是：将一束激光射入被测光纤，要求该激光束能够正常地往前传播。由于光纤绝非纯净的石英晶体，激光束在向前传播过程中会发生瑞利散射，其在曲线中表现为一条缓慢向下衰减的曲线；而在遇到接头等事件的时候，由于介质折射率的变化，会产生一个功率强大的反射，也就是菲涅尔反射，其在曲线中表现为“点事件”[2]。OTDR输入端通过接收其中的菲涅尔反射光和瑞利背向散射光，将接收的反射信号再变成电信号，最后在显示屏上显示出结果曲线。OTDR现广泛应用于光纤测距、故障排查中，其主要功能是用于测量光纤的衰减和损耗、故障点位置、光纤的长度以及沿线长度损耗点的分布情况。在光纤线路排查中发挥了不可或缺的作用。

2.2 OTDR测量结果分析

笔者使用OTDR仪表测量光缆曲线。图1为光缆线路优化调整前的曲线。通过该图可以快速得出以下两个结论。

图1 调整前的光纤OTDR测量图

①在地点1#（3 km）、5#（40 km）和11#（64 km）处有强烈的菲涅尔反射，表示为这些接头处具有较大衰减。具体接头点的位置可以结合运营商提供的线路说明，在电信维护人员的协助下，可以初步判断图中的实际地点具体为哪个电信机房或光交箱。对于裸纤来说，电信机房和光交箱都是光纤跳接点，说明这里光纤衰减较大的原因都与光纤跳接点的连接有关，而造成光衰较大的原因可能为耦合器松动或接头故障，也有可能是光纤受外力发生弯折等。

②在地点5#和10#之间，也就是离空管单位A距离40 km至60 km之间的光缆曲线，衰减曲线的斜率明显比前面大，且“点事件”较多，表明这段光缆质量不算很好，有较多的熔接损耗，光缆的衰减值过大。再结合电信运营商以往的割接和抢修案例分析可知，这段光缆熔接次数较多的主要原因为该路段市政道路施工较多，经常挖断光缆，导致熔接点较多。根据运营商抢修的经验，每次熔接后都会增加约0.5 dB的损耗，长此以往，光纤线路衰减值越来越大，留下安全隐患。

2.3 调整及优化方法

为解决彻底传输干线中断隐患，满足空管传输设备的长期稳定运行要求，就必须尽最大可能将长途光缆衰减降至最低。对此，空管设备维护人员制定了光缆优化调整专项计划，协调电信人员对光纤衰减过大的位置和路段进行了优化。

2.3.1 调整跳接点

对于5#跳接点和11#跳接点，电信维护人员前往对应的机房后，详细检查光纤线缆和接头情况。最后通过更换光纤、法兰盘，重新紧固耦合器等方式，取得了较好的效果，单点的光衰值明显降低，如图2所示，光纤优化调整后，在40 km处，菲涅尔反射波形大大减小，测量光纤全程衰减由24.5 dB降至23.1 dB。而对于1#跳接点，经排查发现，1#电信机房光纤走向不规范，光纤从机房四楼再跳至二楼，相当于一个机房节点经历了两处跳接损耗，增加不必要的衰减。经电信人员梳理机房设备及光纤资源后，合理减少1个跳接点，1#地点的光衰值也降低了0.8 dB。最终经过对机房和光交箱跳接点调整，光纤全程衰减值降低至22.3 dB，基本达到合同规定衰减值，也满足了OSN1500设备允许的输入光功率下限-23 dB。

图2 调整后的光纤OTDR测量图

2.3.2 优化光缆线路

距离空管单位A 40 km至60 km的路段，尤其是40 km至50 km路段之间，经实地勘察，该路段常年有市政道路施工，尤其是在一些标识不清的路段，施工挖断光缆的情况时有发生。对此，一种缓解的方法是从管理上提高光缆保障效果，提醒运营商制定有效的整改措施。比如在市政施工时期，运营商应当加强与施工单位的沟通对话，建立施工方联系通信录，及时保持密切沟通，掌握施工动态；日常派人巡视光缆路段，在一些重要路段增加线路标识、标牌、标记，可有效减少光缆被施工人员误挖断的情况。而另一种较为彻底的解决方法是，梳理光纤线路中隐患位置，对故障常见路段，要求运营商优化光缆线路，重新规划线路，重新设计路由，必要时重新敷设光缆，绕开施工多发路段。本例中，空管单位积极协调运营商，双方达成共识，综合使用了两种方法，也就是将光缆割接至其他安全路段，并在沿途增加光缆线路标识、标牌、标记。整改完后，一方面光缆的衰减有所改善；另一方面光缆因施工挖断的情况大幅减少，大大提升了设备运行的稳定性。

3 结束语

长途光缆故障发生原因较多，常见的有光缆本身质量不佳、老化，也有外界自然原因，还有人为原因，比如光缆被挖断、尾纤被弯折、跳接点松动、电信人员误操作等。而空管传输设备对于正常率的要求极高，因此，空管单位在租用运营商长途光缆，尤其是长途裸纤时，一定要加强监控，加强光缆保障力度，规避传输线路隐患。对于设备维护人员来说，一是要具有基本的故障排查能力，通过熟练使用光功率计等仪表，迅速判断是设备本身故障、软件故障还是运营商光缆故障。二是要具备故障分析能力。要定位到具体的故障地点，就需要熟练掌握OTDR等专业仪器仪表。三是要具有良好的沟通和协调能力，能够协助运营商人员进行光缆故障抢修、优化调整。四是要加强长途光缆的定期检测、维护和优化。本文提出的光缆故障排查和优化调整方法都具有一定的参考意义。常见优化方法有：对衰减较大的地点进行有针对性优化，比如在电信机房更换尾纤、法兰盘、接头等；重新规划光纤路由，减少绕转，缩短线路长度；割接光缆至其他线路，避开经常施工的路段等。从实际工作经验来看，这三种方法都能有效降低线路衰减值，要多管齐下，综合应用，以达到光缆线路优化的最佳效果。■