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1、(10)申请公布号 CN 102291176 A (43)申请公布日 2011.12.21 CN 102291176 A *CN102291176A* (21)申请号 201110252088.2 (22)申请日 2011.08.30 H04B 10/08(2006.01) H04Q 11/00(2006.01) (71)申请人 上海波汇通信科技有限公司 地址 201203 上海市浦东新区张江高科技园 区碧波路 177 号华虹科技园 B 区 203 (72)发明人 张成先 陆文娟 李健威 赵浩 (74)专利代理机构 上海新天专利代理有限公司 31213 代理人 周涛 (54) 发明名称 一种无。
2、源光网络故障在线监测系统 (57) 摘要 本发明涉及一种无源光网络故障在线监测系 统， 该无源光网络中光线路终端连接于波分复用 器上， 该波分复用器通过主干光纤连接至光分配 网络上， 光分配网络内分出的分光支路分别通过 分路光纤连接至对应的光网络单元上， 在每个分 光支路和光网络单元之间设有反射元件 ； 波分复 用器还连接至环形器， 该环形器还分别连接激光 器和分光器， 分光器的第一路输出端口依次连接 第一光电探测模块、 第一信号放大模块和第一数 据采集单元， 分光器的第二路输出端口依次连接 第二光电探测模块、 第二信号放大模块和第二数 据采集单元， 第一数据采集单元和第二数据采集 单元均连接。
3、至数据处理单元上。本发明的系统可 对整个光纤线路实时监测， 监测能力和测量精度 具有较大提高。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 2 页 CN 102291193 A1/1 页 2 1. 一种无源光网络故障在线监测系统， 所述的光网络包括有光线路终端、 波分复用器、 光分配网络和光网络单元， 所述的光线路终端连接于波分复用器上， 该波分复用器通过主 干光纤连接至光分配网络上， 光分配网络内设有光分路组件， 光分路组件分出的分光支路 分别通过分路光纤连接至对应的光网络单元上， 其特征在于， 在每个分光支路。
4、和光网络单 元之间的分路光纤上设置有一个反射元件 ； 所述的波分复用器还连接至环形器上三个端口 中的一个端口， 该环形器的另外两个端口分别连接激光器的输出端和分光器的输入端， 所 述分光器设有两路输出端口， 其第一路输出端口依次连接第一光电探测模块、 第一信号放 大模块和第一数据采集单元， 第二路输出端口依次连接第二光电探测模块、 第二信号放大 模块和第二数据采集单元， 第一数据采集单元和第二数据采集单元均连接至数据处理单元 上。 2. 根据权利要求 1 所述的一种无源光网络故障在线监测系统， 其特征在于， 所述的激 光器为可调激光器， 该可调激光器输出两种不同脉宽和功率的监测光信号。 3. 。
5、根据权利要求 2 所述的一种无源光网络故障在线监测系统， 其特征在于， 所述的激 光器可输出的监测信号波长为 1625nm 和 1650nm。 4. 根据权利要求 1 所述的一种无源光网络故障在线监测系统， 其特征在于， 所述反射 元件或为波分复用器、 或为滤光片、 或为光纤光栅。 5. 根据权利要求 1 所述的一种无源光网络故障在线监测系统， 其特征在于， 分光器按 照一定比例将返回信号分成两路输出 ： 用于提取和分析返回的反射信号的第一路信号 ； 用 于提取和分析返回的背向散射信号的第二路信号， 所述第一路信号所占的比例较第二路信 号所占比例低， 分光器的分光比小于 20:80。 6. 根。
6、据权利要求 1 所述的一种无源光网络故障在线监测系统， 其特征在于， 所述的处 理第一路信号的硬件电路包括依次连接的第一光电探测模块、 第一信号放大模块和第一数 据采集单元， 处理第二路信号的硬件电路包括依次连接的第二光电探测模块、 第二信号放 大模块和第二数据采集单元， 处理第一路信号的硬件电路与处理第二路信号的硬件电路相 比， 其具有较低增益、 较高带宽和较快采用速率。 7. 根据权利要求 1 所述的一种无源光网络故障在线监测系统， 其特征在于， 所述的光 分路组件或为单个光分路器， 或为多个光分路器组成的光分路器级联。 8. 根据权利要求 7 所述的一种无源光网络故障在线监测系统， 其特。
7、征在于， 所述的光 分路器分出的分光支路或为 32 支、 或为 64 支， 或为 128 支。 9. 根据权利要求 1 所述的一种无源光网络故障在线监测系统， 其特征在于， 所述的数 据处理单元分别与第一数据采集单元和第二数据采集单元相连， 依次处理第一路信号和第 二路信号 ： 根据第一路信号内的反射信号判定发生故障的分光支路 ； 根据第二路信号内的 背向散射信号判定发生在整个光网络中的故障点位置， 最后将第一路处理信号与第二路处 理信号进行整合处理， 为用户提供整个无源光网络的故障点位置以及发生故障的分支光路 信息。 权 利 要 求 书 CN 102291176 A CN 102291193。
8、 A1/6 页 3 一种无源光网络故障在线监测系统 技术领域 0001 本发明涉及光纤通信领域， 尤其涉及一种基于 OTDR 技术的无源光网络光纤故障 在线监测系统。 背景技术 0002 随着宽带业务的迅猛发展和各种新业务的不断涌现， 用户对网络接入带宽的需求 大幅增加， 传统的接入方式已不能满足日益增长的宽带需求， 光纤接入技术具有带宽高、 传 输距离长、 安全性好、 成本低等优势， 能实现信息传输高速化， 满足大众的需求。 无源光网络 （Passive Optical Network, PON） 是一种点到多点的光纤接入技术， 由局侧的光线路终端 （Optical Line Termina。
9、l, OLT） ， 用户侧的光网络单元 （Optical Network Unit, ONU） 以 及光分配网络 （Optical Distribution Network, ODN） 组成。与点到点 P2P 的拓扑结构相 比， PON 的这种点到多点的结构节省了大量的光纤成本， 然而引入了光纤线路监测和故障定 位的难题。 0003 为了降低运营和维护成本， 亟待有效的无源光网络光纤线路在线监测手段来监测 整个无源光网络的主干和分支光纤线路， 实现在不影响其它分支光纤线路正常运行的情况 下， 迅速地辨别线路故障， 并对故障进行定位和维修。 0004 针对无源光网络光纤线路监测和故障定位的难题，。
10、 国内外已投入了大量的研究和 技术创新， 其中 CN1866790A 公开了一种使用 OTDR 检测光路的 PON 网络设计方法， 在 PON 网 络中引入光路调节盒， 实现了各分支光路长度不等， 从而可以使用 OTDR 对已调节分支光路 进行测量， 这种方式能够区分各分支光路， 但是却无法克服 OTDR 的动态范围和盲区问题。 CN101217313A 公开了一种使用 OTDR 的无源光网络光纤故障诊断方法， 通过 PON 网络管理 系统判断是否发生光纤故障， 同时判断出是哪一条分支光路故障， 再启动 OTDR 技术来定位 故障位置， 这种方式只能用于出现故障后来寻找故障点， 无法做到实时监。
11、测。 CN101984561A 公开了无源光网络故障的检测系统和方法， 通过选择 OTDR 监控信号来检测与其对应的分 支光纤， 这种方式也不具备实时性。上述现有技术无法同时解决无源光网络光纤故障在线 监测的实时性、 准确性、 可靠性等。 发明内容 0005 本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足， 提出了一种无源光网络故障 在线监测系统。 本发明的在线监测系统用以解决无源光网络光纤线路在线监测的实时性和 故障定位的准确性问题。 0006 为了达到上述发明目的， 本发明提供的技术方案如下 ： 一种无源光网络故障在线监测系统， 所述的光网络包括有光线路终端、 波分复用器、 光 分配网络和光。
12、网络单元， 所述的光线路终端连接于波分复用器上， 该波分复用器通过主干 光纤连接至光分配网络上， 光分配网络内设有光分路组件， 光分路组件分出的分光支路分 别通过分路光纤连接至对应的光网络单元上， 在每个分光支路和光网络单元之间的分路光 说 明 书 CN 102291176 A CN 102291193 A2/6 页 4 纤上设置有一个反射元件 ； 所述的波分复用器还连接至环形器上三个端口中的一个端口， 该环形器的另外两个端口分别连接激光器的输出端和分光器的输入端， 所述分光器设有两 路输出端口， 其第一路输出端口依次连接第一光电探测模块、 第一信号放大模块和第一数 据采集单元， 第二路输出端。
13、口依次连接第二光电探测模块、 第二信号放大模块和第二数据 采集单元， 第一数据采集单元和第二数据采集单元均连接至数据处理单元上。 0007 在本发明的无源光网络故障在线监测系统中， 所述的激光器为可调激光器， 该可 调激光器输出两种不同脉宽和功率的监测光信号。 0008 在本发明的无源光网络故障在线监测系统中， 上述的激光器可输出的监测信号波 长为 1625nm 和 1650nm。 0009 在本发明的无源光网络故障在线监测系统中， 所述反射元件或为波分复用器、 或 为滤光片、 或为光纤光栅。 0010 在本发明的无源光网络故障在线监测系统中， 分光器按照一定比例将返回信号分 成两路输出 ： 。
14、用于提取和分析返回的反射信号的第一路信号 ； 用于提取和分析返回的背向 散射信号的第二路信号， 所述第一路信号所占的比例较第二路信号所占比例低， 分光器的 分光比小于 20:80。 0011 在本发明的无源光网络故障在线监测系统中， 所述的处理第一路信号的硬件电路 包括依次连接的第一光电探测模块、 第一信号放大模块和第一数据采集单元， 处理第二路 信号的硬件电路包括依次连接的第二光电探测模块、 第二信号放大模块和第二数据采集单 元， 处理第一路信号的硬件电路与处理第二路信号的硬件电路相比， 其具有较低增益、 较高 带宽和较快采用速率。 0012 在本发明的无源光网络故障在线监测系统中， 所述的。
15、光分路组件或为单个光分路 器， 或为多个光分路器组成的光分路器级联。 0013 在本发明的无源光网络故障在线监测系统中， 所述的光分路器分出的分光支路或 为 32 支、 或为 64 支， 或为 128 支。 0014 在本发明的无源光网络故障在线监测系统中， 所述的数据处理单元分别与第一数 据采集单元和第二数据采集单元相连， 依次处理第一路信号和第二路信号 ： 根据第一路信 号内的反射信号判定发生故障的分光支路 ； 根据第二路信号内的背向散射信号判定发生在 整个光网络中的故障点位置， 最后将第一路处理信号与第二路处理信号进行整合处理， 为 用户提供整个无源光网络的故障点位置以及发生故障的分支光。
16、路信息。 0015 基于上述技术方案， 本发明的无源光网络故障在线监测系统与现有技术相比具有 如下技术优点 ： 本发明的无源光网络故障在线监测系统利用可调激光器依次向主干光纤中注入两种 不同脉宽和功率的监测光信号， 其中一种输出脉宽稍宽的激光脉冲用于对背向散射信号的 探测， 另一种输出脉宽极窄的激光脉冲用于对反射信号的探测 ； 利用分光器将返回的背向 散射信号和反射信号按分光比分成两路。 0016 本发明在线监测系统中的数据处理单元接收经处理的第一路信号和第二路信号， 并将第一路处理后的信号和第二路处理后的信号进行整合处理， 得到从光线路终端到光网 络单元整个无源光网络线路的光损耗数据信息和反。
17、射信号信息。 其提高了无源光网络在线 监测的测量精度、 系统的实时性， 以及故障定位的准确性。 说 明 书 CN 102291176 A CN 102291193 A3/6 页 5 附图说明 0017 图 1 是本发明的一种无源光网络故障在线监测系统的实施例 1 的结构组成示意 图。 0018 图 2 是本发明的无源光网络故障在线监测系统的实施例 1 中的波形示意图。 0019 图 3 是本发明的一种无源光网络故障在线监测系统的实施例 2 的结构组成示意 图。 具体实施方式 0020 下面结合附图和具体的实施例来对本发明的无源光网络故障在线监测系统做进 一步的详细说明， 以求更为清楚明白地理解。
18、本发明的结构组成和工作过程， 但不能以此来 限制本发明的保护范围。 0021 本发明的光网络包括有光线路终端、 波分复用器、 光分配网络和光网络单元。其 中， 光线路终端连接于波分复用器上， 该波分复用器通过主干光纤连接至光分配网络上。 在 光分配网络内设有光分路组件， 光分路组件分出的分光支路分别通过分路光纤连接至对应 的光网络单元上。 0022 为了能够准确定位光纤上的故障地点和具体定位故障光纤支路， 我们对现有技术 进行了如下改进 ： 在每个分光支路和光网络单元之间的分路光纤上设置了一个反射元件。 反射元件可以是一个波分复用器， 也可以是一个滤光片， 还可以选择使用光纤光栅。 0023 。
19、在具体的连接方式上， 我们还设计了处理反射信号的部件， 具体是将波分复用器 连接至环形器上， 该环形器上设有三个端口， 而波分复用器则是连接其中一个端口。 环形器 的另外两个端口分别连接激光器的输出端和分光器的输入端。 0024 上述的分光器设有两路输出端口， 其第一路输出端口依次连接第一光电探测模 块、 第一信号放大模块和第一数据采集单元 ； 第二路输出端口依次连接第二光电探测模块、 第二信号放大模块和第二数据采集单元， 第一数据采集单元和第二数据采集单元均连接至 数据处理单元上。 0025 上述的激光器为可调激光器， 该可调激光器输出两种不同脉宽和功率的监测光信 号。 0026 上述的分光。
20、器按照一定比例将返回信号分成两路输出 ： 用于提取和分析返回的反 射信号的第一路信号 ； 用于提取和分析返回的背向散射信号的第二路信号， 所述第一路信 号所占的比例较第二路信号所占比例低， 分光器的分光比小于 20:80。 0027 在本发明的无源光网络故障在线监测系统中， 所述的处理第一路信号的硬件电路 包括依次连接的第一光电探测模块、 第一信号放大模块和第一数据采集单元， 处理第二路 信号的硬件电路包括依次连接的第二光电探测模块、 第二信号放大模块和第二数据采集单 元， 处理第一路信号的硬件电路与处理第二路信号的硬件电路相比， 其具有较低增益、 较高 带宽和较快采用速率。 0028 在本发。
21、明的无源光网络故障在线监测系统中， 所述的光分路组件或为单个光分路 器， 或为多个光分路器组成的光分路器级联。 0029 在本发明的无源光网络故障在线监测系统中， 在光分配网络内设有光分路组件， 说 明 书 CN 102291176 A CN 102291193 A4/6 页 6 光分路组件分出的分光支路分别通过分路光纤连接至对应的光网络单元上。 所述的光分路 器分出的分光支路或为 32 支、 或为 64 支， 或为 128 支。 0030 在本发明的无源光网络故障在线监测系统中， 所述的数据处理单元分别与第一数 据采集单元和第二数据采集单元相连， 依次处理第一路信号和第二路信号 ： 根据第一。
22、路信 号内的反射信号判定发生故障的分光支路 ； 根据第二路信号内的背向散射信号判定发生在 整个光网络中的故障点位置， 最后将第一路处理信号与第二路处理信号进行整合处理， 为 用户提供整个无源光网络的故障点位置以及发生故障的分支光路信息。 0031 上述的数据处理单元接收经第一光电探测模块、 第一信号放大模块和第一数据采 集单元组成的硬件来处理的第一路信号， 经第二光电探测模块、 第二信号放大模块和第二 数据采集单元组成的硬件来处理的第二路信号， 对第一路信号的处理采用软件滤波算法消 除微弱的背向散射信号， 通过计算、 分析无源光网络由每支分光支路的反射元件反射回的 光信号， 从而得到每支分支光。
23、路光网络单元的位置和反射信号的具体信息， 进而判断和确 定故障分支光路。 0032 对第二路信号采用累加平均、 软件滤波等算法， 提取从光线路终端到光网络单元 整个无源光网络线路的背向散射信号， 以获得线路的光损耗数据信息， 去除由每支分支光 路的反射元件反射回的光信号， 进而判断和定位光网络线路的故障点。 0033 将第一路处理后的信号和第二路处理后的信号进行整合处理， 得到从光线路终端 到光网络单元整个无源光网络线路的光损耗数据信息和反射信号信息。 0034 实施例 1 图 1 是本发明的一种无源光网络故障在线监测系统的结构组成示意图。由图可知， 所 述的光网络包括有光线路终端4、 波分复。
24、用器3、 光分配网络6和光网络单元8，（光线路终端 表示为 OLT， 光分配网络表示为 ODN， 而光网络单元则表示为 ONU） 。其中， 光线路终端 4 连 接于波分复用器 3 上， 该波分复用器通过主干光纤 5 连接至光分配网络 6 上。在光分配网 络 6 内设有光分路组件， 光分路组件分出的分光支路分别通过分路光纤连接至对应的光网 络单元 8 上。上述光网络连接属于一般的连接形式， 在现有技术中广泛使用。 0035 为了达到判断发生故障的分支支路， 我们在每个分光支路和光网络单元 8 之间的 分路光纤上设置有一个反射元件7。 发射元件7可以是一个波分复用器， 也可以是一个滤光 片， 还可。
25、以选择使用光纤光栅。其作用是将分光支路上的监测光信号反射回去， 经分光器、 第一光电探测模块、 第一信号放大模块、 第一数据采集单元、 数据处理单元进行信号的提取 和分析， 获得每支分支光路的反射信息， 进而准确判断和确定故障分支光路。 0036 上述波分复用器 3 还连接至环形器 2 上， 在环形器 2 上设有三个端口， 而波分复用 器 3 则连接其中的一个端口。该环形器 2 的另外两个端口分别连接激光器 1 的输出端和分 光器 9 的输入端。 0037 上述分光器设有两路输出端口， 其第一路输出端口依次连接第一光电探测模块 10、 第一信号放大模块11和第一数据采集单元12。 而第二路输出。
26、端口依次连接第二光电探 测模块 13、 第二信号放大模块 14 和第二数据采集单元 15。上述第一数据采集单元 12 和第 二数据采集单元 15 均连接至数据处理单元 16 上。 0038 激光器 1 依次向主干光纤 5 中注入两种不同脉宽和功率的监测光信号， 其中一种 输出脉宽稍宽的激光脉冲用于对背向散射信号的探测， 另一种输出脉宽极窄的激光脉冲用 说 明 书 CN 102291176 A CN 102291193 A5/6 页 7 于对反射信号的探测。本发明中利用分光器 9 将返回的背向散射信号和反射信号按分光比 分成两路信号， 其中第一路信号经第一光电探测器 10、 第一信号放大模块 1。
27、1 和第一数据采 集单元 12 输入到数据处理单元 16 中 ； 第二路信号经第二光电探测器 13、 第二信号放大模 块 14 和第二数据采集单元 15 输入到数据处理单元 16 中。 0039 数据处理单元 16 对第一路信号的处理采用软件滤波算法消除微弱的背向散射信 号， 通过计算、 分析无源光网络由每支分光支路的反射元件反射回的光信号， 从而得到每支 分支光路光网络单元的位置和反射信号的具体信息， 进而判断和确定故障分支光路。数据 处理单元 16 对第一路信号和第二路信号依次进行处理， 处理完成第一路信号后将处理结 果存储在缓存中， 接着处理第二路信号， 然后再调用两路处理后信息输出处理。
28、结果。 0040 判定分光支路的方法如下 ： 在监测系统中， 消除背向散色信号的影响， 每个分光支 路上反射信号与传输距离之间的关系如图 2 中的波形关系， 其中每个波峰对应一支分光支 路。一旦每支分光支路出现波峰消失的状况， 则表明该分光支路出现故障， 根据对应关系， 可以判定出现故障的分光支路。 0041 数据处理单元 16 对第二路信号采用累加平均、 软件滤波等算法， 提取从光线路终 端到光网络单元整个无源光网络线路的背向散射信号， 以获得线路的光损耗数据信息， 去 除由每支分支光路的反射元件反射回的光信号， 进而判断和定位光网络线路的故障点。背 向散射信号与传输距离如图 2 的对应关系。
29、， 一端某处光损耗衰弱加剧， 图形上呈现出突然 下滑， 则表明该处出现故障， 而根据图形下滑对应的位置， 判断出出现故障的具体位置。上 述利用背向散射信号判定发生故障的位置点在 DTS 系统中应用比较常见， 我们在先申请的 专利 ZL201020128219.7 已经有提及。 0042 数据处理单元 16 还对处理后的第一路信号和第二路信号进行整合处理， 得到从 光线路终端到光网络单元整个无源光网络线路的光损耗数据信息和反射信号信息。 数据处 理单元 16 最后输出发生故障的具体的分光支路和故障在整个光网络上的具体位置。 0043 图 2 是本发明的无源光网络故障在线监测系统的实施例 1 中的。
30、波形示意图。由图 可见， 从光线路终端 4 到光网络单元 8 为本发明的无源光网络故障在线监测系统的背向散 射信号， 清晰地显示了光网络线路的运行状态， 一旦发生线路故障， 将会出现明显的光信号 损耗曲线信息， 以及故障点位置。 0044 图形上显示的光分配网络ONU处的窄脉冲为每个分支光路的光网络单元8的位置 信息， 通过观察这些峰值可以确定分光支路的位置以及分光支路的运行状态。一旦分光支 路出现故障， 将会使得对应光网络单元 ONU 的峰值发生衰减， 以便用户确定发生故障的分 光支路。 0045 本发明的在线监测系统提高了无源光网络在线监测的测量精度、 系统的实时性， 以及故障定位的准确性。
31、。 0046 实施例 2 实施例 2 是在实施例 1 基础上对光网络在线监测系统的深化应用， 其具体原理基本相 同。 0047 图 3 是本发明一种无源光网络故障在线监测系统实施例 2 的结构组成示意图。由 图可知， 激光器 1 依次发出两种不同脉宽和功率的监测光信号， 监测信号波长为 1625nm 和 1650nm。从光环形器 2 的 2a 端口入射， 再从光环形器 2 的 2b 端口出射， 出射的监测光信号 说 明 书 CN 102291176 A CN 102291193 A6/6 页 8 经过 1N 光开关 17 耦合到后端的无源光网络。 0048 例如 ： 光开关输出的第一路监测光信。
32、号与光线路终端 4 的通信光信号经过波分波 分复用器 3 耦合到主干光纤 5 传输到光分配网络 6， 再由光分配网络 6 内设的 1N 光分路 组件被分成 N 支分支光路， 从而将通信光信号和监测光信号传输到每支分支光路内。每路 分支光路经过各自的分支光纤传输到反射元件 7， 监测光信号经过反射元件 7 被反射， 通信 光信号则通过反射元件 7 直接传输到光网络单元 8， 进行正常的通信功能。光开关 17 输出 的每路监测信号依次通过波分复用器3与对应的光线路终端4的通信光信号进行耦合输入 到主干光纤 5， 再经光分配网络分成 N 路分支光路， 将信号传输到相应的分支光路内。系统 通过光开关每。
33、次选通一路光网络进行监测， 监测光信号产生的背向散射信号和反射信号沿 着各分支光路返回并汇聚到主干光纤 5 往回传播， 进入光环形器 2 的 2b 端口， 再由光环形 器 2 的 2c 端口出射到分光器 13 中， 分光器 13 将返回的光信号分成两束， 其中一路接有第 一光电探测模块 10、 第一信号放大模块 11、 第一数据采集单元 12， 对光信号进行较低增益、 较宽带宽、 较快采样速率处理， 提取反射信号。 0049 另一路接有第二光电探测模块 13、 第二信号放大模块 14、 第二数据采集单元 15， 对光信号进行较高增益、 较窄带宽、 较慢采样速率处理， 提取背向散射信号。最后将采。
34、集到 的反射信号与背向散射信号输入数据处理单元 16 进行数据处理、 识别、 分析， 获得无源光 网络光纤线路主干光纤和分支光路光纤的运行状况， 能够及时发现线路故障， 并准确定位 故障点， 该系统能够很好地实现对多路无源光网络的在线实时监测， 大大节约了监测成本 和系统维护成本， 提高了光网络的工作效率和工作可靠性。 0050 本发明的一种无源光网络故障在线监测系统的机构和组合， 并不局限于上述实施 例中提到的部分。总而言之， 本发明的保护内容还包括其他对本领域技术人员来讲显而易 见的变换和替代。 说 明 书 CN 102291176 A CN 102291193 A1/2 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102291176 A CN 102291193 A2/2 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 102291176 A 。