CN101442362A - 一种测量光功率的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光功率的测量方法，采集通信系统的光信号中的数据信息；采集通信系统的光信号中的数据信息；测量所述数据信息对应光信号的光功率值；根据所述数据信息修正所述光功率值。本发明还相应地提供一种采用该方法的测量光功率的装置。通过本发明提供的一种光功率的测量方法和装置，解决了无法通过测得的光功率来识别ODN上光纤弯曲、老化等故障的问题，为网络的故障定位提供更精确的输入。

Description

一种测量光功率的方法和装置

技术领域

本发明涉及光纤接入领域，具体地说，涉及一种测量光功率的方法和装置。

背景技术

无源光网络(PON)技术是一种点到多点的光纤接入技术，如图1所示，无源光网络(PON)由局侧的OLT(光线路终端)、用户侧的ONU(光网络单元)以及ODN(光分配网络)组成。一般其下行采用TDM广播方式、上行采用TDMA(时分多址接入)方式。所谓“无源”，是指ODN中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光分路器(Splitter)等无源器件组成，因此其管理维护的成本较低。

在光纤系统中，通常用光功率表示光信号的强度，单位为mw(毫瓦)。同时由于光通信中，光信号的功率都比较小，也常用dBm表示光功率，1mw＝0dBm。光功率测量设备与被测系统相连接，对被测信号进行放大、采样、模数转换等处理，光功率测量设备通常只能获得一段数据内的平均值，即进行平均光功率测量。

平均光功率的测量结果是一段时间内“0”信号、“1”信号对应的光信号强度的平均值。在PON系统中，由于ONU只能按照TDMA方式在OLT分配的时隙内进行上行数据的发送，即突发发送，这样将导致ONU每次发送的数据中0、1分布不断变化，进而导致测量的平均突发发射光功率和/或平均突发接收光功率不断变化。同时，在测量通过一段光纤的光信号强度时，ODN上光纤弯曲、老化等事件也会导致测量结果变化。这样，当测量结果发生变化时，就无法确定该变化是由被测信号分布的变化导致，还是由ODN上发生光纤弯曲、老化等原因导致，即无法通过测得的光功率来识别ODN上光纤弯曲、老化等故障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光功率测量的方法和装置，以解决现有技术无法通过测得的光功率来识别ODN上光纤弯曲、老化等故障的问题。

本发明实施例提供一种测量光功率的方法，包括：采集通信系统的光信号中的数据信息；测量所述数据信息对应光信号的光功率值；根据所述光信号中的数据信息修正所述测量的光功率值。

本发明实施例还提供一种测量光功率的装置，包括：功率测量模块、数据采集模块、数据处理模块；其中，功率测量模块，用于测量数字通信系统的光信号的光功率得到光功率值；数据采集模块，用于采集所述光信号中的数据信息；数据处理模块，用于根据数据采集模块采集的光信号中的数据信息统计数据信息分布，修正功率值。此光功率测量装置进一步包括控制模块，用于对功率测量模块和数据采集模块进行控制，使功率测量模块的光功率测量和数据采集模块的数据信息的采集同步。

本发明通过采集被测通信系统光信号的数据信息，修正所测得的光功率值，解决现有技术无法通过测得的光功率来识别ODN上光纤弯曲、老化等故障的问题克服了光信号数据信息分布变化对测量结果的影响，使得通过测得的光功率有较大幅度的变化，确认ODN上发生的异常事件，为网络的故障定位提供了更精确的输入。

附图说明

图1为PON系统结构示意图；

图2为本发明实施例光功率测量装置图；

图3为本发明实施方法一示意图；

图4为本发明实施方法二示意图；

具体实施方式

本发明实施例针对PON网络上的光信号，即突发模式光信号，以数字光信号的二进制表示为例，通过在测量平均光功率的同时对被测光信号的数据信息分布即“0”信号和/或“1”信号的分布进行统计，对测量的平均光功率值进行修正，获得修正后的光功率值，消除了光信号中“0”信号和/或“1”信号分布变化引起光功率测量值不断波动的因素，进而识别并确定ODN上发生的故障。

如图2为本发明实施例光功率测量装置，所述光功率测量装置包括：数据采集模块、功率测量模块及数据处理模块；其中，数据采集模块，用于采集通信系统的光信号中的数据信息；功率测量模块，用于测量所述通信系统对应光信号的光功率值；数据处理模块，用于根据所述数据信息修正所述光功率值。所述数据信息包括：所述光信号的占空比，和/或所述光信号中的”0”信号，”1”信号分布，以及所述数据采集模块位于发射端设备，和/或位于接收端设备。所述光功率测量装置进一步包括控制模块、光信号接收模块和数据恢复模块；其中，所述控制模块，用于控制所述数据采集模块和数据测量模块，使所述数据采集模块采集的通信系统的光信号和所述功率测量模块测量的光信号是相同的光信号；

所述光信号接收模块，用于接收PON网络上的光信号，并将光信号转换成电信号发送给数据恢复模块和功率测量模块。

所述数据恢复模块，用于根据所述光信号接收模块发送的光信号，PON网络的帧结构，恢复出信号中的数据，并输入数据处理转发模块以进行正常业务。

图2中各模块的具体工作流程如下：

光信号接收模块接收PON网络上的光信号，并将光信号转换成电信号，电信号被分成完全相同的两路，一路输入数据恢复模块，根据PON网络的帧结构，恢复出信号中的数据以进行正常业务；另一路输入功率测量模块进行功率测量；

功率测量模块对信号进行放大、滤波、模数转换等处理后获得平均光功率值；

数据采集模块对经数据恢复模块恢复后的数据进行扫描，采集出被测光信号的占空比和/或所述光信号中的“0”信号和“1”信号的分布。可以采用硬件电路方式实现，也可以通过软件模块实现；所述数据采集模块可以位于发射端，由发射端设备采集通信系统的光信号中的数据信息；或者，位于接收端，由接收端设备采集通信系统的光信号中的数据信息。

控制模块对数据采集模块和功率测量模块进行同步控制，以确保数据采集模块的数据采集和功率测量模块的平均光功率测量针对同一段时间内的光信号。

下面结合图3，对本发明的一种光功率测量方法进行详细描述。

参见图3，所述的光信号接收模块功能包括光信号到电信号的转换、电信号放大等功能，所述光信号接收模块的光信号到电信号转换可以由PIN或APD完成，所述电信号放大功能可以由TIA和/或LA完成；

所述数据恢复模块可以由CDR或BCDR、Serdes以及MAC组成。所述CDR或BCDR将所述光信号接收模块放大后的电信号进行数据和时钟恢复，并将所述电信号经过Serdes进行串并转换后发送给MAC进行PON物理层帧协议处理，以进行正常业务；

所述功率测量模块可以由电流采样器(如镜像电流源)、放大器和AD转换器以及储存区(如RAM)组成，所述电流采样器对所述的PIN或APD输出的电信号进行采样获得表征输入光信号功率的电流信号，得到镜像电信号，所述的镜像电信号送给放大器和AD转换器进行放大、信号调理(例如滤波)、采样后获得能表征输入光信号的功率的数据，并在控制模块的控制下储存在储存区(如RAM)中。

所述的数据采集模块完成输入光信号中的数据信息的统计，可以通过软件实现，也可以通过硬件实现，例如：通过1个比较器、2个计数器来实现数据信息的采集，比较器中设置一个门限电平，当从LA输入的电信号低于所述的门限电平时，触发计数器1对所述一个时钟信号进行计数；当从LA输入的电信号高于所述的门限电平时，触发计数器2对所述一个时钟信号进行计数；所述的时钟信号可以是与数据速率频率相同或比数据信号频率更高的时钟信号；根据所述的计数器1和计数器2的结果可以得到所述的数据信息，所述的数据信息在控制模块的控制下储存到相应的储存区(如RAM)中。所述数据信息可以为光信号中“0”信号，“1”信号比率或分布、信号的占空比等。

所述的控制模块可以在MAC中实现，所述的控制模块对所述的功率测量模块和所述的数据采集模块进行同步控制，具体为控制所述的功率测量模块和所述的数据采集模块在同一个时间段对接收光信号进行功率测量和数据信息采集。例如：MAC接收到突发信号到来后，在某一时刻t1同时启动所述功率测量模块和所述的数据采集模块，在另一时刻t2停止所述的功率测量模块和所述的数据采集模块，控制所述功率测量模块和数据采集模块的结果储存在相应的储存区(如RAM)中。

所述的数据处理模块可以由处理器(如CPU)和储存区(如RAM)组成，所述储存区可以是独立的储存区，也可以和功率测量模块共用同一个储存区。所述的处理器定期读取储存区中储存的所述的光功率和所述的数据信息，进行处理和修正，获得不受数据信息影响的光功率值，完成光功率的测量。所述的数据处理模块中的数据处理方法举例如下：

P₀，“0”信号的功率；

P₁，“1”信号的功率；

P_{avg_i}，第i次测量的平均光功率；

N_{0_i}，第i次测量数据中“0”信号的个数；

N_{1_i}，第i次测量数据中“1”信号的个数；

N_0-i/(N_0-i+N_1-i)，第i次测量数据中“0”信号的概率；

N_1-i/(N_0-i+N_1-i)，第i次测量数据中“1”信号的概率；

根据数据信息、测量的光功率值和修正的光功率值的关系式，将所述采集的数据信息和所述测量的光功率值代入所述关系式中，获得修正的光功率值，所述关系式有多种，其中一种关系式举例如下：根据测得的平均光功率和“0”信号、“1”信号的概率，有

$\left\{\begin{array}{c}(P_0*N_{0\_1}+P_1*N_{1\_1})/(N_{0\_1}+N_{1\_1})=P_{\mathrm{avg}\_1}\\ (P_0*N_{0\_2}+P_1*N_{1\_2})/(N_{0\_2}+N_{1\_2})=P_{\mathrm{avg}\_2}\\ \·\·\·\·\·\·\\ (P_0*N_{0\_n}+P_1*N_{1\_n})/(N_{0\_n}+N_{1\_n})=P_{\mathrm{avg}\_n}\end{array}\right.$

其中，N_{0_i}、N_{1_i}、P_{avg_i}为已知量，P₀、P₁为未知量，i＝1、2、...、n，n为总测量次数。

这样，任意抽取两个方程，就可以解出一组P₀、P₁。

另外，以每两个方程一组，分别解出一组P₀、P₁，然后对所有的P₀、P₁分别取平均值，可以得到更精确的P₀、P₁。

还可以采用最小二乘法等其他解法求解上述方程组，获得P₀、P₁的值。

数据处理模块对平均光功率值进行处理后，可以直接输出“0”信号的功率或“1”信号的功率。同时，考虑用户的使用习惯，也可以对计算后的P₀、P₁进行平均，即P_avg＝(P₀+P₁)/2，对测得的平均功率进行了修正。

下面根据该方法对一组数据进行修正处理，比较处理前后的效果，假设数据处理模块获得的数据为：

 

测得平均光功率值(mW)	“0”信号的个数	“1”信号的个数
			6	4	6
7	3	7
			5	5	5
7	3	7
			2	8	2

 

5

5

5

采用上述方法，将上表格数据代入上述方程组进行“0”信号、“1”信号功率的计算，可以得到如下结果：

最后可以求得修正后的光功率值为(0+10)/2＝5mW，在进行本方法处理之前，由于“0”信号、“1”信号分布的不同，测量所得的平均光功率有较大幅度的变化，此时若ODN上发生一个异常事件导致光功率下降，以前的方法无法判断出该光功率下降是由于“0”信号、“1”信号分布的变化引起，还是由于ODN上发生异常事件引起的。经过处理后，测得的“0”信号功率、“1”信号功率和平均光功率都维持在比较恒定的值，最终输出的功率值受“0”、“1”信号分布的影响不大。若测得功率值变化超过预先规定的范围，则能更容易识别出ODN上发生的异常事件。

当使用其他进制的光信号表示时，未知数个数不再是P₀、P₁两个，而需要多次测量平均光功率值和信息符号分布，用同样的方法得到多个方程，进而解出修正后的光功率值。原理与二进制表示时一样，不再赘述。

下面结合图4，对本发明的另一种光功率测量方法进行详细描述。

如图4所示，所述光功率测量装置的组成结构与图3的组成结构一样，包括：数据采集模块、功率测量模块及数据处理模块；其中，数据采集模块，用于采集通信系统的光信号中的数据信息；功率测量模块，用于测量所述通信系统对应光信号的光功率值；数据处理模块，用于根据所述数据信息修正所述光功率值。所述数据信息包括：所述光信号的占空比，和/或所述光信号中”0”信号，”1”信号的分布，以及所述数据采集模块位于发射端设备，和/或位于接收端设备。所述光功率测量装置进一步包括控制模块、光信号接收模块和数据恢复模块；其中，所述控制模块，用于控制所述数据采集模块和数据测量模块，使所述数据采集模块采集的通信系统的光信号和所述功率测量模块测量的光信号是相同的光信号；

所述光信号接收模块，用于接收PON网络上的光信号，并将光信号转换成电信号发送给数据恢复模块和功率测量模块。

所述数据恢复模块，用于根据所述光信号接收模块发送的光信号，PON网络的帧结构，恢复出信号中的数据，并输入数据处理转发模块以进行正常业务。

图4中具体的各功能模块的测量光功率的方法与图3相同，这里就不再重复其光功率测量方法，这里描述和图3描述的光功率测量方法的不同之处，其不同之处在于：

所述数据采集模块也可以在MAC中实现，所述的数据恢复模块每恢复出一个数据bit后就对其进行一次统计，以获得数据信息，并在控制器的控制下将所述数据信息储存在相应的储存区(如RAM)中。

所述的数据采集模块还可以在其他装置，例如在发射端设备中实现，所述发射端设备在发送数据的同时统计所述发射数据的数据信息，并将所述的数据信息发送给接收端设备，接收端设备通过数据恢复模块恢复出数据信息并将其储存在相应的存储区。又如，所述的光功率测量方法还可以用于发射光信号光功率的测量。

本领域可以理解实施例中的模块中的单元可以按照实施例描述分布于实施例的模块中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个模块中。上述实施例的单元可以合并为一个单元，也可以进一步拆分成多个子单元。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1、一种光功率测量方法，其特征在于，包括：

采集通信系统的光信号中的数据信息；

测量所述数据信息对应光信号的光功率值；

根据所述数据信息修正所述光功率值。

2、根据权利要求1所述的光功率测量方法，其特征在于，所述数据信息包括：所述光信号的占空比和/或所述光信号中的”0”信号、”1”信号分布。

3、根据权利要求1所述的光功率测量方法，其特征在于，所述光信号包括：一组或多组突发发射光信号和/或一组或多组突发接收光信号。

4、根据权利要求1所述的光功率测量方法，其特征在于，所述光功率值为所述数据信息对应光信号的平均光功率值。

5、根据权利要求1所述的光功率测量方法，其特征在于，所述采集通信系统的光信号中的数据信息的步骤具体包括：

由发射端设备采集通信系统的光信号中的数据信息；或者，

由接收端设备采集通信系统的光信号中的数据信息。

6、根据权利要求1所述的光功率测量方法，其特征在于，所述方法进一步包括：对所述采集通信系统的光信号中的数据信息和所述测量所述数据信息对应光信号的光功率值进行同步控制。

7、根据权利要求1所述的光功率测量方法，其特征在于，所述根据所述数据信息修正所述光功率值的步骤具体包括：

根据数据信息、测量的光功率值和修正的光功率值的关系式，将所述采集的数据信息和所述测量的光功率值代入所述关系式中，获得修正的光功率值。

8、一种光功率测量装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于采集通信系统的光信号中的数据信息；

功率测量模块，用于测量所述通信系统对应光信号的光功率值；

数据处理模块，用于根据所述数据信息修正所述光功率值。

9、根据权利要求8所述的光功率测量装置，其特征在于，所述光功率测量装置进一步包括控制模块；

所述控制模块，用于控制所述数据采集模块和数据测量模块，使所述数据采集模块采集的通信系统的光信号和所述功率测量模块测量的光信号是相同的光信号。

10、根据权利要求8所述的光功率测量装置，其特征在于，所述光功率测量装置进一步包括光信号接收模块和数据恢复模块；

所述光信号接收模块，用于接收PON网络上的光信号，并将光信号转换成电信号发送给数据恢复模块和功率测量模块；

所述数据恢复模块，用于根据所述光信号接收模块发送的光信号，PON网络的帧结构，恢复出信号中的数据，并输入数据处理转发模块以进行正常业务。

11、根据权利要求8所述的光功率测量装置，其特征在于，所述数据信息包括：所述光信号的占空比，和/或所述光信号中的”0”信号、”1”信号的分布。

12、根据权利要求8所述的光功率测量装置，其特征在于，所述数据采集模块位于发射端设备，和/或位于接收端设备。

13、根据权利要求8所述的光功率测量装置，其特征在于，所述根据所述数据信息修正所述光功率值具体为根据数据信息、测量的光功率值和修正的光功率值的关系式；将所述采集的数据信息和所述测量的光功率值代入所述关系式中，获得修正的光功率值。

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