CN101983326B - 光纤线路监控系统以及包括在该系统中的监控装置 - Google Patents

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    • G01M11/3172—Reflectometers detecting the back-scattered light in the frequency-domain, e.g. OFDR, FMCW, heterodyne detection
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    • H04B10/07—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems
    • H04B10/071—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using a reflected signal, e.g. using optical time domain reflectometers [OTDR]

Abstract

本发明可利用实用结构来监控PON系统的光纤线路。光纤线路监控系统包括组成PON系统的分支型光纤线路和在分支型光纤线路的OLT侧上耦接的监控装置。监控装置包括光源、分光器、检测单元以及控制单元。光源输出利用周期为p的调制信号对光频进行调制的具有梳状光相干函数的光。分光器将从光源输出的光分成监控光束和参考光束。检测单元检测产生于反射光束和参考光束之间的相互干扰的干扰光并且将干扰光转换为电信号，其中反射光束在监控光束沿分支型光纤线路传播时产生。控制单元转换周期p，并且基于周期p以及从检测单元输出的电信号来获取沿分支型光纤线路中监控光束的传播方向上的反射率分布。

Description

光纤线路监控系统以及包括在该系统中的监控装置
技术领域
本发明涉及一种用于通过反射计(reflectometry)技术来监控光纤线路的远程光纤测试系统，以及一种包括在该系统中的测试设备。
背景技术
在光通信系统中，对诸如光纤线路的损坏或者传输损耗的增大之类的故障的检测是很重要的。具体地说，在用户光通信系统中，当光纤线路或者光网络单元中发生了诸如破损或传输损耗增大之类的故障时，必须快速地检测并恢复故障点。所谓的无源光网络(PON)系统近来被广泛用于用户光通信系统。在PON系统中，利用自中心站延伸的第一光纤线路、分光器以及多个分支第二光纤线路，来进行中心站和用户之间的连接。这有助于降低每个用户所花费的关于第一光纤线路和安装在中心站的光线路终端的成本。
为了检测光通信系统中的上述故障，通常提供一个远程光纤测试系统。已知的远程光纤测试系统是一种例如在Y.Enomoto等人发表的J.0ptical Networking，vol.6(2007)408(非专利文献1)中所描述的系统。该远程光纤测试系统由光纤线路测试设备、光纤线路中布置的反射滤光器、以及诸如所安装的反射滤光器的位置之类的安装信息等所组成。
采用了反射计技术的远程光纤测试设备基于诸如被测对象(例如光纤线路)的反射率分布中的峰值和电平差之类的特征来检测故障位置。(在本说明书中，除非具体地特别指定，否则“反射光”指的是菲涅耳反射光和瑞利散射光)。在PON系统中，有必要同时从多个第二光纤线路接收反射光，并通过区分每个第二光纤线路来检测反射率分布的各个特征。因此，要求光纤线路测试设备能够以高空间分辨率来测量反射率分布。
一种已知的反射计技术是光时域反射计(OTDR)，用于基于脉冲探测光在沿被测对象传播时出现的发射光的强度中的时域变化，来测量反射率分布。为了利用OTDR获得高空间分辨率，需要使探测光的脉冲宽度较窄。并且，需要增大探测光的功率来补偿由于探测光能量的降低而造成的信噪比(SNR)下降。但是，如果探测光的功率增大，那么由于诸如被测对象中的受激布里渊散射之类的非线性光现象，将会产生测量性能的衰退以及通信信号的干扰。因此，在OTDR中，空间分辨率被限制在大约几米。
另一种已知的反射计技术是光相干域反射仪(OCDR)(例如，K.Hotate和Z.He：J.Lightw.Technol，vol.24(2006)2541(非专利文献2)，T.saida和K.Hotate：IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.10(1998)573(非专利文献3)，Z.He和K.Hotat e：J.Lightw.Technol，vol.20(2002)1715(非专利文献4))。在OCDR中，利用如下原理来测量被测对象中的特定位置处的反射率，该原理是：由于光频率调制而具有梳状光相干函数的探测光沿被测对象传播时出现的反射光、与作为探测光的分支部分的参考光之间的干扰幅度取决于反射光与参考光之间的延迟时间中的差异。并且，在OCDR中，通过改变探测光中的光频率调制的间隔来改变反射率测量的位置，或诸如此类，从而搜索被测对象的反射率分布。与利用OTDR相比而言，利用OCDR可获得更高的空间分辨率。在非专利文献2中，例如，示出了位于距离为5km处的反射点被测得具有19cm的空间分辨率。
光相干函数是这样的：光的电场V(t)的自相关函数<V(t)V*(t-τ)>作为一个以时间t为变量的函数，被以光强归一化以及以光强归一化的光能量频谱的傅里叶变换。当电场V(t)的光被一分为二，并且这两个分光之间的延迟时间差为τ时，这两个分光的干涉条纹的大小由光的光相干函数的实数部分所表示。并且，光相干函数的绝对值被称为相关程度，其示出了干扰大小。
OCDR中所采用的探测光是例如按照诸如f0、f0+fs、f0-fs、f0+2fs、f0-2fs、f0+3fs、f0-3fs…之类的顺序的方式以恒定的时间间隔调制光频率的光，或者是以正弦波的形式利用调制频率fs调制光频率的光。以这种方式对光频率进行调制的探测光的光相干函数在fsτ等于整数时具有峰值(相干峰值)，该峰值具有类似于δ函数的形状。即，这些探测光具有梳状光相干函数。当fs改变，相干峰值的位置也发生了改变。
梳状光相干函数具有以1/fs为间隔布置的多个相干峰值。通过以一个比相干峰值布置的间隔1/fs小的时间宽度作为闸值(gate)来制造限制，探测光的脉冲被去除，从而使得相干峰值之一可存在于被测对象的测量区中。
非专利文献2描述了一种技术，利用该技术可扩展可根据OCDR进行测量的距离的范围。在该技术中，通过光源的周期性调制产生了具有包含多个类似梳状的相干峰值的光相干函数的光，并且，通过对所产生的光进行脉冲调制，制造了具有单个相干峰值的光相干函数。此外，通过对切换参考光路径中布置的延迟光纤进行切换来改变参考光的延迟时间，或者通过使参考光沿包括延迟线的环路电路传播，使得延迟时间变得与光源的相干时间相一致。这样，令测量千米级别的长距离范围成为可能。
而且，非专利文献3涉及一种用于扩张可利用OCDR测量的距离范围的技术。在该技术中，通过选择光频率调制周期以使得光相干函数的相干峰值可存在于超过光源的输出光的相干长度的距离范围内，可扩展测量距离范围。通过示例的方式提到：通过用对具有60m的相干长度的光源以100kHz±10kHz的调制周期执行频率调制来形成具有大约1km间隔的相干峰值，可测量大约5km的距离点处出现的反射光。
引用列表
非专利文献
非专利文献1.Y.Enomoto et al.：J.Optical Networking，vol.6(2007)408
非专利文献2.K.Hotate and Z.He：J.Li ghtw.Technol，vol.24(2006)2541
非专利文献3.T.saida and K.Hotate：IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.10(1998)573
非专利文献4.Z.He and K.Hotate：J.Lightw.Technol，vol.20(2002)1715
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供一种具有实用结构并能够监控PON系统的光纤线路的远程光纤测试系统以及测试设备。
解决问题的方案
为了实现目的，提供了一种远程光纤测试系统，包括：具有两端的第一光纤线路；多个第二光纤线路，其中每个第二光纤线路均具有两端；包括第一分光器的分支型光纤线路，其中第一分光器将第一光纤线路的第一端连接至所述多个第二光纤线路中的每一个第二光纤线路的第一端；以及与第一光纤线路的第二端相连的测试设备。在该系统中，所述测试设备包括光源、第二分光器、检测部分以及控制单元。光源输出利用周期为p的调制信号对光频进行调制而形成的具有梳状光相干函数的光。第二分光器接收从光源输出的光，并且以将光分成探测光和参考光的方式输出光。检测部分检测由于反射光和参考光之间的相互干扰所产生的干扰光，所述反射光在第二分光器输出的探测光沿分支型光纤线路传播时产生，并且所述参考光是从第二分光器输出的。并且，一旦检测到干扰光，检测部分将干扰光转换为电信号并输出。控制单元改变周期p并基于周期p以及从检测部分输出的电信号来获取探测光沿分支型光纤线路的传播方向上的反射率分布。
所述多个第二光纤线路中的至少一个光纤线路可具有反射部分，并且测试设备还包括存储与反射部分和测试设备之间的距离有关的信息的存储装置。优选地，测试设备以9cm或者更低的空间分辨率检测在反射部分处反射的探测光。并且，多个反射部分是用于反射探测光的波长选择反射器，并且反射器的反射率[dB]优选地大于-40+20log10N，其中N是第一分光器中的分支数。
所述测试设备还包括探测光闸，探测光闸接收从第二分光器输出的探测光并以恒定周期T针对第一闸宽度w1的周期有选择地输出探测光。检测部分可以以恒定周期T在第二闸宽度w2的周期期间通过特定频带有选择地输出与由于反射光和参考光之间的相互干扰而产生的干扰光的强度相对应的电信号，所述反射光产生于当从探测光闸输出的探测光沿光纤线路传输时，所述参考光是从第二分光器输出的。在这种情况下，检测部分可包括：光电转换器，其输出电信号，该电信号的值对应于干扰光的强度；以及电信号闸，其接收从光电转换器输出的电信号并且以恒定周期T在第二闸宽度w2的周期期间有选择地输出电信号。优选地，周期p、第一闸宽度w1和第二闸宽度w2满足w1+w2＜2p，并且优选地，检测部分中的特定频带不包括频率m/p，其中，m是任意整数。
作为本发明的另一实施例，提供了一种测试设备，其测试光纤线路，所述测试设备包括光源、光耦合器、探测光闸、检测部分以及控制单元。光源输出具有梳状光相干函数的光，其中经周期为p的调制信号调制了光频。光耦合器接收从光源输出的光，并且以将光分成探测光和参考光的方式输出光。探测光闸接收从光耦合器输出的探测光并以恒定周期T在第一闸宽度w1的周期期间有选择地输出探测光。检测部分通过特定频带以恒定周期T在第二闸宽度w2的周期期间有选择地输出与由于反射光和参考光之间的相互干扰而产生的干扰光的强度相对应的电信号，当从探测光闸输出的探测光沿光纤线路传播时出现反射光，参考光是从第二分光器输出的。控制单元改变周期p，并且基于周期p以及从检测部分输出的电信号来获取沿光纤线路中探测光传播的方向的反射率分布。
检测部分可包括光电转换器以及电信号闸，光电转换器输出其值对应于干扰光的强度的电信号；电信号闸接收从光电转换器输出的电信号并且以恒定周期T在第二闸宽度w2的周期期间有选择地输出电信号。优选地，周期p、第一闸宽度w1和第二闸宽度w2满足w1+w2＜2p并且优选地，检测部分中的特定频带不包括频率m/p，其中，m是任意整数。
附图说明
图1是示出了装备有与本发明实施例1相关的光纤线路测试设备的远程光纤测试系统的概念示意图。
在图2中，区域(a)、(b)、(c)和(d)是分别示出了直接调制信号A、外部调制信号B、探测光闸信号C以及电信号闸信号D的波形的示图。
在图3中，区域(a)是示出了反射光和参考光之间的关联的示图，区域(b)是示出了探测光闸信号C和电信号闸信号D的重叠的示图，并且区域(c)是示出了反射光检测的敏感度的示图。
在图4中，区域(a)是示出了由于从反射光和干扰光之间的关联较高的位置z1反射的光而产生的干扰信号的频谱的示图，以及区域(b)是示出了由于从反射光和干扰光之间的关联较低的位置z2反射的光而产生的干扰信号的频谱的示图。
图5包括示出了被图4的区域(a)中的虚线所包围的部分的放大的示图：区域(a)示出了闸信号D和闸信号C的各自的周期T是直接调制信号A的周期p的整数倍的情况；区域(b)示出了闸信号D和闸信号C的各自的周期T不是直接调制信号A的周期p的整数倍的情况。
图6是示出了装备有与本发明实施例2相关的光纤线路测试设备的远程光纤测试系统的概念示意图。
具体实施方式
包含非专利文献1至4中所描述的这些远程光纤测试系统在内的传统远程光纤测试系统已经很难被用作用于用户PON系统中的光纤线路的监控系统。这些困难的原因如下所述。
首先，对于非专利文献1中所描述的远程光纤测试系统，空间分辨率低至2m，这是因为其采用OTDR作为其测试设备。于是存在这样的问题，当多个第二光线线路中从测试设备至各个反射滤光器的距离的差异限于2m或者更小时，反射峰值会彼此重叠，因此无法区分它们。并且，如果试图通过进行安装使得第二光线线路的长度彼此的差异等于或者大于2m来解决这个问题，必须准备一些空间来装下最大2m的超出长度，这就很难在公寓或类似这种没有足够空间的地方实现安装。
其次，可测距离范围的扩展是在0CDR技术被应用于测试设备的情况下需要解决的问题。一般说来，在用户光通信系统中，光线线路的线路长度为1到20km，因此需要在非专利文献2和3所描述的技术中扩展可测距离。
但是，在非专利文献2所描述的方法中，光源输出的光被脉冲调制，并且使参考光沿包括可按照需要而切换延迟光线的环路电路(延迟光纤)在内的参考光路径传播；因此，需要准备大于比值(可测距离范围)/(相干长度)的数量的延迟光纤。并且，延迟光纤必须具有与被测光线线路的长度相等的较长的长度。因此，所需要的延迟光纤的庞大数量将使得测试设备尺寸很大且很昂贵，从而不那么实用。
而且，在非专利文献2所描述的方法中，需要光放大器来补偿参考光沿环路电路传播时的损失。因此，从光源输出的光的波长被限制为允许被光放大器进行光放大的波长。另一方面，在实际的用户光通信系统中，波长等于1.26μm至1.62μm的光被用于通信，并且探测光必须具有不同于这一波长的波长。并且，利用基于被广泛用于实际光通信系统应用的ITU-TG.652的单模式光纤，波长小于1.26μm的光由于高阶模式的影响而不适用于测试应用，而波长大于1.7μm的光由于弯曲损耗而不适用于测试应用。因此，优选地使用波长介于1.62μm至1.7μm的光，但是很难利用这种光来实现延迟线路环路电流，这是因为这种波长带宽不适用于一般的光放大器，例如掺杂了Er的光纤放大器(EDFA)。
在非专利文献3所描述的方法中，从光源输出的光被脉冲调制；因此，光相干函数的多个相干峰值存在于可测距离范围内。于是，反射点的位置未确定，原因在于从多个位置反射的光被共同检测到。
如果按照非专利文献2和3所描述的方法的结合来以脉冲激励从光源输出的光，那么可能能够将光相干函数的相干峰值限制为一个。但是，不可能测量较宽距离范围，这是因为相干峰值(延迟时间差除以调制周期的比值)的数量级是恒定的。
接下来，本发明优选实施例将辅以附图进行描述。附图以提供用于对实施例进行解释，而并非意图限制本发明的范围。在附图中，相同的标记代表相同的元素，从而省略了重复的解释。
实施例1
图1是示出了装备有与本发明实施例1相关的光纤线路测试设备13A的远程光纤测试系统1A的概念示意图。在远程光纤测试系统1A中，中心站10A中布置的光线路终端(OLT)11以及N个光网络单元(ONU)211至21N被通过分光器20和光纤线路而相互光连接；远程光纤测试系统1A用于光线路终端11和每个光网络单元21n之间的光通信。此处，N是等于或者大于2的整数，n表示等于或者大于1并且小于或者等于N的整数。远程光纤测试系统1A的配置被称为无源光网络(PON)。典型地，分支数量N为4至32。
除了光线路终端11之外，中心站10A还配置有多路复用器12和光纤线路测试设备13A。光线路终端11和多路复用器12通过光纤线路31而进行光相连。并且，多路复用器12光连接至光纤线路测试设备13A。多路复用器12和分光器20通过第一光纤线路32而进行光相连。分光器20和每个光网络单元21n通过第二光纤线路33n而进行光相连。
第一光纤线路和第二光纤线路优选地由基于ITU-TG.652的单模式光纤组成。优选地，对探测光进行反射并允许通信光通过的滤光器22n被布置在每个第二光纤线路33n的靠近光网络单元21n的位置上。优选地使用1.65μm带宽(1.64μm至1.66μm)的探测光，这是因为波长介于1.26μm至1.62μm的光一般被用作通信光。因此，滤光器优选地是能够有选择的反射1.65μm带宽的光的滤光器。可借助光纤光栅等来获得这种滤光器。
光纤线路测试设备13A通过进行OCDR测量来测试被测对象(第一光纤线路32、分光器20、第二光纤线路33n、滤光器22n、光网络单元21n)。光纤线路测试设备13A配置有光源41、强度调制器42、光耦合器43、探测光闸44、光环行器45、偏振调制器46、延迟光纤47、组合器51、平衡检测器52、第一滤波器53、电信号闸54、第二滤波器55、RF检测器56、AD转换器57、控制单元61A以及信号发生器62至65。
能够对输出光的光频率进行调制的光源41例如是一个半导体DFB激光源或者具有额外的谐振器的半导体激光源。光源41接收从信号发生器62输出的周期性的直接调制信号A，并且输出根据直接调制信号A而对其光频率进行了周期性的调制的光。从光源41输出的光具有梳状光相干函数。
强度调制器42接收从信号发生器63输出的周期性的外部调制信号B，并根据外部调制信号B调制从光源41输出的光的强度，并且将调制后的光输出。外部调制信号B是与直接调制信号A同步的周期信号。从强度调制器42输出的光变成这样的光，其中光谱被强度调制所修改并且光相干函数中所包含的噪声降低。
光耦合器43接收已经从光源41输出并且在需要时被强度调制器42所调制的光，并将光一分为二，即探测光和参考光，探测光被输出给探测光闸44，参考光被输出给偏振调制器46。
探测光闸44接收从光耦合器43输出的探测光，并且接收从信号发生器64输出的探测光闸信号C。探测光闸信号C是以恒定周期T为周期、具有闸宽度w1的脉冲周期信号。闸宽度w1大致等于直接调制信号A的调制周期。探测光闸44仅仅在闸宽度w1的脉冲期间将从分光器43输出的探测光输出至光环行器45。
光环行器45接收从探测光闸44输出的脉冲状态的探测光，并且将探测光输出至多路复用器12。光环行器45还接收来自并已经到达多路复用器12的光，并将光输出给组合器51。
从光环行器45输出的探测光被经由多路复用器12发射给第一光纤线路32，并且经由第一光纤线路32、分光器20、以及第二光纤线路33n到达滤光器22n。探测光传播的过程中出现的反射光(菲涅耳反射光或瑞利散射光)沿着与探测光的传播方向相反的传播路径传播，并且被经由多路复用器12和光环行器45而输入至组合器51。在这种情况下，由于滤光器22n被布置在每个第二光纤线路33n的靠近光网络单元21n的位置上，反射光的功率增大，从而OCDR测量的SN信噪比提升，于是测量时间减少，这正是所期望的。
具体地说，优选地，滤光器的反射率R满足：
R＞R0+20log10N
其中N是分光器的分光数量。在此，作为光环行器、多路复用器12、第一光纤线路以及分光器的内部反射率(internalreflectance)的R0通常为-40dB。通过满足上述式子，滤光器处反射并到达测试设备的反射光的功率大于在分光器的上游位置(测试设备侧)处由于意外反射而发生的反射光的功率。因此，由于分光器上游发生的意外反射而产生的噪声的影响相对地减小了，并且测量时间缩短。
优选地，延迟光纤47被布置在分光器43和组合器51之间的参考光的光路上。延迟光纤47设置从光环行器45输入至组合器51的反射光(探测光的返回光)与从分光器43输入至组合器51的参考光之间的延迟时间。优选地，延迟光纤47的长度被设置成使得参考光与由于探测光在被测距离范围内任意位置处的反射而出现的反射光之间的延迟时间变得大于光源41的输出光的相干时间。通过如上设置延迟时间，降低了测量范围内空间分辨率的变化，这是因为在延迟时间大于相干时间的范围内空间分辨率值变得基本恒定。(顺便提及，在延迟时间小于相干时间的范围内，空间分辨率值随着延迟时间的增大而减小)。
并且，优选地，偏振调制器46布置在分光器43和组合器51之间的参考光的光路上。偏振调制器46接收从分光器43输出的参考光，并且在改变其偏振状态之后输出参考光。在检测由于反射光与参考光之间的干扰而产生的光的情况下，优选地在改变参考光的偏振状态的同时进行测量，并且针对在多个偏振条件下获取的测量值执行诸如求平均之类的数据处理，从而获取不取决于偏振状态的测量结果。可提供偏振调制器，从而偏振状态在反射光侧(而不是参考光)改变。
组合器51接收从光环行器45输出的反射光以及从分光器43输出的参考光，并且在将其组合之后将反射光和参考光输出给平衡检测器52。例如，3-dB耦合器被用作组合器51。
平衡检测器52接收已经被组合器51所组合的反射光和参考光，并且向第一滤波器53输出电信号，该电信号示出了由于反射光和参考光的重叠而出现的干扰光的强度。也就是说，平衡检测器52起到光电转换器的作用，其根据干扰光的强度输出具有数值的电信号。
第一滤波器53接收从平衡检测器52输出的电信号，并且在去除输入电信号中所包含的不必要的噪声之后将电信号输出给电信号闸54。第一滤波器53优选地是去除输入电信号的直流分量的滤波器。根据组合器51和平衡检测器中的平衡的误差，发生了直流分量的噪声。并且，通过利用第一滤波器53去除噪声，减少了后续部分出现在电信号闸54中噪声。
电信号闸54接收已经从信号发生器65输出的电信号闸信号D、以及已经通过第一滤波器53的电信号。电信号闸信号D是以恒定周期T为周期、具有闸宽度w2的脉冲周期信号。电信号闸信号D的周期T等于探测光闸信号C的周期T。电信号闸信号D的脉冲中心相对于探测光闸信号C的脉冲中心延迟了闸延迟时间d。
仅仅在闸宽度w2的脉冲周期时间，电信号闸54才将已经从第一滤波器53输出的电信号输出至第二滤波器55。从电信号闸54输出至第二滤波器55的电信号变成脉冲信号。根据电信号闸信号D的电平执行开关功能的运算放大器电路被用作电信号闸54。
第二滤波器55接收从电信号闸54输出的脉冲电信号，并且有选择地将具有特定频带的电信号输出至RF检测器56。优选地，前述第二滤波器55处的特定频带不包括电信号闸信号D的重复频率f(＝1/T)的整数倍的频率nf(n为自然数)。具体地说，优选地，上述特定频带具有包括f(＝1/T)的半整数倍的频率的带宽f/2或者更小。输入至电信号闸54的信号具有直流中的噪声以及1/p的整数倍的频率，由于噪声通过电信号闸，噪声散射至f的整数倍的频率。但是，通过将频带进行如上设置，电信号闸54处产生的噪声的影响减小，于是用于测量的SN比被改善，这就降低了测量时间。
RF检测器56接收从第二滤波器55输出的电信号，并将其转换成与干扰分量的大小等同的电信号，随后将转换后的电信号输出至AD转换器57。AD转换器57接收从RF检测器56输出的电信号，将该电信号(模拟信号)转换成数字信号，并将数字信号输出至控制单元61A。该数字信号的值示出了通过光源41处的光频调制的周期p和闸延迟时间d确定的在光纤线路上的位置z处发生的反射光的功率。
控制单元61A接收从AD转换器57输出的数字值，并将该数字值与位置z以彼此关联的方式存储起来。通过控制每个信号发生器62至65，控制单元61A指定从信号发生器62输出的直接调制信号A的调制周期p、从信号发生器63输出的外部调制信号B的调制周期(整数分之p)、从信号发生器64输出的探测光闸信号C的周期T和闸宽度w1、从信号发生器65输出的电信号闸信号D的周期T和闸宽度w2、以及闸延迟时间d。因此，控制单元61A指定作为测量对象的光纤上的测量位置z，并且从AD转换器57获取示出了在位置z处出现的反射光的功率的数字值。随后，控制单元61A获取光纤线路沿着探测光的传播方向的反射率分布。
并且，控制单元61A与存储装置71相连。存储装置71存储诸如测试设备与每个滤光器22n之间的距离、模块名、模块相对于每个滤光器的安装位置以及每个光网络单元的位置之类的信息。参考预先准备的针对至滤光器22n的距离以及从反射率分布中反射率峰值获得的距离的信息，控制单元61A判断是否已经检测到来自每个滤光器22n的反射光。随后，如果存在未针对其检测到反射光的光网络单元，控制单元61A显示属于光网络单元的光纤中存在诸如破损之类的故障的异常判断。此外，在控制单元61A中，局限在滤光器附近，基于与至光纤的距离相关的信息来完成OCDR测量，从而检测是否存在来自滤光器的反射光以及反射率的大小，可以快速地检查滤光器所属的第二光纤线路是否存在异常。
接下来，利用图2至图5，将给出从信号发生器62给至光源41的直接调制信号A、从信号发生器63给至强度调制器42的外部调制信号B、从信号发生器64给至探测光闸44的探测光闸信号C、信号发生器65给至电信号闸54的电信号闸信号D、以及从RF检测器56输出的电信号的说明。
在图2中的区域(a)、(b)、(c)和(d)是分别示出了直接调制信号A、外部调制信号B、探测光闸信号C以及电信号闸信号D的波形的示图。在图3中，区域(a)是示出了反射光和参考光之间的关联的示图，区域(b)是示出了探测光闸信号C和电信号闸信号D的重叠(脉冲窗口)的示图，并且区域(c)是示出了检测反射光的敏感度的示图。
如图2的区域(a)所示，直接调制信号A是一个具有周期p的信号，并且是一个用于调制从光源41输出的光的光频率的信号。周期p定义了光纤线路上的测量位置z。当由于在被测光纤线路的位置z处的反射和散射而发生的反射光(返回的探测光)相对于参考光的延迟时间τ满足等式(1)的条件：
τ/p＝整数(1)
反射光的调制相位以及参考光的调制相位同步，并且反射光和参考光之间的关联增大(图3的区域(a)中的位置z1)。另一方面，在由于不满足等式(1)的条件的位置处的反射和散射而产生反射光中，与参考光的关联较小(图3的区域(a)中的位置z2)。
在图4中，区域(a)是示出了由于从反射光和干扰光之间的关联较高的位置z1反射的光而产生的干扰信号的频谱的示图，以及区域(b)是示出了由于从反射光和干扰光之间的关联较低的位置z2反射的光而产生的干扰信号的频谱的示图。当反射光和参考光之间的关联较大时，由于反射光和参考光而产生的干扰信号的频谱处于与探测光的频率宽度基本相同的带宽中。另一方面，当关联较低时，干扰光的频谱在与探测光的频率调制的偏移基本相同的频带中延伸。因此，通过在大于探测光的线宽的调制频率处提供光频调制，可以有选择地从特定测量位置检测反射光。
由于空间分辨率近似地反比于光频调制的偏移，因此频率调制的偏移越大越好。另一方面，可输入作为电源41的激光二极管的电流的上限值由损坏阈值确定，下限值为0，从而偏移的上限被限制。根据本实施例，直接调制信号A的波形是正弦波，但是，它也可是周期波形，例如矩形波、三角波等。
更具体地说，空间分辨率应该优选地等于9cm或者更小。在这种情况下，如果第二光纤线路的长度被制作得相互差9cm或者更多，并且确保第二光纤线路具有9cm的超出长度，则足以避免属于不同第二光纤线路的光纤的反射峰值重叠。对于第二光纤线路，作为根据ITU-TG.652的单模光纤，通常采用的是其弯曲特性被提升为具有15mm的允许弯曲半径的光纤。由于可通过以该允许弯曲半径15mm弯曲一匝来装下9cm的超出长度，所以可以通过使得空间分辨率等于或者小于9cm来将装下超出长度的空间最小化。
外部调制信号B是与直接调制信号A同步的周期信号，并且是用于通过与直接调制信号A同步的强度调制器42调制光源41的输出光的强度的信号(图2的区域(b))。由此，可以修改强度调制器42所输出的光的频谱。OCDR中的反射光检测灵敏度被表示为距离的函数，并且该距离的函数已知为光相干函数。为了有选择地检测从特定测量位置反射的光，光相干函数应当优选地接近δ函数的数组。由于光相干函数由光的功率频谱的傅立叶变换给出，所以通过OCDR的反射光测量的位置灵敏度可通过利用强度调制修改频谱来提高。
探测光闸信号C是一个具有脉冲的周期信号，该脉冲在恒定周期T的闸宽度为w1，并且探测光闸信号C是这样一个信号：仅在闸宽度w1的脉冲周期内选中从探测光闸44输出的探测光(图2的区域(c))。并且，电信号闸信号D是一个具有脉冲的周期信号，该脉冲在恒定周期T的闸宽度为w2，并且电信号闸信号D是这样一个信号：仅在闸宽度w2的脉冲周期选中从电信号闸54输出的探测光(图2的区域(d))。
电信号闸信号D的周期T等于探测光闸信号C的周期T。电信号闸信号D的脉冲中心仅仅针对探测光闸信号C的脉冲中心延迟闸延迟时间d。这样，来自光纤线路中的特定测量距离范围(脉冲窗口)的反射光被有选择地检测(图3的区域(b)和(c))。
优选地，直接调制信号A的周期p、探测光闸信号C的闸宽度w1、以及电信号闸信号D的闸宽度w2满足下面的式子(2)：
w1+w2＜2p(2)
通过这样做，如果闸延迟时间d被设置使得反射光和参考光之间的关联在脉冲窗口的中心呈现其峰值，那么，可在脉冲窗口中存在的关联峰值被限制为一个。
需要注意的是，在式子(2)中假设，在设备中可以忽略探测光闸44相对于探测光闸信号C的电平变化的开关操作延迟、电信号闸54相对于电信号闸信号D的电平变化的开关操作延迟、诸如探测光闸信号C和电信号闸信号D之类的信号的传播延迟、光的传播延迟等。在这些延迟不能忽略的情况下，如果闸延迟时间d相应地增大或者减小，则可处理该情况。
在式子(4)满足的情况下：
w1+w2＞2p(4)
反射光和参考光之间的关联在脉冲窗口中的两个或更多位置呈现其峰值，并且在这些位置之间出现了反射光测量的串扰，这是不希望的。并且当式子(5)满足时：
w1+w2＜0.5p(5)
测量的SN比由于脉冲能量的衰退而降低，这是不希望的。因此，优选地满足式子(6)：
0.5p＜w1+w2＜2p(6)
优选地，探测光闸信号C和电信号闸信号D各自的周期T是直接调制信号A的周期p的整数倍。优选地，第二滤波器55的通带不包括等于探测光闸信号C和电信号闸信号D各自的重复频率f(＝1/T)的整数倍的任意频率。例如，优选地满足式子(7)：
其中n是整数。
这是由于以下原因。当正比系数省略时，从平衡检测器52输出的电信号(电流I1)由等式(8)表示：
I1＝ε(|E1|2+|E2|2)+2Re(E1×E2*)(8)
其中，E1是输入至平衡检测器52的反射光的电场的复振幅，E2是输入至平衡检测器52的参考光的电场的复振幅。该等式的第一项是非相干噪声。字母ε表示平衡检测的共模分量的衰减系数。在理想状态下ε等于0。但是，实际上，情况经常是这样的，ε等于10-5或者更大，这是噪声造成的。第二项是干扰信号。
非相干噪声正比于光强，并且非相干噪声具有包括与平均功率相等的直流分量以及通过伴随光源41中的强度调制以及外部强度调制而得到的调制分量(周期p)在内的频谱分量。对于非相干噪声，在第一滤波器53完成了对直流分量的衰减之后，脉冲被电信号闸54处的电信号闸信号D剪切。
从电信号闸54输出的电信号(电流I2)由等式(9)表示：
I2＝εF(|E1|2+|E2|2)+2F Re(E1×E2*)(9)
此处，F是电信号闸信号D，其具有周期T。该等式的第一项是非相干噪声，第二项是干扰信号。第一项的非相干噪声正是频率(1/p)的函数与频率(1/T)的函数之积，因此它变成在频率(i/p+j/T)发生的噪声，其中i和j均为整数(附图5，区域(b))。在此，如果脉冲周期被设置使得探测光闸信号C和电信号闸信号D各自的周期T变得等于直接调制信号A的调制周期p的整数倍，那么发生非相干噪声处的频率被限制为i/T，其中i是整数(附图5，区域(a))。
于是，如果通过利用第二滤波器55取出不包括频率(i/T)的频带的分量，可获得具有较少噪声的测量结果。因此，优选地，第二滤波器55的通带应满足式(7)。并且，优选地，第二滤波器55的通带包括频率(m+0.5)/T(这是脉冲重复的半整数倍)，这是因为频率(m+0.5)/T尤其地远离噪声，从而呈现低噪声。
实施例2
图6是示出了装备有与本发明实施例2相关的光纤线路测试设备13B的远程光纤测试系统1B的概念示意图。远程光纤测试系统1B不同于远程光纤测试系统1A之处在于，远程光纤测试系统1B未配备第一滤波器53、电信号闸54、以及信号发生器65，并且远程光纤测试系统1B配备了参考光闸48、信号发生器66以及取代控制单元61A的控制单元61B。
参考光闸48布置在光耦合器43和组合器51之间的参考光的光路上。参考光闸48接收从光耦合器43输出的参考光，并且还接收从信号发生器66输出的参考光闸信号E。参考光闸信号E类似于实施例1的电信号闸信号D，其是具有恒定周期T以及闸宽度为w2的脉冲周期信号。参考光闸信号E的周期T等于探测光闸信号C的周期T。参考光闸信号E的脉冲中心相对于探测光闸信号C的脉冲中心刚好延迟一个闸延迟时间d。参考光闸48允许参考光在参考光闸信号E的闸宽度w2的脉冲周期内，自分光器43通过到组合器51。
平衡检测器52接收已经被组合器51所组合的反射光(返回的探测光)和参考光，并且向第二滤波器55输出电信号，该电信号示出了由于反射光和参考光的干扰而出现的干扰光的强度。第二滤波器55接收从平衡检测器52输出的脉冲电信号，并且有选择地将具有特定频带的电信号输出至RF检测器56。AD转换器57接收从RF检测器56输出的电信号(模拟信号)，将该电信号改变成数字信号，并将数字信号输出至控制单元61B。
控制单元61B接收从AD转换器57输出的数字值，并将该数字值与位置z以彼此关联的方式存储起来。通过控制每个信号发生器62、63、64以及66，控制单元61B指定从信号发生器62输出的直接调制信号A的调制周期p、从信号发生器63输出的外部调制信号B的调制周期(整数分之p)、从信号发生器64输出的探测光闸信号C的周期T和闸宽度w1、从信号发生器66输出的参考光闸信号E的周期T和闸宽度w2、以及闸延迟时间d。因此，控制单元61B指定作为测量对象的光纤上的测量位置z，并且从AD转换器57获取示出了在位置z处出现的反射光的功率的数字值。随后，控制单元61B获取光纤线路沿着探测光的传播方向的反射率分布。
在光纤线路测试设备13A中，平衡检测器52检测作为连续光的参考光与反射光(返回的探测光)之间的相互干扰所造成的光，并随后通过作为电开关的电信号闸54从脉冲中剪去干扰信号(平衡检测器52的输出电压信号)，从而将被测光纤线路的测量位置限制在脉冲窗口中。因此，可实现没有串扰的测量。另一方面，利用光纤线路测试设备13B，通过以布置在参考光的光路上的参考光闸48被参考光闸信号E操作从而在脉冲形状中剪去参考光的方式，将测量位置限制至脉冲窗口，可以类似地实现没有串扰的测量。
光纤线路测试设备13B的优点在于，其电路与光纤线路测试设备13A相比得到简化。另一方面，在光纤线路测试设备13A中，非相干噪声的直流分量可被第一滤波器53所衰减，从而由于直流分量与电信号闸信号D的乘积而出现的非相干噪声与光纤线路测试设备13B相比较小。因此，由于处于被设置成避免非相干噪声的峰值的检测带宽中的噪声峰值的绕开(skirt)，而出现噪声的可能性较小；因此测量可靠性较高。并且，光纤线路测试设备13A可以低成本实现，这是因为，与光纤线路测试设备13B相比，能减少相比于电开关成本较高的光闸的使用。
利用与本发明相关的光纤测试系统和光纤线路测试设备，可以通过在较宽可测距离范围内具有高空间分辨率的实用结构来监控光纤线路。
工业实用性
与本发明相关的光纤测试系统和光纤线路测试设备可被用来监控PON系统的光纤线路。

Claims (11)

1.一种远程光纤测试系统，包括：
具有两端的第一光纤线路；
多个第二光纤线路，其中每个第二光纤线路均具有两端；
包括第一分光器的分支型光纤线路，其中第一分光器将第一光纤线路的第一端连接至所述多个第二光纤线路中的每一个第二光纤线路的第一端；以及
与第一光纤线路的第二端相连的测试设备，所述测试设备包括光源、第二分光器、检测部分以及控制单元，
其中，光源输出利用周期为p的调制信号对光频进行调制而形成的具有梳状光相干函数的光，并且第二分光器接收从光源输出的光并且以将光分成探测光和参考光的方式输出光，并且检测部分检测干扰光并且将干扰光转换为电信号以便输出，干扰光产生于反射光和参考光之间的相互干扰，反射光在第二分光器输出的探测光沿分支型光纤线路传播时产生，参考光是从第二分光器输出的，并且控制单元改变周期p并基于周期p以及从检测部分输出的电信号来获取沿分支型光纤线路中的探测光的传播方向上的反射率分布；并且
所述测试设备还包括探测光闸，探测光闸接收从第二分光器输出的探测光并以恒定周期T在第一闸宽度w1的周期期间有选择地输出探测光，并且检测部分通过特定频带以恒定周期T在第二闸宽度w2的周期期间有选择地输出与由于反射光和参考光之间的相互干扰而产生的干扰光的强度相对应的电信号，当从探测光闸输出的探测光沿光纤线路传播时出现反射光，参考光是从第二分光器输出的。
2.如权利要求1所述的远程光纤测试系统，其中所述多个第二光纤线路中的至少一个光纤线路具有反射部分，并且测试设备还包括存储有关反射部分与测试设备之间距离的信息的存储装置。
3.如权利要求2所述的远程光纤测试系统，其中测试设备以9cm或者更低的空间分辨率检测在反射部分处反射的探测光。
4.如权利要求2所述的远程光纤测试系统，其中所述反射部分是用于反射探测光的波长选择反射器，并且反射器的反射率[dB]大于-40+20log10N，其中N是第一分光器中的分支数。
5.如权利要求1所述的远程光纤测试系统，其中检测部分包括：光电转换器，其输出电信号，该电信号的值对应于干扰光的强度；以及电信号闸，其接收从光电转换器输出的电信号并且以恒定周期T在第二闸宽度w2的周期期间有选择地输出电信号。
6.如权利要求1所述的远程光纤测试系统，其中周期p、第一闸宽度w1和第二闸宽度w2满足w1+w2＜2p。
7.如权利要求1所述的远程光纤测试系统，其中检测部分中的特定频带不包括频率m/p，其中，m是任意整数。
8.一种测试设备，其测试光纤线路，所述测试设备包括光源、分光器、探测光闸、检测部分以及控制单元，其中
光源输出具有经周期为p的调制信号调制的光频以及梳状光相干函数的光；
分光器接收从光源输出的光，并且以将光分成探测光和参考光的方式输出光；
探测光闸接收从分光器输出的探测光并以恒定周期T在第一闸宽度w1的周期期间有选择地输出探测光；
检测部分通过特定频带以恒定周期T在第二闸宽度w2的周期期间有选择地输出与由于反射光和参考光之间的相互干扰而产生的干扰光的强度相对应的电信号，当从探测光闸输出的探测光沿光纤线路传播时反射光出现，参考光是从分光器输出的；并且
控制单元改变周期p，并且基于周期p以及从检测部分输出的电信号来获取沿光纤线路中探测光传播的方向的反射率分布。
9.如权利要求8所述的测试设备，其中检测部分包括光电转换器以及电信号闸，光电转换器输出其值对应于干扰光的强度的电信号；电信号闸接收从光电转换器输出的电信号并且以恒定周期T在第二闸宽度w2的周期期间有选择地输出电信号。
10.如权利要求8所述的测试设备，其中周期p、第一闸宽度w1和第二闸宽度w2满足w1+w2＜2p。
11.如权利要求8所述的测试设备，其中检测部分中的特定频带不包括频率m/p，其中，m是任意整数。
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