CN102415019A - 用于无源光网络(pon)中的故障发现的方法和装置 - Google Patents

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    • 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

一种用于无源光网络(PON)中的故障指示和定位的装置和方法，包括多级功率分配器(100、200、300)，其中，至少一个1∶N分配器(120、221、222、321、322)后面是N项2∶M分配器(131、132、231-233、331-336)，其中，N和M是大于1的整数。该装置还包括光时域反射测量(OTDR)设备(110、210、310)，其能够将OTDR信号插入到功率分配器(100、200、300)中，并且适于将OTDR信号插入在由至少一个1∶N分配器(120、221、222、321、322)构成的第一级和第二N项2∶M分配器(131、132、231-233、331-336)之间。

Description

用于无源光网络(PON)中的故障发现的方法和装置
技术领域
本发明一般涉及用于发现无源光网络(PON)中的故障的方法和装置。发现包括指示、标识以及定位PON中的故障。
背景技术
无源光网络(PON)是点对多点光纤网络体系结构，其中，无动力(即无源)分光器用于使得单个光纤能够服务多个住所。PON包括置于服务提供商的中心局的至少一个光线路终端(OLT)以及靠近PON的最终用户的多个光网络终端(ONT)。更罕见地，可以将OLT置于外部设备中，例如在街道机箱(street cabinet)中。PON的好处之一是，相比于点对点体系结构，可以减少需要的光纤和中心局设备的量。PON的另一个好处是，相比于金属介质网络，预期低得多的现场维护和故障管理成本。这些成本经常被称为“营运费用”。
为了实现更低的营运费用，重要的是能够容易地检测PON中的任何发生的故障。故障检测或故障指示应当使得PON的运营商能够断定故障是否在光纤网络中或在末端设备中发生，以及它是什么种类的故障(即标识)。还期望的是，得到故障发生在光纤网络的什么部分以及在光纤网络中的哪里的指示(即定位故障)。
在目前的故障管理解决方案中，通常使用光时域反射测量法(OTDR)。OTDR设备或OTDR仪器沿着光纤发送短脉冲并且检测来自那个光纤的背向反射或反向散射(back reflection or backscattering)。
光纤损耗中的一个重要因素是光的散射。
在光纤中，光在所有方向上—包括向后朝光源—散射。在OTDR设备或OTDR仪器中测量向后朝光源散射的光—即背向反射或反向散射。取决于光纤的情况和任何连接器的存在以及诸如此类，从光已经从OTDR设备/仪器发出，随着光沿着光纤通过，散射发生变化。随着脉冲沿着光纤通过，校准它的速度是可能的。通过这样做，OTDR设备/仪器将它在反向散射或背向反射的光中所“看到”的与光纤中的实际位置相关是可能的。因此，创建光纤中的任何点上的反向散射的光的量的显示是可能的。
通过分析反向散射的光，检测光纤中的任何故障—例如渗水、老化、有故障的连接器、接头、光纤弯曲、对光纤的挤压(crunch)等等—是可能的。任何这类情况都会影响光的散射。
OTDR设备或OTDR仪器通常是非常昂贵的，并且因此期望的是，使得尽可能少的OTDR设备来执行测量和分析。还期望的是，使用位于中心的局中的OTDR设备来执行测量，而不必将设备或仪器带入现场。但是，PON包括与高损耗关联的一个或更多功率分配器。因此，在两次通过这些分配器之后，OTDR信号被减弱，从而使得在这种分配器之后的故障的任何定位都非常困难。功率分配器越大，则与它关联的损耗越大。PON通常包括具有1∶32或更高的分配率的功率分配器，使得在分配器之后的任何故障的定位不可能。最多，检测故障是可能的，但是定位它是不可能的。
同样，可以采用在用户侧的光功率测量以检测接收功率中的任何改变，但是，找到故障的原因或故障的位置将都是不可能的。
ONT还可以将状态消息发送回中心局，以便检测有故障的光纤、光学元件或有故障的ONT。但是，状态消息将仅仅指示故障可能已经发生，而找到故障的原因或故障的位置将都是不可能的。
发明内容
本发明的目的是，解决上面概述的问题中的至少一些问题。具体地，本发明的目的是使得能够发现无源光网络(PON)中的光纤的故障。
根据一个方面，提供了一种装置，其包括多级功率分配器，其中，至少一个1∶N分配器后面是N项2∶M分配器，其中，N和M是大于1的整数。该装置还包括光时域反射测量(OTDR)设备，其能够将OTDR信号插入到功率分配器中。OTDR设备适于将OTDR信号插入在由至少一个1∶N分配器构成的第一级和第二N项2∶M分配器之间。
这一装置具有若干优点。优点之一是，能够减少与每个分配操作关联的损耗。对于OTDR信号，跳过第一分配级，从而能够避免与其关联的损耗。因此，沿着光纤朝ONT传播的OTDR信号可以更强。另一个优点是，指示任何可能的(一个或多个)故障的背向反射/反向散射能够以更小的组被组合在一起，而非来自所有ONT的背向反射来到一个地方。
根据实施例，OTDR设备连接到光开关(OS)，光开关(OS)有一个输入连接到OTDR设备的输出，并且有N*K个输出连接到N项2∶M分配器的输入，其中，K是光线路终端(OLT)的数量。
这具有以下优点：一个OTDR设备能够用于标识和定位若干不同的PON中—实际上在K个数量的PON中—的光纤中的可能的故障。
根据实施例，第二分配器级是2∶M类型，其中，M≤16。
根据另一个实施例，第二分配器级是2∶M类型，其中，M＝8。
在一个例子中，功率分配器是具有集成的2∶M级的平面光波电路(PLC)，并且OTDR信号被插入分配链中，使得M≤16。
在另一个例子中，功率分配器是具有集成的2∶M级的平面光波电路(PLC)，并且OTDR信号被插入分配链中，使得M＝8。
根据实施例，OTDR设备连接到具有可调的或多波长的OTDR的波分复用器(WDM)。
在一个例子中，WDM是具有1625-1675nm的维持波长窗口的阵列波导光栅(AWG)。
根据另一个方面，定义了一种用于检测无源光网络(PON)中的故障以及用于定位该故障的方法。
该方法包括设置/连接光时域反射测量(OTDR)设备，使得它能够将OTDR信号插入到PON的功率分配器中。功率分配器是多级分级式功率分配器，其中，至少一个1∶N分配器后面是N项2∶M分配器。该方法还包括将OTDR信号插入在由至少一个1∶N分配器构成的第一级和第二N项2∶M分配器之间。该方法还包括分析散射，以便定位从功率分配器和OLT的光纤中的任何可能的故障。
根据实施例，该方法还包括将OTDR设备连接到具有N*K个输出的光开关的输入，输出连接到N项2∶M分配器的输入，其中，K是光线路终端(OLT)的数量。
根据例子，功率分配器是具有集成的2∶M级的平面光波电路(PLC)，并且该方法包括将OTDR信号插入分配链中，使得M≤16。
根据另一个例子，功率分配器是具有集成的2∶M级(231-233)的平面光波电路(PLC)，并且该方法包括将OTDR信号插入分配链中，使得M＝8。
根据又一个实施例，该方法包括将OTDR设备连接到具有可调的或多波长的OTDR的波分复用器(WDM)。
附图说明
现在将依靠示范实施例并参考附图来更详细地描述本发明，其中：
-图1是根据实施例的连接了OTDR设备的两级1∶4分配器的示意图。
-图2是根据实施例的连接了OTDR设备的平面光波电路的示意图。
-图3是根据实施例的连接了OTDR设备的多个(K个)光线路终端(OLT)、光开关(OS)、两级分配器以及多个(N*M*K个)光网络终端(ONT)的示意图。
-图4是根据实施例的方法的流程图。
-图5是根据另一个实施例的方法的流程图。
具体实施方式
简要地描述，提供了一种用于发现无源光网络(PON)中的故障的装置和方法。
如上所述，OTDR信号经常用于检测光纤网络中的故障。同样，光网络终端(ONT)可以测量信号强度并且将这些测量报告回中心局。
下面，将描述用于发现PON中的故障的装置和方法。故障的发现要求指示故障已经发生并且故障已经发生在光纤上的哪里，即以定位故障。
现在将参考图1、2以及3来描述如何可以实现或实施装置的例子。
图1是根据实施例的连接了OTDR设备的两级1∶4分配器的示意图。
图1示出用于无源光网络(PON)中的故障发现的装置的例子。该装置包括两级功率分配器100，其中，一个1∶2分配器120后面是两项2∶2分配器131、132。该装置还包括光时域反射测量(OTDR)设备110，其能够将OTDR信号插入到功率分配器100中。在OTDR设备或仪器110和功率分配器100之间提供开关装置115。OTDR设备110适于将OTDR信号插入在由1∶2分配器120构成的第一级和由两项2∶2分配器131、132构成的第二级之间。另外，还有四个光网络终端(ONT)151、152、153以及154。图1还示出一个光线路终端(OLT)160。OLT 160通常位于服务提供商的中心局。ONT被设置在靠近PON的最终用户的位置。
设置OTDR设备110使得它能够将OTDR信号插入到功率分配器中的第一和第二分配级之间的优点之一是，能够减少与每个分配操作关联的损耗。对于OTDR信号，跳过第一分配级，从而能够避免与其关联的损耗。因此，沿着光纤朝ONT传播的OTDR信号将很可能更强。另一个优点是，指示任何可能的(一个或多个)故障的背向反射/反向散射能够以更小的组被组合在一起，而非使得来自所有ONT的背向反射供应到一个地方。
为澄清，不是在OTDR设备110以一束接收在其回来的路上通过整个功率分配器的来自所有ONT 151-154的所有背向反射，而是来自ONT 151和152的背向反射能够被组合在一起，并且来自ONT 153和154的背向反射能够被组合在一起。“被组合在一起”意味着，检测到的背向反射是一个组中的来自ONT 151加上152的背向反射和一个组中的来自ONT 153加上154的背向反射的总和。从更小的组中抽取和分析信息一般是比从更大的组中抽取和分析信息更容易，这一点能够在这一解决方案中得到利用。这样，可以独立地分析来自ONT 151和152的背向反射，并且可以独立地分析来自ONT 153和154的背向反射。
同样，背向反射不必一直经过功率分配器100传播，这能够减少与每个分配操作关联的损耗。在图1中，能够避免分配器120，即第一分配级。因为背向反射可以由于不必通过整个功率分配器—即第一和第二分配级二者—而都更强，并且因为来自不同ONT的背向反射被组合在一起，所以能够从接收到的背向反射中抽取更多的信息。这样，不但能够更容易地标识和指示故障，而且定位故障位于或者已经发生在沿光纤的哪里能够是可能的。
相当经常的是，使用包括分配1∶4的第一分配级和分配2∶8的第二分配级的1∶32的分配器。分配率越高，则从背向反射或散射中分析和抽取信息变得越困难。分配越高，则本发明的优点变得越明显。
对于高于2∶16的分配，目前的OTDR设备抽取足够的信息以便确定沿光纤的故障的位置是困难的，这是由于损耗和被组合在一起的ONT的巨大数量。在这种分配中，来自16个ONT的背向反射被组合在一起。对于更高的分配，检测和指示故障已经发生是可能的，并且指示哪个光纤是有故障的可以是可能的，但是准确地断定故障已经发生在哪里可能变得困难。因此，最后的分配器级是2∶M类型—其中M≤16-可能是优选的。
根据一个实施例，最后的分配器级是2∶M类型，其中M＝8。
图1中示出的分配器100能够是普通的两级分配器，其中，OTDR信号被插入在第一和第二级之间。图1中的分配器100还能够是具有集成的2∶2级的平面光波电路(PLC)。
OTDR测量的意思是测量在OTDR信号被沿着PON中的光纤发送时发生的背向反射或反向散射。如在图1中能够看到的，分配器131和132是2∶2分配器。每个分配器131和132的一个输入来自分配器120的相应的两个输出。每个相应的分配器131和132的另一个输入连接到OTDR设备。
图2是根据该装置的实施例的连接了OTDR设备的平面光波电路(PLC)的示意图。在PLC中，有多个级联设置的分配器。应当注意的是，图2仅仅是示意性的，并且为了简单起见，PLC中的分配器中的一些已经被省去。此外，还应当注意的是，虽然目前占据主导地位，但是PLC并不是可以采用的唯一的分配器技术。能够用任何类型的分配器技术实施这一装置。
图2示出OTDR设备210，其设置成将OTDR信号插入到功率分配器200中，在这一情况下是PLC 200。OTDR设备210适于将OTDR信号插入在由1∶N分配器构成的第一级和第二2∶M分配器之间。图2示出具有分配为2∶2的级联分配器221、222、231、232以及233的PLC。在图2中，只有分配器231使用其两个输入，这是因为一个输入连接到分配器222的输出，在级联中，分配器222设置在分配器231之前。分配器231的另一个输入连接到OTDR设备210。其他示出的分配器221、222、232以及233只使用一个输入。级联中的第一个分配器221有一个输入连接到OLT 260并且将该输入分成两个。在图2中，分配器221和222构成第一分配级，这里为分配1∶4。分配器231、232以及233构成第二分配级，这里为分配2∶8。整个PLC200最终分配1∶32。
图2还示出OTDR正连接到光开关270。这一变型是可选的，并且可以在PON具有多个OLT的情况下使用，每个OLT连接到相应的功率分配器。下面将参考图3对此进行更详细的描述。
图3是根据该装置的实施例的连接了OTDR设备的多个(K个)光线路终端(OLT)、光开关(OS)、K个数量的两级功率分配器以及多个(N*M*K个)光网络终端(ONT)的示意图。
在图3中，示出了K个数量的两级功率分配器。应当注意的是，图3是示意性的表示，其中，为了简单起见，多个(K个)功率分配器中的一些部分已经被省去。同样，图3可能给予K个功率分配器和级被设置在同一位置的印象，但是情况不一定如此。
有K个数量的OLT 361、362，每个连接到相应的功率分配器。每个功率分配器包括第一级的1∶N分配器321、322以及N个数量的或N项的2∶M分配器331-336。图3还示出连接到K个数量的功率分配器的N*M*K个数量的ONT 351-354。
图3还示出OTDR设备310，其经由光开关(OS)370-可选地还经由过滤器380-连接到K个数量的功率分配器。OS 370具有一个输入和对应于总数量为N*K的2∶M分配器331-336的N*K个数量的输出。OTDR信号被插入OS 370中，OS 370经由其N*K个数量的输出进一步发射信号。OS 370的输出各自分别连接到第二级2∶M分配器331-336中的每个的两个输入之一。第二级2∶M分配器331-336中的每个的两个输入中的另一个输入分别连接到第一级1∶N分配器321和322的输出之一。图3还示出过滤器380，其设置在OTDR设备或仪器和光开关(OS)之间。
如上所述，OTDR设备310设置成将OTDR信号插入在K个数量的功率分配器中的每一个功率分配器的第一和第二分配级之间。
假设N＝4，M＝8，这导致每个PON有32个ONT，其中，每个PON具有一个OLT。假设K＝128。这意味着一个OTDR仪器或设备可以用于4096个ONT，对应于128个不同的PON。
可以说，增加M的值将导致更多的ONT被组合在一起，从而意味着在OTDR仪器或设备接收的光的背向反射或反向散射将是M个数量的ONT的背向反射的总和。这将需要更高级的并且因而更昂贵的OTDR仪器，这是因为随着M的值增加，OTDR监控将变得更困难。另一方面，高的M值将减少共享OTDR、光纤支线(feeder fibre)以及光开关的总成本。
光开关(OS)可以是机械开关。它应当优选地不具有任何有源设备。但是，在未来长距PON应用中，情况可能不一定如此。优选地，OS是远程供能和锁闭的。当改变输出端口时，锁闭通常应当只需要能量。为了将光纤支线用于承载能量的波长，各种解决方案是可用的。这一波长可能需要在OTDR光纤支线的两侧都设有过滤器，以免干扰OTDR信号，例如见图3，示出过滤器380。同样，在OLT到分配器的光纤的两端上的滤光器可以用于发射OTDR信号，例如从而避免用于这一用途的专用光纤。
根据该装置的例子，OTDR设备连接到具有可调的或多波长的OTDR的波分复用器(WDM)。这是对使用如图2和3中示出的OS的替代。换句话说，可以用WDM替换图2和3中的OS。
WDM的例子是通带频谱在1625-1675nm的维持波长窗口(maintenance wavelength window)中的阵列波导光栅(AWG)。
现在将分别参考图4和图5来描述用于发现无源光网络(PON)中的故障和用于定位该故障的方法的一些例子。该方法带来与上面已经描述的装置相同的优点。
图4示出包括步骤410的方法的流程图，步骤410设置/连接光时域反射测量(OTDR)设备使得它能够将OTDR信号插入到PON的功率分配器中。功率分配器是多级分级式功率分配器(multistagestage power splitter)，其中，至少一个1∶N分配器后面是N项2∶M分配器。该方法还包括将OTDR信号插入在由至少一个1∶N分配器构成的第一级和第二N项2∶M分配器之间的步骤420。另外，该方法还包括分析背向反射/反向散射以便定位从功率分配器和ONT的光纤中的任何可能的故障的步骤430。
图5示出包括步骤511的方法的另一个例子，步骤511设置/连接光时域反射测量(OTDR)设备使得它能够将OTDR信号插入到PON的功率分配器中。功率分配器是多级分级式功率分配器，其中，至少一个1∶N分配器后面是N项2∶M分配器。该方法还包括将OTDR设备连接到光开关的输入的步骤512，光开关有N*K个输出连接到N项2∶M分配器的输入，其中，K是光线路终端(OLT)的数量。该方法还包括将OTDR信号插入在由至少一个1∶N分配器构成的第一级和第二N项2∶M分配器之间的步骤520。
在步骤530中分析背向反射/反向散射，以便定位从功率分配器和ONT的光纤中的任何可能的故障。
在功率分配器是具有集成的2∶M级的平面光波电路的情况下，该方法的实施例包括将OTDR信号插入分配链中，使得M≤16。
在功率分配器是具有集成的2∶M级的平面光波电路的情况下，该方法的另一个实施例包括将OTDR信号插入分配链中，使得M＝8。
该方法的又一个例子要求将OTDR设备连接到具有可调的或多波长的OTDR的波分复用器(WDM)。
虽然已经参考特定的示范实施例描述了本发明，但是描述一般只是旨在说明发明的概念，并且不应当被理解为限制本发明的范围。本发明由所附的权利要求书限定。

Claims (13)

1.一种用于无源光网络(PON)中的故障发现的装置，包括：
-多级功率分配器(100、200、300)，其中，至少一个1∶N分配器(120、221、222、321、322)后面是N项2∶M分配器(131、132、231-233、331-336)，其中，N和M是大于1的整数，以及
-光时域反射测量(OTDR)设备(110、210、310)，能够将OTDR信号插入到所述功率分配器(100、200、300)中，并且适于将所述OTDR信号插入在由所述至少一个1∶N分配器(120、221、222、321、322)构成的第一级和第二N项2∶M分配器(131、132、231-233、331-336)之间。
2.根据权利要求1的装置，其中，所述OTDR设备(110、210、310)连接到光开关(OS)(270、370)，所述光开关(270、370)有一个输入连接到所述OTDR设备(110、210、310)的输出，并且有N*K个输出连接到所述N项2∶M分配器(131、132、231-233、331-336)的输入，其中，K是光线路终端(OLT)(160、260、361、362)的数量。
3.如权利要求1或2中的装置，其中，第二分配器级是2∶M类型，其中，M≤16。
4.如权利要求1或2中的装置，其中，第二分配器级是2∶M类型，其中，M＝8。
5.如权利要求1中的装置，其中，所述功率分配器(200)是具有集成的2∶M级(231-233)的平面光波电路(PLC)，并且所述OTDR信号被插入分配链中，使得M≤16。
6.如权利要求1中的装置，其中，所述功率分配器(200)是具有集成的2∶M级(231-233)的平面光波电路(PLC)，并且所述OTDR信号被插入分配链中，使得M＝8。
7.如权利要求1中的装置，其中，所述OTDR设备连接到波分复用器(WDM)，所述波分复用器(WDM)有一个输入连接到所述OTDR设备(110、210、310)的输出，并且有N*K个输出连接到所述N项2∶M分配器(131、132、231-233、331-336)的输入，其中，K是光线路终端(OLT)(160、260、361、362)的数量，并且其中，所述WDM具有可调的或多波长的OTDR。
8.根据权利要求7的装置，其中，所述WDM是具有1625-1675nm的维持波长窗口的阵列波导光栅(AWG)。
9.一种发现无源光网络(PON)中的故障的方法，包括：
-设置/连接光时域反射测量(OTDR)设备，使得它能够将OTDR信号插入到所述PON的功率分配器中，其中，所述功率分配器是多级分级式功率分配器，其中，至少一个1∶N分配器后面是N项2∶M分配器，
-将OTDR信号插入在由所述至少一个1∶N分配器构成的第一级和第二N项2∶M分配器之间，以及
-分析散射，以便定位从所述功率分配器和OLT的光纤中的任何可能的故障。
10.根据权利要求9的方法，还包括将所述OTDR设备(110、210、310)连接到光开关(270、370)的输入，所述光开关(270、370)有N*K个输出连接到所述N项2∶M分配器(131、132、231-233、331-336)的输入，其中，K是光线路终端(OLT)(160、260、361、362)的数量。
11.根据权利要求9或10的方法，其中，所述功率分配器(200)是具有集成的2∶M级(231-233)的平面光波电路(PLC)，所述方法包括将所述OTDR信号插入分配链中，使得M≤16。
12.根据权利要求9或10的方法，其中，所述功率分配器(200)是具有集成的2∶M级(231-233)的平面光波电路(PLC)，所述方法包括将所述OTDR信号插入分配链中，使得M＝8。
13.根据权利要求9的方法，包括将所述OTDR设备连接到具有可调的或多波长的OTDR的波分复用器(WDM)，所述WDM有一个输入连接到所述OTDR设备(110、21O、310)的输出，并且有N*K个输出连接到所述N项2∶M分配器(131、132、231-233、331-336)的输入，其中，K是光线路终端(OLT)(160、260、361、362)的数量。
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