CN102577178B - 可调谐相干光时分反射仪 - Google Patents

可调谐相干光时分反射仪 Download PDF

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Abstract

一种设备包括：光发射器；粗调谐器，其耦合到所述光发射器且具有第一调谐范围；细调谐器，其耦合到所述光发射器且具有小于所述第一调谐范围且位于所述第一调谐范围内的第二调谐范围；波分解复用器，其耦合到所述光发射器且耦合到多个光纤；以及检测器，其耦合到所述光发射器和所述波分解复用器。一种网络组件包括至少一个处理器，所述至少一个处理器经配置以实施一种方法，所述方法包括：检测具有调制模式的光时域反射仪(OTDR)信号频谱；以及检测具有移位的调制模式的所反射的OTDR信号频谱，所述信号频谱包括相对于所述OTDR信号频谱的频率移位和与所述频率移位成比例的时间移位。

Description

可调谐相干光时分反射仪
本发明要求弗兰克·J·埃芬博格等人于2009年11月13日递交的发明名称为“可调谐相干光时分反射仪(tunablecoherentopticaltimedivisionreflectometr)”的美国专利申请案12618440的在先申请优先权，该在先申请的全部内容以全文引入的方式并入本文本中。
技术领域
本发明涉及通信技术，且具体来说，涉及可调谐相干光时分反射仪的方法。
发明背景
例如无源光网络(PON)或其它光纤网络等光接入系统正不断壮大，且光纤越来越多地经部署。所部署的光纤的数量上的增加可导致系统中的错杂和通信问题，且因此需要可靠的诊断工具和设备。一种用于检测光纤中的物理问题的技术为光时分反射仪(OTDR)。在OTDR中，包括光脉冲的测试信号沿着光纤传输，在某点反射，且随后使用位于发起脉冲的同一地点处的OTDR接收器来进行测量。脉冲的发射和接收之间的延迟时间用于计算脉冲的往返距离。所计算出的往返距离用于找出光纤中的任何损伤或断裂的位置，其可随后被修理或替换。
通常，例如在发生故障时，常规的OTDR装置手动连接到待测试的光纤。然而，在系统中有大量光纤的情况下，手动测试光纤的劳动量可非常大且易于出现许多测试错误。或者，单一OTDR系统可永久地安装于中心局处，且使用移动部分和光开关而由多个光纤共享，其减少了可靠性并增加了成本。最近，嵌入式OTDR系统已用于克服常规OTDR系统的某些缺点。具体来说，OTDR系统已嵌入到通信系统的光发射器/接收器(或收发器)中。OTDR信号可随后使用同一发射器叠加于光信号上，例如，以作为叠加的正弦信号或指定的数据模式。通过使用同一发射器，嵌入式OTDR系统可节省一些成本，但也可增加发射器或其它组件的设计复杂性。具体来说，嵌入式OTDR方案需要专用接收器来分离所传输的OTDR信号与系统中的所输送光信号并对其单独地检测。因而，系统中的总成本可增加。在一些方案中，通过使用低成本OTDR接收器来减少成本，但却以降低OTDR信号质量和因此的测试能力为代价。
发明内容
在一个实施例中，本发明包含一种设备，所述设备包括：光发射器；粗调谐器，其耦合到所述光发射器且具有第一调谐范围；细调谐器，其耦合到所述光发射器且具有小于所述第一调谐范围且位于所述第一调谐范围内的第二调谐范围；波分解复用器，其耦合到所述光发射器且耦合到多个光纤；以及检测器，其耦合到所述光发射器和所述波分解复用器。
在另一实施例中，本发明包含一种网络组件，所述网络组件包括：至少一个处理器，其经配置以实施一种方法，所述方法包括：检测具有调制模式的OTDR信号频谱；以及检测具有移位的调制模式的所反射的OTDR信号频谱，所述信号频谱包括相对于所述OTDR信号频谱的频率移位和与所述频率移位成比例的时间移位。
在又一实施例中，本发明包含一种方法，所述方法包括：使用OTDR信号识别待测试的光纤；确定与所述待测试的光纤相关联的波长；传输与所述光纤相关联的波长上的OTDR信号；以及基于所述波长将所述OTDR信号路由到所述光纤。
从结合附图和所附权利要求书进行的以下详细描述将更清楚地理解这些和其它特征。
附图简述
为了更完整地理解本发明，现在参考以下结合附图和详细描述进行的简要描述，其中相同参考标号表示相同部分。
图1是PON的一实施例的示意图。
图2是OTDR设备的一实施例的示意图。
图3是OTDR信号频谱的一实施例的图表。
图4是OTDR信号检测方法的一实施例的流程图。
图5是通用计算机系统的实施例的示意图。
具体实施方式
最初应理解，尽管下文提供一个或一个以上实施例的说明性实施方案，但可使用任何数目的技术，不管是当前已知还是现有的，来实施所揭示的系统和/或方法。本发明决不应限于下文所说明的所述说明性实施方案、图式和技术，包含本文所说明并描述的示范性设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其均等物的完整范围内修改。
本文中所揭示的是一种可用于检测光纤通信系统中的故障的OTDR系统和方法。光纤系统可为使用光纤在不同终端或组件之间输送光信号的任何光通信系统。OTDR系统可包括可用于传输OTDR信号的可调谐光发射器和可用于将OTDR信号路由到多个光纤中的一者的解复用器。OTDR系统还可包括至少一个相干检测器，其可用于检测所传输OTDR信号和所反射OTDR信号的频谱，以获得关于光纤中的OTDR信号的时间延迟信息。时间延迟信息可随后用于识别光纤中的任何问题的位置。使用相同的可调谐光发射器和解复用器来测试不同的光纤可降低系统成本。另外，使用相干检测器来检测OTDR信号的频谱可增加OTDR方案的灵敏度且因此增加识别光纤中的问题的能力。由于OTDR系统可能给通信系统增加的成本有限，所以OTDR系统的灵敏度可以在可接受的成本内得到改进。
OTDR系统可用于多个光纤通信系统，例如同步光联网(SONET)/同步数字体系(SDH)网络、波长切换光网络(WSON)、波分复用(WDM)网络、光以太网和PON。PON是一种用于经由“最后一英里”提供网络接入的系统。PON是点对多点网络，其包括中心局处的光线路终端(OLT)、光分布网络(ODN)，和客户驻地处的多个光网络终端(ONT)。数据在PON中在连接不同PON组件的光纤上传输。当光纤的物理条件恶化时，数据的传输会受到影响。举例来说，光纤中的断裂或部分断裂可导致数据传输带宽的减小、大量业务拥塞，或数据传输的完全停止。
图1说明PON100的一个实施例。PON100包括OLT110、多个ONT120和ODN130。PON100为不需要任何活动组件来在OLT110与ONT120之间分配数据的通信网络。实际上，PON100使用ODN130中的无源光学组件来在OLT110与ONT120之间分配数据。合适的PON100的实例包含由ITU-TG.983标准界定的异步传输模式PON(APON)和宽带PON(BPON)、由ITU-TG.984标准界定的千兆比特PON(GPON)、由IEEE802.3ah标准界定的以太网PON(EPON)，和波分复用PON(WDM-PON)，其全部以全文引入的方式并入本文中。
PON100的一个组件可为OLT110。OLT110可为经配置以与ONT120和另一网络(未图示)通信的任何装置。具体来说，OLT110可充当其它网络与ONT120之间的媒介物。举例来说，OLT110可将从网络接收到的数据转发到ONT120，且将从ONT120接收到的数据转发到其它网络上。虽然OLT110的具体配置可依据PON100的类型而变化，但在一实施例中，OLT110可包括发射器和接收器。当其它网络正使用与PON100中所使用的通信协议不同的协议，例如以太网或SONET/SDH时，OLT110可包括将其它网络的数据转换为PON协议的转换器。所述转换器还可将PON的数据转换为其它网络的协议。本文中所描述的OLT110通常位于中央位置处，例如中心局，但也可位于其它位置处。
PON100的另一组件可为ONT120。ONT120可为经配置以与OLT110和客户或用户(未图示)通信的任何装置。具体来说，ONT120可充当OLT110与客户之间的媒介物。举例来说，ONT120可将从OLT110接收到的数据转发到客户，且将从客户接收到的数据转发到OLT110上。虽然ONT120的具体配置可依据PON100的类型而变化，但在一实施例中，ONT120可包括经配置以将光信号发送到OLT110的光发射器。另外，ONT120可包括经配置以从OLT110接收光信号的光接收器和为客户将光信号转换为电信号的转换器，例如ATM或以太网协议中的信号。ONT120还可包括可将电信号发送到客户装置和/或接收电信号的第二发射器和/或接收器。在一些实施例中，ONT120和光网络单元(ONU)是类似的，且因此在本文中互换地使用术语。通常，ONT可位于分布的位置处，例如客户驻地，但也可位于其它位置处。
PON100的另一组件可为ODN130。ODN130为可包括光纤缆线、耦合器、分离器、分配器和/或其它设备的数据分配系统。在一实施例中，光纤缆线、耦合器、分离器、分配器和/或其它设备为无源光组件。具体来说，光纤缆线、耦合器、分离器、分配器和/或其它设备可为不需要任何电力来在OLT110与ONT120之间分配数据信号的组件。ODN130通常以如图1中所示的分支配置从OLT110延伸到ONT120，但可替代地如所属领域的技术人员所确定的配置进行配置。
在一实施例中，OTDR系统(未图示)可用于识别并定位可出现于OLT110与ONT120之间且可影响OLT110与ONT120中的任一者之间的通信的任何故障139。举例来说，故障139可出现于ODN130的组件中的任一者中，例如为光纤中的损伤或断裂、耦合器或分离器中的故障，或以上两种情况。OTDR系统可耦合到PON100，例如，耦合到ODN130、ODN130中的多个光纤、OLT110和/或PON100的任何其它组件。OTDR系统可用于以连续方式或在检测到通信问题时监视OLT110与ONT120之间的连接。因而，OTDR信号可经由有问题的分支或光纤进行传输，且可检测对应的所反射的OTDR信号来定位问题的来源，且在一些情况下，确定问题的性质。
图2说明OTDR设备200的一实施例。OTDR设备200可包括可调谐光发射器210、粗调谐器220、细调谐器230、分离器270、光环行器290、波分解复用器240、偏振光束分光器292、两个检测器250、耦合器294，和频谱分析仪260，如图2中进行配置。OTDR设备200还可包括用于将波分解复用器240耦合到至少一个光纤通信网络280，例如PON中的多个光纤的多个滤波器284。
光发射器210可为经配置以跨越一定范围的光波长传输光信号(例如，OTDR信号)的任何装置。在一实施例中，可调谐光发射器210可为可调谐波长激光器，例如半导体激光器或气体激光器。举例来说，光发射器210可为激光二极管、异质结构激光器、量子阱激光器、量子级联激光器、分布式反馈(DFB)激光器，或其组合。光发射器210可经控制以使得其在与光纤282中的一者相关联的单一波长信道内传输光信号。光信道可为如国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)G.694.1中所描述的密集型WDM(DWDM)信道、如ITU-TG.694.2中所描述的粗WDM(CWDM)信道，或任何其它光信道。在实施例中，光信号的波长可在近红外范围(例如，从约0.7微米(μm)到约一μm)中和/或在短波红外范围(例如，大于或等于约1μm)中变化。举例来说，当光纤282中的一者中所携载的光信号具有等于约1,625纳米(nm)的波长时，来自光发射器210的OTDR信号的波长可在约1,618nm(或约195,300千兆赫兹(GHz))与约1,632nm(或约183,700GHz)之间变化。来自光发射器210的OTDR信号可为相干信号，其在充分长的持续时间内具有实质上恒定的相位，例如，在传输中具有有限的中断或实质上没有中断的情况下。在一些实施例中，以多个波长信道传输多个OTDR信号的单一激光器可用于OTDR设备200中。在替代性实施例中，可使用单一波长激光器的阵列来代替可调谐波长激光器210，而以多个不同波长来传输OTDR信号。
粗调谐器220可为经配置以致使光发射器210在多个波长信道中的一者内传输其光信号的任何装置。在一实施例中，粗调谐器220可为热源，其可用于通过改变可调谐光发射器210的温度来改变可调谐光发射器210的输出波长。举例来说，粗调谐器220可为加热器，其可例如经由电流以电方式进行控制，以增加/减小可调谐光发射器210的温度，且因此增加/减小其输出波长。
细调谐器230可为经配置以致使光发射器210在单一波长信道内调制其光信号的任何装置。举例来说，细调谐器230可为经配置以使用经调制的电流来调制可调谐光发射器210的输出的频率的电信号调制器。在一实施例中，细调谐器230可调制可调谐光发射器210的频率以获得锯齿波频谱，如下文详细描述。
分离器270可为将光信号分离为多个实质上等同的光信号的任何装置。举例来说，分离器270可为1:3光耦合器。在一实施例中，分离器270可将所传输的OTDR信号从光发射器210引导到光环行器290和每一检测器250。
光环行器290可为在多个装置之间路由光信号的任何装置。在一实施例中，光环行器290可以顺时针方式路由信号，以使得在端口上接收到的任何信号被路由到最左边的邻近端口。举例来说，光环行器290可将光信号从分离器270引导到波分解复用器240，从波分解复用器240引导到偏振光束分光器292，且在需要时从偏振光束分光器292引导到分离器270。
波分解复用器240可为经配置以基于信号的波长来组合、分离和/或路由光信号的任何装置。举例来说，波分解复用器240可为阵列式波长光栅(AWG)。因而，波分解复用器240可经配置以将多个光信号中的每一者从光发射器210路由到对应的光纤282中的一者。
光纤系统网络280可为任何光网络，例如，SONET/SDH网络、WSON、PON，或任何其它WDM网络。因而，光纤282可沿着光纤282载运数据或其它光信号。
滤波器284可为经配置以基于信号的波长来组合、分离和/或路由光信号的任何装置。举例来说，滤波器284可经配置以将来自波分解复用器240的光信号与存在于光纤282内的光信号(例如，来自图2中的光纤282的左侧)进行组合。类似地，滤波器284可经配置以基于来自光纤282内(例如，来自图2中的光纤282的左侧)的光信号的波长来分离所述光信号，以使得一个波长下的光信号继续沿着光纤282(例如，到图2中的左边)，且OTDR信号被分离且路由到波分解复用器240。
偏振光束分光器292可为经配置以将光信号分离为两个垂直偏振的光信号的任何装置。举例来说，偏振光束分光器292可为沃拉斯顿棱镜。检测器250可为经配置以检测来自光发射器210和/或光纤282，例如来自故障的信号的任何装置。举例来说，检测器可包括执行光电转换的光接收器。在一实施例中，检测器250可检测处于两个不同偏振状态的所反射的OTDR信号，所述两个OTDR信号可彼此正交。检测器250可各自产生组合于耦合器294，例如，电耦合器中的输出。
频谱分析仪260可为经配置以从两个检测器250获得OTDR和所反射的OTDR信号的频谱的任何装置、组件和处理器。频谱分析仪260可使用所述频谱来获得关于来自光纤282中的任一者的OTDR信号的时间延迟信息。时间延迟信息可用于识别位置，且在一些情况下，识别光纤282中的问题的性质。频谱分析仪260可使用硬件、软件和以上两者来实施，以获得并处理OTDR信号的频谱，且因此识别光纤282中的问题的位置，例如故障139的位置。
OTDR设备可用于检测光纤和/或可输送光信号的其它光组件中的故障。举例来说，OTDR设备200可耦合到ONT、ODN或OLT，或PON中的其它任何地方。因而，OTDR设备200可用于经由PON中的光纤传输OTDR信号(例如，光测试信号)且例如从故障接收所反射的OTDR信号。在一实施例中，可调谐光发射器210和波分解复用器240可用于使不同的OTDR信号信道与不同的光纤282相关联，且因此允许在不使用多个发射器和移动部件的情况下测试光纤282。具体来说，OTDR信号可以选定波长从可调谐光发射器210传输，所述选定波长可由粗调谐器220确定。还可使用细调谐器230来调制所传输的OTDR信号。因而，OTDR设备200的总成本可小于其它常规和嵌入式OTDR系统。
举例来说，为了检查光纤282的第一光纤，可以在与第一光纤相关联的第一波长来传输OTDR信号。可经由粗调谐器220将OTDR信号波长调谐到第一波长。还可基于相干检测方案经由细调谐器230来调制OTDR信号以改进检测到的信号的信噪比。分离器270和环行器290可将来自可调谐光发射器210的所传输的OTDR信号引导到波分解复用器240。分离器270还可将所传输的OTDR信号的副本引导到检测器250中的每一者。波分解复用器240可经配置以经由第一外出端口将第一波长下的OTDR信号路由到第一光纤。类似地，为了检查来自光纤282的第二光纤，可使用粗调谐器220以与第二光纤相关联的第二波长传输OTDR信号。还可基于相同的相干检测方案使用细调谐器230来调制OTDR信号。波分解复用器240可随后例如经由第二外出端口将以第二波长传输的OTDR信号路由到第二光纤。
所反射的OTDR信号可从光纤282的第一和第二光纤经由滤波器284反射回到波分解复用器240。光环行器290可随后将来自波分解复用器240的所反射的OTDR信号引导到偏振光束分光器292，且因此阻止所反射的OTDR信号到达可调谐光发射器210。偏振光束分光器292可将所反射的OTDR信号分离为两个正交偏振的所反射的OTDR信号，且将所述两个信号中的每一者转发到检测器250中的一者。所述两个正交偏振的OTDR信号可随后经组合且经由电耦合器294被发送到频谱分析仪260。两个正交偏振的OTDR信号可经组合以获得改善的所反射的OTDR信号，其具有较高的信噪比，例如，其包括较少的归因于光纤耗散而引起的错误。另外，所反射的OTDR信号可与从可调谐光发射器210转发的OTDR信号组合(经由分离器270)，以增加检测到的所反射的OTDR信号中的信噪比。在一替代性实施例中，单一检测器250可用于例如在不使用偏振光束分光器292的情况下检测所传输和所反射的OTDR信号。
在一实施例中，可以分析的方式描述例如OTDR设备200中的用于测试光纤的OTDR信号。举例来说，光纤中的例如来自可调谐光发射器210的起初传输的信号的电场可表达为其中ω0是角频率，α是常数，且t指示行进时间。在行进距离d后，信号的至少一部分可随后在光纤中的一点，例如故障处反射。因此，所反射的信号可具有时间延迟T，其可等于相对于所传输信号的约nd/c，其中n是光纤的折射率，且c是光速。所反射的信号的电场可表达为
基于相干检测方案，来自光纤的所反射的信号ER(t)可与起初传输的信号EL(t)进行组合。检测到的经组合信号可表达为S(t)＝(EL+ER)(EL+ER)*，其中*指示复共轭。通过将EL和ER的表达式代入S(t)中，检测到的经组合信号可表达为S(t)＝E0 2+E1 2+E0E1cos(ω0T+αT2+2αTt)。检测到的经组合信号可包括三个分量：表示起初传输的信号的功率和强度的一个项；表示所反射的信号的强度的一个项；以及表示混合的所传输和所反射的信号的余弦项。余弦项可具有与所反射的信号的强度成比例的场幅度和与时间延迟T以及因此在光纤中行进的距离d成比例的频率。
在一些情况下，光纤可包括光纤中的多个反射点，例如，光纤中的多个故障，其可产生信号的多个所反射的部分。检测到的所反射的信号在与起初传输的信号组合时可具有不同的频率分量。另外，检测到的所反射的信号可彼此混合，且因此产生额外频率，其可为仿真的和杂散的。然而，由于起初传输的信号的强度可实质上大于所反射的信号的强度，所以具有额外频率的检测到的混合信号可为可忽略的。
在一实施例中，细调谐器230可基于相干检测方案而经配置，以在调制模式中调制OTDR信号，所述信号可具有锯齿波频谱。此调制模式可允许可不实质上中断OTDR信号的传输的情况下接收所反射的OTDR信号，如下文所描述。由于所传输的OTDR信号在一定时间周期内不会实质上被中断，所以那段周期期间的检测到的信号功率量可增加，其可增加检测到的信号中的信噪比，且改善检测灵敏度。
在其它实施例中，可调谐光发射器210可使用多个解复用器240耦合到相同光纤通信网络280或不同网络中的数目增加的光纤282。举例来说，可调谐光发射器210可经由光开关(未图示)耦合到多个类似的和不同的解复用器240，所述光开关可位于可调谐光发射器210与解复用器240之间。举例来说，光开关可为耦合到约八个解复用器240的1×8开关，所述解复用器可各自为耦合到约32个光纤282的1×32解复用器。因而，可调谐光发射器210可耦合到总共约256个光纤282。
图3说明例如使用OTDR设备200的OTDR信号频谱300的一实施例。举例来说，两个检测器250可用于获得检测到的OTDR信号，且频谱分析仪260可从检测到的OTDR信号获得OTDR信号频谱300。OTDR信号频谱300可包括OTDR信号频谱310和所反射的OTDR信号频谱320。举例来说，OTDR信号频谱310可对应于来自可调谐光发射器210的OTDR信号，且所反射的OTDR信号频谱320可对应于来自光纤282中的任一者的所反射的OTDR信号。在图3中，OTDR信号310以实线展示，且所反射的OTDR信号320以虚线展示。
具体来说，来自发射器的经调制的OTDR信号可具有锯齿模式，且因此对应于经调制的OTDR信号的OTDR信号频谱310也可具有锯齿模式。OTDR信号频谱310可包括一检测时间内的多个频率上升部分312，和随后的多个频率下降部分314。频率上升部分312和随后的频率下降部分314可在检测时间内周期性地重复。频率上升部分312可在检测时间内线性地增加(或任何其它形状)，且与频率上升部分312相比，频率下降部分314可在检测时间内实质上垂直地下降(或任何其它形状)。频率上升部分312还可在检测时间内比频率下降部分314实质上持续地更长。
类似地，所反射的OTDR信号频谱320可在检测时间内具有锯齿模式，所述锯齿模式包括多个频率上升部分322和随后的多个频率下降部分324。然而，所反射的OTDR信号频谱320可在频率和时间上相对于OTDR信号频谱310移位。具体来说，在频率上升部分322与频率上升部分312之间可存在频率移位或偏移332以及时间移位或偏移334。频率偏移332可与时间偏移334成比例。然而，此关系可不在频率下降部分324和频率下降部分314的情况中维持，其中频率移位或偏移可等于约零且可不与时间移位或偏移成比例。
时间偏移334还可被称作OTDR信号与所反射的OTDR信号之间的相移，且可指示光纤中的所传输的OTDR信号与来自光纤的所反射的OTDR信号之间的时间延迟。时间偏移334可与信号到光纤中的反射点所行进的距离成比例，且因此可用于获得光纤中的反射点的位置，所述反射点可为故障(例如，图1中所示的故障139)。由于时间偏移334可与频率偏移332成比例，所以可通过获得OTDR信号频谱300中的频率上升部分322与频率上升部分312之间的频率偏移332来检测时间偏移334。然而，由于在频率下降部分324和频率下降部分314的情况下频率偏移可能不与时间偏移成比例，所以在处理OTDR信号频谱300时可能阻挡或屏蔽掉所述两个频率下降部分，以获得时间延迟和在光纤中行进的距离。
调制OTDR信号(例如，使用细调谐器230)可允许在同一检测周期内检测OTDR信号频谱310和所反射的OTDR信号频谱320，以获得频率偏移332和因此的时间偏移334。相应地，可以连续方式在约同一检测时间处传输OTDR，而实质上不会在传输中具有中断。在那个周期期间，所传输和检测到的OTDR信号可几乎完全被处理(除了频率下降部分324和频率下降部分314之外)以确定频率偏移332、时间偏移334，和因此的信号所行进的距离。因而，锯齿调制方案可在测试时间期间提供增加的信号用途，且因此增加信噪比并改善检测灵敏度。
由于所反射的OTDR信号可在比所传输的OTDR信号在光纤中(例如，从光纤282中的一者)行进更长的距离后被检测到(例如，从可调谐光发射器210)，所以所反射的OTDR信号频谱320的检测到的强度可实质上小于OTDR信号频谱310的检测到的强度。举例来说，所反射的OTDR信号频谱320的检测到的强度可等于OTDR信号频谱310的检测到的强度的约1/10,000。为了将所反射的OTDR信号频谱320的检测到的强度增加到可与OTDR信号频谱310的检测到的强度相当的水平(如图3中所示)，所反射的OTDR信号可在检测器处基于相干检测方案与所传输的OTDR信号进行组合。
在一实施例中，相干OTDR检测方案可用于将等于约200微妙(μs)的往返OTDR信号延迟映射到等于约一GHz的频谱范围中。另外，OTDR信号持续时间的被屏蔽部分可限于总信号持续时间的约百分之20，以改善灵敏度。因此，OTDR信号频谱的锯齿模式或波的周期可等于约一毫秒(ms)，且频率范围(例如，峰峰频率)可从约零GHz到约五GHz。因而，锯齿波的可被屏蔽掉的第一部分可等于约200μs，在其期间，来自前一周期或循环的所反射的OTDR信号可到达。虽然用于传输OTDR信号的此频率调制可相对低，但频率调制可具有很大的检测灵敏度。举例来说，发射器可为在连续波(CW)模式中操作的激光器，其中其操作时间的约百分之80可用于相干OTDR检测方案，且仅约百分之20剩余时间不可使用。因此，大量激光器功率用于改善OTDR信号检测的信噪比。
图4说明可用于光纤通信网络，例如PON100中的OTDR信号检测方法400的一实施例。可使用OTDR系统，例如OTDR系统200来实施OTDR信号检测方法400。OTDR信号检测方法400可基于检测并使用OTDR信号频谱，例如OTDR信号频谱300来定位光纤中的问题的相干OTDR检测方案。OTDR信号检测方法400可开始于方框410处，其中可以选定波长传输OTDR信号。举例来说，OTDR信号可使用可调谐光发射器210进行传输，且可具有对应于锯齿频率波的频率调制。选定波长可与网络中的光纤中的需要被监视或可检测到通信问题的一个光纤相关联。在方框420处，可将OTDR信号路由到与选定波长相关联的光纤。举例来说，可使用波分解复用器240将OTDR信号切换到与选定波长相关联的光纤。因此，OTDR信号可传播通过光纤并遇到反射点，例如光纤中的故障，且因此所反射的OTDR信号可随后在相反方向上经由光纤传播回来。
在方框430处，可例如使用耦合到发射器的相干检测器，例如两个检测器250来检测所传输的OTDR信号和对应于所传输的OTDR信号的所反射的OTDR信号。具体来说，可在检测时间内以连续方式检测所传输的OTDR信号和所反射的OTDR信号。所述两个OTDR信号可包括两个重叠的波，所述波可归因于来自光纤的所传输的信号与所反射的信号之间的相位延迟而在时间上移位。在方框440处，可获得所传输和所反射的OTDR信号的OTDR信号频谱，所述信号也可为重叠的且在时间上移位的。举例来说，频谱分析仪260可用于获得由相干检测器检测到的所传输和所反射的OTDR信号的频谱。在方框450处，频率偏移可从OTDR信号频谱获得，且随后用于检测时间偏移，时间偏移可与频率偏移成比例。在方框460处，可使用时间偏移来计算出所传输的OTDR信号和/或所反射的OTDR信号所行进的距离，例如，从发射器到反射点和/或从反射点到检测器。计算出的距离可随后指示反射点的位置，其可为光纤中的需要修理的故障。
上文所描述的网络组件可实施于任何通用网络组件上，例如具有充分的处理能力、存储器资源和网络吞吐量能力以处理置于其上的必要工作负荷的计算机或网络组件。图5说明适合于实施本文中所揭示的组件的一个或一个以上实施例的典型的通用网络组件500。网络组件500包含处理器502(其可被称作中央处理单元或CPU)，处理器504与存储器装置通信，存储器装置包含次要存储装置506、只读存储器(ROM)508、随机存取存储器(RAM)510、输入/输出(I/O)装置512，和网络连接性装置512。处理器502可实施为一个或一个以上CPU芯片，或可为一个或一个以上专用集成电路(ASIC)的一部分。
次要存储装置504通常由一个或一个以上磁盘驱动器或磁带驱动器组成，且用于数据的非易失性存储，且用作溢流数据存储装置，前提是RAM508的大小不足以保持所有工作数据。次要存储装置504可用于存储程序，当选择此些程序来执行时，将所述程序加载到RAM508中。ROM506用于存储在程序执行期间读取的指令以及可能的数据。ROM506为非易失性存储器装置，相对于次要存储装置504的较大存储器容量，其通常具有较小的存储器容量。RAM508用于存储易失性数据且可能用于存储指令。对ROM506和RAM508两者的存取通常比对次要存储装置504的存取快。
揭示至少一个实施例，且所属领域的技术人员对所述实施例和/或所述实施例的特征的变化、组合和/或修改在本发明的范围内。因组合、整合和/或省略所述实施例的特征而产生的替代实施例也在本发明的范围内。在明确陈述数值范围或限制的情况下，应将此些表达范围或限制理解为包含属于明确陈述的范围或限制内的类似量值的重复范围或限制(例如，从约1到约10包含2、3、4等；大于0.10包含0.11、0.12、0.13等)。举例来说，每当揭示具有下限Rl和上限Ru的数值范围时，具体是揭示属于所述范围的任何数字。具体来说，具体揭示处于所述范围内的以下数字：R＝Rl+k*(Ru-Rl)，其中k是范围从百分之1到百分之100的变量，且增量为百分之1，即，k为百分之1、百分之2、百分之3、百分之4、百分之5，…，百分之50、百分之51、百分之52，…，百分之95、百分之96、百分之97、百分之98、百分之99，或百分之100。此外，还特定揭示由如上文所定义的两个R数字定义的任何数值范围。相对于权利要求的任一元素使用术语“任选地”意味着所述元素是需要的，或者所述元素是不需要的，两种替代方案均在所述权利要求的范围内。使用例如包括、包含和具有等较广术语应被理解为提供对例如由……组成、基本上由……组成以及大体上由……组成等较窄术语的支持。因此，保护范围不受上文所陈述的描述限制，而是由所附权利要求书界定，所述范围包含所附权利要求书的标的物的所有均等物。每一和每个权利要求作为进一步揭示内容并入说明书中，且所附权利要求书是本发明的实施例。所述揭示内容中的参考的论述并不是承认其为现有技术，尤其是具有在本申请案的在先申请优先权日期之后的公开日期的任何参考。本发明中所引用的所有专利、专利申请案和公开案的揭示内容特此以引用的方式并入本文中，其提供补充本发明的示范性、程序性或其它细节。
虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，所揭示的系统和方法可以许多其它特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性的而非限制性的，且本发明不限于本文所给出的细节。举例来说，各种元件或组件可在另一系统中组合或集成，或某些特征可省略或不实施。
另外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可与其它系统、模块、技术或方法组合或整合。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项目也可以电方式、机械方式或其它方式通过某一接口、装置或中间组件间接地耦合或通信。改变、替代和更改的其它实例可由所属领域的技术人员确定，且可在不脱离本文所揭示的精神和范围的情况下作出。

Claims (19)

1.一种光信号获取设备，其包括：
光发射器；
粗调谐器，其耦合到所述光发射器且具有第一调谐范围，所述粗调谐器经配置以针对由所述光发射器传输的光信号选择多个波长信道中的一者；
细调谐器，其耦合到所述光发射器且具有小于所述第一调谐范围并在所述第一调谐范围内的第二调谐范围，所述细调谐器经配置以在所述选择的波长信道内调制所述光信号的频率，得到OTDR信号；
波分解复用器，其耦合到所述光发射器并耦合到多个光纤，所述波分解复用器经配置将多个OTDR信号中的每一者从光发射器路由到对应的多个光纤中的一者，并接收光纤中反射的OTDR信号；以及
检测器，其耦合到所述光发射器和所述波分解复用器，用于检测所传输OTDR信号和所反射OTDR信号的频谱。
2.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括光环行器，所述光环行器定位于所述光发射器与所述波分解复用器之间以及所述波分解复用器与所述检测器之间。
3.根据权利要求2所述的设备，其进一步包括分离器，所述分离器定位于所述光发射器与所述光环行器之间以及所述光发射器与所述检测器之间。
4.根据权利要求3所述的设备，其进一步包括偏振光束分光器，所述偏振光束分光器定位于所述光环行器与所述检测器之间，其中所述检测器耦合到来自所述偏振光束分光器的第一输出。
5.根据权利要求4所述的设备，其进一步包括第二检测器，所述第二检测器耦合到所述分离器和来自所述偏振光束分光器的第二输出。
6.根据权利要求5所述的设备，其进一步包括频谱分析仪，其耦合到所述检测器和所述第二检测器。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述粗调谐器包括热源且所述细调谐器包括电信号调制器。
8.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括滤光器，所述滤光器耦合到所述光纤中的每一者，其中所述滤光器各自经配置以耦合到多个第二光纤中的一者，所述多个第二光纤各自对应于多个波长信道中的一者。
9.一种利用光信号进行检测的方法，其包括：
使用光时域反射仪OTDR信号来识别待测试的光纤；
确定与所述待测试的光纤相关联的波长；
以与所述光纤相关联的所述波长来传输所述OTDR信号；以及
基于所述波长将所述OTDR信号路由到所述光纤；
接收来自光发射器的调制后的光时域反射仪OTDR信号；
接收利用光纤对输入到光纤中所述来自光发射器的调制后的光时域反射仪OTDR信号进行反射形成的反射OTDR信号；
检测具有调制模式的OTDR信号频谱；以及，检测具有移位的调制模式的所反射的OTDR信号频谱，所述所反射的OTDR信号频谱包括相对于所述OTDR信号频谱的频率移位和与所述频率移位成比例的时间移位。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述调制模式和移位的调制模式中的每一者包括频率上升部分和随后的频率下降部分。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述频率上升部分在检测时间内实质上线性地增长，且所述频率下降部分在所述检测时间内实质上垂直地下降，且其中所述频率上升部分在所述检测时间内比所述频率下降部分实质上持续的更长。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述频率上升部分持续所述检测时间的百分之80，且所述频率下降部分持续所述检测时间的百分之20。
13.根据权利要求10所述的方法，其中与所述调制模式的所述频率上升部分相比，所述移位的调制模式的所述频率上升部分具有与所述频率移位成比例的所述时间移位，且其中与调制模式的所述频率下降部分相比，所述移位的调制模式的所述频率下降部分不具有与频率移位成比例的时间移位。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述检测到的OTDR信号频谱是通过在一时间周期期间检测起初以实质上连续的方式传输的OTDR信号而被检测到，且其中所述OTDR信号频谱和所述所反射的OTDR信号频谱实质上完全在同一所述时间周期期间被检测到。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述OTDR信号频谱和所述所反射的OTDR信号频谱是通过检测OTDR信号和对应于所述OTDR信号的所反射的OTDR信号而被检测到，其中所述检测到的OTDR信号和所反射的OTDR信号经组合以将所述所反射的OTDR信号频谱的检测到的强度增加到可与所述OTDR信号频谱的检测到的强度相当的水平。
16.根据权利要求10所述的方法，其中所述所反射的OTDR信号频谱是通过检测两个正交偏振的所反射的OTDR信号而被检测到，其中所述两个正交偏振的所反射的OTDR信号被组合。
17.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括：
从所述OTDR信号频谱和所述所反射的OTDR信号频谱获得频率偏移且使用频率偏移来检测时间偏移；
使用时间偏移来计算所传输的光时域反射仪信号和/或所反射的光时域反射仪信号所行进的距离。
18.根据权利要求9所述的方法，其中以一调制模式来调制所述OTDR信号，且在检测时间周期内以实质上连续的方式来传输所述OTDR信号。
19.根据权利要求9所述的方法，所述方法进一步包括：
使用所述OTDR信号来识别待测试的第二光纤；
确定与所述第二光纤相关联的第二波长；
以与所述第二光纤相关联的所述第二波长来传输所述OTDR信号；以及
基于所述第二波长将所述OTDR信号路由到所述第二光纤。
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