CN103973363A - 用于光通信系统中的故障识别的系统和方法 - Google Patents

用于光通信系统中的故障识别的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明题为用于光通信系统中的故障识别的系统和方法。本发明提供一种中继器(1、2、…N)，其实现例如特别是可在长中继器跨距中采用的双向光时域反射(OTDR)和环路增益监测技术。在一个实施例中，中继器(1、2、…N)包括高损耗环回(HLLB)路径(202、204)，其配置成耦合引入与引出光纤路径之间的测试信号。HLLB路径(202、204)从中继器中的放大器(A、B)的输出耦合到输入，并且把来自引出光纤路径的OTDR和环回信号耦合到引入光纤路径，使得信号可返回给传送了测试信号的线路监测设备。

Description

用于光通信系统中的故障识别的系统和方法
技术领域
本申请涉及通信系统，以及更具体来说，涉及光通信系统中的故障识别。
背景技术
在长距离光通信系统中，监测系统的健康会是重要的。例如，监测能够用于检测光传输缆线中的故障或断开、故障中继器或放大器和/或系统的其它问题。
一般来说，已知的监测技术包括使用线路监测设备(LME)，其例如在不同波长生成一个或多个LME测试信号。LME可例如在波分复用(WDM)系统中随信息信号来传送测试信号。测试信号可通过放大器或中继器中的高损耗环回(HLLB)路径返回给线路监测设备。LME则可将所返回测试信号与数据信号分离，并且处理所返回测试信号，以便得到表示所返回测试信号的特性的数据，作为表征光路的量度。
一种这样的监测技术涉及使用光时域反射(OTDR)设备和技术。按照常规OTDR技术，LME生成OTDR测试信号(其例如可以是光脉冲或者特殊调制的光载波)，并且发射OTDR测试信号进入路径对的出站光路。出站路径中的元件可反射(例如后向散射)OTDR测试信号的部分。后向散射信号部分可被返回(例如，在相同的出站路径或者不同路径、例如通过经由HLLB进行耦合的入站路径)，并且在LME中被检测。路径中的各元件的传输特性还可例如通过衰减测试信号或者反射信号，来影响在那个元件之后的点所反射的信号量。来自沿光路的各元件或点的后向散射或者反射信号的幅值可用作表征光路的量度。
OTDR技术包括相干光时域反射(COTDR)。COTDR对其测试信号使用特殊光调制方案并使用相干光检测接收器，以便改进接收器灵敏度。改进的灵敏度实现后向散射信号的超低等级的测量，并且因而实现超长光纤的检查，即使光纤处于远离COTDR设备的光路的部分(例如超出光放大器)。因为来自传输路径的光纤的瑞利后向散射能够由OTDR或COTDR来检测，所以系统监测的这种方式提供一种允许用户检查中继器之间的光纤的诊断工具。
另一种已知线路监测技术包括检查通过系统中的HLLB路径的测试信号的环路增益。在这种方式中，LME可传送表示例如伪随机位序列的一个或多个LME测试信号。测试信号可通过各放大器或中继器中的高损耗环回(HLLB)路径返回给线路监测设备。然后，LME可处理所返回的测试信号，以便得到表示HLLB环路增益的数据，其中环路增益被赋予给在从LME、通过HLLB和任何中间光路及放大器、并且回到LME的传播中的测试信号。HLLB环路增益的显著偏差可指示系统中的故障。
OTDR和环路增益监测技术受到现代长距离通信系统的需求挑战。例如，海底光缆系统和其它这类长距离通信系统的成本受到系统中的中继器的数量极大影响。因此，持续地需要扩大中继器之间的间距，以便减少中继器的数量。虽然最大可能的中继器跨距随着诸如高级调制格式的引入之类的改进而已经增加，但是OTDR设备的能力没有同步改进。在一些系统中，OTDR设备的可达范围可限制在90 km之内，使得中继器跨距的仅大约一半可以是可测量的。此外，一些系统中的高损耗环回(HLLB)路径仅允许测量来自引出方向的反射瑞利信号，因为它们仅具有一个路径从中继器的一个放大器输出连接到那个中继器的另一个放大器输出。因此，一些常规架构可能无法测量来自引入光纤路径的瑞利信号。
对于环路增益测量，已知的是，中继泵浦功率损耗和增加的光纤跨距损耗可能是引起与正常值的HLLB环路增益偏差的主要故障机理。在已知系统中，HLLB环路增益中例如高于预定义告警阈值的显著偏差可触发系统告警。这种系统中的告警阈值的选择可要求区分正常系统波动及测量误差与实际传输路径故障。遗憾的是，这种区分可能是困难的，因为部分由于中继器环回输出到输出架构以及中继放大器中的增益机制、例如自增益调节，一些HLLB环路增益测量一般对传输路径的物理变化可以是不灵敏的。因此，这类系统中的非破坏性故障的实际路径变化可引起一些系统中的HLLB环路增益变化，其在给定典型测量误差和系统波动的情况下只是略微可检测的。
在美国专利No.8,009,983(标题为“High Loss Loop Back for Long Repeater Spans”(‘983专利))中描述用于针对OTDR的受限可达范围的一种配置，通过引用将其理论结合于此。‘983专利描述HLLB配置，其允许OTDR测试信号的双向传输，以便使得使用OTDR的最大可测量跨距长度加倍。在美国专利No.8,135,274(标题为“System and Method for Fault Identification in Optical Communication Systems”(‘274专利))中描述用于针对环路增益监测技术的灵敏度的一种配置，通过引用将其理论结合于此。‘274专利描述一种HLLB配置，其增加环路增益测量的灵敏度，并且将环路增益测量与预定增益表征相比较，以识别系统故障。但是，遗憾的是，用于针对OTDR的受限可达范围的’983专利中所述的HLLB配置没有提供’274专利中所述的环路增益灵敏度改进，以及用于实现增加环路增益灵敏度的’274中所述的HLLB配置不支持’983专利中所述的OTDR可达范围改进。
发明内容
按照本公开的一个方面，因此提供一种用于光通信系统的中继器，该中继器能够在操作上耦合到相对于给定通信方向的引入光纤路径和引出光纤路径。该中继器包括：第一放大器，具有输入和输出，并且用于放大光信号；第二放大器，具有输入和输出，并且用于放大光信号；以及第一高损耗环回(HLLB)路径，用于将第一放大器的输出耦合到第二放大器的输入。第一HLLB路径配置成：把来自第一监测设备(LME)并且从引出光纤路径所反射的引出光时域反射(OTDR)测试信号沿引入方向耦合到引入光纤路径，将来自第一LME的引入OTDR测试信号沿引出方向耦合到引入光纤路径，并且把来自第一LME的环回测试信号沿引入方向耦合到引入光纤路径。
按照本公开的另一方面，提供一种光通信系统，包括：多个中继器，在操作上耦合以提供光传输路径。中继器的每个包括：第一放大器，具有输入和输出，并且用于放大光信号；第二放大器，具有输入和输出，并且用于放大光信号；第一高损耗环回(HLLB)路径，用于将第一放大器的输出耦合到第二放大器的输入；以及第二HLLB路径，用于将第二放大器的输出耦合到第一放大器的输入。第一和第二HLLB路径的每个配置成将从关联引出光纤路径所反射的关联引出光时域反射(OTDR)测试信号沿关联引入方向耦合到关联引入光纤路径，将关联引入OTDR测试信号沿关联引出方向耦合到关联引入光纤路径，以及将关联环回测试信号沿关联引入方向耦合到关联引入光纤路径。该系统还包括：第一线路监测设备(LME)，在操作上耦合到光传输路径的第一端，用于分析响应关联引出OTDR测试信号、关联引入OTDR测试信号和关联环回测试信号而通过第一HLLB路径返回给第一LME的信号；以及第二线路监测设备(LME)，在操作上耦合到光传输路径的第二端，用于分析响应关联引出OTDR测试信号、关联引入OTDR测试信号和关联环回测试信号而通过第二HLLB路径返回给第二LME的信号。
按照本公开的又一方面，提供一种监测光传输系统的方法，其中光传输系统包括引出光纤路径和引入光纤路径。该方法包括：将包括引出光时域反射(OTDR)测试信号、引入OTDR测试信号和环回测试信号的测试信号从线路监测设备(LME)传送到引出光纤路径上；通过中继器把来自引出光纤路径的测试信号的至少一部分耦合到引入光纤路径，中继器包括具有输入和输出并且用于放大光信号的第一放大器、具有输入和输出并且用于放大光信号的第二放大器以及用于将第一放大器的输出耦合到第二放大器的输入的高损耗环回(HLLB)路径；在LME从引入光纤路径，响应引出OTDR测试信号而接收引出OTDR信号，响应引入OTDR测试信号而接收引入OTDR信号以及响应环回测试信号而接收环回信号；以及分析引出OTDR信号、引入OTDR信号和环回信号，以监测光通信系统中的故障。
附图说明
应当参照结合以下附图来阅读的以下详细描述，附图中相似标号表示相似部件：
图1是按照本公开的一个实施例所配置的系统的框图；
图2a是按照本公开的一个实施例所配置的、图1的系统中所示的中继器的框图；
图2b示出按照本公开的一个实施例、通过图2a的中继器的引出OTDR测试信号和来自引出光纤路径的反射瑞利信号的路径；
图2c示出按照本公开的一个实施例、通过图2a的中继器的引入OTDR测试信号和来自引入光纤路径的反射瑞利信号的路径；
图2d示出通过图2a的中继器的环回测试信号的路径；
图3包括与按照本公开的示范系统中的中继泵浦功率的3dB降低关联的环路增益的变化与中继器环回数的示范模拟图表；
图4是示出按照本公开、监测包括引出光纤路径和引入光纤路径的光通信系统的方法的一个示例的流程图。
具体实施方式
图1是按照本公开的一个实施例所配置的系统100的框图。如能够看到，系统100包括数量N个中继器(中继器1、中继器2…中继器N)，其如通常所做的那样经由光纤在操作上耦合，以形成传输路径102。本文所使用的术语“耦合”或“操作上耦合”指的是任何连接、耦合、链路等，通过其，将一个系统元件所携带的信号赋予“耦合”元件或者多个元件。这类“耦合”装置不一定相互直接连接，而是可通过可操控或修改这类信号的中间组件或装置分隔。
中继器分隔中继器跨距。例如，中继器1与中继器2之间的跨距包括跨距部分1、2、3和4。跨距部分1、2、3和4各表示总跨距长度的一部分，并且在一种特定情况下，各跨距部分表示中继器之间的距离的大约一半。
中继器1…N的架构的一个有益效果在于，它们能够用于促进长中继器跨距(它们整体超过90 km)的OTDR监测，同时还促进灵敏环路增益监测。如根据本公开将会理解，本文所述的技术和架构可与大量网络组件和配置一起使用，并且给定系统可包括多个中继器、变化长度的跨距和/或在系统终端的其它组件、例如收发器。本公开的实施例并不是要局限于任何特定组件和/或配置。
还参照图1所示的示例系统，测试信号能够由部署在系统的各终端的线路监测设备(LME 1和LME 2)提供给传输路径102。测试信号可包括OTDR测试信号和环路增益测试信号。OTDR测试信号由传输路径来反射，并且通过一个或多个中继器中的高损耗环回路径(HLLB)返回给相应LME。环路增益测试信号通过一个或多个中继器中的HLLB、作为环回信号返回给相应LME。
LME 1和LME 2的每个能够采用用于分析反射信号和/或环回信号的常规技术来实现，以及在一个具体实施例中，两者均能够提供在中继器的通带边缘的波长上的测试信号，以便不干扰(例如波分复用信号的)实际数据信号，特别是当预期在系统使用期间(所谓的“服务中模式”)执行测试时，与没有实际数据业务存在时(所谓的“停止服务模式”)所执行的测试相反。一般来说，并且如前面所述，反射信号(例如瑞利信号)和环回信号包括信息，其允许监测系统计算与光路关联的参数、例如环路增益，或者以其它方式评估测试信号所传播的光路。环路增益的变化或者其它相关参数可用于生成指示系统中的故障的告警。
从LME 1的角度来看，引出光纤路径包括跨距部分1和2，以及引入光纤路径包括跨距部分4和3。从LME 2的角度来看，引出光纤路径包括跨距部分4和3，以及引入光纤路径包括跨距部分1和2。按照本公开的一个实施例，按照本公开的HLLB架构允许每个LME通过调整测试信号的光学频率，来选择从引出光纤路径或者引入光纤路径所反射的瑞利信号。例如，LME 1能够测量跨距部分1和3，以及LME 2能够测量跨距部分2和4。因此，监测系统的总测量范围在两个通信方向覆盖整个中继器跨距。能够例如通过具有超高空间分辨率(～100 m)的服务中模式，来测量引入(或者入站)OTDR，以及能够通过停止服务模式来测量引出(或者出站)OTDR。多径干扰(MPI)和相对强度噪声(RIN)是与常规HLLB架构相当的。
另外，HLLB架构允许具有特定波长的环回增益测试信号通过各中继器环回到传送了测试信号的LME。从每个LME的角度来看，HLLB将引出光纤路径上的放大器的输出耦合到引入光纤路径上的放大器的输入。可通过将从环回信号所得出的环路增益数据与预定故障表征进行比较，来实现故障分析。
图2a是图1的系统中所示并且按照本公开的一个实施例所配置的中继器的框图。如所示，中继器包括放大器对(放大器A和B)、四个光耦合器(耦合器1、2、3和4)、两个光衰减器(衰减器1和衰减器2)以及六个波长选择性滤波器(滤波器1、2、3、4、5和6)。放大器A和B、光耦合器1、2、3和4、衰减器1和2以及滤波器1、2、3、4、5和6能够采用常规技术来实现，并且使用适合于应用的现成光纤和连接技术在操作上耦合，给定诸如操作波长范围、功率级、中继器之间的跨距长度之类的具体细节。例如，放大器A和B可采用一个或多个掺铒光纤放大器(EDFA)或者其它稀土掺杂光纤放大器、拉曼放大器或者半导体光放大器来实现，并且可按照单级或双级配置来提供。滤波器1、2、3、4、5和6各可采取多种已知滤波器配置的任一种，以及在一个具体实施例中，实现为光纤布拉格光栅滤波器。
所示示范配置包括第一HLLB路径202和第二HLLB路径204。第一HLLB路径 202将放大器A的输出耦合到放大器B的输入。第二HLLB路径 204将放大器B的输出耦合到放大器A的输入。
第一HLLB路径202包括耦合器1和2、滤波器1、2和3以及衰减器1。耦合器1耦合到引出光纤路径，以及耦合器2耦合到引入光纤路径。耦合器1具有第一和第二端口(在图2a中分别标记为1和2)，以及耦合器2具有第二端口(在图2a中分别标记为1和2)。耦合器1的第一端口耦合到耦合器2的第一端口。滤波器1耦合到耦合器1的第二端口。滤波器2耦合到耦合器2的第二端口，以及滤波器3通过衰减器1耦合到滤波器2。
第一HLLB路径202把来自LME 1(图1)的测试信号(其在放大器A的输出处的引出光纤路径上传播)耦合到放大器B的输入处的引入光纤路径。第一HLLB路径把来自引出光纤路径的测试信号耦合到引入光纤路径的方式取决于传播方向(即，引出或引入)以及测试信号的波长。
为了便于说明，图2a-2d所示的箭头示出引入和引出光纤路径上的信号相对LME 1(图1)的传播方向。如所示，信号可在引出光纤路径上沿引入方向朝放大器A的输出传播或者沿引出方向从放大器A的输出传播。同样，信号可在引入光纤路径上沿引入方向朝放大器B的输入传播或者沿引出方向从放大器B的输入传播。当然，对于LME 2(图1)，这些方向会反转。
沿引出方向从放大器A的输出朝耦合器传播的信号通过耦合器1来耦合到第一HLLB路径202，并且传递给滤波器1。滤波器1配置成仅反射预期波长的测试信号，并且终止所有其它测试信号。在这个具体示例中，滤波器1反射具有波长λ1的测试信号，并且终止所有其它测试信号。
由滤波器1所反射的、具有波长λ1的测试信号被传递给放大器B的输入处的耦合器2。耦合器2将滤波器1所反射的信号的一部分(例如，总光功率的2%)沿引出方向、即沿离开放大器B的方向注入到引入光纤路径中。耦合器2将滤波器1所反射的信号的其余部分定向到滤波器2。滤波器2的输出耦合到衰减器1、例如10dB衰减器的输入，以及衰减器1的输出耦合到滤波器3。滤波器2配置成反射预期波长的测试信号，并且传递所有其它测试信号。在这个具体示例中，滤波器2反射具有波长λ2的测试信号，λ2是与λ1不同的波长(即，λ1 ≠ λ2)，并且将所有其它信号传递给衰减器1。衰减器1衰减经过滤波器2的信号，并且将经衰减的信号传递给滤波器3。滤波器3配置成反射预期波长(或者波长范围)的信号，并且传递所有其它波长。在这个具体示例中，滤波器3反射具有波长λ1的测试信号，并且终止所有其它信号。由滤波器3所反射的、具有波长λ1的信号再次通过衰减器1、通过滤波器2来传递，以及其一部分(例如总光功率的2%)沿引入方向、即朝放大器B的输入的方向注入到引入光纤路径中。
在引出光纤路径上沿引入方向传播的瑞利反射信号由耦合器1耦合到第一HLLB路径202上，并且传递给耦合器2，而没有被赋予在滤波器1上。耦合器2将信号的一部分(例如，总光功率的2%)沿引出方向、即沿离开放大器B的方向注入到引入光纤路径中。耦合器2将信号的其余部分定向到滤波器2。滤波器2反射具有波长λ2的测试信号，并且将所有其它信号传递给衰减器1。衰减器1衰减经过滤波器2的信号，并且将经衰减的信号传递给滤波器3。滤波器3反射具有波长λ1的测试信号，并且终止所有其它信号。由滤波器3所反射的、具有波长λ1的测试信号再次通过衰减器1、通过滤波器2来传递，以及其一部分(例如总光功率的2%)沿引入方向注入到引入光纤路径中。
当使用OTDR来监测引出光纤路径(从LME 1的角度来看)时，并且如将参照图2b来论述，从LME 1所传送的、具有波长λ2的测试信号顺引出光纤路径向下传播，并且通过引出光纤路径来反射。具有波长λ2的反射瑞利信号波长沿引入方向返回给耦合器1。耦合器1将具有波长λ2的反射信号的一部分耦合到中继器的第一HLLB路径202(如刚才所述)。第一HLLB路径202上具有波长λ2的反射信号的一部分由滤波器2来反射，由耦合器2沿引入方向耦合到引入光纤路径上，并且返回给LME 1供分析，因此在必要时能够采取适当动作(例如光纤的修复)。
当使用OTDR来监测引入光纤路径(从LME 1的角度来看)时，并且如将参照图2c来论述，来自LME 1的、具有波长λ1的测试信号沿引出方向、顺引出光纤路径向下传播，以及其一部分由耦合器1朝滤波器1耦合到中继器的第一HLLB路径202。具有波长λ1的测试信号由滤波器1反射到耦合器2，其将测试信号的一部分沿引出方向注入到引入光纤路径上。测试信号通过引入光纤路径来反射。具有波长λ1的反射瑞利信号波长在引入光纤路径上沿引入方向传播，并且返回给LME 1供分析，因此在必要时能够采取适当动作(例如光纤的修复)。
当使用LME 1来执行环路增益分析时，并且如将参照图2d来论述，来自LME 1的、具有波长λ1的测试信号沿引出方向、顺引出光纤路径向下传播，以及其一部分由耦合器1朝滤波器1耦合到中继器的第一HLLB路径202。具有波长λ1的测试信号由滤波器1反射到耦合器2，其通过滤波器2和衰减器1来传递测试信号的一部分。滤波器3反射回具有波长λ1的测试信号以通过衰减器1和滤波器2，以及耦合器2将其一部分沿引入方向注入到引入光纤路径上。将具有波长λ1的测试信号作为环回信号来返回给LME 1供分析，因此在必要时能够采取适当动作(例如光纤的修复)。因此，环回信号由衰减器1来衰减两次。
第二HLLB路径204包括耦合器3和4、滤波器4、5和6以及衰减器2。耦合器3具有第一和第二端口(分别标记为1和2)，以及耦合器4具有第二端口(分别标记为1和2)。耦合器3的第一端口耦合到耦合器4的第一端口。滤波器4耦合到耦合器3的第二端口。滤波器5耦合到耦合器4的第二端口，以及滤波器6通过衰减器2耦合到滤波器2。一般来说，第二HLLB路径204按照如以上针对第一HLLB路径202所述的相同方式进行操作，除了第二HLLB路径204将从放大器B的输出处的LME 2(图1)传播的测试信号耦合到放大器A的输入之外。注意，图2a-2c中的引入和引出光纤路径相对LME 1来标记。这些标记相对传播到LME 2以及从LME 2传播的测试信号反转。
例如，并且鉴于反转标记，当使用OTDR来监测引出光纤路径(从LME 2的角度来看)时，来自LME 2的、具有波长λ2的测试信号通过耦合器2、放大器B和耦合器3传播。将具有波长λ2的反射瑞利信号波长返回给耦合器3。耦合器3将具有波长λ2的反射信号的一部分耦合到第二HLLB路径204上。HLLB路径204上具有波长λ2的反射信号的一部分由滤波器5来反射，由耦合器4来耦合到引入光纤路径上，并且返回给LME 2供分析，因此在必要时能够采取适当动作(例如光纤的修复)。
当使用OTDR来监测引入光纤路径(从LME 2的角度来看)时，来自LME 2的、具有波长λ1的测试信号的一部分由耦合器3朝滤波器4耦合到第二HLLLB路径204上。具有波长λ1的测试信号由滤波器4反射到耦合器4，其将测试信号的一部分沿引出方向(从LME 2的角度来看)注入到引入光纤路径上。将具有波长λ1的反射瑞利信号波长返回给LME 2供分析，因此在必要时能够采取适当动作(例如光纤的修复)。
当使用LME 2来执行环路增益分析时，来自LME 2的、具有波长λ1的测试信号的一部分由耦合器3朝滤波器4耦合到第二HLLB路径204上。具有波长λ1的测试信号由滤波器4反射到耦合器4，其通过滤波器5和衰减器2来传递测试信号的一部分。滤波器6反射回具有波长λ1的测试信号以通过衰减器2和滤波器5，以及耦合器4将其一部分沿引入方向(从LME 2的角度来看)注入到引入光纤路径上。将具有波长λ1的测试信号返回给LME 2供分析，因此在必要时能够采取适当动作(例如光纤的修复)。因此，从LME 2传播的环回信号由衰减器2来衰减两次。
图2b和图2c从LME 1(图1)的角度示出图2a所示中继器在分别执行引出和引入OTDR测量时的操作。如图2b中的虚线所示，为了执行引出光纤路径的OTDR测试，从LME 1所传送的、具有波长λ2的引出OTDR测试信号沿引出方向经过耦合器4、放大器A和耦合器1。具有波长λ2的引出OTDR测试信号通过引出光纤路径来反射，以及在引出光纤路径上沿引入方向传播的、具有波长λ2的反射瑞利信号的一部分经过耦合器1，由滤波器2来反射，以及其一部分沿引入方向注入到引入光纤路径中。反射瑞利信号通过放大器B和耦合器3返回给LME 1。反射瑞利信号在图2b中表示为引出OTDR信号。有利地，由于第一HLLB路径202将放大器A的输出耦合到放大器B的输入，所以因经过耦合器2和4引起的引出OTDR测试信号的衰减至少部分由放大器B来补偿。
为了执行引入光纤路径的OTDR测试，如图2c中的虚线所示，具有波长λ1的引入OTDR测试信号沿引出方向从LME 1来传送，并且经过耦合器4和放大器A。其一部分由耦合器1耦合到第一HLLB路径202。具有波长λ1的引入OTDR测试信号由滤波器1来反射，并且传递给耦合器2，其将测试信号的一部分沿引出方向注入到引入光纤路径中。具有波长λ1的引入OTDR测试信号通过引入光纤路径来反射，以及具有波长λ1的反射瑞利信号沿引入方向、通过耦合器2、放大器B和耦合器3返回给LME 1。反射瑞利信号在图2c中表示为引入OTDR信号。有利地，由于第一HLLB路径202将放大器A的输出耦合到放大器B的输入，所以因经过耦合器2和4引起的引入OTDR测试信号的衰减至少部分由放大器B来补偿。
图2d从LME 1(图1)的角度示出图2a所示中继器在执行环回测量时的操作。如图2d中的虚线所示，为了执行环回测试，具有波长λ1的环回测试信号沿引出方向从LME 1来传送，并且经过耦合器4和放大器A。其一部分由耦合器1耦合到第一HLLB路径202。具有波长λ1的环回测试信号由滤波器1来反射，并且传递给耦合器2。环回测试信号经过滤波器2和衰减器1，并且由滤波器3反射回通过衰减器1和滤波器2。耦合器2将又经过滤波器2的环回测试信号的一部分沿引入方向注入到引入光纤路径中。具有波长λ1的环回测试信号通过放大器B和耦合器3、作为环回信号返回给LME 1。有利地，与OTDR测试信号相反，环回信号受到第一HLLB路径202显著影响，因为它两次经过衰减器1。衰减器1可以是例如10dB衰减器。
在图2a-2d所示的示例实施例中，耦合器2和4各采用放大器A和B的相应输入处的98%-2%耦合器来实现，以及耦合器1和3各采用放大器A和B的相应输出处的90%-10%耦合器来实现。中继器的放大器A和B的输入处的2%耦合器的选择允许因添加的光学组件引起的低噪声系数损失。输入处的10%或更高的耦合器可在按照本公开的系统中使用，但是可引起大约0.4 dB的附加插入损耗。因此，耦合器2和4可根据系统需求相应地选择。
因此，按照本公开的系统促进来自任一个方向(例如来自LME 1或LME 2)的引入和引出光纤路径的OTDR测试以及来自任一个方向的环路增益测量。可通过将经由中继器所接收的环回信号与关联环回信号的所传送测试信号进行比较，来计算与各中继器关联的环路增益数据。任何中继器的环路增益可表示赋予给从LME到经过与中继器关联的HLLB路径并且回到LME的测试信号的增益和损耗。作为补充或替代，按照本公开的系统可在分析系统故障中利用差分环路增益数据。各中继器的差分环路增益可计算为与中继器(例如图1的中继器2)关联的环路增益减去与前一个中继器(例如图1中的中继器1)关联的环路增益。
与将一个路径上的放大器的输出耦合到另一路径上的放大器的输出的HLLB相比，提供按照本公开的HLLB路径(其将一个路径上的放大器的输出耦合到相反路径上的放大器的输入)提供对额外泵浦损耗和额外光纤损耗的增加灵敏度以及对入站和出站光纤损耗的更高可解析性。额外泵浦损耗的特征可在于中继器中的放大器泵浦激光器的完全或部分故障，从而引起由关联放大器所赋予的增益的完全或部分降低。额外光纤损耗可发生，并且其特征可在于通过例如中继器之间的跨距中的光纤路径的传输的附加或完全损耗。
例如，图3包括环路增益的变化与关联系统(其中包括具有关联环回路径R1至R14的14个中继器，并且包括在与R7关联的中继器的中继器泵浦功率的3dB降低、即额外泵浦损耗)的中继器环回数的示范模拟图表300。图表302示出当系统配置有HLLB路径时的环路增益的变化与环回数,其中所述HLLB路径用于将沿第一方向放大信号的第一放大器的输出与沿第二方向(其与第一方向相反)放大信号的第二放大器的输出耦合。图表304示出当系统配置有按照本公开的HLLB路径、例如路径202、204时的环路增益的变化与环回数，其中所述HLLB路径用于将沿第一方向放大信号的第一放大器(例如放大器A)的输出与沿第二方向(其与第一方向相反)放大信号的第二放大器(例如放大器B)的输入耦合。如所示，当使用按照本公开的HLLB时，中继器泵浦功率的3dB降低可引起环路增益的大许多的变化(即，该系统具有增加的灵敏度)。
图4是示出按照本公开、监测包括引出光纤路径和引入光纤路径的光通信系统的方法400的一个示例的流程图。所示流程图可示为和描述为包括特定的步骤序列。但是要理解，步骤序列只提供如何能够实现本文所述的一般功能性的示例。步骤无需按照所示顺序来运行，除非另加说明。
在所示方法400中，包括引出光时域反射(OTDR)测试信号、引入OTDR测试信号和环回测试信号的测试信号从线路监测设备(LME)传送402到引出光纤路径上。测试信号的至少一部分通过中继器从引出光纤路径耦合404到引入光纤路径。中继器包括：第一放大器，具有输入和输出，并且用于放大光信号；第二放大器，具有输入和输出，并且用于放大光信号；以及高损耗环回(HLLB)路径，用于将第一放大器的输出耦合到第二放大器的输入。该方法还包括在LME从引入光纤路径，响应引出OTDR测试信号而接收406引出OTDR信号、响应引入OTDR测试信号而接收引入OTDR信号以及响应的环回测试信号而接收环回信号。然后分析408引出OTDR信号、引入OTDR信号和环回信号，以便监测光通信系统中的故障。
按照本公开的一个方面，因此提供一种用于光通信系统的中继器，该中继器能够在操作上耦合到相对于给定通信方向的引入光纤路径和引出光纤路径。该中继器包括：第一放大器，具有输入和输出，并且用于放大光信号；第二放大器，具有输入和输出，并且用于放大光信号；以及第一高损耗环回(HLLB)路径，用于将第一放大器的输出耦合到第二放大器的输入。第一HLLB路径配置成：把来自第一监测设备(LME)并且从引出光纤路径所反射的引出光时域反射(OTDR)测试信号沿引入方向耦合到引入光纤路径，将来自第一LME的引入OTDR测试信号沿引出方向耦合到引入光纤路径，并且把来自第一LME的环回测试信号沿引入方向耦合到引入光纤路径。
按照本公开的另一方面，提供一种光通信系统，包括：多个中继器，在操作上耦合以提供光传输路径。中继器的每个包括：第一放大器，具有输入和输出，并且用于放大光信号；第二放大器，具有输入和输出，并且用于放大光信号；第一高损耗环回(HLLB)路径，用于将第一放大器的输出耦合到第二放大器的输入；以及第二HLLB路径，用于将第二放大器的输出耦合到第一放大器的输入。第一和第二HLLB路径的每个配置成将从关联引出光纤路径所反射的关联引出光时域反射(OTDR)测试信号沿关联引入方向耦合到关联引入光纤路径，将关联引入OTDR测试信号沿关联引出方向耦合到关联引入光纤路径，以及将关联环回测试信号沿关联引入方向耦合到关联引入光纤路径。该系统还包括：第一线路监测设备(LME)，在操作上耦合到光传输路径的第一端，用于分析响应关联引出OTDR测试信号、关联引入OTDR测试信号和关联环回测试信号而通过第一HLLB路径返回给第一LME的信号；以及第二线路监测设备(LME)，在操作上耦合到光传输路径的第二端，用于分析响应关联引出OTDR测试信号、关联引入OTDR测试信号和关联环回测试信号而通过第二HLLB路径返回给第二LME的信号。
按照本公开的又一方面，提供一种监测光传输系统的方法，其中光传输系统包括引出光纤路径和引入光纤路径。该方法包括：将包括引出光时域反射(OTDR)测试信号、引入OTDR测试信号和环回测试信号的测试信号从线路监测设备(LME)传送到引出光纤路径上；通过中继器把来自引出光纤路径的测试信号的至少一部分耦合到引入光纤路径，中继器包括具有输入和输出并且用于放大光信号的第一放大器、具有输入和输出并且用于放大光信号的第二放大器以及用于将第一放大器的输出耦合到第二放大器的输入的高损耗环回(HLLB)路径；在LME从引入光纤路径，响应引出OTDR测试信号而接收引出OTDR信号，响应引入OTDR测试信号而接收引入OTDR信号以及响应环回测试信号而接收环回信号；以及分析引出OTDR信号、引入OTDR信号和环回信号，以监测光通信系统中的故障。

Claims (15)

1. 一种用于光通信系统(100)的中继器(1、2、…N)，所述中继器能够在操作上耦合到相对于给定通信方向的引入光纤路径和引出光纤路径，所述中继器包括：
第一放大器(A)，具有输入和输出，并且用于放大光信号；
第二放大器(B)，具有输入和输出，并且用于放大光信号；以及
第一高损耗环回(HLLB)路径(20)，用于将所述第一放大器(A)的输出耦合到所述第二放大器(B)的输入，所述第一HLLB路径配置成
把来自第一线路监测设备(LME)(LME 1)并且从所述引出光纤路径所反射的引出光时域反射(OTDR)测试信号沿引入方向耦合到所述引入光纤路径，
把来自所述第一LME(LME 1)的引入OTDR测试信号沿引出方向耦合到所述引入光纤路径，以及
把来自所述第一LME(LME 1)的环回测试信号沿引入方向耦合到所述引入光纤路径。
2. 如权利要求1所述的中继器，其中，所述第一HLLB路径包括：
第一光耦合器(耦合器1)，耦合到所述引出光纤路径；
第二光耦合器(耦合器2)，耦合到所述引入光纤路径，所述第二光耦合器(耦合器2)具有耦合到所述第一光耦合器(耦合器1)的第一端口的第一端口；
第一选择性滤波器(滤波器1)，耦合到所述第一光耦合器的第二端口；
第二选择性滤波器(滤波器2)，耦合到所述第二光耦合器的第二端口；以及
第三选择性滤波器(滤波器3)，耦合到所述第二选择性滤波器(滤波器2)。
3. 如权利要求2所述的中继器，所述中继器还包括耦合在所述第二选择性滤波器(滤波器2)与所述第三选择性滤波器(滤波器3)之间的光衰减器(衰减器1)。
4. 如权利要求2所述的中继器，其中，所述第一和第三选择性滤波器(滤波器1、滤波器3)配置成反射具有第一波长(λ1)的测试信号，以及所述第二选择性滤波器(滤波器2)配置成反射具有第二波长(λ2)的测试信号。
5. 如权利要求4所述的中继器，其中，所述环回测试信号和所述引入OTDR测试信号在所述第一波长(λ1)上提供，以及所述引出OTDR测试信号在所述第二波长(λ2)上提供。
6. 一种光通信系统(100)，包括：
多个中继器(1、2、…N)，在操作上耦合以提供光传输路径，各中继器包括：
第一放大器(A)，具有输入和输出，并且用于放大光信号；
第二放大器(B)，具有输入和输出，并且用于放大光信号；
第一高损耗环回(HLLB)路径(202)，用于将所述第一放大器(A)的输出耦合到所述第二放大器(B)的输入；
第二HLLB路径(204)，用于将所述第二放大器(B)的输出耦合到所述第一放大器(A)的输入，
所述第一和第二HLLB(202、204)路径的每个配置成
将从关联引出光纤路径所反射的关联引出光时域反射(OTDR)测试信号沿关联引入方向耦合到关联引入光纤路径，
将关联引入OTDR测试信号沿关联引出方向耦合到所述关联引入光纤路径，以及
将关联环回测试信号沿所述关联引入方向耦合到所述关联引入光纤路径；
第一线路监测设备(LME 1)，在操作上耦合到所述光传输路径的第一端，用于分析响应所述关联引出OTDR测试信号、所述关联引入OTDR测试信号和所述关联环回测试信号而通过所述第一HLLB路径(202)返回给所述第一LME(LME 1)的信号；以及
第二线路监测设备(LME 2)，在操作上耦合到所述光传输路径的第二端，用于分析响应所述关联引出OTDR测试信号、所述关联引入OTDR测试信号和所述关联环回测试信号而通过所述第二HLLB路径(204)返回给所述第二LME(LME 2)的信号。
7. 如权利要求6所述的系统，其中，所述第一和第二HLLB路径(202；204)的每个包括：
第一光耦合器(耦合器1；耦合器3)，耦合到所述关联引出光纤路径；
第二光耦合器(耦合器2；耦合器4)，耦合到所述关联引入光纤路径，所述第二光耦合器(耦合器2；耦合器4)具有耦合到所述第一光耦合器(耦合器1；耦合器3)的第一端口的第一端口；
第一选择性滤波器(滤波器1；滤波器4)，耦合到所述第一光耦合器(耦合器1；耦合器3)的第二端口；
第二选择性滤波器(滤波器2；滤波器5)，耦合到所述第二光耦合器(耦合器2；耦合器4)的第二端口；以及
第三选择性滤波器(滤波器3；滤波器6)，耦合到所述第二选择性滤波器(滤波器2；滤波器5)。
8. 如权利要求7所述的系统，其中，所述第一和第二HLLB路径(202；204)的每个包括耦合在所述第二选择性滤波器(滤波器2；滤波器5)与所述第三选择性滤波器(滤波器3；滤波器6)之间的光衰减器(衰减器1；衰减器2)。
9. 如权利要求7所述的系统，其中，所述第一选择性滤波器(滤波器1；滤波器4)和第三选择性滤波器(滤波器3；滤波器6)配置成反射具有第一波长(λ1)的测试信号，以及所述第二选择性滤波器(滤波器2；滤波器5)配置成反射具有第二波长(λ2)的测试信号。
10. 如权利要求9所述的系统，其中，所述关联环回测试信号和所述关联引入OTDR测试信号在所述第一波长(λ1)上提供，以及所述关联引出OTDR测试信号在所述第二波长(λ2)上提供。
11. 一种监测包括引出光纤路径和引入光纤路径的光通信系统(100)的方法，所述方法包括：
将包括引出光时域反射(OTDR)测试信号、引入OTDR测试信号和环回测试信号的测试信号从线路监测设备(LME)(LME 1)传送到所述引出光纤路径上；
通过中继器(1、2、…N)把来自所述引出光纤路径的所述测试信号的至少一部分耦合到所述引入光纤路径，所述中继器包括
第一放大器(A)，具有输入和输出，并且用于放大光信号，
第二放大器(B)，具有输入和输出，并且用于放大光信号，以及
高损耗环回(HLLB)路径(202)，用于将所述第一放大器(A)的输出耦合到所述第二放大器(B)的输入；
在所述LME(LME 1)从所述引入光纤路径，响应所述引出OTDR测试信号而接收引出OTDR信号、响应所述引入OTDR测试信号而接收引入OTDR信号以及响应所述环回测试信号而接收环回信号；以及
分析所述引出OTDR信号、所述引入OTDR信号和所述环回信号，以便监测所述光通信系统(100)中的故障。
12. 如权利要求11所述的方法，所述HLLB路径(202)配置成
在从所述引出光纤路径反射所述引出OTDR测试信号之后，将所述引出OTDR测试信号沿引入方向耦合到所述引入光纤路径，
将所述引入OTDR测试信号沿引出方向耦合到所述引入光纤路径，以及
把来自所述LME的所述环回测试信号沿引入方向耦合到所述引入光纤路径。
13. 如权利要求12所述的方法，其中，所述HLLB路径(202)包括：
第一光耦合器(耦合器1)，耦合到所述引出光纤路径；
第二光耦合器(耦合器2)，耦合到所述引入光纤路径，所述第二光耦合器(耦合器2)具有耦合到所述第一光耦合器(耦合器1)的第一端口的第一端口；
第一选择性滤波器(滤波器1)，耦合到所述第一光耦合器(耦合器1)的第二端口；
第二选择性滤波器(滤波器2)，耦合到所述第二光耦合器(耦合器2)的第二端口；以及
第三选择性滤波器(滤波器3)，耦合到所述第二选择性滤波器(滤波器2)。
14. 如权利要求13所述的方法，其中，所述HLLB路径(202)包括耦合在所述第二选择性滤波器(滤波器2)与所述第三选择性滤波器(滤波器3)之间的光衰减器(衰减器1)。
15. 如权利要求13所述的方法，其中，所述第一选择性滤波器(滤波器1)和第三选择性滤波器(滤波器3)配置成反射具有第一波长(λ1)的测试信号，以及所述第二选择性滤波器(滤波器2)配置成反射具有第二波长(λ2)的测试信号。
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