CN104253644B - 基于波长扫描窄线宽otdr的pon监控系统及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于波长扫描窄线宽OTDR的PON监控系统及其监控方法。本发明的监控系统包括：窄线宽波长可调谐光时域反射计OTDR、1xN光开关装置、复用器、无源终端滤波器和网络管理中心。本发明无源终端滤波器与窄线宽波长可调谐光时域反射计相配合，不同的网络终端具有不同的特定的反射中心波长，不仅对网络终端用户进行识别，而且提高动态范围和定位精度，不会造成故障的误判；本发明能够实现对光网络故障进行有效的实时在线监控与诊断，并具备预警和故障定位功能；同时，系统安装不需对现有网络中的线路和模块作任何改动，结构简单、成本低廉、性能稳定、易于工业化生产，是具有较高性价比的全程光网络的实时在线监控系统。

Description

基于波长扫描窄线宽OTDR的PON监控系统及其监控方法

技术领域

本发明涉及无源光纤网络PON监控技术，尤其涉及一种基于波长扫描窄线宽OTDR的PON监控系统及其监控方法。

背景技术

本世纪初以来，基于无源光纤网络PON技术的光纤接入网建设成为提高社会信息化水平和运行效率、推动电信技术和相关产业迅速健康发展、促进国民经济持续快速增长的重要手段，“光纤入户”工程开始在全球范围内全面推开。因涉及对电信网最基础层面的全面改造，其市场规模和产业发展潜力十分巨大。随着光纤入户产业的快速发展与用户数的迅速增长，分光器和光接点大量增加所带来的光网络管理和维护问题对运营商形成巨大压力。

无源光纤网络PON包括多个链路，每一个链路中，采用光线路终端连接至主干线，主干线连接至分光器，由分光器分成多个分支路，多个分支路直接连接至网络终端的各个光网络单元，或者分支路再经过次级分光器分成次分支路，然后连接至各个光网络单元。现有的网管技术和网络维护方式是基于计算机网路管理原理，存在如下严重影响产业健康发展的突出问题：1、线路故障只有在用户报案或出现通信中断告警的情况下才能被发现，而不能在通信尚未中断而线路已出现明显劣化趋势的情况下进行预警并及时进行有针对性的维护。2、不能给出故障的类型和确切位置，需投入大量配备各类昂贵专业光学仪表的工程技术人员和车辆采用分段测试方式对故障进行排查和修复。需进行大量无效测量以找出故障段和故障点，形成巨额的网络管理维护成本，直接阻碍用户网络使用成本的降低。3、对故障线路进行排查和修复所需时间较长，效率很低，极易造成用户对光纤接入技术的不良感知，并进而影响光纤到户技术的推广应用。

针对目前光分配网特点，迅速推出能够对光网络故障进行有效的实时在线监控与诊断，具备预警和故障定位功能，并具有较高性价比的系统技术与配套产品是国际范围内光纤入户产业进一步发展的迫切需要，具有良好的国际和国内市场前景。

现有的PON网络在线监控系统一般都采用融入光时域反射计OTDR的集中式监控方式，将光时域反射计OTDR设在局方光线路终端OLT处，通过瑞利反射和菲涅尔反射原理来检测监控主干线和分支路的链路状况。若出现故障点，OTDR设备能及时准确的分析出故障原因和故障点位置。从而解决了传统监控系统中无法对故障快速定位以及需要用户暂时断开网络才能进行监控的缺点。按照测试信号的传输路径不同，集中式监控模式可以被分为点对多点P2MP模式和点对点P2P模式。

P2MP模式指OTDR发出的测试信号在经过分光器后，以广播的方式进入所有的配线分支，形成一种点对多点的连接，此模式的不足主要表现为一下两点：(1)、根据P2MP原理，测试信号需要经过分光器，然而，一个1:32的分光器会带来约15dB的衰减，从而导致功率降低，影响检测性能。为了消除测试信号衰减带来的不利影响，就必须增大OTDR的动态范围。但是这种方法不仅增加了盲区大小，还增加了OTDR成本。(2)、由于同时检测多条配线分支，所以最终得到的曲线是OTDR对各链路进行测试得到的曲线叠加。在这种情况下，当两个ONU各自得到的OLT的距离相近时，从叠加曲线上很难分辨出各自的测试曲线，从而增加了光纤链路诊断和故障定位难度，为了避免这类问题，需要在网络建设时就保证每个ONU到OLT的距离互不相同，增加了网络规划的复杂性。此外，某些链路上的故障在经过曲线叠加之后，可能被其他链路的测试曲线或者噪声信号淹没，这将导致技术人员或监控系统对链路状况造成的误判。

P2P模式是指OTDR所发出的测试信号在同一时刻只对一条链路进行监控，从而在OLT于OUN之间形成一种点对点的连接。P2P结构的关键在于使OTDR发出的测试信号绕过激光器，并根据光开关的选择进入待测链路。由于测试信号在传输过程中不经过分光器，所以其功率不会受到很大的衰减，不会影响系统的监控性能。这种模式的不足主要表现在以下两个方面：(1)、由于在远端节点RN增加了有源器件(如光开关、单片机等)，使得整个网络发生故障的概率有所增加，并且不利于环保节能。另外，为了保证RN无源性，在RN处不能安装功能设备，技术人员需要考虑有源器件的远程供电和控制方式。(2)、由于系统每次只对一条链路进行监控，所以当网络中ONU的数量较大时，系统对整个网络进行监控的时间较长。

发明内容

针对现有技术中基于OTDR的PON网络监控系统所存在的上述问题，本发明针对目前光分配网的特点，提出了一种能够对光网络故障进行有效的实时在线监控与诊断，具备预警和故障定位功能的全程光网络的实时在线监控系统及监控方法，本系统安装不需对现有网络中的线路和模块作任何改动，具有结构简单、成本低廉、性能稳定、易于工业化生产、具有较高性价比等特点。

本发明的一个目的在于提供一种基于波长扫描窄线宽OTDR的PON监控系统。

无源光纤网络PON包括N个链路，每一个链路包括：主干线、分光器、分支路和光网络单元；其中，光线路终端连接至主干线，主干线连接至分光器，由分光器分成多个分支路，每一个分支路的末端直接通过终端连接器连接至网络终端的光网络单元，或者分支路再经过次级分光器分成多个次级的分支路，然后分支路的末端分别通过终端连接器连接至光网络单元，其中，N为自然数，且N≥2。

本发明的基于波长扫描窄线宽OTDR的PON监控系统包括：窄线宽波长可调谐光时域反射计OTDR、1xN光开关装置、复用器、无源终端滤波器和网络管理中心；其中，窄线宽波长可调谐OTDR经1xN光开关装置与PON的N个链路相连接；在每一个链路中的主干线的前端设置复用器；在每一个光网络单元的前端设置无源终端滤波器；窄线宽波长可调谐OTDR发出波长可调谐的监控信号，通过1xN光开关装置选择输入N个链路中的一个；复用器将监控信号与光线路终端的通信信号耦合至主干线；经分光器后输入至各个分支路，分支路的末端通过无源终端滤波器连接至光网络单元；窄线宽波长可调谐OTDR发出的监控信号的波段与通信信号的波段不重叠；每一个无源终端滤波器具有一个在监控信号波段内的特定的反射中心波长，无源终端滤波器将通信信号透过，将特定的反射中心波长的监控信号反射，并将其他波段的监控信号损耗掉；同一个链路中的各个无源终端滤波器的特定的反射中心波长均不相同；从网络终端反射回来的监控信号，由窄线宽波长可调谐光时域反射计OTDR进行数据采集和处理，传输至网络管理中心。

窄线宽波长可调谐光时域反射计包括：分布式反馈DFB激光器阵列组件、波长调谐系统、信号发生器、定向耦合器、前端连接器、高灵敏度探测器、信号调理电路、模数转换器、中心控制系统；其中，分布式反馈激光器阵列组件通过波长调谐端口组连接波长调谐系统，通过调制信号输入端连接信号发生器，通过光纤输出端连接至定向耦合器的第一端口；波长调谐系统通过激光器阵列端口组连接分布式反馈激光器阵列组件，通过控制端口组连接中心控制系统；中心控制系统连接至信号发生器，控制信号发生器产生驱动信号加载至分布式反馈激光器阵列组件，输出监控信号；中心控制系统通过波长调谐系统控制DFB激光器阵列组件的监控信号的波长；监控信号由第一端口输入定向耦合器，经第二端口输出至前端连接器，入射至1xN光开关装置，经由一个链路后，至无源终端滤波器发生反射；反射信号依次经过前端连接器和定向耦合器；由定向耦合器的第三端口入射至高灵敏度探测器，并转化为模拟电信号输出；通过信号调理电路和模数转换器，输入至中心控制系统；中心控制系统进行信号采集与处理，并将结果输出至网络管理中心。

窄线宽波长可调谐OTDR产生的监控信号的波段远离通信信号的波段，因此不会对通信信号产生干扰，使得监控系统可以在不中断通信的情况下，进行对链路的实时监控；输出波长可调谐，使得监控信号能够与无源终端滤波器实现精确的匹配应用，实现高精度定位、大动态范围的监控。设置在PON的网络终端的每一个无源终端滤波器，对于监控信号波段内的一个特定的波长具有高反射率，其他的监控信号损耗掉，而对通信信号具有高透射率，一个链路内的无源终端滤波器的特定的反射中心波长均不相同，从而通过反射回来的反射中心波长，能够区分反射的分支路，用以对网络终端进行用户识别；同时，对该监控信号具有放大作用，提高系统的动态范围，同时隔离其他监控信号，防止其对用户端设备进行干扰。在网络终端设置无源终端滤波器，使得能够在不改变任何通信网络架构的情况下，快速改造成监控网络。

窄线宽波长可调谐OTDR通过1xN光开关装置与PON相连接，通过1xN光开关装置选择，将监控信号输入至N条链路中的一条链路，极大可能的对监控系统的可控范围进行扩展，从而使来自光线路终端OLT的海量光纤共享一台监控终端。

复用器将来自窄线宽波长可调谐OTDR的监控信号，与光线路终端的通信信号低损耗地耦合至主干线的信号传输光纤，并将返回的监控信号分离出来。

网络管理中心根据窄线宽波长可调谐OTDR的监控和诊断结果，实现对有劣化趋势的线路和故障点进行可视化标注、生成技术报告和分级告警处理等功能。

本发明对光网络故障进行有效的实时在线监控与诊断，具备预警和故障定位功能，测试信号波长不会对传输信号产生干扰；并且，监控路径量大、有源器件少、系统安装不要对现有网络中的线路和模块作任何改动；同时具有结构简单、用户安装成本低廉、性能稳定、易于工业化生产、高性价比高等优点。

本发明的另一个目的在于提供一种基于波长扫描窄线宽OTDR的PON监控方法。

本发明的基于波长扫描窄线宽OTDR的PON监控方法，包括以下步骤：

1)窄线宽波长可调谐OTDR发出波长可调谐的监控信号；

2)1xN光开关装置选择N个链路中的一个，将监控信号输入至一个链路；

3)复用器将光线路终端的通信信号与监控信号耦合至主干线；

4)监控信号和通信信号从主干线经分光器后输入至各个分支路，传输至网络终端的无源终端滤波器；

5)无源终端滤波器将通信信号透过，通信信号传输至光网络单元，无源终端滤波器将特定的反射中心波长的信号反射回，并将其他波段的信号损耗掉；

6)反射回的信号经复用器返回窄线宽波长可调谐OTDR，进行信号采集与处理，通过特定的反射中心波长对网络终端进行识别，并将结果传输至网络管理中心；

7)网络管理中心对有劣化趋势的线路和故障点进行可视化标注、生成技术报告和分级告警处理。

其中，在步骤1)中，窄线宽波长可调谐OTDR发出监控信号，包括以下步骤：

a)中心控制系统通过波长调谐系统经激光器阵列端口组，设定DFB激光器阵列组件的监控信号的波长；

b)中心控制系统控制信号发生器产生探测电脉冲信号，经调制信号输入端输入至DFB激光器阵列组件，输出监控信号；

c)DFB激光器阵列组件的监控信号由第一端口输入定向耦合器，经第二端口输出至前端连接器，入射至1xN光开关装置。

其中，在步骤a)中，中心控制系统通过波长调谐系统经激光器阵列端口组，控制DFB激光器阵列组件的监控信号的波长，包括以下步骤：

i.中心控制系统经波长设定输入端向波长调谐系统输入波长选择指令λ，其中λ＝λ_i+λ_t；

ii.选择开关装置根据波长选择指令选择在室温下激射波长λ_i与λ最接近的第i个DFB激光器为工作状态，并设定管芯选择指令，将管芯选择指令经n个管芯选择输出端传输至DFB激光器阵列组件，使得第i个DFB激光器处于工作状态；

iii.同时，温度监控装置根据λ_t设定制冷电阻的工作电压指令，经制冷电阻数模转换输出端传输至DFB激光器阵列组件，调谐第i个DFB激光器的监控信号的波长，并通过经测温电阻模数转换输入端的测温电阻反馈回的阻值数据对λ_t进行调控；

iv.波长监控装置对经输出波长监控输入端的DFB激光器阵列组件反馈回的波长监控数据进行处理分析，并将测得的实际DFB激光器阵列组件的监控信号的波长信息经监控波长输出端反馈给中心控制系统，其中，λ_i为DFB激光器阵列中第i个DFB激光器在室温下激射波长，λ_t为该DFB激光器随温度漂移的波长。

在步骤6)中，波长可调谐OTDR对反射回的信号进行采集与处理，包括以下步骤：

a)反射信号依次经过前端连接器和定向耦合器，由定向耦合器的第三端口入射至高灵敏度探测器，并转化为模拟电信号输出；

b)通过信号调理电路和模数转换器，输入至中心控制系统；

c)中心控制系统进行信号采集与处理，并将数据输出至网络管理中心。

本发明的优点：

1)采用窄线宽波长可调谐光时域反射计，具有大的动态范围，监控信号通过分光器后仍能识别分支路末端的用户；

2)各个无源终端滤波器的具有特定的反射中心波长，支路曲线叠加后仍能识别各个用户端，在出现故障的时候不会造成故障的误判；

3)使用有源器件少，系统安装不需要对现有网络中的线路和模块作任何改动，降低用户安装成本；

4)网络管理中心具有自动隐患预警、自动故障告警以及自动故障定位等功能；

5)复用器将光线路终端的通信信号与监控信号耦合，OTDR监控信号的波段远离无源光纤网络的通信信号的波段，不会对通信信号产生干扰；

6)采用1xN光开关装置，OTDR能尽可能的扩大监控路径量等。

附图说明

图1为本发明的基于波长扫描窄线宽OTDR的PON监控系统的结构示意图；

图2为本发明的窄线宽波长可调谐光时域反射计的结构示意图；

图3为本发明的窄线宽波长可调谐光时域反射计的分布式反馈激光器阵列组件的示意图；

图4为本发明的无源终端滤波器的实施例一的示意图，其中，(a)为结构示意图，(b)为原理图；

图5为本发明的无源终端滤波器的实施例二的示意图，其中，(a)为结构示意图，(b)为原理图；

图6为具体监控一个链路的监控结果图，其中，(a)为分支路的连接图，(b)为传统的监控结果图，(c)至(f)为采用本发明的监控系统得到的监控结果图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。

无源光纤网络PON包括N个链路L1～LN，每一个链路包括：主干线MC、分光器OP、分支路DC和光网络单元ONU；其中，光线路终端OLT连接至主干线，主干线连接至分光器，由分光器分成多个分支路，每一个分支路的末端直接通过终端连接器连接至网络终端的光网络单元，或者分支路再经过次级分光器分成多个次级的分支路，然后分支路的末端分别通过终端连接器TC连接至光网络单元，其中，N为自然数，且≥2，如图1所示。

如图1所示，本发明的基于波长扫描窄线宽OTDR的PON监控系统包括：窄线宽波长可调谐光时域反射计1、1xN光开关装置2、复用器3、无源终端滤波器4和网络管理中心5；其中，窄线宽波长可调谐OTDR经1xN光开关装置2与PON的N个链路L1～LN相连接；在每一个链路中的主干线MC的前端设置复用器3；在每一个光网络单元ONU的前端设置无源终端滤波器4，无源终端滤波器4内置在终端连接器TC内；窄线宽波长可调谐OTDR发出波长可调谐的监控信号，通过1xN光开关装置2选择输入N个链路中的一个；复用器3将监控信号与光线路终端OLT的通信信号耦合至主干线MC；经分光器OP后输入至各个分支路DC，分支路DC的末端通过无源终端滤波器4连接至光网络单元ONU；窄线宽波长可调谐OTDR发出的监控信号的波段远离通信信号的波段；从网络终端反射回来的监控信号，由窄线宽波长可调谐光时域反射计OTDR进行数据采集和处理，传输至网络管理中心5。

如图2所示，本实施例的窄线宽波长可调谐光时域反射计包括：分布式反馈激光器阵列组件11、波长调谐系统12、信号发生器13、定向耦合器14、前端连接器15、无源光纤网络PON、高灵敏度探测器17、信号调理电路18、模数转换器19、中心控制系统10；其中，DFB激光器阵列组件11通过波长调谐端口组连接波长调谐系统12，通过调制信号输入端D连接信号发生器13，通过光纤输出端114连接至定向耦合器14的第一端口141；波长调谐系统12通过激光器阵列端口组连接DFB激光器阵列组件11，通过控制端口组连接中心控制系统10；中心控制系统10连接至信号发生器13，控制信号发生器13产生探测电脉冲信号经调制信号输入端D传输至DFB激光器阵列组件11，输出监控信号；中心控制系统10通过波长调谐系统12控制DFB激光器阵列组件11的监控信号的波长；监控信号由第一端口141输入定向耦合器14，经第二端口142输出至前端连接器15，入射至1xN光开关装置，经由一个链路后，至无源终端滤波器发生反射；反射信号依次经过前端连接器15和定向耦合器14；由定向耦合器的第三端口143入射至高灵敏度探测器17，并转化为模拟电信号输出；通过信号调理电路18和模数转换器19，输入至中心控制系统10；中心控制系统10进行信号采集与处理，并将数据输出至网络管理中心5。

如图3所示，每一个DFB激光器阵列组件包括：m个DFB激光器DFB₁～DFB_m、伺服电路111、m×1合波器112、半导体光放大器113、波长调谐端口组、调制信号输入端D和光纤输出端114；其中，m个DFB激光器DFB₁～DFB_m在室温下的激射波长分别为λ₁、λ₂、…、λ_m；波长调谐端口组包括n个管芯选择输入端C₀～C_n-1、制冷电阻数模转换输入端C_Ti、测温电阻模数转换输出端C_To、输出波长监控输出端C_M、半导体光放大器数模转换输入端C_Pi和输出功率监控输出端C_Po；伺服电路111根据经C₀～C_n-1输入的管芯选择指令[A₀,A₁,…,A_n-1]，使m个DFB激光器中的第i个DFB激光器处于工作状态；处于工作状态的DFB激光器的温度通过伺服电路，经测温电阻模数转换输出端C_To输出至波长调谐系统12；来自波长调谐系统的制冷电阻工作电压指令经制冷电阻数模转换输入端C_Ti，通过伺服电路111输入至处于工作状态的第i个DFB激光器；经输出波长监控输出端C_M将处于工作状态的第i个DFB激光器的监控信号的波长反馈给波长调谐系统12；m个DFB激光器组成阵列，经m×1合波器112连接至半导体光放大器113；半导体光放大器113连接至光纤输出端114；其中，m为≥2的自然数，n为自然数且n≥log₂m，i为自然数且1≤i≤m。

如图2所示，波长调谐系统12包括选择开关装置S、温度监控装置T、波长监控装置M、激光器阵列端口组和控制端口组B₀～B₃；其中，激光器阵列端口组与波长调谐端口组相对应连接，与DFB激光器阵列组件进行通信，包括n个管芯选择输出端A₀～A_n-1、制冷电阻数模转换输出端A_To、测温电阻模数转换输入端A_Ti、输出波长监控输入端A_M、半导体光放大器数模转换输出端A_Po和输出功率监控模数转换输入端A_Pi；控制端口组B₀～B₃负责与中心控制系统进行通信，包括波长设定输入端B₀、监控波长输出端B₁、输出功率设定输入端B₂和监控功率输出端B₃；来自中心控制系统的波长选择指令λ(λ＝λ_i+λ_t)经波长设定输入端输入B₀；选择开关装置S根据波长选择指令，选择在室温下激射波长λ_i与λ最接近的第i个DFB激光器为工作状态，并设定管芯选择指令[A₀,A₁,…,A_n-1]，将管芯选择指令经n个管芯选择输出端A₀～A_n-1传输至DFB激光器阵列组件，使得第i个DFB激光器处于工作状态；同时，温度监控装置T根据λ_t设定制冷电阻的工作电压指令，经制冷电阻数模转换输出端A_To传输至DFB激光器阵列组件，调谐第i个DFB激光器的监控信号的波长，并通过经测温电阻模数转换输入端A_Ti的测温电阻反馈回的阻值数据对λ_t进行调控；DFB激光器阵列组件反馈回的波长监控数据，经输出波长监控输入端A_M输入，由波长监控装置M进行处理分析；并将测得的实际DFB激光器阵列组件的监控信号的波长信息经监控波长输出端B₁反馈给中心控制系统10；同时，功率监控装置P根据经输出功率设定输入端B₂输入的输出功率设定指令，给出半导体光放大器输出功率指令，经半导体光放大器数模转换输出端A_Po传输至DFB激光器阵列组件，并根据经输出功率监控模数转换输入端A_Pi反馈回的实际输出功率值进行调整，并将输出功率控制的结果经监控功率输出端B₃反馈给中心控制装置其中，λ＝λ_i+λ_t，λ_i为DFB阵列中第i个DFB激光器在室温下激射波长，λ_t为该DFB激光器随温度漂移的波长。

波长调谐系统12通过监控并调控处于工作状态的DFB激光器的发光管芯的温度，可以使其输出波长发生约0.1nm/℃的改变，并可对管芯温度在10℃～50℃范围内进行精度为0.1℃的设定，从而实现约4nm的DFB激光器输出波长调谐，整个DFB激光器阵列组件1的波长调谐范围约40nm，调谐精度0.01nm。

DFB激光器阵列组件1包括12个DFB激光器，在室温下激射波长分别为1530.33nm、1533.47nm、1536.61nm、1539.77nm、1542.94nm、1546.12nm、1549.32nm、1552.52nm、1555.75nm、1558.98nm、1562.23nm和1565.50nm；均为独立封装的14管脚DFB激光器，每一独立封装的DFB激光器包括背光检测器件、测温电阻、制冷电阻TEC和发光管芯。由于m＝12，n≥log₂m，则n＝4，4个管芯选择输出端A₀～A₃。中心控制系统10为现场可编程门阵列FPGA。

通信信号的波段在850nm、1310nm和1550nm，监控信号在1650nm波段(1640～1660nm)，监控信号的波段远离通信信号的波段。

实施例一

如图4(a)所示，本实施例的无源终端滤波器包括：光纤包层41、光纤纤芯42、布拉格光纤光栅43和闪耀光纤光栅44；其中，光纤包层41包裹光纤纤芯42；布拉格光纤光栅43和闪耀光纤光栅44分别刻在光纤纤芯42上，布拉格光纤光栅43位于闪耀光纤光栅44之前。根据公式λ_b＝2n_effΛ，其中，λ_b为布拉格波长，n_eff为模式有效折射率，Λ为布拉格光纤光栅周期，改变模式有效折射率n_eff或布拉格光纤光栅周期Λ，都可以改变布拉格光纤光栅的布拉格波长λ_b。通过改变模式有效折射率n_eff或布拉格光纤光栅周期Λ，使得每一个布拉格光纤光栅43具有不同的布拉格波长，经布拉格光纤光栅后，只有布拉格波长的信号反射，其余的信号透过，因此反射信号具有特定的反射中心波长，即布拉格波长，作为网络终端的标识；通过设计闪耀光纤光栅的倾斜角θ和折射率，使得监控信号的波段被耦合近光纤包层内，从而闪耀光纤光栅对监控信号的波段具有高损耗率，将透过布拉格光纤光栅的监控信号全部损耗掉，从而仅有通信信号透过，传输至网络终端的光网络单元。

如图4(b)所示，入射至无源终端滤波器的入射信号包括波长为λ₀的通信信号、波长为布拉格光纤光栅的布拉格波长λ_n的监控信号，以及其他波长λ_other的监控信号。入射信号进入布拉格光纤光栅43，波长为布拉格波长λ_n的监控信号被反射回OTDR，其余的信号进入闪耀光纤光栅44后，在监控信号波段的其他监控信号λ_other以及少量透射的λ_n被耦合进入光纤包层41内，最后从无源终端滤波器4输出的信号只为通信用信号λ₀。

此外，用布拉格光纤光栅43的反射光来代替传统的OTDR菲涅耳反射点作为用户识别，可以提高窄线宽波长可调谐OTDR的动态范围。可提升的动态范围满足下面的公式：

D_rise＝10log(γ)+13.98 (1)

其中，γ为布拉格光纤光栅对λ_n的反射率，若布拉格光纤光栅的反射率γ为90％，带入公式(1)可得，可提升13.52dB动态范围。

实施例二

如图5(a)所示，本实施例的无源终端滤波器包括：光纤包层41、光纤纤芯42、闪耀相移光栅45和介质薄膜46；其中，光纤包层41包裹光纤纤芯42；闪耀相移光栅45刻在光纤纤芯42上；末端设置介质薄膜46；闪耀相移光栅45由于光栅折射率突变产生相移作用，对监控信号的特定的波长具有透射作用，而对其他波段的监控信号具有高损耗率；介质薄膜46对通信信号的波段具有高透射率，而对监控信号的波段具有高反射率。通过设计闪耀相移光栅45的光栅折射率突变从而对于某一特定波长具有相移作用，使得入射信号至无源终端滤波器后，特定的波长的监控信号反射，其他波段损耗掉，只有通信信号透过，传输至网络终端的光网络单元，从而使得网络终端具有特定的反射中心波长，作为网络终端的标识。

如图5(b)所示，入射至无源终端滤波器的入射信号包括波长为λ₀的通信信号、波长为闪耀相移光栅的透射波长λ_n的监控信号，以及其他监控信号λ_other。入射信号进入闪耀相移光栅45时，除透射波长λ_n以外的其他监控信号λ_other由于闪耀相移光栅45的作用，被耦合进光纤包层41中损耗掉，只能透过λ₀和λ_n；λ₀和λ_n通过介质薄膜46时，由于介质薄膜46对通信信号的波段具有高透射率，对监控信号的波段具有高反射率，所以λ_n被反射回，最后只有通信信号λ₀从无源终端滤波器4输出。

此外，用介质薄膜的反射来代替传统的OTDR菲涅耳反射点作为用户点识别，可以提高窄线宽波长可调谐OTDR的动态范围。可提升的动态范围同样满足公式(1)，其中，γ为介质薄膜对1650nm波段的反射率。若介质薄膜的反射率γ为99％，带入公式(1)可得，可提升13.94dB动态范围。

综上所述，无源终端滤波器内置于终端连接器TC中，对某一特定波长的监控信号具有高反射率、对其他监控信号具有高损耗率且对通信信号波段(850nm/1310nm/1550nm)具有高透射率的光纤器件，与窄线宽波长可调谐光时域反射计相配合，监控信号中的特定波长反射回OTDR，进行用户识别，并且对该监控信号具有放大作用，提高系统的动态范围，同时隔离其他监控信号防止其对用户端设备进行干扰。

监控系统采用实施例二的无源终端滤波器，对PON进行监控，以监控第一链路为例。第一链路包括M个分支路，每个无源终端滤波器具有特定的反射中心波长λ₁～λ_M(均在1650nm波段内)，M为自然数，且≥2。复用器3采用熔烧拉锥型的接入复用器；1xN光开关装置2是机械式光开关。

窄线宽波长可调谐OTDR输出的监控信号为λ₁～λ_M轮询，用以分别识别各分支路；经1xN光开关装置2选择将监控信号接入第一链路L1；复用器3将光线路终端的通信信号和监控信号耦合至主干路，经分光器输入至分支路；无源终端滤波器4将90％以上的监控信号反射回监控终端，大幅提高窄线宽波长可调谐OTDR的动态范围和定位精度，并且监控信号不会进入光网络单元ONU内，起到了光隔离器的作用。

如图6(a)所示，第一链路中包括3个分支路(M＝3)，分别具有特定的反射中心波长λ₁、λ₂和λ₃，末端分别连接光网络单元ONU1～ONU3，与窄线宽波长可调谐OTDR的距离分别为L₁、L₂和L₂，即第二分支路与第三分支路的路径长度相等，分光器与窄线宽波长可调谐OTDR的距离分别为L。图6(b)为采用传统OTDR测得的分支路的监控图，监控信号为λ＝1650nm。由图(b)可知，由于没有采取措施，使得链路菲涅耳反射非常微弱，且当分支路的路径长度相同时，ONU2与ONU3反射点重合，无法识别。图6(c)至(f)为采用本发明的监控系统得到的分支路的监控图。其中，图6(c)中，监控信号为λ₁＝1649nm，由于只有ONU1对应的无源终端滤波器的反射中心波长为1649nm，所以监控图上只有ONU1的反射点，对应第一分支路，说明第一分支路正常，且该反射点的强度要比传统系统结构测得的数据点强度大10dB以上；图6(d)监控信号为λ₂＝1650nm，由于只有ONU1对应的无源终端滤波器的反射中心波长为1650nm，监控图上只有ONU2的反射点，对应第二分支路，说明第二分支路正常，且该反射点的强度要比传统系统结构测得的数据点强度大10dB以上；图6(e)监控信号为λ₃＝1651nm，由于只有ONU3对应的无源终端滤波器的反射中心波长为1651nm，曲线图上只有ONU3的反射点，对应第三分支路，说明第三分支路正常，且该反射点的强度要比传统系统结构测得的数据点强度大10dB以上。若第三分支路在L_f出现故障，由于断点处对所有波长的光均反射，所以如果采用传统OTDR进行测量，那么所有波长的信号扫描时，均可见在L_f处出现断点反射点，无法区分出故障点所在的分支路。但是采用本发明的监控系统，当监控信号为λ₃＝1651nm时，如图6(f)所示，ONU3的对应的反射点消失，并且只有L_f处出现反射点，由此说明第三分支路在L_f出现故障，L_f是故障点与窄线宽波长可调谐OTDR之间的距离。可见采用本发明的监控系统，窄线宽波长可调谐OTDR与无源终端滤波器相配合，不同的网络终端具有不同的特定的反射中心波长，不仅可以对网络终端用户进行识别，而且提高动态范围和定位精度。

通过整个监控系统的协调应用，能够实现对光网络故障进行有效的实时在线监控与诊断，并具备预警和故障定位功能；同时，系统安装不需对现有网络中的线路和模块作任何改动，还具有结构简单、成本低廉、性能稳定、易于工业化生产等优点，是具有较高性价比的全程光网络的实时在线监控系统。

最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种无源光纤网络监控系统，所述无源光纤网络PON包括N个链路，每一个链路包括：主干线、分光器、分支路和光网络单元；其中，光线路终端连接至主干线，主干线连接至分光器，由分光器分成多个分支路，每一个分支路的末端直接通过终端连接器连接至网络终端的光网络单元，或者分支路再经过次级分光器分成多个次级的分支路，然后次级的分支路的末端分别通过终端连接器连接至光网络单元；其特征在于，所述监控系统包括：窄线宽波长可调谐光时域反射计、1xN光开关装置、复用器、无源终端滤波器和网络管理中心；其中，窄线宽波长可调谐光时域反射计经1xN光开关装置与PON的N个链路相连接；在每一个链路中的主干线的前端设置复用器；在每一个光网络单元的前端设置无源终端滤波器；窄线宽波长可调谐光时域反射计发出波长可调谐的监控信号，通过1xN光开关装置选择输入N个链路中的一个；复用器将监控信号与光线路终端的通信信号耦合至主干线；经分光器后输入至各个分支路，分支路的末端通过无源终端滤波器连接至光网络单元；窄线宽波长可调谐光时域反射计发出的监控信号的波段与通信信号的波段不重叠；每一个无源终端滤波器具有一个在监控信号波段内的特定的反射中心波长，无源终端滤波器将通信信号透过，将特定的反射中心波长的监控信号反射，并将其他波段的监控信号损耗掉；同一个链路中的各个无源终端滤波器的特定的反射中心波长均不相同；从网络终端反射回来的监控信号，由窄线宽波长可调谐光时域反射计进行数据采集和处理，传输至网络管理中心，其中，N为自然数，且N≥2；所述窄线宽波长可调谐光时域反射计包括：分布式反馈激光器阵列组件、波长调谐系统、信号发生器、定向耦合器、前端连接器、高灵敏度探测器、信号调理电路、模数转换器、中心控制系统；其中，分布式反馈激光器阵列组件通过波长调谐端口组连接波长调谐系统，通过调制信号输入端连接信号发生器，通过光纤输出端连接至定向耦合器的第一端口；波长调谐系统通过激光器阵列端口组连接分布式反馈激光器阵列组件，通过控制端口组连接中心控制系统；中心控制系统连接至信号发生器，控制信号发生器产生驱动信号加载至分布式反馈激光器阵列组件，输出监控信号；中心控制系统通过波长调谐系统控制分布式反馈激光器阵列组件的监控信号的波长；监控信号由第一端口输入定向耦合器，经第二端口输出至前端连接器，入射至1xN光开关装置，经由一个链路后，至无源终端滤波器发生反射；反射信号依次经过前端连接器和定向耦合器；由定向耦合器的第三端口入射至高灵敏度探测器，并转化为模拟电信号输出；通过信号调理电路和模数转换器，输入至中心控制系统；中心控制系统进行信号采集与处理，并将结果输出至网络管理中心；所述分布式反馈激光器阵列组件包括：m个DFB激光器、伺服电路、m×1合波器、半导体光放大器、波长调谐端口组、调制信号输入端和光纤输出端；其中，m个DFB激光器在室温下的激射波长分别为λ₁、λ₂、…、λ_m；波长调谐端口组包括n个管芯选择输入端、测温电阻模数转换输出端、制冷电阻模数转换输入端和输出波长监控输出端；伺服电路根据经n个管芯选择输入端输入的管芯选择指令，使m个DFB激光器中的第i个DFB激光器处于工作状态；测温电阻测量处于工作状态的DFB激光器的温度，通过伺服电路将测温电阻的电阻值模数转换后将电阻值转换为温度数据，经测温电阻模数转换输出端输出至波长调谐系统；来自波长调谐系统的制冷电阻工作状态指令经制冷电阻模数转换输入端，通过伺服电路输入，调节工作状态的DFB激光器中的制冷电阻的工作电流方向和强度，从而调节DFB激光器的工作温度；工作状态的DFB激光器的监控信号光的波长，经输出波长监控输出端，反馈给波长调谐系统；m个DFB激光器组成阵列，经m×1合波器连接至半导体光放大器；半导体光放大器连接至光纤输出端；其中，m为≥2的自然数，n为自然数且n≥log₂m，i为自然数且1≤i≤m。

2.如权利要求1所述的监控系统，其特征在于，所述波长调谐系统包括选择开关装置、温度监控装置、波长监控装置、激光器阵列端口组和控制端口组；其中，激光器阵列端口组与波长调谐端口组相对应连接，与分布式反馈激光器阵列组件进行通信，包括n个管芯选择输出端、测温电阻模数转换输入端、制冷电阻模数转换输出端和输出波长监控输入端；控制端口组负责与中心控制系统进行通信，包括波长设定输入端和监控波长输出端；来自中心控制系统的波长选择指令λ经波长设定输入端输入；选择开关装置根据波长选择指令选择在室温下激射波长λ_i与λ最接近的第i个DFB激光器为工作状态，并设定管芯选择指令，将管芯选择指令经n个管芯选择输出端传输至分布式反馈激光器阵列组件，使得第i个DFB激光器处于工作状态；同时，温度监控装置根据波长漂移量λ_t选择DFB激光器的工作温度，设定制冷电阻的工作电压指令，经制冷电阻模数转换输出端传输至分布式反馈激光器阵列组件，通过调谐第i个DFB激光器的工作温度来调谐DFB激光器输出的监控信号光的波长漂移至λ；通过监控测温电阻的阻值反映DFB激光器的实际工作温度，反馈回的温度数据经测温电阻模数转换输入端输入，温度监控装置根据反馈回的实时温度数据，对DFB激光器的制冷电阻进一步微调控，保证DFB激光器的工作温度稳定；分布式反馈激光器阵列组件反馈回的波长监测数据，经输出波长监控输入端输入，由波长监控装置进行处理分析；并将测得的实际分布式反馈激光器阵列组件的监控信号光的波长信息经监控波长输出端反馈给中心控制系统；其中，λ＝λ_i+λ_t，λ_i为DFB激光器阵列中第i个DFB激光器在室温下的激射波长，λ_t为该DFB激光器随温度漂移的波长。

3.如权利要求1所述的监控系统，其特征在于，所述无源终端滤波器包括：光纤包层、光纤纤芯、布拉格光纤光栅和闪耀光纤光栅；其中，光纤包层包裹光纤纤芯；布拉格光纤光栅和闪耀光纤光栅分别刻在光纤纤芯上，布拉格光纤光栅位于闪耀光纤光栅之前。

4.如权利要求1所述的监控系统，其特征在于，所述无源终端滤波器包括：光纤包层、光纤纤芯、闪耀相移光栅和介质薄膜；其中，光纤包层包裹光纤纤芯；闪耀相移光栅刻在光纤纤芯上；末端设置介质薄膜。

5.一种无源光纤网络的监控方法，其特征在于，所述监控方法，包括以下步骤：

1)窄线宽波长可调谐光时域反射计发出波长可调谐的监控信号：

a)中心控制系统通过波长调谐系统经激光器阵列端口组，设定分布式反馈激光器阵列组件的监控信号的波长，具体包括以下步骤：

i.中心控制系统经波长设定输入端向波长调谐系统输入波长选择指令λ，其中λ＝λ_i+λ_t；

ii.选择开关装置根据波长选择指令选择在室温下激射波长λ_i与λ最接近的第i个DFB激光器为工作状态，并设定管芯选择指令，将管芯选择指令经n个管芯选择输出端传输至分布式反馈激光器阵列组件，使得第i个DFB激光器处于工作状态；

iii.同时，温度监控装置根据λ_t设定制冷电阻的工作电压指令，经制冷电阻数模转换输出端传输至分布式反馈激光器阵列组件，调谐第i个DFB激光器的监控信号的波长，并通过经测温电阻模数转换输入端的测温电阻反馈回的阻值数据对λ_t进行调控；

iv.波长监控装置对经输出波长监控输入端的分布式反馈激光器阵列组件反馈回的波长监控数据进行处理分析，并将测得的实际分布式反馈激光器阵列组件的监控信号的波长信息经监控波长输出端反馈给中心控制系统，其中，λ_i为DFB激光器阵列中第i个DFB激光器在室温下激射波长，λ_t为该DFB激光器随温度漂移的波长；

b)中心控制系统控制信号发生器产生探测电脉冲信号，经调制信号输入端输入至分布式反馈激光器阵列组件，输出监控信号；

c)分布式反馈激光器阵列组件的监控信号由第一端口输入定向耦合器，经第二端口输出至前端连接器，入射至1xN光开关装置；

2)1xN光开关装置选择N个链路中的一个，将监控信号输入至一个链路；

3)复用器将光线路终端的通信信号与监控信号耦合至主干线；

4)监控信号和通信信号从主干线经分光器后输入至各个分支路，传输至网络终端的无源终端滤波器；

5)无源终端滤波器将通信信号透过，通信信号传输至光网络单元，无源终端滤波器将特定的反射中心波长的信号反射回，并将其他波段的信号损耗掉；

6)反射回的信号经复用器返回窄线宽波长可调谐光时域反射计，进行信号采集与处理，通过特定的反射中心波长对网络终端进行识别，并将结果传输至网络管理中心；

7)网络管理中心对有劣化趋势的线路和故障点进行可视化标注、生成技术报告和分级告警处理。

6.如权利要求5所述的监控方法，其特征在于，在步骤6)中，波长可调谐OTDR对反射回的信号进行采集与处理，包括以下步骤：

a)反射信号依次经过前端连接器和定向耦合器，由定向耦合器的第三端口入射至高灵敏度探测器，并转化为模拟电信号输出；

b)通过信号调理电路和模数转换器，输入至中心控制系统；

c)中心控制系统进行信号采集与处理，并将数据输出至网络管理中心。