CN104967479A

CN104967479A - 一种epon网络中的光纤断点检测仪及检测方法

Info

Publication number: CN104967479A
Application number: CN201510380044.6A
Authority: CN
Inventors: 唐维东
Original assignee: China Telecom Corp Ltd Nanjing Branch
Current assignee: China Telecom Corp Ltd Nanjing Branch
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2015-10-07

Abstract

本发明公开了一种光纤断点检测仪，包括EPON分析仪、三通分光器和光纤跳线，所述EPON分析仪包括EPON OLT光模块和EPON ONU光模块；EPON OLT光模块通过光纤连接到三通分光器的第一端，EPON ONU光模块连接到三通分光器的第二端，所述光纤跳线的一端连接三通分光器的第三端，述光纤跳线的另一端连接被测光纤的末端；三通分光器用于将从被测光纤断点反射的光信号分为两束，一束向EPON OLT光模块方向传播，另一束向EPON ONU光模块方向传播。本发明还公开了相应的测试方法。本发明在现有EPON仪表上改造，结构简单，成本低，易操作，弥补了短距离光纤断点测试的技术空白。

Description

一种EPON网络中的光纤断点检测仪及检测方法

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，具体涉及一种光纤断点检测仪及检测方法。

背景技术

以太网无源光网络(EPON)是一种采用点到多点(P2MP)结构的单纤双向光接入网络，其典型拓扑结构为树型。EPON系统由局侧的光线路终端(OLT)、用户侧的光网络单元(ONU)和光分配网络(ODN)组成，为单纤双向系统。在下行方向(OLT到ONU)，OLT发送的信号通过ODN到达各个ONU。在上行方向(ONU到OLT)，ONU发送的信号只会到达OLT，而不会到达其他ONU。为了避免数据冲突并提高网络利用效率，上行方向采用时分多址接入(TDMA)方式并对各ONU的数据发送进行仲裁。ODN由光纤和一个或多个无源光分路器等无源光器件组成，在OLT和ONU间提供光通道。EPON系统参考结构如附图1所示。按照ONU/ONT在接入网中所处的位置不同，EPON系统可以有几种网络应用类型：光纤到交接箱(FTTCab)、光纤到楼宇/分线盒(FTTB/C)、光纤到家庭用户(FTTH)、光纤到公司/办公室(FTTO)。光网络终端(ONT)是指FTTH网络结构中包括用户端口功能的ONU，在本文将ONU和ONT统称为ONU。

在目前运营商广泛部署的EPON网络中，主要应用场合是FTTH，即主要用于解决最后一公里的问题。在此网络中，由于家庭用户对光纤网络的不了解，极易由于折弯、重压等导致入户部分的光纤出现断点。目前运营商普遍采用OTDR专用仪表，来检测EPON光纤断点。OTDR的英文全称是Optical Time DomainReflectometer，中文意思为光时域反射仪。OTDR是利用激光在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度测量，断点定位等。

OTDR测试是通过发射光脉冲到光纤内,然后在OTDR端口接收返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散射，反射。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出距离。以下的公式就说明了OTDR是如何测量距离的。

d＝(c×t)/2(IOR)

其中，c是光在真空中的速度，而t是信号发射后到接收到信号(双程)的总时间(两值相乘除以2后就是单程的距离)。因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以为了精确地测量距离，被测的光纤必须要指明折射率(IOR)。IOR是由光纤生产商来标明。专业OTDR仪表的特征在于其发送和接收光信号采用同一端口，同时其测量灵敏度和精度也比较高。但是专业的OTDR仪表成本高昂，仪器相关装置也比较昂贵，因为其必须使用专用的激光发射器和返回信息的探测器。并且现有OTDR是采用专用OTDR光模块，发送和接收光口为同一光口，成本昂贵。可实现远距离光缆故障测试，包括光缆接头衰减、断点等测试。最远测试距离可达到200公里以上。所使用波长一般为：1310nm、1550nm、1625nm。在测试过程中，通常需要配备长跳线尾纤以排除出检测盲区，操作上复杂，有一定技术要求。

与普通光网络相比，EPON网络断点具有鲜明的特点，一是断点距离用户端近，通常在500米以内；另一个特点是分布量大，这是由用户基数所决定的。由于需求量巨大，那么相应的适合本应用的OTDR仪表就应该大幅度降低成本，同时只要满足能测试500米以内断点的要求即可，而不必大量为装维人员配备价格昂贵的专业OTDR仪表。

发明内容

发明目的：在FTTH网络中，最后一公里的进户纤(指从用户家至二级分光器一段)距离通常比较短，使用专用OTDR查找断纤点或者测试长度，显然大材小用且设备使用成本很高，而且对于轻便携带的要求而言，就显得极其不方便，众多的装维人员不可能人人携带OTDR，本发明旨在提出一种便携的低成本技术方案去帮助实现这类需求，利用了EPON综合分析仪现有的硬件平台加以改造，从而实现了FTTH最后一公里接入段光纤的长度及断点的测试定位。

技术方案：一种光纤断点检测仪，包括EPON分析仪、三通分光器和光纤跳线，所述EPON分析仪包括EPON OLT光模块和EPON ONU光模块；其特征在于，所述EPON OLT光模块通过光纤连接到三通分光器的第一端，所述EPONONU光模块连接到三通分光器的第二端，所述光纤跳线的一端连接三通分光器的第三端，所述光纤跳线的另一端连接被测光纤的末端；所述的三通分光器用于将从被测光纤断点反射的光信号分为两束，一束向EPON OLT光模块方向传播，另一束向EPON ONU光模块方向传播。

进一步地，所述的EPON ONU光模块和三通分光器之间还具有光信号放大器，所述EPON ONU光模块连接光信号放大器，所述光信号放大器和三通分光器的第二端通过光纤连接。

进一步地，所述的光信号放大器为1310nm波长光信号放大器。

进一步地，连接三通分光器和EPON OLT光模块的光纤与连接三通分光器和光信号放大器的光纤长度相同且折射率相同。

进一步地，其特征在于，所述的三通分光器的分光比为1:1，接头损耗低于0.1db。

进一步地，所述光纤断点检测仪还包括输入模块和控制模块。

进一步地，所述光纤断点检测仪还包括显示模块。

进一步地，所述光纤断点检测仪还包括LCD触摸屏，LCD触摸屏同时构成输入模块和显示模块。

进一步地，所述输入模块和/或控制模块和/或显示模块集成于EPON分析仪内。

所述控制模块和输入模块可以设置在光纤断点检测仪上，也可以设置在远程终端上。

本发明还公开了一种利用上述的光纤断点检测仪实现的光纤断点检测方法，包括如下步骤：

1)将被测光纤的末端连接光纤跳线的一端；

2)EPON ONU光模块发送光信号，并记下当前时刻T1作为光信号的发射时刻；

3)光信号被光信号放大器放大，之后依次经过三通分光器、光纤跳线进入被测光纤，到达被测光纤断点后反射再次经过光纤跳线、三通分光器后一部分进入EPON OLT光模块，另一部分进入EPON ONU光模块；

4)EPON OLT光模块接收光信号，同时记下当前时刻T2作为反射光信号的接收时刻；

5)通过如下公式计算光纤断点位置：

D_{d e} = \frac{c (T_{2} - T_{1})}{2 \times I O R} - \frac{D_{a c} + D_{b c}}{2} - D_{c d}

其中，D_de是被测光纤末端到断点之间的距离，D_ac是EPON OLT光模块和三通分光器之间光纤长度，D_bc是光信号放大器和三通分光器之间的光纤长度，D_cd是光纤跳线的长度，IOR是连接EPON OLT光模块和三通分光器的光纤、连接光信号放大器和三通分光器的光纤、光纤跳线以及被测光纤的折射率，连接EPON OLT光模块和三通分光器的光纤、连接光信号放大器和三通分光器的光纤、光纤跳线以及被测光纤的折射率相同；

6)显示计算出的光纤断点的测试结果。

ONU光模块至光信号放大器之间的距离不超过1cm，所花费的时间可以忽略，从精度要求来讲不需要计算在内。

进一步地，所述的光纤断点检测仪中，连接三通分光器和EPON OLT光模块的光纤与连接三通分光器和光信号放大器的光纤长度相同，均为D_acbc；所述步骤5)中根据如下公式计算光纤断点的位置：

D_{d e} = \frac{c (T_{2} - T_{1})}{2 \times I O R} - D_{a c b c} - D_{c d}

其中，D_de是被测光纤末端到断点之间的距离，D_cd是光纤跳线的长度，IOR是连接EPON OLT光模块和三通分光器的光纤、连接光信号放大器和三通分光器的光纤、光纤跳线以及被测光纤的折射率，连接EPON OLT光模块和三通分光器的光纤、连接光信号放大器和三通分光器的光纤、光纤跳线以及被测光纤的折射率相同；

相比于现有技术，本发明的技术方案具有如下有益效果：

1、EPON分析仪的主要结构为，由硬件部分EPON OLT模块、EPON ONU模块、主板模块以及显示控制模块加上各软件功能模块组成的针对于EPON网络状态显示及故障排查为目的的仪器设备。本发明在现有EPON仪表上改造，利用仪表本身光口，发送和接收光口为不同光口，EPON ONU光模块发送，EPON OLT光模块接收。利用了EPON仪表原有光模块(通用光模块)，光模块成本极低、结构简单。

2、因ONU光模块的发送光功率不高，且OLT光模块的接收灵敏度也不高，本方案的测试距离适用于短距离的光纤断点测试维护，特别适用于EPON现场光纤排障使用。弥补了短距离光纤断点测试这方面的技术空白。

3、本方案是通过一根三通光纤分光器来协助完成的，OLT光模块和ONU光模块支持热插拔，如果出现因光模块引起的测试不准确，可通过更换光模块来排除故障。而且操作简单，一键测试，并不需要掌握专用OTDR光纤测试的专业知识，直接读出结果。

附图说明

图1为EPON系统结构图，SNI为业务节点接口，UNI为用户网络侧接口，ODN为光分配网络；

图2为本发明的光纤断点检测仪原理图；

图3为本发明光纤断点检测的流程图；

图4为本发明光纤断点检测仪电路原理图

具体实施方式

如图2所示，虚线框内为EPON综合分析仪硬件平台，包含触摸屏(含LCD)、基于ARM7 CPU的微控制系统、EPON OLT光模块和EPON ONU光模块。实线方框内为本光纤断点检测仪，包含1310nm波长光信号放大器和分光器。d和e之间是被测光纤，其中，d点为用户进户纤末端，e点为进户纤至分光器方向的断点或末端，即反射点。

触摸屏(含LCD)主要用于显示结果和接受用户输入，在图形化界面中可以输入被测光纤的折射率，显示被测光纤的长度(断点位置)，启动或者停止测试的按钮；

基于ARM7 CPU的微控制系统是整个装置的控制和计算核心，以下简称其为微控制系统；

EPON OLT光模块的LOS管脚与CPU的一个中断输入管脚(下降沿触发)连接，同时LOS信号接一个4.7k欧姆的上拉电阻；

EPON ONU光模块的TX Disable管脚与CPU的一个GPIO管脚连接，同时TX Disable信号接一个4.7k欧姆的上拉电阻，缺省禁止光模块发光；

1310nm波长光信号放大器用于放大发送脉冲，以便能够获得超过EPONOLT光模块接收灵敏度的信号反射强度，所以通过调整本放大器的放大率可以改变本装置的测量灵敏度和支持被测光纤的长度。光信号放大器的放大率至少超过被测光纤的自然衰减，比如设计最大测量长度为10公里，每公里光纤的自然衰减约0.5db，那么放大器的放大率就要超过5db。

如图3所示，整套装置的工作过程如下：

1)用户通过触摸屏交互，下达光纤断点检测指令。

2)微控制系统接收到用户指令。

3)微控制系统把EPON ONU光模块的TX Disable管脚置成低电平，此时EPON ONU光模块开始发送激光信号，记下当前时刻T1，这是光信号的发射时刻。

4)光信号被1310nm波长光信号放大器所放大，然后激光信号由b点、经c、d点进入被测光纤，到达e点(光纤断点)后，信号被反射回来。

5)信号从e点反射后，经d点到达c点，在c点能量被分为两部分，一部分到达发送点b，这部分被我们忽略；另一部分到达a点。

6)到达a点的激光信号被EPON OLT光模块的接收功能捕捉到，从而在其LOS管脚产生一个电平下降沿的输出。

7)微控制系统由于LOS信号的下降沿，从而触发一个中断产生，在中断处理程序中记下当前时刻T2，这是反射光信号的接收时刻。

8)我们设定a和c间的长度等于b和c间的长度，从发射信号到接收到反射信号所用的总时间t＝T2–T1，通过公式“距离＝(c×t)/2(IOR)”，可以计算出a或者b点距离反射点e的长度，由于a到d间的距离是我们本身装置决定的，是已知的，那么我们就可以得出被测光纤反射点的具体位置了，而该反射点就是光纤的断点。上述公式中c是光速，IOR是光纤折射率(可从光纤生产商处获得)，都是常量。

9)微控制系统计算出光纤断点后，即可在触摸屏上显示测试结果。

10)一次光纤断点检测完成。

本检测仪的可选用的电路原理图如附图4所示：

●LCD&Touch：串行接口的显示屏及四线电阻触摸屏。X+和X-是横坐标信号输出；Y-和Y+是纵坐标信号输出；CLK是输入时钟；DAT是输入显示数据；LED+和LED-是背光电压信号输入；VCC是工作电压；VSS是电源地。

●CPU：ARM7微控制器。X+和X-是横坐标信号输入；Y-和Y+是纵坐标信号输入；CLK_O是输出时钟；DAT是输出显示数据；VCC是工作电压；VSS是电源地；XTAL1和XTAL2是晶振信号输入，由晶体振荡器OSC1提供；INT1是中断信号输入，下降沿有效，用于检测OLT光模块的信号接收检测；GPIO1是通用输出控制管脚，用于控制ONU光模块的发光功能。

●FIBER AMP：是光信号放大器。VCC是工作电压；VSS是电源地。光信号放大器放在ONU光模块的信号之后。

●OLT SFF：SFF接口的OLT光模块。TX_DIS是发送禁止输入信号；LOS是信号丢失输出信号；TD+和TD-是发送输入差分信号；RD+和RD-是接收输入差分信号；VCC是工作电压；VEE是电源地。

●ONU SFF：SFF接口的ONU光模块。TX_DIS是发送禁止输入信号；LOS是信号丢失输出信号；TD+和TD-是发送输入差分信号；RD+和RD-是接收输入差分信号；VCC是工作电压；VEE是电源地。

尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。

Claims

1.一种光纤断点检测仪，包括EPON分析仪、三通分光器和光纤跳线，所述EPON分析仪包括EPON OLT光模块和EPON ONU光模块；其特征在于，所述EPON OLT光模块通过光纤连接到三通分光器的第一端，所述EPON ONU光模块连接到三通分光器的第二端，所述光纤跳线的一端连接三通分光器的第三端，所述光纤跳线的另一端连接被测光纤的末端；所述的三通分光器用于将从被测光纤断点反射的光信号分为两束，一束向EPON OLT光模块方向传播，另一束向EPON ONU光模块方向传播。

2.根据权利要求1所述的光纤断点检测仪，其特征在于，所述的EPON ONU光模块和三通分光器之间还具有光信号放大器，所述EPON ONU光模块连接光信号放大器，所述光信号放大器和三通分光器的第二端通过光纤连接。

3.根据权利要求2所述的光纤断点检测仪，其特征在于，所述的光信号放大器为1310nm波长光信号放大器。

4.根据权利要求2所述的光纤断点检测仪，其特征在于，连接三通分光器和EPON OLT光模块的光纤与连接三通分光器和光信号放大器的光纤长度相同且折射率相同。

5.根据权利要求2-4任一项所述的光纤断点检测仪，其特征在于，所述的三通分光器的分光比为1:1，接头损耗低于0.1db。

6.根据权利要求2-4任一项所述的光纤断点检测仪，其特征在于，所述光纤断点检测仪还包括输入模块和控制模块。

7.一种利用权利要求2-6任一项所述的光纤断点检测仪实现的光纤断点检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将被测光纤的末端连接光纤跳线的一端；

5)通过如下公式计算光纤断点位置：

D_{d e} = \frac{c (T_{2} - T_{1})}{2 \times I O R} - \frac{D_{a c} + D_{b c}}{2} - D_{c d}

其中，c为光在真空中的传播速度，D_de是被测光纤末端到断点之间的距离，D_ac是EPON OLT光模块和三通分光器之间光纤长度，D_bc是光信号放大器和三通分光器之间的光纤长度，D_cd是光纤跳线的长度，IOR是连接EPON OLT光模块和三通分光器的光纤、连接光信号放大器和三通分光器的光纤、光纤跳线以及被测光纤的折射率，连接EPON OLT光模块和三通分光器的光纤、连接光信号放大器和三通分光器的光纤、光纤跳线以及被测光纤的折射率相同；

6)显示计算出的光纤断点的测试结果。

8.根据权利要求7所述的光纤断点检测方法，其特征在于，所述的光纤断点检测仪中，连接三通分光器和EPON OLT光模块的光纤与连接三通分光器和光信号放大器的光纤长度相同，均为D_acbc；所述步骤5)中根据如下公式计算光纤断点的位置：

D_{d e} = \frac{c (T_{2} - T_{1})}{2 \times I O R} - D_{a c b c} - D_{c d}

其中，c为光在真空中的传播速度，D_de是被测光纤末端到断点之间的距离，D_cd是光纤跳线的长度，IOR是连接EPON OLT光模块和三通分光器的光纤、连接光信号放大器和三通分光器的光纤、光纤跳线以及被测光纤的折射率，连接EPON OLT光模块和三通分光器的光纤、连接光信号放大器和三通分光器的光纤、光纤跳线以及被测光纤的折射率相同。