CN105577458A - 一种无源光接入网络中支路故障定位的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种无源光接入网络中支路故障定位的装置和方法，涉及光纤通信技术领域，包括双光源模块、1：N分路/合路器和N个波长相关的反射元件级联结构；双光源模块发射一个波长探测光，进入各支路中；探测光被一个反射元件反射，经1：N分路/合路器、耦合模块、光接收模块、数据处理模块，得到各支路反射峰的峰值图；双光源模块发射另一个波长探测光，得到另一组各支路反射峰的峰值图；两次结果分别与无故障情况下的峰值图比较，通过出现峰值变化幅度相同的两个反射峰的间距确定故障支路。本发明能快速识别无源光接入网络中的各故障支路及测距，降低维护困难，减少维护成本。

Description

一种无源光接入网络中支路故障定位的装置和方法
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，具体来讲涉及一种无源光接入网络中支路故障定位的装置和方法。
背景技术
无源光网络(PON，PassiveOpticalNetwork)成本较低、维护简单、便于扩展与升级，使其成为了接入网中的主流技术。随着光纤到户的进一步商用，铺设的光纤数量越来越多，覆盖范围越来越广，承载的业务量也越来越多，创建一个成本低且容量大、可靠性高的无源光网路是必要的。
PON的分配网络由许多无源器件组成，易受外界环境影响而发生故障，同时，PON中分支庞大，如果不能及时准确的判断故障分支，不仅会给通信带来障碍，也会大大的增加维护成本。因此，有效的PON监测技术是必不可少的。光时域反射仪(OTDR，OpticalTimeDomainReflectometer)在光纤链路故障查询、定位、光纤故障排除、光纤长度测量、以及光纤光缆的施工维护等众多领域有较大的使用价值，因而OTDR成了PON网络监测的最主要的方案。然而，在具有庞大分支的PON网络中，OTDR接收到的是所有支路反射信号叠加以后的信号，只能判断支路中是否发生了故障，不能对故障的支路进行区分辨别，进而给维护带来困难，增加维护成本。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种无源光接入网络中支路故障定位的装置和方法，快速识别无源光接入网络中的故障支路，降低维护困难，减少维护成本。
为达到以上目的，本发明采取一种无源光接入网络中支路故障定位的装置，包括监测模块、1：N分路/合路器和N个波长相关的反射元件级联结构；N个反射元件级联结构分别设置于每一条支路，用于反射该支路上的探测光；所述1：N分路/合路器用于将探测光平均分成多路，以及将多路反射的探测光合成为一路，所述监测模块用于支路的故障定位以及距离的测量，包括双光源模块、耦合模块、光接收模块和数据处理模块；所述双光源模块用于发射两个不同波长的探测光；所述耦合模块与1：N分路/合路器通过光纤干路相连，用于链路连接；所述光接收模块用于接收反射的探测光；所述数据处理模块用于处理收到的探测光，得到不同支路的反射峰的峰值图，通过出现峰值变化幅度相同的两个反射峰的间距确定故障支路。
在上述技术方案的基础上，所述双光源模块包括光源调制模块和两个不同波长的光源模块，每个光源模块还对应设置一个驱动模块，驱动模块用于驱动光源模块发射探测光，所述光源调制模块用于调制探测光。
在上述技术方案的基础上，所述光源发射探测波长为U波段的光，即波长范围在1625-1675nm，用于实现网络监测。
在上述技术方案的基础上，所述耦合模块是把监测模块发出的探测光和无源光接入网络的光耦合进入光纤中传输，耦合模块采用光耦合器、平面光波导或环形器。
在上述技术方案的基础上，所述光接收模块为APD雪崩光电二极管或PIN光电二极管。
在上述技术方案的基础上，每个反射元件级联结构由两个中心反射波长不同的反射元件串联组成，两个反射元件之间保持一定间距，且两个反射元件的中心反射波长，分别对应所述双光源模块发射的两个探测光的中心波长。
在上述技术方案的基础上，N条支路中，每一条支路上的两个反射元件之间的间距均不相同。
在上述技术方案的基础上，所述监测模块设置于无源光接入网络的光线路终端处，所述1：N分路/合路器设置于无源光接入网络的光分配网络处，所述每一支路的反射元件级联结构设置于光网络单元；所述数据处理模块根据探测光从发射到被接收的时间Δt，由测距公式得到不同光网络单元与光线路终端之间的距离L，其中c表示真空中的光速，n表示传输光纤的介质折射率。
本发明还提供一种无源光接入网络中支路故障定位方法，包括：双光源模块先后发射两个不同波长的探测光，经过耦合模块、1：N分路/合路器进入各支路中；每个波长的探测光被对应的一个反射元件反射，经过1：N分路/合路器、耦合模块及光接收模块，经数据处理模块处理，得到一幅不同支路反射峰的峰值图；其中，双光源模块先发射一个波长的探测光，得到不同支路反射峰的峰值图后，再发射另一个波长的探测光；将两幅峰值图，分别与无故障情况下反射峰的峰值图进行比较，若两幅峰值图中出现峰值变化幅度相同的两个反射峰，说明有故障，这两个反射峰之间的间距对应一个反射元件级联结构的间距，该间距的反射元件级联结构所在支路为故障支路。
在上述技术方案的基础上，所述两个反射峰之间的间距l，通过公式求得，其中Δτ为两个反射峰之间的时间差，c表示真空中的光速，n表示传输光纤的介质折射率。
在上述技术方案的基础上，所述监测模块设置于无源光接入网络的光线路终端处，所述1：N分路/合路器设置于无源光接入网络的光分配网络处，所述每一支路的反射元件级联结构设置于光网络单元，根据第一个波长的探测光从发射到被接收的时间Δt，由测距公式得到不同光网络单元与光线路终端之间的距离L，其中c表示真空中的光速，n表示传输光纤的介质折射率。
本发明的有益效果在于：
1、将两个不同波长探测光的反射峰的峰值图与正常情况进行比较，若两次结果中出现峰值变化幅度相同的两个反射峰，说明有故障，这两个反射峰之间的间距对应一个反射元件级联结构的间距，该间距的反射元件级联结构所在支路为故障支路；整个方法操作方便，能够快速识别无源光接入网络中的故障支路，从而达到降低维护困难，减少维护成本的目的。
2、监测模块设置于无源光接入网络的光线路终端(OLT，opticallineterminal)处，1：N分路/合路器设置于无源光接入网络的光分配网络(ODN，OpticalDistributionNetwork)处，每一支路均连接光网络单元(ONU，OpticalNetworkUnit)，根据第一个波长的探测光从发射到被接收的时间Δt，由测距公式得到不同ONU与OLT之间的距离L，其中c表示真空中的光速，n表示传输光纤的介质折射率。
3、波长相关的反射元件级联结构中的反射元件，弥补了瑞利散射光功率低的缺陷，能够提高测量的动态范围，从而支持大的分光比。
4、本发明相对于可调OTDR，只采用了两个波长就实现了对整个无源光接入网络的监测，不仅弥补了多波长测量可扩展性差的缺点，也降低了成本。
5、当光源发射的探测波长为U波段的光，即探测波长为1625-1675nm时，与通信波段中波长850nm-1550nm不同，可以实现实时在线无源光接入网络监测，并且不对传输数据造成影响。
附图说明
图1为本发明无源光接入网络中支路故障定位的装置示意图；
图2为图1中双光源模块的结构示意图；
图3为无源光接入网络中支路故障定位的装置实施例示意图；
图4为无源光接入网络运行良好时反射峰的峰值示意图；
图5为出现故障时反射峰的峰值示意图；
图6为出现故障时另一种反射峰的峰值示意图。
附图标记：
监测模块1；
1：N分路/合路器2，1:32分路/合路器21；
双光源模块11，光源调制模块111，光源模块112，驱动模块113；耦合模块12，光接收模块13，数据处理模块14；
反射元件级联结构3，第一反射元件31，第二反射元件32；
光纤干路4。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明无源光接入网络中支路故障定位的装置，包括监测模块1、1：N分路/合路器2和N个波长相关的反射元件级联结构3；监测模块1又包括双光源模块11、耦合模块12、光接收模块13和数据处理模块14。双光源模块11块用于发射两个不同波长的探测光；耦合模块12与1：N分路/合路器2通过光纤干路4相连，用于链路连接；N个反射元件级联结构3分别设置于每一条支路，用于反射该支路上的探测光；1：N分路/合路器2具有两个功能，一个是用于将探测光平均分成多路，另一个是将多路反射的探测光合成一路。光接收模块13用于接收反射的探测光；数据处理模14块用于处理收到的探测光，得到不同支路的反射峰的峰值图，通过出现峰值变化幅度相同的两个反射峰的间距确定故障支路。另外，所述监测模块1设置于无源光接入网络的OLT处，1：N分路/合路器2设置于无源光接入网络的ODN处，每一支路的反射元件级联结构3设置于ONU处。
如图2所示，具体的，所述双光源模块11包括光源调制模块111和两个不同波长的光源模块112，每个光源模块还对应设置一个驱动模块113，驱动模块113用于驱动光源模块112发射探测光，光源调制模块111用于调制所述探测光。并且，光源调制模块111可以为一个或两个，如果是一个，则调制两个光源模块112发出的探测光；如果是两个，分别调制一个对应的光源模块112发出的探测光，图2中为一个光源调制模块111。所述耦合模块12是把监测模块1发出的探测光和无源光接入网络中的光耦合进入光纤中传输，耦合模块12可以采用光耦合器、平面光波导或环形器等器件，光源调制模块111包括单脉冲调制以及脉冲编码调制，所述光接收模块23为APD雪崩光电二极管或PIN光电二极管。
每个反射元件级联结构3由两个中心反射波长不同的反射元件串联组成，分别为第一反射元件31和第二反射元件32，两个反射元件之间留有间距，第一反射元件31和第二反射元件32的中心反射波长，分别对应所述双光源模块11发射的两个探测光的中心波长。并且，每个支路上反射元件级联结构3中的两个反射元件的间距是唯一的，该间离与用户的数量有关，N条支路中，每一条支路上的两个反射元件之间的间距均不相同。
进一步的，对于普通的无源光接入网络监测，双光源模块11发射的探测光，其探测波长范围基本没有限制，而为了实现在线无源光接入网络监测，光源发射的探测波长为U波段的光，即1625-1675nm。
如图3所示，通过具体实施例详细说明本发明无源光接入网络中支路故障定位方法。本实施例中，采用1:32分路/合路器21，1:32分路/合路器21由1:4的分路/合路器与1:8的分路/合路器级联构成。第一反射元件31和第二反射元件32为中心反射波长不同的FBG(FiberBraggGrating，光纤布拉格光栅)；具体步骤如下：
S1.双光源模块11发射一个波长为λ1的探测光，经过耦合模块12进入光纤干路4中进行传输，经1：32分路/合路器21进入各支路中。
S2.在每条支路中，由于每个波长的探测光被对应的一个反射元件反射，本实施例中，波长为λ1的探测光被第一反射元件31反射，在1：32分路/合路器21处汇合后，通过光纤干路4传输至耦合模块12，再被光接收模块13接收，最后经数据处理模块14处理后，得到一幅不同支路反射峰的峰值图。
S3.双光源模块11发射另一个波长为λ2的探测光，经过耦合模块12进入光纤干路4中进行传输，经1：32分路/合路器21进入各支路中。
S4.同理，波长为λ2的探测光被第二反射元件32反射，在1：32分路/合路器21处汇合后，通过光纤干路4传输至耦合模块12，再被光接收模块13接收，最后经数据处理模块14处理后，得到另一幅不同支路反射峰的峰值图。
S5.将步骤S2和S4中两幅峰值图，分别与无故障运行良好情况下反射峰的峰值图进行比较，根据每个支路中反射元件级联结构3中的间距是唯一的，能够对不同的支路进行快速识别。具体识别方式为：若两幅峰值图中出现峰值变化幅度相同的两个反射峰，说明有故障，这两个反射峰之间的间距l对应一个反射元件级联结构3的间距，该间距的反射元件级联结构3所在支路为故障支路。而两个反射峰之间的间距l，通过公式求得，其中Δτ为两个反射峰之间的时间差，由第二个反射峰的时间减去第一个反射峰的时间得到，c表示真空中的光速，n表示传输光纤的介质折射率。另外，峰值变化幅度中还包括一种情况，即出现反射峰消失，则消失反射峰的峰值变化幅度的值，等于该反射峰的峰值。
另外，在上述步骤中，还可以得到不同ONU与OLT之间的距离L，由于每一个反射元件级联结构3设置在一个ONU处，检测模块1设置在OLT处，因此步骤S2中，波长为λ1的探测光被第一反射元件31反射的时间，视为第一个波长的探测光从发射到被接收的时间Δt，由OTDR的测距公式得到不同光网络单元与光线路终端之间的距离L，其中c表示真空中的光速，n表示传输光纤的介质折射率。
如图3所示，为了说明本实施例的可行性，选择其中的6个支路进行分析。为了更准确的区分各支路，每个支路上第一反射元件31和第二反射元件32的间距差要大于该实施例的空间分辨率，对于脉冲宽度为20ns的光脉冲，对于空间分辨率为2m，选择两个FBG间距差大于等于3m。
如图4所示，是在无源光接入网络无故障运行良好情况下，作为参考图形的峰值示意图，横坐标轴选取的分别距离是1:32分路/合路器21与第一反射元件31、1:32分路/合路器21与第二反射元件32的距离，上边的横坐标轴对应波长为第一次发射的波长为λ1的探测光，下边的横坐标轴对应波长为第二次发射的波长为λ2的探测光，纵轴是相应反射峰的峰值。
如图5所示，为出现故障时，两个波长的探测光的反射峰的峰值示意图。将其与图4进行对比，发现波长为λ1的探测光的第一个反射峰的峰值变小了1/2，即峰值变化幅度为原峰值的一半，而波长为λ2的探测光的第二个峰值彻底消失了，由反射峰的峰值变为0，即变化幅度为整个峰值。而且图4中，波长为λ2的探测光的第二个反射峰的峰值，是波长为λ1的探测光的第一个反射峰的峰值的一半，因此两个反射峰的峰值变化幅度相同，这两个峰值之间的间距为4m，对应了图3中第二个支路上反射元件级联结构3中两个FBG的间距。因此，我们能够判断是第二个支路出现了问题。这证明了在ONU到分路器的距离一样时，我们也能够快速的分辨出发生故障的支路。
如图6所示，为出现故障时，另一种反射峰的峰值示意图。同理，也将其与图4进行对比，发现波长为λ1的探测光的第三个峰消失了，而波长为λ2的探测光的第四个峰消失了，而在图4中，这两个反射峰的峰值相同，因此两个反射峰的峰值变化幅度相同，而两个峰的间距通过图4可知是20m，刚好对应第五个支路上反射元件级联结构3中两个FBG的间距，因此可以判断是第五个支路出现了问题。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (11)

1.一种无源光接入网络中支路故障定位的装置，其特征在于，包括监测模块、1：N分路/合路器和N个波长相关的反射元件级联结构；N个反射元件级联结构分别设置于每一条支路，用于反射该支路上的探测光；所述1：N分路/合路器用于将探测光平均分成多路，以及将多路反射的探测光合成为一路，所述监测模块用于支路的故障定位以及距离的测量，包括双光源模块、耦合模块、光接收模块和数据处理模块；所述双光源模块用于发射两个不同波长的探测光；所述耦合模块与1：N分路/合路器通过光纤干路相连，用于链路连接；所述光接收模块用于接收反射的探测光；所述数据处理模块用于处理收到的探测光，得到不同支路的反射峰的峰值图，通过出现峰值变化幅度相同的两个反射峰的间距确定故障支路。
2.如权利要求1所述无源光接入网络中支路故障定位的装置，其特征在于：所述双光源模块包括光源调制模块和两个不同波长的光源模块，每个光源模块还对应设置一个驱动模块，驱动模块用于驱动光源模块发射探测光，所述光源调制模块用于调制探测光。
3.如权利要求2所述无源光接入网络中支路故障定位的装置，其特征在于：所述光源发射探测波长为U波段的光，即波长范围在1625-1675nm，用于实现网络监测。
4.如权利要求1所述无源光接入网络中支路故障定位的装置，其特征在于：所述耦合模块是把监测模块发出的探测光和无源光接入网络的光耦合进入光纤中传输，耦合模块采用光耦合器、平面光波导或环形器。
5.如权利要求1所述无源光接入网络中支路故障定位的装置，其特征在于：所述光接收模块为APD雪崩光电二极管或PIN光电二极管。
6.如权利要求1所述无源光接入网络中支路故障定位的装置，其特征在于：每个反射元件级联结构由两个中心反射波长不同的反射元件串联组成，两个反射元件之间保持一定间距，且两个反射元件的中心反射波长，分别对应所述双光源模块发射的两个探测光的中心波长。
7.如权利要求6所述无源光接入网络中支路故障定位的装置，其特征在于：N条支路中，每一条支路上的两个反射元件之间的间距均不相同。
8.如权利要求1-7中任一所述无源光接入网络中支路故障定位的装置，其特征在于：所述监测模块设置于无源光接入网络的光线路终端处，所述1：N分路/合路器设置于无源光接入网络的光分配网络处，所述每一支路的反射元件级联结构设置于光网络单元；所述数据处理模块根据探测光从发射到被接收的时间Δt，由测距公式得到不同光网络单元与光线路终端之间的距离L，其中c表示真空中的光速，n表示传输光纤的介质折射率。
9.一种基于权利要求1所述装置的无源光接入网络中支路故障定位方法，其特征在于，包括：
双光源模块先后发射两个不同波长的探测光，经过耦合模块、1：N分路/合路器进入各支路中；
每个波长的探测光被对应的一个反射元件反射，经过1：N分路/合路器、耦合模块及光接收模块，经数据处理模块处理，得到一幅不同支路反射峰的峰值图；
其中，双光源模块先发射一个波长的探测光，得到不同支路反射峰的峰值图后，再发射另一个波长的探测光；
将两幅峰值图，分别与无故障情况下反射峰的峰值图进行比较，若两幅峰值图中出现峰值变化幅度相同的两个反射峰，说明有故障，这两个反射峰之间的间距对应一个反射元件级联结构的间距，该间距的反射元件级联结构所在支路为故障支路。
10.如权利要求9所述的无源光接入网络中支路故障定位方法，其特征在于：所述两个反射峰之间的间距l，通过公式求得，其中Δτ为两个反射峰之间的时间差，c表示真空中的光速，n表示传输光纤的介质折射率。
11.如权利要求9所述的无源光接入网络中支路故障定位方法，其特征在于：所述监测模块设置于无源光接入网络的光线路终端处，所述1：N分路/合路器设置于无源光接入网络的光分配网络处，所述每一支路的反射元件级联结构设置于光网络单元，根据第一个波长的探测光从发射到被接收的时间Δt，由测距公式得到不同光网络单元与光线路终端之间的距离L，其中c表示真空中的光速，n表示传输光纤的介质折射率。
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