CN106712842B - 在线故障检测装置、方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种在线故障检测装置、方法和系统，其中，所述装置包括：读取单元，其按照预定的监测时间间隔从多载波光通信系统的接收机中读取各个子载波的信噪比；判断单元，其判断是否有第一预定数量的子载波的信噪比小于第一阈值；检测单元，其在所述判断单元判断为是时，监测所述系统的损伤变化，根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因；上报单元，其上报信噪比劣化和/或信噪比劣化原因。通过本申请提供的方法、装置或系统，可以在线地监测系统各种损伤的变化并对可能威胁到系统的正常工作的变化进行预警，使得针对性地预先调整成为可能。

Description

在线故障检测装置、方法和系统
技术领域
本申请涉及多载波光通信系统，尤其涉及一种在线故障检测方法、装置和系统。
背景技术
多载波通信系统是基于多载波调制的通信系统，由于其高传输速率、高频谱效率及抗多径与频域衰落等优点，目前已经被广泛应用于无线通信、有线接入网络中。在短距离的光通信应用中，多载波通信系统，特别是基于强度调制和直接检测的离散多音(DiscreteMulti-tone，简称DMT)系统因为其结构简单、传输速率高得到了业界的极大关注，被认为是下一代数据中心等短距离光通讯应用场景的主导技术之一(参考文献1)。
但是，与传统的无线通信和有线接入网不同，一方面因为DMT光通信系统的速率大于等于100Gb/s，在如此高的速率下，系统损伤的变化对系统性能的影响会被放大，另一方面，数据中心等典型应用场景对DMT光通信系统的稳定性要求更高，通常要求系统能够保证连续地以稳定的速率进行工作。而在公知的技术中，DMT系统仅仅跟踪各个子载波的信号噪声比(SNR，Signal to Noise Ratio)的变化，简单的把SNR变化的原因归结为系统噪声和串扰(crosstalk)的变化，并试图通过子载波比特重分配(Bit Swap)的方式来保证业务的不间断(参考文献2)。
可见，公知技术并没有解决DMT光通信系统的两个关键问题。首先，SNR变化原因的定位。因为DMT光通信系统的通信速率很高，系统中各种损伤，如时钟抖动等的轻微变化，都会带来SNR的变化，而这种SNR的劣化并不是因为噪声或串扰带来的，从而也不一定能够通过子载波比特重分配来保证业务的不间断性。其次，稳定传输速率的保证。由于面向终端用户，传统的无线通信和有线接入网并不要求传输速率的稳定，所以公知技术是基于调整传输速率是应对SNR的变化。但是，DMT光通讯系统是用于数据中心中大型服务器的互联等场景，要求系统的传输速率是稳定的，如满足100Gb/s以太网的标准等。
参考文献1：“Discrete Multi-Tone for 100Gb/s Optical Access Networks”,Takahara,T.；Fujitsu Labs.Ltd.,Optical Fiber Communications Conference andExhibition(OFC),2014
参考文献2：”Adaptive Channel Tracking and Bit-Power Reallocation for100Gb/s Uncooled DMT Transceiver”,Bo Liu；Weizhen Yan；Lei Li；Hao Chen；ZhenningTao；Takahara,T.；Rasmussen,J.C.；Drenski,T.Optical Communication(ECOC),2014
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
发明人在实现本发明的过程中发现，如果能够对系统的性能变化提出预警，并提供系统性能变化的可能原因，就可以在保证稳定传输速率的前提下解决系统的问题。
为了解决背景技术指出的问题，本申请提供了一种在线的故障监测装置、方法和系统，可以在线地监测系统各种损伤的变化并对可能威胁到系统的正常工作的变化进行预警。
根据本发明实施例的第一方面，提供了一种在线故障检测装置，其中，所述装置包括：
读取单元，其按照预定的监测时间间隔从多载波光通信系统的接收机中读取各个子载波的信噪比；
判断单元，其判断是否有第一预定数量的子载波的信噪比小于第一阈值；
检测单元，其在所述判断单元判断为是时，监测所述系统的损伤变化，根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因；
上报单元，其上报信噪比劣化和/或信噪比劣化原因。
根据本发明实施例的第二方面，提供了一种在线故障检测方法，其中，所述方法包括：
按照预定的监测时间间隔从多载波光通信系统的接收机中读取各个子载波的信噪比；
判断是否有第一预定数量的子载波的信噪比小于第一阈值；
如果判断为是，则监测所述系统的损伤变化，根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因，并上报信噪比劣化和/或信噪比劣化原因。
根据本发明实施例的第三方面，提供了一种多载波光通信系统，其中，所述多载波光通信系统包括在线故障检测装置，所述在线故障检测装置被配置为：
按照预定的监测时间间隔从所述系统的接收机中读取各个子载波的信噪比；
判断是否有第一预定数量的子载波的信噪比小于第一阈值；
在判断为是时，监测所述系统的损伤变化，根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因；
上报信噪比劣化和/或信噪比劣化原因。
本发明的有益效果在于：通过本申请提供的装置、方法或系统，可以在线地监测系统各种损伤的变化并对可能威胁到系统的正常工作的变化进行预警，解决了背景技术指出的问题。
参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是基于DMT技术的高速光通信系统的拓扑结构示意图；
图2是本发明实施例的DMT光通信系统的拓扑结构示意图；
图3是本发明实施例的在线故障检测装置的组成示意图；
图4是设定信噪比变化范围的原理示意图；
图5是本发明实施例的在线故障检测装置的检测单元的一个实施方式的组成示意图；
图6是设定信道增益变化范围的原理示意图；
图7是本发明实施例的在线故障检测装置的检测单元的另一个实施方式的组成示意图；
图8是均衡系数相位和DMT符号同步偏差的示意图；
图9是本发明实施例的在线故障检测装置的检测单元的又一个实施方式的组成示意图；
图10是本发明实施例的在线故障检测方法的流程图；
图11是图10的方法中步骤103的一个实施方式的流程图；
图12是图10的方法中步骤103的另一个实施方式的流程图；
图13是图10的方法中步骤103的又一个实施方式的流程图；
图14是本发明实施例的在线故障检测方法的一个实施方式的整体流程图；
图15是本发明实施例的计算机系统的组成示意图。
具体实施方式
参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变形以及等同物。
图1是基于DMT技术的高速光通信系统100的拓扑结构示意图，如图1所示，在该光通信系统100的发射端，包括：DMT发射机101、数模转换器(DAC，Digital to AnalogConverter)102、驱动放大器103、电光转换器104等器件，在该光通信系统的接收端，包括：光电转换器105、接收放大器106、模数转换器(ADC，Analog to Digital Converter)107、DMT接收机108等器件。
下面以图1所示的光通信系统100为例，结合附图和具体实施方式对本发明实施例进行详细说明。然而，本发明实施例并不限于图1的光通信系统100的组成，该光通信系统100也可以进一步包括其它组成或功能模块。
实施例1
本申请提供了一种在线故障检测装置，其在线监测DMT光通信系统的各种损伤的实时变化，并根据预设的变化范围(阈值)对可能影响系统稳定传输速率的损伤变化提出预警。
在本实施例中，该在线故障检测装置可以应用于DMT光通信系统中，图2为包含本实施例的在线故障检测装置的DMT光通信系统200的构成示意图，如图2所示，该DMT光通信系统200除了包括DMT发射机101、DAC 102、驱动放大器103、电光转换器104、光电转换器105、接收机放大器106、ADC 107、DMT接收机108以外，还包括本实施例的在线故障检测装置300，该在线故障检测装置300与DMT接收机108耦合，用于从DMT接收机108获取各类数据，具体将在下面进行说明。另外，图2所示的本实施例的在线故障检测装置500的设置位置只是举例说明，在其它实施例中，该在线故障检测装置500也可以集成到DMT接收机108中，作为DMT接收机108的一个模块。
图3是该在线故障检测装置300的组成示意图，如图3所示，该在线故障检测装置300包括：读取单元301、判断单元302、检测单元303以及上报单元304。
在本实施例中，该读取单元301用于按照预定的监测时间间隔从多载波光通信系统的接收机中读取各个子载波的信噪比。其中，该读取单元301可以按照一定的监测时间间隔，如1秒钟，从接收机中读取DMT系统各个子载波的SNR。其中，该SNR的检测可以是公知技术实现的，例如参考文献2的方法，本实施例并不以此作为限制。
在本实施例中，该判断单元302用于判断是否有第一预定数量的子载波的信噪比小于第一阈值。其中，该判断单元302可以根据预先设定的变化范围(在本实施例中称为第一阈值)对读取的各个子载波的SNR进行检测。图4为预先设定的SNR变化范围的一个示例，如图4所示，其中探测信噪比(Probed SNR)是系统初始工作时的测得的SNR，而速率保证信噪比(SNR for Rate Guarantee)是保证系统稳定传输速率所需要的SNR。
在一个实施方式中，保证系统稳定传输速率所需要的SNR可以通过基于ProbedSNR和各个器件的线性及非线性特性的仿真得到，比如在仿真中根据Probed SNR设定初始各个子载波的噪声初始值，保持传输速率不变，逐步加大噪声(降低SNR)直至传输的误码率超过系统门限，如1e-4，这时的SNR就是保证传输速率所需的SNR。
在另一个实施方式中，得到保证传输速率的SNR是对Probed SNR进行冗余自适应注水技术(Margin Adaptive water-filling)计算，例如参考文献3(“A PracticalDiscrete Multitone Transceiver Loading Algorithm for Data Transmission overSpectrally Shaped Channels”,Peter S.Chow,John M.Cioffi,and John A.C.Bingham,IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS,VOL.43,NO.2/3/4,FEBRUARY/MARCH/APRIL1995)的方法，将Probed SNR减去计算所得的功率冗余(Power Margin)就是保证传输速率的SNR。
其中，在得到保证系统稳定传输速率所需要的SNR后，在该SNR上加上根据期望的预警灵敏度设定的冗余，如1dB，就得到了SNR变化的下界(Lower Boundary SNR)。
在本实施例中，该判断单元302将读取的各个子载波的SNR与设定的SNR变化的下界比较，当有M个(M≥1，M值越大，预警灵敏度越低)子载波的SNR实时监测值低于下界时(小于第一阈值)，说明发生了系统损伤，则在本实施例中，通过检测单元303检测信噪比劣化的原因，否则表示DMT光通信系统工作在正常范围内，则通过读取单元继续进行下一次读取。
在本实施例中，该检测单元303用于在判断单元302判断为是时，监测系统的损伤变化，以确定信噪比劣化的原因。
其中，作为系统损伤的代表，该检测单元303可以监测系统的信道增益和/或系统的DMT符号同步误差和/或系统的时钟，以确定信噪比劣化的原因是否是由信道增益和/或系统的DMT符号同步误差和/或系统的时钟引起的。其中，这几种系统损伤只是举例，在具体实施过程中，该检测单元303也可能进一步检测其它可能导致信噪比劣化的系统损伤，其原理与检测上述几种系统损伤的原因相同，此处省略说明。
在本实施例中，该上报单元304用于在检测单元303检测出信噪比劣化的原因后，上报信噪比劣化这一事件和/或信噪比劣化的原因。
通过本实施例的在线故障检测装置300，在业务传输的同时实时监测DMT光通信系统中各种损伤的变化并根据预设的变化范围检测出对系统性能威胁最大的变化，由此，能够对系统的性能变化提出预警，并提供系统性能变化的可能原因，为在保证稳定传输速率的前提下解决系统的问题提供可能。
在本实施例中，检测单元303可以根据信噪比劣化原因的可能性由大到小的顺序决定上述不同类型的系统损伤的监测顺序，例如，先监测信道增益、再监测DMT符号同步误差，最后监测系统时钟。以上只是举例说明，该检测单元303也可以根据其它策略决定上述不同类型的系统损伤的监测顺序。并且，该检测单元303也可以根据某一类型的系统损伤的监测结果决定是否继续后续的其它类型的系统损伤的监测，例如，在监测到信噪比劣化的原因是信道增益的变化引起的时，该检测单元303可以终止检测，也即不再监测该系统的DMT符号同步误差和该系统的时钟。
下面通过三个实施方式对该检测单元303监测系统的信道增益、监测系统的DMT符号同步误差、以及监测系统的时钟分别进行说明，然而，如前所述，在具体实施过程中，该检测单元303可以按照规定的顺序实施下面三个实施方式的任意一种或者任意组合。
在检测单元303的一个实施方式中，该检测单元303用于在判断单元302判断为是时，监测所述系统的信道增益，并根据监测结果确定信噪比劣化的原因是否包括信道增益的变化，也即判断前述信噪比劣化是否是由系统的信道增益的劣化造成的。
图5是该实施方式的检测单元303的组成示意图，如图5所示，在该实施方式中，检测单元303包括：第一读取模块501、第一计算模块502、第一判断模块503、以及第一确定模块504。第一读取模块501用于从所述接收机中读取信道均衡器的系数；第一计算模块502用于根据所述信道均衡器的系数计算各个子载波的信道增益；第一判断模块503用于判断在所述第一预定数量的子载波中，是否有第二预定数量的子载波的信道增益小于第二阈值；第一确定模块504用于在第一判断模块403判断为是时，确定信噪比劣化的原因包括信道增益的变化。
在图5的实施方式中，首先，第一读取模块501从DMT接收机中读取信道均衡的系数C，C为一个1×N的行列式，N为DMT系统的子载波数，C可以表示为：
C＝[c1c2...cN-1cN]
其中ci为复数，表示第i个子载波上的均衡系数。DMT接收机会实时地更新这些系数以跟踪信道的变化(详见参考文献2)，所以这些系数也就反映了信道的变化。第一计算模块502对读取的信道均衡系数进行取模和取倒数运算，就得到了在监测时刻各个子载波上的信道增益gi，即
第一判断模块503对第一计算模块502中得到的各个子载波上的信道增益进行检查以判断信道增益的劣化是否是系统性能劣化的主要原因。在第一判断模块503的一个实施方式中，该第一判断模块503也是基于预先设定的信道增益的变化范围(在本实施例中称为第二阈值)来进行上述判断。
图6是信道增益变化范围的一个示例，如图6所示，该信道增益的变化范围的设定方法与图4所示的信道SNR变化范围的设定方法相似。图6中的探测增益(Probed Gain)是存储的系统初始工作时的测得信道增益，而速率保证增益(Gain for Rate Guarantee)是保证系统稳定传输速率所需要的信道增益。
在一个实施方式中，保证系统稳定传输速率所需要的信道增益可以通过基于Probed Gain和各个器件的线性及非线性特性的仿真得到，比如在仿真中根据Probed Gain设定初始各个子载波的信道增益的初始值，保持传输速率不变，逐步降低信道增益直至传输的误码率超过系统门限，如1e-4，这时的信道增益就是保证传输速率所需的信道增益。
在另一个实施方式中，得到保证传输速率的信道增益也是基于冗余自适应注水计算(Margin Adaptive water-filling)，例如，将Probed Gain减去计算所得的功率冗余(Power Margin)就是保证传输速率的信道增益。
在图5实施方式中，在得到保证系统稳定传输速率所需要的信道增益后，在该信道增益上加上根据期望的预警灵敏度设定的冗余，如0.5dB，就得到了信道增益变化的下界(Lower Boundary Gain)。
在图5的实施方式中，如果第一判断模块503发现判断单元202中检测出的M个SNR劣化的子载波(第一预定数量的子载波)中有L个(1≤L≤M)(第二预定数量的子载波)的信道增益低于设定的信道增益变化的下界时，第一确定模块404就可以认定DMT光通信系统的当前的主要威胁是信道增益的变化。如果第一判断模块403发现没有上述第二预定数量的子载波的信道增益低于设定的下界，则排除了信道增益变化的威胁。
在图5的实施方式中，检测单元303(第一确定模块504)在确定信噪比劣化的原因包括信道增益的变化后，上报单元304即可向上层的网络管理系统报告该威胁，报告的内容包括但不限于判断单元302中检测到的SNR劣化和第一计算模块502中计算出的各个子载波的实时信道增益，以及第一判断模块503中检测出的信道增益的劣化。
在检测单元303的另外一个实施方式中，该检测单元303用于在判断单元302判断为是时，监测所述系统的离散多音(DMT)符号同步误差，并根据监测结果确定信噪比劣化的原因是否包括DMT符号同步误差，也即判断系统的DMT符号同步误差是否在系统允许的范围内。
图7是该实施方式的检测单元303的组成示意图，如图7所示，在该实施方式中，检测单元303包括：第二读取模块701、第二计算模块702、第二判断模块703、以及第二确定模块704；第二读取模块701用于从所述接收机中读取信道均衡器的系数；第二计算模块702用于根据所述信道均衡器的系数计算各个子载波的均衡系数相位，根据所述子载波的均衡系数相位计算均衡系数相位的线性变化，并根据所述均衡系数的线性变化计算DMT符号同步误差的数字采样个数；第二判断模块703用于判断所述DMT符号同步误差的数字采样个数是否大于第三阈值；第二确定模块704用于在第二判断模块703判断为是时，确定信噪比劣化的原因包括DMT符号同步误差。
在图7的实施方式中，该检测单元303是根据各个子载波均衡系数的相位进行的，具体地说，第二计算模块702是取各个子载波均衡系数ci的角度并作unwrap操作(即如果相邻子载波的角度变化大于+/-2π，就相应地加上或减去2π)，从而得到的各个子载波的均衡系数的相位随频率的变化曲线。如图8所示，如果没有DMT符号同步误差时，均衡系数的相位如图8中无漂移的曲线所示，并且该曲线中低频处的斜率近乎为零。而当有DMT符号同步时，均衡系数的相位为呈线性变化，如图8中前漂移的曲线和后漂移的曲线所示。在该实施方式中，第二计算模块702首先得到均衡系数相位，然后计算线性变化的斜率从而定出当前系统的DMT同步误差的大小和方向。
具体地说，
其中，为第i个子载波的均衡系数相位，因为高频处(较大的i)信道本身相位变化较大，所以第二计算模块702可以选定中低频处的相位来计算均衡系数相位的线性变化。
其中K为整数且K≤N/2。第二计算模块702可以从均衡系数相位的线性变化直接计算出DMT符号同步的偏差的数字采样(sample)个数。
其中，fsample是DMT系统的数字采样速率，fsc是DMT系统的子载波间隔。DMT光通信系统可以容忍的符号同步误差是由DMT符号的循环前缀(cyclic prefix)和循环后缀(cyclicpostfix)的长度决定的。第二判断模块703对第二计算模块702计算出的当前同步偏差的数字采样个数进行检查，如果-(postfix-α1)<ΔT<prefix-α2，说明同步偏差在系统容忍范围内，不是系统性能的威胁，其中α1和α2为考虑系统的符号间串扰而设定的冗余值，通常可设为1或2。如果同步偏差的数字采样个数超出了上述范围，则说明同步偏差是系统性能的主要威胁。
在图7的实施方式中，检测单元303(第二确定模块704)在确定信噪比劣化的原因包括DMT符号同步误差后，上报单元304即可向上层的网络管理系统报告该威胁，报告的内容包括但不限于判断单元302中检测到的SNR劣化和第二判断模块703中检测出的同步偏差。
在检测单元303的另外一个实施方式中，该检测单元303用于在判断单元302判断为是时，监测所述系统的时钟抖动，并根据监测结果确定信噪比劣化的原因是否包括时钟抖动，也即判断系统的时钟工作是否正常。
图9是该实施方式的检测单元303的组成示意图，如图9所示，在该实施方式中，检测单元303包括：第三读取模块901、第三计算模块902、第三确定模块903、以及第三判断模块904；第三读取模块901用于从所述接收机中读取多个子载波的解调数据；第三计算模块902用于根据所述多个子载波的解调数据计算所述多个子载波上的相位噪声，根据所述多个子载波上的相位噪声计算所述多个子载波的时钟抖动；第三确定模块903用于根据所述多个子载波的时钟抖动确定所述系统的时钟抖动；第三判断模块904用于判断所述系统的时钟抖动是否大于第四阈值；所述第三确定模块903用于在第三判断模块904判断为是时，确定信噪比劣化的原因包括时钟抖动。
在第三确定模块903的一个实施方式中，该第三确定模块903用于对于每一个离散多音符号内的子载波，将所述离散多音符号内的子载波的时钟抖动进行平均，得到所述离散多音符号上的时钟抖动值；再对多个离散多音符号上的时钟抖动值取平均平方根值，得到所述系统的时钟抖动。
在图9的实施方式中，对DMT光通信系统而言，系统数字采样时钟工作频率很高，通常为50～90G sample/s，时钟工作一旦不稳定对系统性能的影响主要体现为接收到的解调信号上带有较大的相位噪声。第三计算模块902主要就是检测解调信号上的相位噪声，检测的方法是从各个调制格式不同子载波中挑选出调制格式为BPSK和QPSK的子载波，间隔一定时间，如100ms，从DMT接收机中读取所挑选的子载波的解调数据，计算出相位噪声的大小和对应的时钟抖动。
在一个实施方式中，相位噪声的计算是将读取的解调信号进行D次方运算以去除调制数据(对BPSK子载波，D＝2，对QPSK子载波，D＝4)，对运算结果取角度再除以D就得到了该子载波上的相位噪声，再除以该子载波对应的频率，就得到了该子载波上检测到的时钟抖动。因为时钟抖动的变化速率要远慢于DMT光通信系统的符号速率，所以可以将一个DMT符号内的各个检测子载波上检测到的时钟抖动进行平均以去除噪声的影响，得到该DMT符号上的时钟抖动的准确数值。对多个DMT符号重复上述过程，就得到了多个DMT符号上的时钟抖动瞬时值，对这一系列瞬时值取平均平方根值(RMS值)就得到了在解调信号上反映出的时钟抖动。上述过程的数学表示如下：
其中，Ri,k是第i个DMT符号的第k个子载波上的接收到的解调信号。该子载波上检测到的时钟抖动为：
其中，fsc是DMT系统的子载波间隔，k*fsc也就是该子载波所在的频率。对第i个DMT符号的检测结果是该符号中各个检测子载波上得到的时钟抖动平均得到τi。而因为时钟抖动是一种有色噪声，因此需要对多个DMT符号进行统计得到RMS值，即：
其中，J为统计个格式，通常J>100。在第三确定模块803得到了解调信号上的时钟抖动后，第三判断模块904将该时钟抖动与系统正常工作时所能容忍的时钟抖动相比较，系统所能容忍的时钟抖动一般由系统指标直接指定，通常的范围为0.2皮秒～0.3皮秒。如果监测到的时钟抖动大于该范围(第四阈值)，说明系统的主要威胁是时钟的不稳定，如果监测到的时钟抖动小于能容忍的该范围，说明系统时钟工作正常。
在图9的实施方式中，检测单元303(第三确定模块903)在确定信噪比劣化的原因包括时钟抖动后，上报单元304即可向上层的网络管理系统报告该威胁，报告的内容包括但不限于判断单元302中检测到的SNR劣化和第三确定模块903中检测出的解调信号上的时钟抖动。
在本实施例中，如果排除了以上各种系统损伤的威胁，则系统性能的劣化可能只是系统噪声和串扰的变化引起的，则上报单元304向上层的网络管理系统报告系统噪声和串扰的威胁，报告的内容包括但不限于判断单元302中检测到的SNR劣化和第一判断模块503、第二判断模块703、以及第三确定模块903中分别监测到的信道增益、同步偏差和解调信号上的时钟抖动。
本实施例的在线故障检测装置根据系统传输速率稳定这一前提设定了各种损伤的变化范围，利用传输数据和系统参数进行实时在线监测，无需中断传输业务或添加额外的训练序列，监测各种损伤的变化，根据预定的各种损伤的变化范围来检测对系统性能的威胁最大的损伤变化并提出预定，使得针对性的预先调整成为可能。
实施例2
本申请还提供了一种在线故障检测方法，由于该方法解决问题的原理与实施例1的装置类似，因此其具体的实施可以参照实施例1的装置的实施，内容相同之处不再重复说明。
图10是本实施例的在线故障检测方法的流程图，该方法应用于多载波光通信系统，请参照图10，该方法包括：
步骤1001：按照预定的监测时间间隔从多载波光通信系统的接收机中读取各个子载波的信噪比；
步骤1002：判断是否有第一预定数量的子载波的信噪比小于第一阈值；如果判断为是，则执行步骤1003，否则回到步骤1001；
步骤1003：监测所述系统的损伤变化，根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因；
步骤1004：上报信噪比劣化和/或信噪比劣化原因。
在步骤1003的一个实施方式中，监测所述系统的损伤变化包括监测所述系统的信道增益，则根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因，可以通过图11所示的方法来实现，请参照图11，该方法包括：
步骤1101：从所述接收机中读取信道均衡器的系数；
步骤1102：根据所述信道均衡器的系数计算各个子载波的信道增益；
步骤1103：判断在所述第一预定数量的子载波中，是否有第二预定数量的子载波的信道增益小于第二阈值；如果判断为是，则确定信噪比劣化的原因包括信道增益的变化，否则认为信噪比劣化的原因不包括信道增益的变化。
在步骤1003的另一个实施方式中，监测所述系统的损伤变化包括监测所述系统的离散多音符号同步误差，则根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因，可以通过图12的方法来实现，请参照图12，该方法包括：
步骤1201：从所述接收机中读取信道均衡器的系数；
步骤1202：根据所述信道均衡器的系数计算各个子载波的均衡系数相位；
步骤1203：根据所述子载波的均衡系数相位计算均衡系数相位的线性变化；
步骤1204：根据所述均衡系数的线性变化计算离散多音符号同步误差的数字采样个数；
步骤1205：判断所述离散多音符号同步误差的数字采样个数是否大于第三阈值，如果判断为是，则确定信噪比劣化的原因包括离散多音符号同步误差，否则认为信噪比劣化的原因不包括离散多音符号同步误差。
在步骤1003的再一个实施方式中，监测所述系统的损伤变化包括监测所述系统的时钟抖动，则根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因，可以通过图13的方法来实现，请参照图13，该方法包括：
步骤1301：从所述接收机中读取多个子载波的解调数据；
步骤1302：根据所述多个子载波的解调数据计算所述多个子载波上的相位噪声；
步骤1303：根据所述多个子载波上的相位噪声计算所述多个子载波的时钟抖动；
步骤1304：根据所述多个子载波的时钟抖动确定所述系统的时钟抖动；
其中，对于每一个离散多音符号内的子载波，可以将所述离散多音符号内的子载波的时钟抖动进行平均，得到所述离散多音符号上的时钟抖动值；然后，对多个离散多音符号上的时钟抖动值取平均平方根值，得到所述系统的时钟抖动。
步骤1305：判断所述系统的时钟抖动是否大于第四阈值，如果判断为是，则确定信噪比劣化的原因包括时钟抖动，否则认为信噪比劣化的原因不包括时钟抖动。
在本实施例中，如果信噪比劣化的原因包括信道增益的变化，则在步骤1004中，可以上报信噪比劣化和/或信道增益和/或信道增益的劣化；如果信噪比劣化的原因包括离散多音符号同步误差，则在步骤1004中，可以上报信噪比劣化和/或同步误差；如果信噪比劣化的原因包括时钟抖动，则在步骤1004中，可以上报信噪比劣化和/或所述系统的时钟抖动；如果信噪比劣化的原因不包括信道增益的变化、离散多音符号同步误差、时钟抖动，则在步骤1004中，可以上报系统噪声和串扰。
图14是根据本实施例的在线故障检测方法的一个实施方式的整体流程图，在该实施方式中，以先监测信道增益，再检测DMT符号同步误差，再检测时钟抖动为例，但如前所述，本实施例并不限于上述监测内容以及顺序。
请参照图14，该方法包括：
步骤1401：从DMT接收机中读取监测到的每个子载波的SNR；
步骤1402：判断每个子载波的SNR是否位于预定范围内，如果判断为是，则执行步骤1403，否则回到步骤1401；
步骤1403：读取信道均衡器的系数并计算每个子载波的信道增益；
步骤1404：判断每个子载波的信道增益是否在预定范围内变化；如果判断为是，则执行步骤1405，否则认为SNR劣化是信道增益问题；
步骤1405：检测信道相位的线性变化，估计符号同步误差的数字采样个数；
步骤1406：判断同步误差的数字采用个数是否在预定范围内，如果判断为是，则执行步骤1407，否则认为SNR劣化是同步问题；
步骤1407：检查残留的时钟抖动；
步骤1408：判断残留的时钟抖动是否在预定范围内，如果判断为是，则认为SNR劣化是噪声和/或串扰问题，否则认为SNR劣化是时钟问题。
图14的实施方式只是举例说明，在具体实施过程中，可以根据实际情况增加其它系统损伤的监测，或者减少某个系统损伤的监测，并且各系统损伤的监测顺序也不限于图14的顺序。
通过本实施例的方法，可以在线地监测系统各种损伤的变化并对可能威胁到系统的正常工作的变化进行预警，使得针对性地预先调整成为可能。
实施例3
本发明实施例还提供了一种计算机系统，该计算机系统包括实施例1所述的在线故障检测装置300，由于在实施例1中，已经对该在线故障检测装置300做了详细说明，其内容被合并于此，在此不再赘述。
图15是本实施例的计算机系统的硬件构成示意图，如图15所示，该计算机系统1500可以包括：中央处理器(CPU)1501和存储器1502；存储器1502耦合到中央处理器1501。值得注意的是，该图是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现电信功能或其他功能。
在一个实施方式中，实施例1所述的在线故障检测装置300的功能可以被集成到中央处理器1501中，
在另一个实施方式中，实施例1所述的在线故障检测装置300可以与中央处理器1501分开配置，例如可以将该在线故障检测装置300配置为与中央处理器1501连接的芯片，通过中央处理器1501的控制来实现上述装置的功能。
如图15所示，该计算机系统1500还可以包括：通信模块1503、输入单元1504、音频处理单元1505、显示器1506、电源1507。值得注意的是，计算机系统1500也并不是必须要包括图15中所示的所有部件；此外，计算机系统1500还可以包括图15中没有示出的部件，可以参考现有技术。
如图15所示，中央处理器1501有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器1501接收输入并控制接收机1500的各个部件的操作。
其中，存储器1502，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存预定义或预配置的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器1501可执行该存储器1502存储的该程序，以实现信息存储或处理等。其他部件的功能与现有类似，此处不再赘述。计算机系统1500的各部件可以通过专用硬件、固件、软件或其结合来实现，而不偏离本发明的范围。
通过本发明实施例的计算机系统1500，可以在线地监测DMT光通信系统各种损伤的变化并对可能威胁到该DMT光通信系统的正常工作的变化进行预警，使得针对性地预先调整成为可能。
实施例4
本发明实施例还提供了一种DMT光通信系统，图2是该系统的构成示意图，如图2所示，该系统200包括：DMT发射机101、DAC 102、驱动放大器103、电光转换器104、光电转换器105、接收机放大器106、ADC 107、DMT接收机108、以及在线故障检测装置300。
在本实施例中，DMT发射机101、DAC 102、驱动放大器103、电光转换器104、光电转换器105、接收机放大器106、ADC 107、DMT接收机108的功能和组成可以参考现有技术，此处省略说明。
在本实施例中，在线故障检测装置300被配置为：
按照预定的监测时间间隔从所述系统的接收机中读取各个子载波的信噪比；
判断是否有第一预定数量的子载波的信噪比小于第一阈值；
在判断为是时，监测所述系统的损伤变化，根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因；
上报信噪比劣化和/或信噪比劣化原因。
在本实施例中，该在线故障检测装置300可以通过实施例1所述的在线故障检测装置300来实现，其内容被合并于此，在此不再赘述。
通过本发明实施例的该在线故障检测装置300，可以在线地监测DMT光通信系统200的各种损伤的变化并对可能威胁到该DMT光通信系统的正常工作的变化进行预警，使得针对性地预先调整成为可能。
本发明实施例还提供一种计算机可读程序，其中当在接收机中执行所述程序时，所述程序使得计算机在所述接收机中执行实施例2所述的方法。
本发明实施例还提供一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中所述计算机可读程序使得计算机在接收机中执行实施例2所述的方法。
本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。
以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。
关于包括以上实施例的实施方式，还公开下述的附记：
附记1、一种在线故障检测装置，其中，所述装置包括：
读取单元，其按照预定的监测时间间隔从多载波光通信系统的接收机中读取各个子载波的信噪比；
判断单元，其判断是否有第一预定数量的子载波的信噪比小于第一阈值；
检测单元，其在所述判断单元判断为是时，监测所述系统的损伤变化，根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因；
上报单元，其上报信噪比劣化和/或信噪比劣化原因。
附记2、根据附记1所述的装置，其中，所述检测单元用于在所述判断单元判断为是时，监测所述系统的信道增益，并根据监测结果确定信噪比劣化的原因是否包括信道增益的变化。
附记3、根据附记2所述的装置，其中，所述检测单元包括：
第一读取模块，其从所述接收机中读取信道均衡器的系数；
第一计算模块，其根据所述信道均衡器的系数计算各个子载波的信道增益；
第一判断模块，其判断在所述第一预定数量的子载波中，是否有第二预定数量的子载波的信道增益小于第二阈值；
第一确定模块，其在所述第一判断模块判断为是时，确定信噪比劣化的原因包括信道增益的变化。
附记4、根据附记1所述的装置，其中，所述检测单元用于监测所述系统的离散多音符号同步误差，并根据监测结果确定信噪比劣化的原因是否包括离散多音符号同步误差。
附记5、根据附记4所述的装置，其中，所述检测单元包括：
第二读取模块，其从所述接收机中读取信道均衡器的系数；
第二计算模块，其根据所述信道均衡器的系数计算各个子载波的均衡系数相位，根据所述子载波的均衡系数相位计算均衡系数相位的线性变化，并根据所述均衡系数的线性变化计算离散多音符号同步误差的数字采样个数；
第二判断模块，其判断所述离散多音符号同步误差的数字采样个数是否大于第三阈值；
第二确定模块，其在所述第二判断模块判断为是时，确定信噪比劣化的原因包括离散多音符号同步误差。
附记6、根据附记1所述的装置，其中，所述检测单元用于监测所述系统的时钟抖动，并根据监测结果确定信噪比劣化的原因是否包括时钟抖动。
附记7、根据附记6所述的装置，其中，所述检测单元包括：
第三读取模块，其从所述接收机中读取多个子载波的解调数据；
第三计算模块，其根据所述多个子载波的解调数据计算所述多个子载波上的相位噪声，根据所述多个子载波上的相位噪声计算所述多个子载波的时钟抖动；
第三确定模块，其根据所述多个子载波的时钟抖动确定所述系统的时钟抖动；
第三判断模块，其判断所述系统的时钟抖动是否大于第四阈值；
所述第三确定模块在所述第三判断模块判断为是时，确定信噪比劣化的原因包括时钟抖动。
附记8、根据附记7所述的装置，其中，所述第三确定模块具体用于：
对于每一个离散多音符号内的子载波，将所述离散多音符号内的子载波的时钟抖动进行平均，得到所述离散多音符号上的时钟抖动值；
对多个离散多音符号上的时钟抖动值取平均平方根值，得到所述系统的时钟抖动。
附记9、根据附记1所述的装置，其中，
所述上报单元在信噪比劣化的原因包括信道增益的变化时，上报信噪比劣化和/或信道增益和/或信道增益的劣化；
所述上报单元在信噪比劣化的原因包括离散多音符号同步误差时，上报信噪比劣化和/或同步误差；
所述上报单元在信噪比劣化的原因包括时钟抖动时，上报信噪比劣化和/或所述系统的时钟抖动；
所述上报单元在信噪比劣化的原因不包括信道增益的变化、离散多音符号同步误差、时钟抖动时，上报系统噪声和串扰。
附记10、一种多载波光通信系统，其中，所述多载波光通信系统包括在线故障检测装置，所述在线故障检测装置被配置为：
按照预定的监测时间间隔从所述系统的接收机中读取各个子载波的信噪比；
判断是否有第一预定数量的子载波的信噪比小于第一阈值；
在判断为是时，监测所述系统的损伤变化，根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因；
上报信噪比劣化和/或信噪比劣化原因。
附记11、一种在线故障检测方法，其中，所述方法包括：
按照预定的监测时间间隔从多载波光通信系统的接收机中读取各个子载波的信噪比；
判断是否有第一预定数量的子载波的信噪比小于第一阈值；
如果判断为是，则监测所述系统的损伤变化，根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因；
上报信噪比劣化和/或信噪比劣化原因。
附记12、根据权利要求11所述的方法，其中，监测所述系统的损伤变化包括监测所述系统的信道增益，则根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因，包括：
从所述接收机中读取信道均衡器的系数；
根据所述信道均衡器的系数计算各个子载波的信道增益；
判断在所述第一预定数量的子载波中，是否有第二预定数量的子载波的信道增益小于第二阈值；
如果判断为是，则确定信噪比劣化的原因包括信道增益的变化。
附记13、根据权利要求11所述的方法，其中，监测所述系统的损伤变化包括监测所述系统的离散多音符号同步误差，则根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因，包括：
从所述接收机中读取信道均衡器的系数；
根据所述信道均衡器的系数计算各个子载波的均衡系数相位；
根据所述子载波的均衡系数相位计算均衡系数相位的线性变化；
根据所述均衡系数的线性变化计算离散多音符号同步误差的数字采样个数；
如果所述离散多音符号同步误差的数字采样个数大于第三阈值，则确定信噪比劣化的原因包括离散多音符号同步误差。
附记14、根据权利要求11所述的方法，其中，监测所述系统的损伤变化包括监测所述系统的时钟抖动，则根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因，包括：
从所述接收机中读取多个子载波的解调数据；
根据所述多个子载波的解调数据计算所述多个子载波上的相位噪声；
根据所述多个子载波上的相位噪声计算所述多个子载波的时钟抖动；
根据所述多个子载波的时钟抖动确定所述系统的时钟抖动；
如果所述系统的时钟抖动大于第四阈值，则确定信噪比劣化的原因包括时钟抖动。
附记15、根据权利要求14所述的方法，其中，根据所述多个子载波的时钟抖动确定所述系统的时钟抖动，包括：
对于每一个离散多音符号内的子载波，将所述离散多音符号内的子载波的时钟抖动进行平均，得到所述离散多音符号上的时钟抖动值；
对多个离散多音符号上的时钟抖动值取平均平方根值，得到所述系统的时钟抖动。
附记16、根据权利要求11所述的方法，其中，
如果信噪比劣化的原因包括信道增益的变化，则所述上报信噪比劣化和/或信噪比劣化原因包括：上报信噪比劣化和/或信道增益和/或信道增益的劣化；
如果信噪比劣化的原因包括离散多音符号同步误差，则所述上报信噪比劣化和/或信噪比劣化原因包括：上报信噪比劣化和/或同步误差；
如果信噪比劣化的原因包括时钟抖动，则所述上报信噪比劣化和/或信噪比劣化原因包括：上报信噪比劣化和/或所述系统的时钟抖动；
如果信噪比劣化的原因不包括信道增益的变化、离散多音符号同步误差、时钟抖动，则所述上报信噪比劣化和/或信噪比劣化原因包括：上报系统噪声和串扰。

Claims (6)

1.一种在线故障检测装置，其中，所述装置包括：
读取单元，其按照预定的监测时间间隔从多载波光通信系统的接收机中读取各个子载波的信噪比；
判断单元，其判断是否有第一预定数量的子载波的信噪比小于第一阈值；
检测单元，其在所述判断单元判断为是时，监测所述系统的损伤变化，根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因；以及
上报单元，其上报信噪比劣化和/或信噪比劣化原因，
其中，所述检测单元用于执行如下步骤中的至少一个步骤：
在所述判断单元判断为是时，监测所述系统的信道增益，并根据监测结果确定信噪比劣化的原因是否包括信道增益的变化；
在所述判断单元判断为是时，监测所述系统的离散多音符号同步误差，并根据监测结果确定信噪比劣化的原因是否包括离散多音符号同步误差；以及
在所述判断单元判断为是时，监测所述系统的时钟抖动，并根据监测结果确定信噪比劣化的原因是否包括时钟抖动，
其中，所述检测单元包括：
第一读取模块，其从所述接收机中读取信道均衡器的系数；
第一计算模块，其根据所述信道均衡器的系数计算各个子载波的信道增益；
第一判断模块，其判断在所述第一预定数量的子载波中，是否有第二预定数量的子载波的信道增益小于第二阈值；以及
第一确定模块，其在所述第一判断模块判断为是时，确定信噪比劣化的原因包括信道增益的变化。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述检测单元还包括：
第二读取模块，其从所述接收机中读取信道均衡器的系数；
第二计算模块，其根据所述信道均衡器的系数计算各个子载波的均衡系数相位，根据所述子载波的均衡系数相位计算均衡系数相位的线性变化，并根据所述均衡系数的线性变化计算离散多音符号同步误差的数字采样个数；
第二判断模块，其判断所述离散多音符号同步误差的数字采样个数是否大于第三阈值；以及
第二确定模块，其在所述第二判断模块判断为是时，确定信噪比劣化的原因包括离散多音符号同步误差。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述检测单元还包括：
第三读取模块，其从所述接收机中读取多个子载波的解调数据；
第三计算模块，其根据所述多个子载波的解调数据计算所述多个子载波上的相位噪声，根据所述多个子载波上的相位噪声计算所述多个子载波的时钟抖动；
第三确定模块，其根据所述多个子载波的时钟抖动确定所述系统的时钟抖动；以及
第三判断模块，其判断所述系统的时钟抖动是否大于第四阈值；
所述第三确定模块在所述第三判断模块判断为是时，确定信噪比劣化的原因包括时钟抖动。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第三确定模块用于：
对于每一个离散多音符号内的子载波，将所述离散多音符号内的子载波的时钟抖动进行平均，得到所述离散多音符号上的时钟抖动值；
对多个离散多音符号上的时钟抖动值取平均平方根值，得到所述系统的时钟抖动。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述上报单元在信噪比劣化的原因包括信道增益的变化时，上报信噪比劣化和/或信道增益和/或信道增益的劣化；
所述上报单元在信噪比劣化的原因包括离散多音符号同步误差时，上报信噪比劣化和/或同步误差；
所述上报单元在信噪比劣化的原因包括时钟抖动时，上报信噪比劣化和/或所述系统的时钟抖动；
所述上报单元在信噪比劣化的原因不包括信道增益的变化、离散多音符号同步误差、时钟抖动时，上报系统噪声和串扰。
6.一种多载波光通信系统，其中，所述多载波光通信系统包括在线故障检测装置，所述在线故障检测装置被配置为：
按照预定的监测时间间隔从所述系统的接收机中读取各个子载波的信噪比；
判断是否有第一预定数量的子载波的信噪比小于第一阈值；
在判断为是时，监测所述系统的损伤变化，根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因；以及
上报信噪比劣化和/或信噪比劣化原因，
其中，监测所述系统的损伤变化，根据所述系统的损伤变化确定信噪比劣化的原因，包括如下步骤中的至少一个步骤：
监测所述系统的信道增益，并根据监测结果确定信噪比劣化的原因是否包括信道增益的变化；
监测所述系统的离散多音符号同步误差，并根据监测结果确定信噪比劣化的原因是否包括离散多音符号同步误差；以及
监测所述系统的时钟抖动，并根据监测结果确定信噪比劣化的原因是否包括时钟抖动；
其中，监测所述系统的信道增益，并根据监测结果确定信噪比劣化的原因是否包括信道增益的变化，包括：
从所述接收机中读取信道均衡器的系数；
根据所述信道均衡器的系数计算各个子载波的信道增益；
判断在所述第一预定数量的子载波中，是否有第二预定数量的子载波的信道增益小于第二阈值；以及
在判断为，在所述第一预定数量的子载波中，有第二预定数量的子载波的信道增益小于第二阈值时，确定信噪比劣化的原因包括信道增益的变化。
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