CN112910566A - 基于cwdm光时域反射仪高效测量的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理方法和系统，所述处理方法包括步骤：S101，同时产生两个以上的待测的脉冲光信号；S102，将所述两个以上的待测的脉冲光信号合波在一起，并输入待测光纤的一端；S103，对来自待测光纤的后向散射光信号和反射的光信号进行分波处理；以及S104，同时并行处理分波之后的各光信号。本发明通过并行阵列，同时测量多个瑞利散射及反射波，提高了单位时间的测量效率，从而节省了总体的测量时间；或者，在总体时间保持不变的情况下，获得更好的OTDR测量性能。

Description

基于CWDM光时域反射仪高效测量的方法及系统
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种基于CWDM光时域反射仪(以下简称CWDM OTDR)高效测量的处理方法及系统。
背景技术
CWDM OTDR是CWDM光纤网络及传统光纤网络施工、验收、日常维护过程中不可或缺的设备。
CWDM OTDR使用了OTDR的相关原理，也用到了CWDM的相关原理。在OTDR方面，其全面应用了有关光纤传输特性中著名的瑞利后向散射原理及菲涅耳反射原理，具体如下：
由于光纤特性本身缺陷和掺杂组成的非均匀性，使得光纤中传播的激光发生后向散射，即一部分难以探测处理的非常微弱的光信号,强度大约为入射光的-60dB以下，沿相反的方向被散射回来，称为瑞利后向散射，正是这部分后向散射的难以探测处理的非常微弱的光信号，为我们提供了与长度有关的衰减细节。
设注入光功率为P0，则沿光纤传输到z处的后向散射光再传回到始端的光功率为瑞利后向散射原理公式(1)
Figure BDA0002934511840000011
其中，γf(z)、γb(z)分别为z处正向、后向传输时的衰减系数，η(z)为光纤在z处的后向散射系数，与瑞利散射系数及光纤的结构参数有关。如果能测得z1,z2两处散射回来的光功率，即可求得z1,z2间前后向传输的平均衰减系数α(式(2))
Figure BDA0002934511840000021
若光纤结构参数沿轴向均匀(即η(z1)＝η(z2))时，则z1和z2点间的衰减系数可表述为式(3)
Figure BDA0002934511840000022
与距离有关的信息是通过时间信息而得到的，将产品测量发出高速精密激光脉冲与接收到的非常微弱后向散射光的时间差，利用折射率n值将这一时域信息转换成距离(式(4))
Figure BDA0002934511840000023
其中c为光在真空中的速度(3×108m/s)。
CWDM是一种面向城域网接入层的低成本WDM传输技术。从原理上讲，CWDM就是利用光复用器将不同波长的光信号复用至单根光纤进行传输，在链路的接收端，借助光解复用器将光纤中的混合信号分解为不同波长的信号，连接到相应的接收设备。
CWDM技术目前定义有三个可用光波段(Band)，各段波长分别是：
O Band：1270、1290、1310、1330和1350
E Band：1370,1390,1410,1430，1450
S+C+L Band:1470,1490,1510,1530,1550,1570,1590,1610(单位：nm)，因此一个光纤链路最大可容纳18个波长。
在CWDM的建设期、验收期和维护期，需要对这18个波长的全部或者部分波长测量其物理链路的技术指标。在实际实现的光路和电路中，以往的CWDM OTDR都是逐个测量每个工作波长，而且第二次发一次光脉冲时必须等第一个光脉冲跑出待测光纤并处理完之后。这些因素都会直接影响每次测量采样所用的时间，从而影响整个的测量效率。
因此，需要新的技术和方法，以至少部分解决现有技术中存在的问题。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述问题，本发明旨在提供一种技术方法，通过并行阵列，能够同时测量多个瑞利散射及反射波，提高了单位时间的测量效率，从而节省了总体的测量时间。或者，在总体时间保持不变的情况下，获得更好的OTDR测量性能。
根据本发明的一方面，提供一种基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理方法，包括步骤：
S101，同时产生两个以上的待测的脉冲光信号；
S102，将所述两个以上的待测的脉冲光信号合波在一起，并输入待测光纤的一端；
S103，对来自待测光纤的后向散射光信号和反射的光信号进行分波处理；以及
S104，同时并行处理分波之后的各光信号。
根据本发明的实施方案，所述基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理方法还包括步骤S105，在显示终端上，交替或者同时显示所述两个以上的待测的脉冲光信号测量结果，并保存最终的测量结果。
根据本发明的实施方案，所述基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理方法还包括步骤S106，重新发射不同波长的待测的脉冲光信号，重复上述步骤S101-105，直至所有波长信号测量完成。
根据本发明的实施方案，步骤S102中，通过光开关或者双向耦合器进行合波。
根据本发明的实施方案，步骤S103中，通过分波器或者可调谐滤波器进行分波。
根据本发明的实施方案，步骤S104中，所述并行处理包括光电转换、信号放大、数模转换、实时的累加和存储。
根据本发明的另一方面，提供一种基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理系统，包括：
合并模块201，用于多个待测的脉冲光信号的合并；
分离模块202，用于不同波长的后向散射光信号和反射的光信号分离开；
并行阵列模块203，用于并行处理多路分离开的光信号；以及
后处理及人机交互模块204，用于交替或者并行处理并行阵列模块203所得的数据，并将结果显示在终端上。
根据本发明的实施方案，所述并行阵列模块203包括多个并行阵列子模块(203-1,203-2)，各子模块包括光电转换模块，信号放大模块，数模转换模块，高速实时累加处理及存储模块。
根据本发明的实施方案，所述多路分离开的光信号为两路光信号，所述多个并行阵列子模块包括第一并行阵列模块203-1，用于处理第一路光信号，以及第二并行阵列模块203-2，用于处理第二路光信号。
本发明的方法和系统通过并行的阵列式测量技术实现从发射测量光脉冲到分离信号及采样处理，从而提升测量效率，减少总体的扫描测量时间。相比于现有技术，该技术装置解决了以往的测试存在的如下问题，实现了有益的技术效果:
1.原有的CWDM OTDR在扫描测量采样过程中，逐一发射每个测量波长的激光脉冲，然后把后向光信号转换成电信号，然后进行采样处理，最后显示并保存结果。本发明装置实现两个乃至多个波长的激光脉冲共同发射，并行处理，交替或者同时显示。
2.采样过程中，高速主处理器的处理数据时间少，闲置时间长。本测量方法和装置通过前端的并行处理，然后增加后端主处理的运算时间，提升了设备的整体效率，能够至少减少了一半的总体测试时间。
3.对于有些特殊事件的判断，原有的OTDR需要两个或者多个波长逐一测试完后，进行比对才能完成事件判定。本装置可以同时测试两个乃至多个波长，一次测量即可对一些特殊事件给出判断结果，从而提升了效率，减少了等待时间。
附图说明：
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：
附图1为根据本发明一个实施例的基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理方法的流程示意图；
附图2为根据本发明一个实施例的基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理系统的结构框图；
附图3为根据本发明一个实施例的包括基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理系统的架构流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，但并不用来限制本发明的保护范围。
附图1为根据本发明一个实施例的基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理方法的流程示意图；附图3为根据本发明一个实施例的包括基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理系统的架构流程图。
下面参考附图1和3，根据本发明的基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理方法，电脉冲发生器可以同时发送设定宽度的电脉冲到脉冲激光器1和其他的脉冲激光器2～N，图中示出了两路激光，也可以根据需要发射更多的激光。
各脉冲激光器同时各自产生待测波长的激光脉冲，进入合波器例如双向耦合器，然后通过受控的光开关或者双向耦合器将两个波长的信号合成一路，进入待测光纤。多波长光波同时合并到一根光纤中传输，在光通信系统中是成熟的技术，但没有在以往的OTDR及CWDM OTDR测量技术中使用过，主要原因是以往的OTDR在后端的处理上没有想到和找到好的处理办法。而本发明创造性地利用光波合并模块将同时不断发射的不同波长的测量光脉冲合波到同一根待测光纤中，用于测量后向散射信号和反射信号而非用于通信，并且进一步采取了下文中所述的后处理操作，由此成功地解决了现有技术中存在的问题。
待测光纤中的瑞利后向散射光信号及反射光信号也会回到合波器中，并按照设定的光路方向进入分波器或者可调谐滤波器，进行分波，分波后的两个波长(波长1和波长2)的光信号分别进入各自的处理模块，同时并行处理。也即，波长1和波长2的光信号各自进入相应的光电转换器，此时，进入光电转换器的光信号已经是单一波长的光信号。
光电转换器分别将各自波长的光信号转换成电信号，分别进入各自模块的信号放大器以及模数转换器中，分别将电信号放大后进行数模转换，也即，进行采样处理，将模拟的电信号转换成数字信号；之后分别进入实时数据处理器中。
实时数据处理器实现对数字数据的实时处理，分别对数字量进行累加处理、转换和存储，累计到设定的次数后，分时传送给运算处理器。
运算处理器可以是高性能的处理器系统，对测量数据应用多种算法进行后期处理和转换，然后将处理结果送入显示及存储器中进行显示，并对最终结果进行保存。
上述过程中，多个脉冲激光器之所以能够同时工作，是因为分波器或者可调谐滤波器进行后向光信号的分离，而且后续设置有各自的处理模块，分别进行处理。
附图2为根据本发明一个实施例的基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理系统的结构框图，参考图2，本发明的基于CWDM波段的光时域反射仪高效处理系统可以包括合并模块201，分离模块202，并行阵列模块203以及后处理及人机交互模块204。
合并模块201用于测量光波脉冲信号(非通信光信号)的合并，分离模块202用于不同波长的后向散射光信号和反射的光信号分离开；其中，合并是指将两个乃至多个波长的信号合波到一路光纤中，分离是指将混合在一起的不同波长的光信号分离开，分别进入指定的光纤。
并行阵列模块203用于并行处理多路分离开的光信号。所述并行阵列模块203可以包括多个并行阵列子模块(203-1,203-2)，各子模块可以包括光电转换模块，信号放大模块，数模转换模块，高速实时累加处理及存储模块等。图中示出了所述并行阵列模块203包括第一并行阵列子模块203-1，用于处理第一路光信号，以及第二并行阵列模块203-2，用于处理第二路光信号。应该理解的是，可以包括更多个子模块。
后处理及人机交互模块204用于交替处理第一并行阵列模块和第二并行阵列模块的数据，可以使用多种算法对数据进行整合、分析、提取等，并将结果交替显示在终端上。同时，按照标准格式存储最终的测量结果。
在已有的CWDM OTDR系统中，假设我们需要测试的波长数目为N个，每个波长测量时长为T(秒)，由于各波长测量和处理的单元为串行工作模式，因此则扫描测量全部波长的总时间为：大于等于N*T(秒)。
按本发明上述系统的架构和流程，在上述的单波长测试时间T(秒)内，可以同时完成两个波长的测量。在T保持不变的情况下，本装置扫描测量全部波长的总时间为：(N*T)/2(秒),即总测量时间可节省一半。
若按本发明的思路设计更多的并行阵列来处理，就可以提升多个波长扫描测量的速度，可以减少更多的测量时间，从而获得更高的效率，或者更好的OTDR测量性能。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时本领域的一般技术人员，根据本发明的实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理方法，其特征在于，包括步骤：
S101，同时产生两个以上的待测的脉冲光信号；
S102，将所述两个以上的待测的脉冲光信号合波在一起，并输入待测光纤的一端；
S103，对来自待测光纤的后向散射光信号和反射的光信号进行分波处理；以及
S104，同时并行处理分波之后的各光信号。
2.根据权利要求1所述的基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理方法，其特征在于，还包括步骤S105，在显示终端上，交替或者同时显示所述两个以上的待测的脉冲光信号测量结果，并保存最终的测量结果。
3.根据权利要求2所述的基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理方法，其特征在于，还包括步骤S106，重新发射不同波长的待测的脉冲光信号，重复上述步骤S101-105，直至所有波长信号测量完成。
4.根据权利要求1所述的基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理方法，其特征在于，步骤S102中，通过光开关或者双向耦合器进行两个及以上测量脉冲光的合波。
5.根据权利要求1所述的基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理方法，其特征在于，步骤S103中，通过分波器或者可调谐滤波器进行分波。
6.根据权利要求1所述的基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理方法，其特征在于，步骤S104中，所述并行处理包括光电转换、信号放大、数模转换、实时的累加和存储。
7.一种基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理系统，其特征在于，包括：
合并模块201，用于多个待测的脉冲光信号的合并；
分离模块202，用于不同波长的后向散射光信号和反射的光信号分离开；
并行阵列模块203，用于并行处理多路分离开的光信号；以及
后处理及人机交互模块204，用于交替或者并行处理并行阵列模块203所得的数据，并将结果显示在终端上。
8.根据权利要求7所述的基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理系统，其特征在于，所述并行阵列模块203包括多个并行阵列子模块(203-1,203-2)，各子模块包括光电转换模块，信号放大模块，数模转换模块，高速实时累加处理及存储模块。
9.根据权利要求8所述的基于CWDM光时域反射仪高效测量的处理系统，其特征在于，所述多路分离开的光信号为两路光信号，所述多个并行阵列子模块包括第一并行阵列模块203-1，用于处理第一路光信号，以及第二并行阵列模块203-2，用于处理第二路光信号。
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