CN116131931B - 基于阵列光纤光栅编码的pon网络链路监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于阵列光纤光栅编码的PON网络链路监测装置及方法，涉及通信技术领域。装置包括：OTDR、耦合器、光分路器、阵列光纤光栅编码器；位于用户端的阵列光纤光栅通过时分数字编码为各分支光纤链路赋予身份码；OTDR通过耦合器与OLT相连，将测试光耦合到主干光纤上；测试光信号经光分路器连接ONU，经阵列光纤光栅时分编码器反射后，可由OTDR获得光分配网络于不同分支不同距离阵列光纤光栅编码器的光时域反射特性，从而实现对不同编码的各分支光纤链路运行状态的有效监测。本发明能实现对无源光网络各分支光纤链路进行身份识别，并对故障进行定位诊断，且阵列光栅通过时分数字链路编码，系统容量随阵列光栅编码数量增加呈指数型增长。

Description

基于阵列光纤光栅编码的PON网络链路监测装置及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种基于阵列光纤光栅编码的PON网络链路监测装置及方法。

背景技术

无源光网络(PON)多采用点对多点拓扑结构(P2MP)，允许多个光网络单元(ONU)访问光线路终端(OLT)上的同一个PON端口，同时将OLT和ONU连接到光分配网络(ODN)，不使用有源设备以便于部署和维护。PON凭借其独特的组网方式和带宽优势，已成为当下最主流的宽带接入方式。由于PON网络具有容量较大的特点，其分支光纤链路数目较多，覆盖范围较大。为保障网络通信，降低网络维护成本，研究如何对PON链路进行远端监测具有十分重要的意义。

光时域反射仪(OTDR)，利用光信号在光纤中产生的瑞利散射和菲涅尔散射，可对光纤链路工作状态进行监测，被广泛应用于光缆施工和光缆维护中。传统基于非OTDR技术可以有效解决大分光比P2MP网络监测的问题，但大多不能对具体链路上的故障点进行精确定位。而基于OTDR的链路监测技术保留OTDR在P2P检测中固有的一些优点，如可对整个光纤链路的劣化性能和损伤事件进行测量且故障定位的准确度极高，但将其应用在P2MP拓扑结构中时，在主干链路上由OTDR所测得信号轨迹为各分支光纤链路信号叠加所得，因此很难获得分支光纤链路测试特性，无法判断故障发生于哪一分支光纤链路。为了解决这一问题，急需研究一种新方案用于无源光纤通信链路监测。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种基于阵列光纤光栅编码的PON网络链路监测装置及方法，通过OTDR测试，能对PON网络光纤链路故障进行识别和定位，从而实现故障的快速修复，提高运行维护和抢修故障的效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于阵列光纤光栅编码的PON网络链路监测装置，包括OTDR、耦合器、光分路器、n个阵列光纤光栅编码器；其中n是大于等于1的整数；

所述OTDR通过耦合器与OLT相连，将测试光信号耦合到主干光纤上，主干光纤经由耦合器连接光分路器，将来自主干光纤的光信号分配至n条分支光纤链路，并可通过调整分光比例，满足各种系统容量要求，进而由n条分支光纤链路连接至n个ONU；

所述n个阵列光纤光栅编码器分别设置在n个ONU中，通过随光纤的空间延伸刻制多个光纤光栅，使其符合特定位置排布实现时分数字编码，为各分支光纤链路赋予身份码；测试光信号由阵列光纤光栅编码器反射，通过将接收到的光反射信号的光时域反射波形与所述身份码进行对比，定位分支光纤链路，从而判断该分支光纤链路工作特性，实现对PON网络光纤链路的识别与故障定位。

优选地，所述阵列光纤光栅编码器，通过沿着光纤按照特定的间距纵向刻写多个光纤光栅形成阵列光纤光栅编码器。沿着光纤纵向首尾各刻写一个光纤光栅用于分辨与定位，首尾光纤光栅之间按固定的间距设置编码点，在编码点处刻写光纤光栅的位置可为“1”，否则为“0”，通过多个光栅的集成构建数字阵列编码器。例如1：32路光分配网络，用“1”表示该处已刻制光栅，用“0”表示该处未刻制光栅。此外在编码器的开头和结尾分别刻制一个光栅用于分辨与定位，每个编码器使用一个5位数字代码，因此产生的编码序列(1000001、1000011、1000101···)被用来编码32个ONU。理论上，每个阵列光栅编码器的编码点数A与最大可支持监测的ONU用户端数量B成指数对应关系，具体为B＝2^A，理论上可对任意数量的ONU进行编码以实现链路监测。由于到达每个ONU的光纤长度不同，且差异明显大于编码器的长度，因此可以在时域上区分每个用户，对OTDR信号迹线的分析处理进行解码，不仅可以通过时分复用(TDM)和空分复用(SDM)实现对各分支光纤链路的监测，而且能简化解码系统设计。

优选地，阵列光栅的编码间距可以任意设置，只要满足所设置的相邻点空间间距大于OTDR最小空间分辨率即可。

优选地，每个阵列光栅编码器的编码点数A与最大可支持监测的ONU用户端数量B成指数对应关系，具体为B＝2^A。

优选地，阵列光纤光栅编码器刻写的光纤光栅可以为全同波长光栅，也可以为不同波长的光栅，只要其反射带宽在OTDR测试光波长范围内即可。

优选地，所述OTDR发射的测试光信号可为C波段、也可为U波段，需与阵列光纤光栅工作波长匹配。同时要求其有高动态范围和高采样分辨率，以满足系统大容量监测需求。例如：若动态范围达42dB，则可满足通穿1：128分光器要求；最小1m空间分辨率，可对阵列光栅间隔距离进行限制。

优选地，阵列光纤光栅编码器为弱反射光栅，当OTDR测试光信号经过弱阵列光栅反射后，可得到对应光纤链路基于空间分布的特定编码的光时域反射波形。

本发明还提供了一种基于阵列光纤光栅编码的PON网络链路监测方法，包括以下步骤：

S1.光线路终端产生的数据信号与光时域反射仪产生的测试光信号通过耦合器连接至主干光纤，并经由光分路器传输至各分支光纤链路，连接至光纤网络单元；

S2.经阵列光纤光栅编码器反射的测试光信号经光分路器叠加后由光时域反射仪显示所测信号轨迹，反映该光分配网络不同分支不同距离阵列光纤光栅编码器的光时域反射特性；

S3.通过辨析波形对应的编码序列对各分支光纤链路进行身份辨识；当支路中出现故障时，该支路对应的特定波形信号整体发生变化，且通过故障点末端的菲涅尔反射波形实现对故障的定位。

本发明提供的基于阵列光纤光栅编码的PON网络监测方案，实现对光分配网络中光纤链路的识别与故障定位。OTDR产生的测试光信号通过光分路器传播至各分支光纤链路，位于ONU中的阵列光纤光栅编码器将测试光信号反射，各分支光纤链路反射光信号轨迹叠加后由OTDR显示信号轨迹，可反映该光分配网络不同分支不同距离阵列光纤光栅编码器的光时域反射特性，通过将接收到的反射光信号的光时域反射波形与特定支路阵列光栅编码序列进行对比，从而判断该分支光纤链路工作特性，实现对光分配网络中光纤链路的识别与故障定位。无源光网络各分支光纤链路通过光分路器连接至主干光纤，其网络容量可通过增大光分路器分路比实现扩增，阵列中光栅通过沿光纤的空间排布位置实现时分数字编码，系统容量可随阵列光栅中光栅数目增加呈指数型增长。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下

有益效果：

1、本发明所提出的一种基于阵列光纤光栅编码的PON网络监测装置的编码器为阵列光纤光栅，阵列中光栅通过随光纤的空间延伸刻制光栅使其符合特定位置排布实现时分数字编码，链路编码容量可随光栅阵列中光栅数目增加呈指数型增长。该系统具有低成本、低复杂度、大容量的特点。

2、本发明所提出的一种基于阵列光纤光栅编码的PON网络链路监测方法基于OTDR迹线进行链路识别，可在时域上区分各分支光纤链路。对OTDR信号迹线的分析处理进行解码，不仅可以通过时分复用(TDM)和空分复用(SDM)实现对各分支光纤链路的监测，而且能简化解码系统设计。

3、本发明所提出的一种基于阵列光纤光栅编码的PON网络链路监测方法其发射的测试光信号可为C波段、也可为U波段，通过波分复用设备和业务光信号一起在主干光纤上传输。由于阵列光纤光栅编码器反射光信号强度较弱，带来的损耗不到千分之一，因此基本不影响通信业务，同时还解决了从局端(OLT)到用户端(ONU)之间的链路故障定位问题。

4、本发明所提出的一种基于阵列光纤光栅编码的PON网络链路监测装置的主体是单模光纤，在经过光分路器分配支路后，光缆可如同电缆“走线”的方式进行光纤到户安装固定，装置简单，易于施工。

附图说明

图1是本发明所提供的一种基于阵列光纤光栅编码的PON网络链路监测装置的结构示意图；

图2为本发明所提供的容量为32路用户测试装置实施例示意图；

图3为本发明OTDR测试单元获得32路阵列光纤光栅编码器信息一个实施例示意图；

图4为本发明OTDR测试单元获得阵列光纤光栅编码器信息一个实施例中某5路迹线轨迹图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，尽管本文中以特定顺序描述了本发明中有关方法的步骤，但是这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，本文中所描述的步骤可以改变执行顺序。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

图1所示为本发明所提供的一种基于阵列光纤光栅编码的PON网络链路监测装置的结构示意图，包括OTDR、耦合器、光分路器、n个阵列光纤光栅编码器；其中n是大于等于1的整数。OLT通过耦合器与OTDR耦接至主干光纤，经光分路器与n个光网络单元，如ONU₁···ONU_j···ONU_n耦接。所述光网络可以是空分复用无源光网络，也可以是时分复用无源光网络。

根据本发明的一个实施例，局端包括一个测试装置OTDR，它可以生成稳定的测试光信号导入主干光纤；光分路器将来自主干光纤的光信号分至若干个支路，于ONU中设置阵列光纤光栅编码器将测试光信号反射。

OTDR获得光分配网络不同分支不同距离阵列光纤光栅编码器的光时域反射特性，通过辨析信号波形与特定的编码序列对比，可实现各链路的身份辨识，同时通过编码序列的有无判断该支路工作状态。

图2为本发明所提供的容量为32路用户测试装置实施例，其包括：OLT，高分辨率OTDR，耦合器，1X32路光分路器，32路阵列光纤光栅编码器。

本发明的实施例中，PON链路监测过程主要包括以下步骤：

S1.OLT产生的数据信号与OTDR产生的测试信号通过耦合器连接至主干光纤，并经由光分路器传输至各分支光纤链路。

S2.阵列光纤光栅编码器设置在ONU中，将测试信号反射。反射光信号经光分路器叠加后由高精度OTDR显示，所测信号轨迹，可反映该光分配网络不同分支不同距离阵列光纤光栅编码器的光时域反射特性。

S3.通过辨析信号波形与特定的编码序列对比，可实现各链路的身份辨识。当支路中出现故障时，该支路对应的编码序列整体发生变化，且通过故障点末端的菲涅尔反射波形实现对故障的定位。

图3所示为本发明OTDR测试单元获得32路阵列光纤光栅编码器信息一个实施例示意图。本实施例通过相位掩模法刻制容量为32的阵列光纤光栅编码器，每一个编码器中光栅数目为7，其中编码器的开头和结尾分别有一个光栅用于分辨与定位。用“1”表示该处已刻制光栅，用“0”表示该处未刻制光栅。此外，每个编码器使用一个5位数字编码，因此产生的编码序列(1000001、1000011、1000101···1111101、1111111)被用来编码32个ONU。编码器刻制完毕后用OTDR测试得到迹线轨迹图；

图4为本发明OTDR测试单元获得阵列光纤光栅编码器信息一个实施例中某5路迹线轨迹图。将图3中32路编码器迹线轨迹图放大，可清晰识别各链路特定编码。

基于本发明提供的一种基于阵列光纤光栅编码的PON网络链路监测方法，实现对光分配网络中光纤链路的识别与故障定位。OTDR产生的测试光信号通过光分路器连接至各分支光纤链路，位于ONU中的阵列光纤光栅编码器将测试光信号反射，各分支光纤链路反射光信号轨迹叠加后由OTDR显示信号轨迹，可反映该光分配网络不同分支不同距离阵列光纤光栅编码器的光时域反射特性，通过将接收到的反射光信号的光时域反射波形与特定支路阵列光栅编码序列进行对比，从而判断该分支光纤链路工作特性，实现对光分配网络中光纤链路的识别与故障定位。无源光网络各分支光纤链路通过光分路器连接至主干光纤，其网络容量可通过增大光分路器分路比实现扩增，阵列中光栅通过沿光纤的空间排布位置实现时分数字编码，系统容量可随阵列光栅中光栅数目增加呈指数型增长。

本发明的实施例中，一种基于阵列光纤光栅编码的无源光纤通信链路监测方法系统主体是单模光纤，在经过光分路器分配支路后，光缆可如同电缆“走线”的方式进行光纤到户安装固定，装置简单，易于施工。

进一步地，通过沿着光纤按照特定的空间间距刻写或者不刻写光纤光栅来实现数字编码，且系统容量可随阵列光栅中光栅数目增加呈指数型增长。系统具有低成本、低复杂度、大容量、高动态范围的特点。

进一步地，基于OTDR迹线进行链路识别，可在时域上区分各分支光纤链路。对OTDR信号迹线的分析处理进行解码，不仅可以通过时分复用(TDM)和空分复用(SDM)实现对各分支光纤链路的监测，而且能简化解码系统设计。

更进一步的说明，本发明测试光信号可为C波段、也可为U波段，通过波分复用设备和业务光信号一起在主干光纤上传输。由于阵列光纤光栅编码器反射光信号强度较弱，带来的损耗不到千分之一，因此基本不影响通信业务，同时还解决了从局端(OLT)到用户端(ONU)之间的链路故障定位问题。

更进一步的说明，本方案在解码设备之外是一套无源设备，无需供电，不依赖外界设备辅助，一致性和稳定性好。

更进一步的说明，本方案通过在中心局内进行OTDR测试，实现了对PON网络主干光纤以及分支光纤链路特性的远程有效监测，识别和定位可能存在的链路故障。从而保证了故障的快速修复，提高运行维护和抢修故障的效率，大大降低了直接经济损失和间接经济损失。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明以全部通过硬件来实施，同时也可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现对OTDR信号的自动化辨识，这也是该方案的进一步改进方向。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围，且均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于阵列光纤光栅编码的PON网络链路监测装置，其特征在于，包括光时域反射仪、耦合器、光分路器、n个阵列光纤光栅编码器；其中n是大于等于1的整数；

所述光时域反射仪通过耦合器与光线路终端相连，将测试光信号耦合到主干光纤上，主干光纤经由耦合器连接光分路器，进而由n条分支光纤链路连接至n个光纤网络单元；

所述n个阵列光纤光栅编码器分别设置在n个光纤网络单元中，通过随光纤的空间延伸刻制光栅使其符合特定位置排布实现时分数字编码，为各分支光纤链路赋予身份码；测试光信号由阵列光纤光栅编码器反射，通过将接收到的光反射信号的光时域反射波形与所述身份码进行对比，定位分支光纤链路，从而判断该分支光纤链路工作特性，实现对PON网络光纤链路的识别与故障定位。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阵列光纤光栅编码器，通过沿着光纤按照预设的间距纵向刻写多个光纤光栅形成阵列光纤光栅编码器；沿光纤纵向首尾各刻写一个光纤光栅作为标识，首尾光纤光栅之间按固定的间距设置编码点，在编码点处刻写光纤光栅的位置为“1”，否则为“0”，通过多个光纤光栅的集成构建阵列数字编码器。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述设置的固定的间距大于OTDR最小空间分辨率。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，每个阵列光栅编码器的编码点数A与最大可支持监测的光纤网络单元用户端数量B成指数对应关系，具体为B=2^A。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光纤光栅为全同波长光栅或者不同波长的光栅，反射带宽在光时域反射仪测试光波长范围内。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光时域反射仪发射的测试光信号为C波段或者U波段，与阵列光纤光栅工作波长匹配。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述光纤光栅为弱反射光栅。

8.一种基于权利要求1所述的基于阵列光纤光栅编码的PON网络链路监测装置的PON网络链路监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.光线路终端产生的数据信号与光时域反射仪产生的测试光信号通过耦合器连接至主干光纤，并经由光分路器传输至各分支光纤链路，连接至光纤网络单元；

S2.经阵列光纤光栅编码器反射的测试光信号经光分路器叠加后由光时域反射仪显示所测信号轨迹，反映光分配网络不同分支不同距离阵列光纤光栅编码器的光时域反射特性；

S3.通过辨析波形对应的编码序列对各分支光纤链路进行身份辨识；当支路中出现故障时，该支路对应的特定波形信号整体发生变化，且通过故障点末端的菲涅尔反射波形实现对故障的定位。