CN117834004A - 一种基于直接扩频序列的光纤线路监测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于直接扩频序列的光纤线路监测方法及装置，涉及光传感领域，监测方法包括：将直接扩频序列调制到光信号上进行传输；根据光分配网反射回光线路终端侧的反射光信号，得到反射光信号的序列，将所述反射光信号的序列与所述直接扩频序列进行相关运算，得到相关峰的时延和峰值；根据不同相关峰的时延区分光纤线路中反射点的位置，根据同一反射点的相关峰的峰值与初始峰值的大小比对，监测该反射点光强度的变化。本申请采用成熟的光通信器件，不需要OTDR中的脉冲光源和高灵敏度探测器，降低了监测成本。并且由于返回信号的时间分辨率取决于光信号的传输速率，对反射点位置定位精度更高。
Description
技术领域
本申请涉及光传感领域，具体涉及一种基于直接扩频序列的光纤线路监测方法及装置。
背景技术
接入网的用户环境复杂多变，统计表明光接入网有超过70％的线路故障发生在配线和入户光纤段，必须由技术人员来实现故障识别、定位和修复，耗费的时间、人力往往超出预期，而且业务中断和维修时间过长会导致客户的满意度下降。因此需要能在中央机房(Central Office,CO)端对无源的光分配网(Optical Distribution Network，ODN)的光路进行监控，准确了解各支路光纤的通断和使用情况，从而方便部署、管控和维护，有效定位故障和修复。
光时域反射仪(Optical Time-Domain Reflectometer，OTDR)接入无源光网络(Passive Optical Network，PON)，可以实现对PON线路的光强度变化进行监测。但是OTDR成本较高，OTDR高强度的脉冲也限制了光信号的高速传输，导致监测过程中返回信号的时间分辨率较低。
发明内容
本申请提供一种基于直接扩频序列的光纤线路监测方法及装置，可以解决现有技术中存在的成本较高、以及分辨率较低的问题。
第一方面，本申请实施例提供一种基于直接扩频序列的光纤线路监测方法，所述监测方法包括：
将直接扩频序列调制到光信号上进行传输；
根据光分配网反射回光线路终端侧的反射光信号，得到反射光信号的序列，将所述反射光信号的序列与所述直接扩频序列进行相关运算，得到相关峰的时延和峰值；
根据不同相关峰的时延区分光纤线路中反射点的位置，根据同一反射点的相关峰的峰值与初始峰值的大小比对，监测该反射点光强度的变化。
结合第一方面，在一种实施方式中，所述将直接扩频序列调制到光信号上进行传输，包括：将直接扩频序列调制到探测光上并发送进入光纤；所述探测光的波长与无源光网络系统上下行数据的波长不同。
结合第一方面，在一种实施方式中，根据光分配网ODN反射回光线路终端的反射光信号，得到反射光信号的序列，包括：所述光分配网中，不同光纤支路的反射点将所述光信号反射回OLT侧，将反射光信号进行滤波和放大后完成光电探测，通过信号处理得到反射光信号的序列。
结合第一方面，在一种实施方式中，所述反射点包括光纤接头和断点。
结合第一方面，在一种实施方式中，根据不同相关峰的时延区分光纤线路中反射点的位置，包括：根据公式△D＝ct/2计算反射点到光线路终端的距离△D，其中c为光在光纤中的传输速度，t为直接扩频序列从发出到光电探测接收的时间间隔，t根据相关峰的峰值延迟确定，根据△D确定反射点在光纤线路中的位置。
结合第一方面，在一种实施方式中，所述直接扩频序列为PN序列或M序列，所述直接扩频序列的内容和长度依据信道条件进行选择。
第二方面，本申请实施例提供了一种基于直接扩频序列的光纤线路监测装置，所述监测装置包括：
发送端，其用于将直接扩频序列调制到光信号上进行传输；
接收端，其用于根据光分配网反射回光线路终端侧的反射光信号，得到反射光信号的序列，将所述反射光信号的序列与所述直接扩频序列进行相关运算，得到相关峰的时延和峰值；还用于根据不同相关峰的时延区分光纤线路中反射点的位置，根据同一反射点的相关峰的峰值与初始峰值的大小比对，监测该反射点光强度的变化。
结合第二方面，在一种实施方式中，所述接收端包括：
滤波器，用于对光信号滤波，得到所述反射光信号；
放大器，用于对所述反射光信号进行放大；
光电探测器，用于探测所述反射光信号并光电转换；
信号处理器，用于将光电探测器探测到的反射光信号的序列与所述直接扩频序列进行相关运算，得到相关峰的时延和峰值；还用于根据不同相关峰的时延区分光纤线路中反射点的位置，根据同一反射点的相关峰的峰值与初始峰值的大小比对，监测该反射点光强度的变化。
结合第二方面，在一种实施方式中，还包括一个光环形器，所述光环形器用于将所述发送端发送的光信号传输至光纤线路，还用于将光纤线路发回的反射光信号传输给所述接收端。
结合第二方面，在一种实施方式中，所述发送端包括光调制器，所述发送端还用于记录直接扩频序列的内容和每次发送时间。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请基于直接扩频序列的光纤线路监测方法及装置，通过直接扩频序列调制到光信号上进行传输，并对反射回光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)侧的反射光信号，将所述反射光信号的序列与直接扩频序列进行相关运算，根据不同相关峰的时延区分光纤线路中反射点的位置，根据同一反射点的相关峰的峰值与初始峰值的大小比对，监测该反射点光强度的变化。相对于现有技术中采用OTDR，本申请中可以采用成熟的光通信器件，不需要OTDR中的脉冲光源和高灵敏度探测器，因此降低了监测成本。并且，由于返回信号的时间分辨率取决于光信号的传输速率，对反射点位置定位精度更高。
附图说明
图1为本申请基于直接扩频序列的光纤线路监测方法实施例的流程示意图；
图2为本申请中反射光信号的时序示意图；
图3为本申请基于直接扩频序列的光纤线路监测装置实施例的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
首先，对本申请中的部分技术术语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解本申请。
PON：Passive Optical Network，无源光网络，是一种点对多点的光纤传输和接入技术。
OLT：Optical Line Terminal，光线路终端，指的是用于连接光纤干线的终端设备。
ODN：Optical Distribution Network，光分配网，是基于PON设备的FTTH(FiberTo The Home，光纤到户)光缆网络，其作用是为OLT和ONU之间提供光传输通道。
OTDR：Optical Time-Domain Reflectometer，光时域反射仪，是通过对测量曲线的分析，了解光纤的均匀性、缺陷、断裂、接头耦合等若干性能的仪器。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
第一方面，本申请实施例提供一种基于直接扩频序列的光纤线路监测方法，可以用来解决现有技术中存在的光纤线路监测成本较高、以及分辨率较低的问题。
一实施例中，参照图1，图1为本申请基于直接扩频序列的光纤线路监测方法的流程示意图。如图1所示，该监测方法包括如下步骤：
S1、将直接扩频序列调制到光信号上进行传输。
S2、根据光分配网反射回光线路终端侧的反射光信号，得到反射光信号的序列，将该反射光信号的序列与直接扩频序列进行相关运算，得到相关峰的时延和峰值。
S3、根据不同相关峰的时延区分光纤线路中反射点的位置，根据同一反射点的相关峰的峰值与初始峰值的大小比对，监测该反射点光强度的变化。
上述步骤S1中，将直接扩频序列调制到探测光上，并作为下行光信号发送进入光纤线路的ODN。其中，该探测光的波长与PON系统上下行数据的波长不同，以保证后续接收反射光信号的波长独立。进一步的，同时记录下直接扩频序列的内容以及对应光信号的发出时间。
上述步骤S2中，下行光信号在ODN中不会被部分反射回OLT侧，对于各光纤支路，可能的反射点包括光纤接头、断点等。将反射回OLT侧的反射光信号，依次进行滤波、放大、以及完成光电探测，最后通过信号处理得到反射光信号的序列。
将该反射光信号的序列与直接扩频序列进行相关运算，根据相关的原理，只有当反射光信号的序列与发送的直接扩频序列完全对齐时，相关峰的峰值最大，而其他信号由于相关性太弱被当做噪声忽略掉。因此，根据相关运算得到的相关峰的时延，可以确定直接扩频序列从发出到探测接收的时间间隔t。
上述步骤S3中，根据反射光信号返回OLT侧的不同相关峰的时延，可以计算出反射点到OLT的距离△D。具体计算公式为：△D＝ct/2，其中，c为光在光纤中的传输速度；t为直接扩频序列从发出到光电探测接收的时间间隔，t根据相关峰的峰值延迟确定，来自不同反射点的反射光信号的t不同，根据不同的t来区分和标记不同的反射点，根据△D确定反射点在光纤线路中的位置。本实施例中，反射光信号的时序示意图如图2所示。
由于相关峰的峰值受反射光信号的强度大小的影响，因此根据同一反射点的相关峰的峰值与初始峰值的大小比对，可以监测该反射点光强度的变化。当相关峰的峰值比初始峰值大的时候，说明该反射点光强度变大；当相关峰的峰值比初始峰值小的时候，说明该反射点光强度变小。初始峰值是指：反射光信号的序列与直接扩频序列第一次(正常时)相关运算得到的相关峰的峰值，用作参照。
本实施例中，使用直接扩频序列调制到光信号上进行传输，根据将反射光信号的序列与直接扩频序列进行相关运算，根据同一反射点的相关峰的峰值与初始峰值的大小比对，监测该反射点光强度的变化。不需要OTDR中的脉冲光源和高灵敏度探测器，降低了监测成本。并且，在上述监测过程中，光信号可以高速传输，返回信号的时间分辨率取决于光信号的传输速率，进而提高了时间分辨率，对反射点位置定位精度更高。
进一步地，一实施例中，上述直接扩频序列可有多种选择，要求有理想的自相关性以从噪声中恢复出弱信号，具有非常高的编码增益，常用的直接扩频序列可以是PN序列或M序列等。实际应用中，直接扩频序列的内容和长度可以根据信道条件进行选择，更长的相关序列使得在相关运算后相关峰的峰值更高，具有更高的编码增益。直接扩频序列重复发送的间隔和发射次数，也可以根据监测需要进行调节，重复接收到更多直接扩频序列，经过平均降噪可提高信噪比，获得更高编码增益。
第二方面，本申请实施例还提供一种基于直接扩频序列的光纤线路监测装置，可以用来实现上述监测方法。
一实施例中，参照图3，图3为本申请基于直接扩频序列的光纤线路监测装置一实施例的功能模块示意图。如图3所示，监测装置和PON系统通过耦合器耦合在一起，监测装置包括信号的发送端和接收端。
发送端，其用于将直接扩频序列调制到光信号上进行传输。发送端发送的光信号用来实现监测，光信号的波长与PON系统上下行数据的波长不同，可以预先根据实际情况进行设置。
接收端，其用于根据光分配网反射回光线路终端侧的反射光信号，得到反射光信号的序列，将反射光信号的序列与直接扩频序列进行相关运算，得到相关峰的时延和峰值；还用于根据不同相关峰的时延区分光纤线路中反射点的位置，根据同一反射点的相关峰的峰值与初始峰值的大小比对，监测该反射点光强度的变化。
进一步地，一实施例中，接收端包括滤波器、放大器、光电探测器和信号处理器。
滤波器，用于对光信号滤波，得到反射光信号；由于发送端发送的光信号的波长与PON系统上下行数据的波长不同，滤波器仅接收和发送端发送的光信号相同的光波长的反射光信号。
放大器，用于对滤波器滤波后的反射光信号进行放大。
光电探测器，用于探测放大后的反射光信号，并对其进行光电转换。
信号处理器，用于将光电探测器探测到的反射光信号的序列与发送端的直接扩频序列进行相关运算，得到相关峰的时延和峰值。还用于根据不同相关峰的时延区分光纤线路中反射点的位置，根据同一反射点的相关峰的峰值与初始峰值的大小比对，监测该反射点光强度的变化。
根据相关原理，只有当接收端接收到的反射光信号与发送端发送的直接扩频序列完全对齐时，相关峰的峰值最大，而其他信号由于相关性太弱被当做噪声忽略掉。根据相关运算得到相关峰的时延，可确定直接扩频序列从发送端发出到光电探测器探测接收的时间间隔t。相关相关峰的峰值受反射信号的强度大小影响，来自同一反射点的反射光信号的相关相关峰的峰值变化，反映了该反射光信号的强度变化。
进一步地，一实施例中，光纤线路监测装置包括一个光环形器，光环形器用于将发送端发送的光信号传输至光纤线路，还用于将光纤线路发回的反射光信号传输给接收端，具体的，将反射光信号传输给接收端的滤波器。
进一步地，一实施例中，发送端包括光调制器，将直接扩频序列调制到探测光上。直接扩频序列可有多种选择，要求有理想的自相关性以从噪声中恢复出弱信号，具有非常高的编码增益，常用的直接扩频序列可以是PN序列或M序列等。实际应用中，直接扩频序列的内容和长度可以根据信道条件进行选择，更长的相关序列使得在相关运算后相关峰的峰值更高，具有更高的编码增益。直接扩频序列重复发送的间隔和发射次数，也可以根据监测需要进行调节，重复接收到更多直接扩频序列，经过平均降噪可提高信噪比，获得更高编码增益。在发送端，直接扩频序列的内容和每次发送时间都被记录，供接收端进行相关运算。
此外，上述光纤线路监测装置中各个模块的功能实现与上述光纤线路监测装置方法实施例中各步骤相对应，其功能和实现过程在此处不再一一赘述。
上述光纤线路监测装置中所采用的器件均为成熟的光通信器件，不需要OTDR中的脉冲光源和高灵敏度探测器，因此可以降低光纤线路的监测成本。并且，由于返回信号的时间分辨率取决于光信号的传输速率，对反射点位置定位精度更高，进而提高监测质量。
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上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备执行本申请各个实施例所述的方法。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。术语“第一”、“第二”和“第三”等描述，是用于区分不同的对象等，其不代表先后顺序，也不限定“第一”、“第二”和“第三”是不同的类型。
在本申请实施例的描述中，“示例性的”、“例如”或者“举例来说”等用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”、“例如”或者“举例来说”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”、“例如”或者“举例来说”等词旨在以具体方式呈现相关概念。另外，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。
在本申请实施例描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作或步骤，但是应该理解，这些操作或步骤可以不按照其在本申请实施例中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号仅用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作或步骤可以按顺序执行或并行执行，并且这些操作或步骤可以进行组合。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于直接扩频序列的光纤线路监测方法，其特征在于，所述监测方法包括：
将直接扩频序列调制到光信号上进行传输；
根据光分配网反射回光线路终端侧的反射光信号，得到反射光信号的序列，将所述反射光信号的序列与所述直接扩频序列进行相关运算，得到相关峰的时延和峰值；
根据不同相关峰的时延区分光纤线路中反射点的位置，根据同一反射点的相关峰的峰值与初始峰值的大小比对，监测该反射点光强度的变化。
2.如权利要求1所述的基于直接扩频序列的光纤线路监测方法，其特征在于，所述将直接扩频序列调制到光信号上进行传输，包括：将直接扩频序列调制到探测光上并发送进入光纤；所述探测光的波长与无源光网络系统上下行数据的波长不同。
3.如权利要求1所述的基于直接扩频序列的光纤线路监测方法，其特征在于，根据光分配网ODN反射回光线路终端的反射光信号，得到反射光信号的序列，包括：所述光分配网中，不同光纤支路的反射点将所述光信号反射回OLT侧，将反射光信号进行滤波和放大后完成光电探测，通过信号处理得到反射光信号的序列。
4.如权利要求3所述的基于直接扩频序列的光纤线路监测方法，其特征在于，所述反射点包括光纤接头和断点。
5.如权利要求2所述的基于直接扩频序列的光纤线路监测方法，其特征在于，根据不同相关峰的时延区分光纤线路中反射点的位置，包括：根据公式△D＝ct/2计算反射点到光线路终端的距离△D，其中c为光在光纤中的传输速度，t为直接扩频序列从发出到光电探测接收的时间间隔，t根据相关峰的峰值延迟确定，根据△D确定反射点在光纤线路中的位置。
6.如权利要求1所述的基于直接扩频序列的光纤线路监测方法，其特征在于，所述直接扩频序列为PN序列或M序列，所述直接扩频序列的内容和长度依据信道条件进行选择。
7.一种基于直接扩频序列的光纤线路监测装置，其特征在于，所述监测装置包括：
发送端，其用于将直接扩频序列调制到光信号上进行传输；
接收端，其用于根据光分配网反射回光线路终端侧的反射光信号，得到反射光信号的序列，将所述反射光信号的序列与所述直接扩频序列进行相关运算，得到相关峰的时延和峰值；还用于根据不同相关峰的时延区分光纤线路中反射点的位置，根据同一反射点的相关峰的峰值与初始峰值的大小比对，监测该反射点光强度的变化。
8.如权利要求7所述的基于直接扩频序列的光纤线路监测装置，其特征在于，所述接收端包括：
滤波器，用于对光信号滤波，得到所述反射光信号；
放大器，用于对所述反射光信号进行放大；
光电探测器，用于探测所述反射光信号并光电转换；
信号处理器，用于将光电探测器探测到的反射光信号的序列与所述直接扩频序列进行相关运算，得到相关峰的时延和峰值；还用于根据不同相关峰的时延区分光纤线路中反射点的位置，根据同一反射点的相关峰的峰值与初始峰值的大小比对，监测该反射点光强度的变化。
9.如权利要求7所述的基于直接扩频序列的光纤线路监测装置，其特征在于，还包括一个光环形器，所述光环形器用于将所述发送端发送的光信号传输至光纤线路，还用于将光纤线路发回的反射光信号传输给所述接收端。
10.如权利要求7-9任一项所述的基于直接扩频序列的光纤线路监测装置，其特征在于，所述发送端包括光调制器，所述发送端还用于记录直接扩频序列的内容和每次发送时间。
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