CN201150063Y - 具有光缆监测单元的光线路保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种具有光缆监测单元的光线路保护装置，包括有依次相连的中央处理器、调制电路、内置光发射机、光开关，光开关的另一侧分别连接主用光缆和备用光缆，还设置有分别与中央处理器、内置光发射机、光开关相连的光缆监测单元。光缆监测单元包括有光脉冲控制单元、分路单元、光电探测器和严格时序电路单元，其中，光脉冲控制单元分别与中央处理器、内置光发射机相连；严格时序电路单元与中央处理器相连；分路单元分别与内置光发射机、光开关相连，同时，分路单元还通过光电探测器连接严格时序电路单元。本实用新型具有的光缆监测功能，故障点定位准确，监测精确度可达到10m范围内。不仅适用于1∶1型的保护方式，而且还适用于1+1型保护方式。

Description

具有光缆监测单元的光线路保护装置

技术领域

本实用新型输光通讯领域，涉及一种光线路保护装置。特别是涉及一种在光缆阻断时具有主动跟踪故障路由，并定位故障点，实现光缆监测功能的具有光缆监测单元的光线路保护装置。

背景技术

随着密集波分复用系统(DWDM)波数的增多以及光同步数字传输设备(SDH)信号速率提高，越来越多的传输业务集中到较少的节点和线路上，因此，每一次光缆阻断，都造成巨大经济损失。光缆阻断带来的一个技术问题是：传输业务中断，传统维护上派人前往故障点进行故障排查和光缆接续，或者采用将系统业务调往其他路径的光缆的空余纤芯上，但需要两站点维护人员协同工作，业务中断时间太长，夜间更甚。

针对第一个技术问题，可以采用基于光缆同步切换技术的光线路保护装置OLP(Optical Line Protector)能够在50ms时间内，根据光纤运行状态，实时自动地将光通信传输系统从工作光纤切换至备用光纤，实现光缆线路的同步切换保护，保证光缆网络安全可靠的运行，被阻断的光传输系统业务得到恢复。专利申请号为“01125709.1，名称为“自动光通道同步切换方法及其装置”申请人为“隆磐科技股份有限公司”的专利申请，提出了一个基于主纤光功率下降的同步切换装置，但是该装置没有备纤监测功能。专利申请号为“03254764.1，名称为“动态光线路同步切换保护装置”申请人为“武汉光迅科技有限责任公司”提出在切换装置内部加入了光发射机、接收机进行通讯，对备纤进行监控，并可作为判据快速切换。

利用光缆同步切换技术可以解决光缆中断故障，但存在的一个技术问题是：并不是所有故障点都能找到空闲的光纤资源使业务恢复，而且波分系统对光纤的长度及色散特性要求更高，即使有空闲的光缆，也由于光纤的长度和色散特性不能满足系统要求，系统不能立即得到恢复，就算系统业务恢复，也只能短暂运行，必须尽快地恢复到原路由。因此光缆必须快速地得到修复，这使光缆的维护面临严重挑战。光缆阻断后，再派人维护，故障点难找，费时耗力。采用光时域发射技术(OTDR)的光缆自动监测系统可对故障点的进行定位，降低了寻找故障点的时间。专利文献例如“US5649036 Remote fiber testsystem using mechanical optical switches”、“CN200410031101.1光时域反射仪的光模块及光时域反射仪以及光纤测试方法”、“CN99220800.9光缆线路自动监测现场控制装置”均是利用OTDR技术、光开关技术对故障点进行侦测。

但是目前采用以上两方面技术，存在以下不足之处：

一、现有的光保护系统和光缆监测系统都是两个独立的系统，分布在各个不同的监测站和被保护站点，分别实现系统的自动倒换保护功能和光缆监测功能。运营商都是从不同的设备制造商采购，并进行部署，由于都有自己独立的网络管理系统，独自的通讯协议，产生各自的告警信息，很难实现互联互通，信息共享。

二、现有的光保护系统有的虽然内置光源，并能实现对备用光缆的衰耗监测和告警，但却无法实现ODTR技术、无法对故障点准确定位的功能。即使内置OTDR，成本太高，结构太庞大。

三、现有的光缆监测系统所监测的光纤都是所在光缆的冗余光纤，实际上不能对在用的光缆纤芯进行监测。这会带来三方面问题：其一是传输系统所在的纤芯发生阻断，而光缆监测系统所监测的纤芯没有发生阻断，导致维护人员难以得到正确的告警信息、延误寻找故障点的时间；其二是不同的纤芯阻断的位置不同，导致难以判定故障点的准确位置；其三由于光保护系统已经占用了一对备纤，为保证监测的准确性，光缆监测系统需要占用更多的冗余纤芯，占用更多的光缆资源，造成一定的资源浪费。

四、现有的光缆监测系统若需实现在用纤芯的监测，需增加滤波器，这些光器件会使系统成本大大增加。同时增加额外的衰耗，降低了系统的余量，引入故障点，OTDR工作时对在用业务信号也有直接影响。

五、建设一套光缆监测系统成本高，需要增加单独的机架、电源、通讯资源和链路。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种在光缆阻断时具有主动跟踪故障路由，并定位故障点，实现光缆监测功能的具有光缆监测单元的光线路保护装置。

本实用新型所采用的技术方案是：一种具有光缆监测单元的光线路保护装置，包括有：中央处理器，以及与中央处理器相连的调制电路、与调制电路相连的内置光发射机、与内置光发射机相连的光开关，光开关的另一侧分别连接主用光缆和备用光缆，还设置有光缆监测单元，所述的光缆监测单元分别与中央处理器、调制电路、内置光发射机、光开关相连。

所述的光缆监测单元包括有：光脉冲控制单元、分路单元、光电探测器和严格时序电路单元，其中，光脉冲控制单元分别与中央处理器、调制电路、内置光发射机相连；严格时序电路单元与中央处理器相连；分路单元分别与内置光发射机、光开关相连，同时，分路单元还通过光电探测器连接严格时序电路单元。

所述的光脉冲控制单元是内置光收发模块的光脉冲产生和控制单元。

所述的光脉冲控制单元包括有非门F、或非门OF、或门O，其中，非门F的输入端连接中央处理器的关断信号输出端，非门F的输出端连接调制电路的输入端；或非门OF的输入端分别连接中央处理器的关断信号输出端和脉冲信号输出端，或非门OF的输出端连接或门O的输入端；或门O的输入端还连接调制电路的调制信号输出端，或门O的输出端连接内置光发射机的输入端。

所述的严格时序电路单元包括有采样时钟电路、存储器、累加器和地址译码器、模/数转换器、运算放大器，其中，采样时钟电路、存储器分别与中央处理器相连接；采样时钟电路还通过累加器和地址译码器与存储器相连接；运算放大器的输入端连接光电探测器，输出端通过模/数转换器连接存储器。

本实用新型的具有光缆监测单元的光线路保护装置，具有如下的特点：

1、在硬件成本增加不多的情况下，实现光缆监测系统所具有的光缆监测功能：故障点定位。

2、能够实现相邻跨段不超过120km的在用系统光缆纤芯阻断位置的准确、实时的监测，精确度可达到10m范围内。

3、用本实用新型不仅对在用系统光缆阻断实施倒换保护，同时对被阻断的光缆阻断位置实现主动跟踪的故障点准确定位。

4、本实用新型不仅适用于1:1型的保护方式，而且通过增加光学部件改装光路的桥接方式，还适用于1+1型保护方式。

5、本实用新型还可以应用于为光传输系统中继器或光放大器中嵌入光缆监测功能。

附图说明

图1是含光缆监测功能的1:1型光线路保护装置总体连接结构示意图；

图2是具光缆监测功能的光线路保护装置内部结构示意图；

图3是光脉冲控制单元的电路原理图；

图4是严格时序电路单元的电路框图；

图5是采样谱线示意图；

图6是在用纤芯的故障点不同的分布形式示意图。

其中：

200：中央处理器        201：调制电路

202：光脉冲控制单元    203：内置光发射机

204：分路单元          205：光开关

206：光电探测器        207：严格时序电路单元

300：采样时钟电路      302：累加器和地址译码器

303：存储器            304：模/数转换器

305：运算放大器        A：光缆监测单元

B：光端机              C：光传输系统发射机

D：主用光缆            E：阻断点

F：阻断地点            G：备用光缆

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步说明本实用新型的具有光缆监测单元的光线路保护装置是如何实现的。

如图1、图2所示，本实用新型的光线路保护置的改进之处是在原保护系统中增加内嵌低成本光缆监测单元。本实用新型的具有光缆监测单元的光线路保护装置，包括有：中央处理器200，以及与中央处理器200相连的调制电路201、与调制电路201相连的内置光发射机203、与内置光发射机203相连的光开关205，光开关205的另一侧分别连接主用光缆和备用光缆，还设置有光缆监测单元，所述的光缆监测单元分别与中央处理器200、内置光发射机203、光开关205相连。

所述的光缆监测单元包括有：光脉冲控制单元202、分路单元204、光电探测器206和严格时序电路单元207，其中，光脉冲控制单元202分别与中央处理器200、内置光发射机203相连；严格时序电路单元207与中央处理器200相连；分路单元204分别与内置光发射机203、光开关205相连，同时，分路单元204还通过光电探测器206连接严格时序电路单元207。

即，本实用新型的光缆监测单元在原保护系统的2×2光开关205和内置光发射机203之间嵌入分路单元204，分路单元204端口为三个端口，分路单元204的第三个端口则同光电探测器206相连，光脉冲控制单元202的功能是重新调制和控制原保护系统的内置光发射机203，严格时序电路单元207则监控光电探测器206输入的光强信号，并将转换后的数字信号输入到原保护系统的中央处理器200。原保护系统其光保护原理可以参见专利申请号为“03254764.1”，名称为“动态光线路同步切换保护装置”，申请人为“武汉光迅科技有限责任公司”的专利申请文件，当被保护系统的传输线路中断后，立即启用内嵌的光缆监测单元，实现故障定位。

所述的光脉冲控制单元202是内置光收发模块的光脉冲产生和控制单元，也即是中央处理器产生的控制信号与逻辑门电路组合在一起的控制单元。如图3所示，包括有非门F、或非门OF、或门O，其中，非门F的输入端连接中央处理器200的关断信号输出端，非门F的输出端连接调制电路201的输入端；或非门OF的输入端分别连接中央处理器200的关断信号输出端和脉冲信号输出端，或非门OF的输出端连接或门O的输入端；或门O的输入端还连接调制电路201的调制信号输出端，或门O的输出端连接内置光发射机203的输入端。

光脉冲控制单元202的工作过程是：当中央处理器200发出高电平关闭内置光发射机203的关闭信号时，光脉冲控制单元202通过非门将该信号转为低电平关闭控制信号，送往调制电路201，调制电路201将平时的通信信号关闭，并输送给内置光发射机203低电平信号，内置光发射机203将输出无光。

中央处理器200发出初始脉冲电信号，与关闭信号一起通过或非门，如果关闭信号没有发出，将生成不了脉冲控制信号，接着与调制电路201的通信信号一起通过或门，输出信号通过一个引脚控制内置光发射机203，当电脉冲信号经过内置光发射机203电光转换生成光脉冲信号，至此光脉冲产生及控制完成。当内置光发射机203需要通讯时，中央处理器200则取消关闭信号，同时使发送脉冲电信号的引脚持续为低电平，中央处理器200发送的通讯信号经过调制电路201，产生经调制的高频信号，通过光脉冲控制单元202的或门后，进入内置光发射机203，发出通讯调制信号。

如上所述，内置光收发模块的光脉冲产生和控制单元是通过数字逻辑电路直接关断内置光发射机，调制好内置光发射机参数后重新打开内置光发射机，发出光脉冲，脉冲宽度约为1微秒。功率可达到3dBm，按计算瑞利散射发射回来的光最大为-46dBm，最小-100dBm，可实现27dB的动态监控范围，完全可实现最小60km的故障点的定位。相对于光时域反射装置(OTDR)采用成本高的高功率光源，本专利更经济实用。其中的内置光收发模块在光缆正常时，实现内部通讯，实时进行数据交换；光缆故障时，发送倒换命令，实现握手协议；执行倒换后，发送脉冲光，通过光电探测器及严格时序电路单元，实现光缆检测功能，定位故障点，此时虽然不能实现通讯，但可为故障检测功能提供额外的支持。

所述的分路单元204和光电探测器206是一组获取散射和反射信号的光路组合。本实用新型的获取散射和反射信号的分路单元及功率监测的光电探测器的光路组合，可采用高隔离度的光环行器和灵敏度可达-100dBm的APD光探测器，或采用更低成本的光耦合器和普通光电二极管。

如图4所示，所述的严格时序电路单元207是实现脉冲光信号功率监测及自触发采样，并将采样信号实时地放入大容量存储器的电路单元。包括有：采样时钟电路300、存储器303、累加器和地址译码器302、模/数转换器304、运算放大器305，其中，采样时钟电路300、存储器303分别与中央处理器200相连接；采样时钟电路300还通过累加器和地址译码器302与存储器303相连接；运算放大器305的输入端连接光电探测器206，输出端通过模/数转换器304连接存储器303。

如上所述，本实用新型的严格时序电路单元207采用一个高速时钟，一组高带宽的运算放大器、一个高速AD转换器、一块累加器和地址译码器及一块大容量随机存储部分电路也可以通过自行设计的数字电路完成。

严格时序电路单元207的工作过程是：当光脉冲控制单元202调制和控制内置光发射机203，使内置光发射机203发出脉冲光同时，立即启动严格时序电路单元207，中央处理器200同时发送触发信号，采样时钟电路300开始工作，每产生一个时钟周期输入至累加器和地址译码器302，产生存储器的并行地址输送至存储器303，同时光电光探测器收集散射和反射回来的微弱光信号，将其转换为光电流输入到运算放大器305进行微弱信号放大，被放大的信号进入模/数转换器304开始采样，采样时钟电路300每发送一个电平，模/数转换器304即工作一次，采样结果以并行数据格式输送到存储器303，放入已产生的地址内，如此反复，需要完成至少1毫秒12000次的采样数据。中央处理器200读取存储器303中的采样数据，首先对采样数据进行定标，转换为光功率值，再简单比较相邻点的大小，取出各“反常点”，当衰耗变化大于正常范围(＞2dB)的时候，就可以获得阻断的故障点位置。

本实用新型的光缆监测单元工作过程具体如下：装置内的中央处理器200启动光缆故障定位工作。首先关断平时用于通讯切换的内置光发射机203发出的连续光，即关闭码型调制电路201，通过光光脉冲控制单元202重新调制和控制，使内置光发射机203发出脉冲光，经过分路单元204，输入2×2光开关205进入被阻断的光缆纤芯，脉冲光经瑞利散射及阻断端面反射回来的光信号再次通过2×2光开关205后，并通过分路单元204，使回来的光信号进入光电光探测器206，转换出来的光电流信号进入严格时序电路单元207。中央处理器200则进行数据处理，分析数据，确定故障点的位置。

所采得的谱线如图5所示。

在用纤芯的故障点不同的分布形式如图6所示。全段路由为120km，当光缆阻断故障点在中间60km处，两端的OLP设备均能探测到故障点；当光缆阻断故障点在靠近端局A 40km处，那么端局A的OLP设备能探测到故障点；光缆阻断故障点在靠近端局B 40km处，那么端局B的OLP设备能探测到故障点。

在本实用新型的实施例中，运算放大器305采用低噪声大跨阻运放OPA656；模/数转换器304采用40M采样速率14位AD9244；存储器303的型号为IS61LV6416-10T；累加器和地址译码器302、采样时钟电路300采用一块FPGA来完成，型号是Altera公司EP1031144C8；中央处理器200采用Analog公司的ADSP2190。

Claims (5)

1.一种具有光缆监测单元的光线路保护装置，包括有：中央处理器(200)，以及与中央处理器(200)相连的调制电路(201)、与调制电路(201)相连的内置光发射机(203)、与内置光发射机(203)相连的光开关(205)，光开关(205)的另一侧分别连接主用光缆和备用光缆，其特征在于，还设置有光缆监测单元，所述的光缆监测单元分别与中央处理器(200)、调制电路(201)、内置光发射机(203)、光开关(205)相连。

2.根据权利要求1所述的具有光缆监测单元的光线路保护装置，其特征在于，所述的光缆监测单元包括有：光脉冲控制单元(202)、分路单元(204)、光电探测器(206)和严格时序电路单元(207)，其中，光脉冲控制单元(202)分别与中央处理器(200)、调制电路(201)、内置光发射机(203)相连；严格时序电路单元(207)与中央处理器(200)相连；分路单元(204)分别与内置光发射机(203)、光开关(205)相连，同时，分路单元(204)还通过光电探测器(206)连接严格时序电路单元(207)。

3.根据权利要求2所述的具有光缆监测单元的光线路保护装置，其特征在于，所述的光脉冲控制单元(202)是内置光收发模块的光脉冲产生和控制单元。

4.根据权利要求2或3所述的具有光缆监测单元的光线路保护装置，其特征在于，所述的光脉冲控制单元(202)包括有非门F、或非门OF、或门O，其中，非门F的输入端连接中央处理器(200)的关断信号输出端，非门F的输出端连接调制电路(201)的输入端；或非门OF的输入端分别连接中央处理器(200)的关断信号输出端和脉冲信号输出端，或非门OF的输出端连接或门O的输入端；或门O的输入端还连接调制电路(201)的调制信号输出端，或门O的输出端连接内置光发射机(203)的输入端。

5.根据权利要求2所述的具有光缆监测单元的光线路保护装置，其特征在于，所述的严格时序电路单元(207)包括有：采样时钟电路(300)、存储器(303)、累加器和地址译码器(302)、模/数转换器(304)、运算放大器(305)，其中，采样时钟电路(300)、存储器(303)分别与中央处理器(200)相连接；采样时钟电路(300)还通过累加器和地址译码器(302)与存储器(303)相连接；运算放大器(305)的输入端连接光电探测器(206)，输出端通过模/数转换器(304)连接存储器(303)。

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