CN202103671U

CN202103671U - 光接入网链路二维光正交码监控系统

Info

Publication number: CN202103671U
Application number: CN2011202063149U
Authority: CN
Inventors: 孙小菡; 周谞
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2021-06-17

Abstract

本实用新型提出一种光接入网链路二维光正交码监控系统。采用二维光正交码标识各用户，并在用户端设备前加入光编码器。光编码器对检测光脉冲进行光编码，并将编码光信号反射回监控系统。在监控系统中对反射光信号进行解码，通过解码信号判断各支路光纤的健康状态。同时监控系统中的光功率检测部分完成故障定位和分析功能。本实用新型采用无源光器件对光网络的链路状态进行监控，并不受网络拓扑结构和支路长度的限制。本实用新型能够识别故障处于用户端设备内或光纤链路。能够判断故障所在支路并定位具体位置，可以支持大用户容量无源光网络的光纤链路监控。

Description

光接入网链路二维光正交码监控系统

技术领域

本实用新型属于光纤通信技术领域。具体涉及，在无源光网络中，一种基于二维光正交码和反射光功率检测相结合的光层监控装置。

背景技术

随着光纤入户业务的迅速发展，无源光网络(PON)被广泛的应用在光接入网中。网络中的所有用户使用共同的网络结构，这使得对网络链路性能的监控变得越来越重要。在故障引起应用层业务中断之前，光纤链路中的故障无法被检测到，从而无法避免业务中断给用户和网络运营商带来的巨大损失。光层监控技术能够在物理层性能恶化时，及时的发现和定位故障，并最大限度的降低故障持续时间，因此近年来受到越来越多的关注。光层监控技术具有两大独特的应用优势：(1)在应用层业务发生中断之前监测到网络性能的恶化，从而采取措施将损失降到最低。(2)进行故障定位，区分是光纤链路故障还是用户端设备故障。在PON网络中，良好的光层监控技术应该满足实时监测，故障定位，中央集中式监测和不影响业务传输等要求。OTDR被广泛的应用在光纤链路和点到点的光网络的链路状态检测中。然而在树形结构的PON网络中，用OTDR进行探测时，后向瑞利散射是各支路后向散射信号的线性叠加。当支路产生故障的时候，OTDR无法识别故障发生所在的支路，从而失去监测作用。

为了解决PON的光层监控问题，目前已有许多的中央集中式监控技术被提出。例如，反射峰分析法为各支路引入一个参考反射峰，将PON正常状态下的OTDR轨迹波形作为参考值，通过实测参考反射峰的变化来进行网络监测和故障分析。但此方法要求各支路的长度不能相同，否则参考反射峰重叠，失去支路判断的能力，即此方法受限制于网络的拓扑结构。同时该方法也要求高性能高距离分辨率的OTDR，从而区分长度相差不大的支路。此外，有人提出了波长标识法，在支路终端安装特定反射波长的FBG，使用波长可调谐的OTDR对每个支路进行检测。即为每个支路分配一个唯一的波长，通过检测不同波长的光反射，完成不同支路的区分。但此方法需要大可调谐范围的OTDR光源。而且由于监控波段的谱宽有限，限制了可用波长的数量，从而限制了可监测支路的数量。近来，有研究者在ONU端，采用光纤延时线编码器进行周期编码，从而获得光编码信号，在OLT端通过解码信息判断光纤链路状态。但此方法不具备故障定位和故障分析能力，同时时域周期编码具有可用码字数量较少，多址干扰噪声较大等缺点。

上述监控方法对于无源光网络的故障定位和故障分析能力受限于网络拓扑结构和网络支路数量。这使得这些方法在实际应用中都有着各种困难。

实用新型内容

本实用新型提出了一种光接入网链路二维光正交码监控系统。本实用新型同时具有故障定位和故障类型分析能力，并且能够对大容量网络进行性能监测。本实用新型可以对PON网络进行中央集中式，实时性监测，不影响正常业务的工作，同时不受无源光网络的拓扑结构(如多级联，环形，总线，树形等)的限制。

本实用新型采用如下技术方案：

一种光接入网链路二维光正交码监控系统，包括：中心局和多个用户，中心局与各个用户之间通过功分器连接，其特征在于，在中心局与功分器之间的主干光纤上设有一级波分复用器，在一级波分复用器连接有监控系统，在功分器与各个用户之间的支路光纤上分别设有第一二级波分复用器、第二二级波分复用器、……及第n二级波分复用器，在第一二级波分复用器、第二二级波分复用器、……及第n二级波分复用器上分别连接有第一光编码器、第二光编码器、……及第n光编码器，所述的第一光编码器、第二光编码器、……及第n光编码器具有各不同且相互正交的二维光正交码，n为正整数，表示网络中的用户总数，本实施例的用户数n为32。

监控系统包括：光时域反射计、宽带光源、光解码器、带有A端口、B端口及C端口的光耦合器、光纤光栅及带有a端口、b端口及c端口光环形器，宽带光源的输出端通过光隔离器与光耦合器的A端口连接，光时域反射计的输出端与光耦合器的B端口相连接，光耦合器的C端口和光环形器的a端口连接，光环形器的b端口通过光纤光栅与光解码器的输入端连接，光环形器的c端口与主干光纤上的一级波分复用器相连接。

本实用新型采用二维光正交码对各用户进行标识，光编解码器采用光纤光栅编解码器。光纤光栅编解码器根据二维光正交码对非相干光脉冲同时在时域和频域进行编码，不同的光栅对应着不同的中心反射波长，完成频域上的选择；光栅之间光纤延时线的不同，完成时域上的编码。相比于时域周期编码方案，本实用新型中的二维光正交码，可以获得大量的可用光码字，并监控大用户容量的无源光网络。

本实用新型中的检测光信号具有双光谱特征。窄带光源波长λ_o与宽带光源λ_B重合。λ_o用于OTDR信号检测；除λ_o以外的检测光波长段，被应用于光编码监控。双光源的叠加增加了λ_o波长的光功率，从而提高了OTDR检测性能，增加了动态范围。而且宽带光源的引入增加了OTDR窄带光源λ_o的带宽。通过增加光源带宽，可以减少后向散射光波之间的相位相关，由此可以降低相干瑞利噪声，从而提高OTDR接收检测信号的信噪比，得到一个更加平滑的后向瑞利散射轨迹。

本实用新型具有以下优势：

1、本实用新型通过光码分复用技术区分不同用户，光编码信息的传输不受网络结构的影响，从而使本实用新型不受网络拓扑结构的限制，能适用于多级联及复杂拓扑结构的无源光网络。

2、采用二维光正交码作为编解码器的地址码，各支路都用唯一的光码字进行标识，可监控的网络用户容量由光码字的容量决定，通过使用二维光正交码，可以获得大量的可用光码字，并监控大用户容量的无源光网络。

3、本实用新型具有故障支路判断和故障定位的能力，并且可以对多个同时发生的故障进行监控。

4、本实用新型的双光谱重叠特性增加了OTDR的检测光脉冲功率和光谱带宽，从而抑制了相干瑞利噪声，提高了OTDR的动态范围，改善了OTDR的监控性能。

附图说明

图1为一种光接入网链路二维光正交码监控系统结构图。

图2为监控系统光源光谱图。

图3为反射光功率检测信号轨迹图。

图4为二维光正交码的可用光码字数量曲线图。

具体实施方式

结合光码分复用技术的集中式光层监控系统在多级联PON中的监控原理图为图1。

一种光接入网链路二维光正交码监控系统，包括：中心局1和多个用户ONU9.1、ONU9.2、…、ONU9.n，中心局1与各个用户ONU9.1、ONU9.2、…、ONU9.n之间通过功分器连接，其特征在于，在中心局1与功分器之间的主干光纤上设有一级波分复用器11，在一级波分复用器11连接有监控系统14，在功分器与各个用户ONU9.1、ONU9.2、…、ONU9.n之间的支路光纤上分别设有第一二级波分复用器11.1、第二二级波分复用器11.2、……及第n二级波分复用器11.n，在第一二级波分复用器11.1、第二二级波分复用器11.2、……及第n二级波分复用器11.n上分别连接有第一光编码器10.1、第二光编码器10.2、……及第n光编码器10.n，所述的第一光编码器10.1、第二光编码器10.2、……及第n光编码器10.n具有各不同且相互正交的二维光正交码，n为正整数，表示网络中的用户总数，本实施例的用户数n为32。

所述的监控系统14包括：光时域反射计2、宽带光源3、光解码器4、带有A端口、B端口及C端口的光耦合器5、光纤光栅6及带有a端口、b端口及c端口光环形器7，宽带光源3的输出端通过光隔离器8与光耦合器5的A端口连接，光时域反射计2的输出端与光耦合器5的B端口相连接，光耦合器5的C端口和光环形器7的a端口连接，光环形器7的b端口通过光纤光栅6与光解码器4的输入端连接，光环形器7的c端口与主干光纤上的一级波分复用器11相连接。

在无源光网络的主干光纤上接入一监控系统，同时，为各个用户ONU9.1、ONU9.2、…、ONU9.n分别配置各自的光编码器10.1、10.2、…、10.n，所述的各个光编码器10.1、10.2、…、10.n各自具有不同且相互正交的二维光正交码。

检测光信号由监控系统发出并经分光后进入各个用户，在用户端，各光编码器10.1至10.n按照二维光正交码，分别对与各光编码器10.1至10.n对应的各个用户ONU9.1、ONU9.2、…、ONU9.n所收到的检测光信号进行独立光编码，并将光编码信号返回监控系统。

在监控系统中，分别对各个用户的光编码信号进行解码运算，得到各个用户的解码信号，如果用户的解码信号中没有自相关峰，则解码信号所对应的支路出现中断故障；如果所有用户的解码信号中都没有自相关峰，则主干光纤出现中断故障；如果所有用户的解码信号中都存在自相关峰，而业务出现中断，则光纤链路正常，用户端设备出现故障。

在监控系统14中，宽带光源3发出的宽带光信号λ_B经过光隔离器8后与光时域反射计2发出的窄带光信号λ_o通过光耦合器5组成监控系统的检测光信号，且光信号λ_o的频率位于宽带光信号λ_B频谱的中心位置，检测光信号经过光环形器7后从监控系统中发出。当各个用户的光编码信号回到监控系统14中后，通过光环形器7进入光纤光栅6，光纤光栅6将窄带光信号λ_o反射并通过光环形器7进入光耦合器5，经过光耦合器5后分成两路信号，一路信号进入光时域反射计2进行故障定位，另一路信号进入光隔离器8后被消除。同时各个用户的光编码信号经过光纤光栅6后的透射信号，进入光解码器4进行解码运算。

图2为监控系统的光源光谱图。监控系统的光源由两部分组成，宽光谱脉冲3和普通OTDR检测光脉冲2，两个光源的波长(λ_B与λ_o)重叠。检测光信号通过波分复用器与数据光信号耦合并一起在光纤信道中传输。从图2可以看出，监控系统的光源分配为：λ_o光波长段应用于反射光功率检测；除λ_o以外的检测光波长段，应用于光编码监控。在光编码波长段，采用非相干二维时频光码分复用方案。在ONU端采用光纤光栅光编码器，对非相干光脉冲同时在时域和频域进行编码，不同的光栅对应着不同的中心反射波长，完成频域上的选择；光栅之间光纤延时线的不同，完成时域上的编码。二维非相干方案具有可用码字容量大，码字间的多址干扰低，实现简单，成本低等优点。由于监控系统对检测光脉冲的速率要求低，解码光信号的出错概率降低，提高了监控系统的性能。

图3为传统OTDR和本实用新型监控系统(OC-OTDR)的检测信号轨迹图比较。从图中可以看出，由于双光谱的叠加特性。本监控系统提高了反射光功率检测部分的光带宽，可以减少后向散射光波之间的相位相关，由此可以降低相干瑞利噪声，提高OTDR接收检测信号的信噪比，从而得到一个更加平滑的后向瑞利散射轨迹。

案例说明：

在波长标识法中，每个ONU端前面安装一个波长反射器件，通过不同波长对不同的ONU进行标识。很明显，此方法所能监控的网络支路数量受限制于可用监控光波长数量。图4显示出二维光正交码的可用码字数量。从图4中可以看出，当采用码长L为40，码重w为6，波长数M为16的二维光正交码(M×L，w，λ_a，λ_c)时，可以获得350个可用光码字。这远大于FBG方法中的16个可监控支路数量，并且能满足大容量用户数的无源光网络的光层监控。

Claims

1.一种光接入网链路二维光正交码监控系统，包括：中心局（1）和多个用户（ONU9.1、ONU9.2、…、ONU9.n），中心局（1）与各个用户（ONU9.1、ONU9.2、…、ONU9.n）之间通过功分器连接，其特征在于，在中心局（1）与功分器之间的主干光纤上设有一级波分复用器（11），在一级波分复用器（11）连接有监控系统（14），在功分器与各个用户（ONU9.1、ONU9.2、…、ONU9.n）之间的支路光纤上分别设有第一二级波分复用器（11.1）、第二二级波分复用器（11.2）、……及第n二级波分复用器（11.n），在第一二级波分复用器（11.1）、第二二级波分复用器（11.2）、……及第n二级波分复用器（11.n）上分别连接有第一光编码器（10.1）、第二光编码器（10.2）、……及第n光编码器（10.n），所述的第一光编码器（10.1）、第二光编码器（10.2）、……及第n光编码器（10.n）具有各不同且相互正交的二维光正交码，n为正整数，表示网络中的用户总数，本实施例的用户数n为32。

2.根据权利要求1所述的光接入网链路二维光正交码监控系统，其特征在于，监控系统（14）包括：光时域反射计(2)、宽带光源（3）、光解码器（4）、带有A端口、B端口及C端口的光耦合器（5）、光纤光栅（6）及带有a端口、b端口及c端口光环形器（7），宽带光源（3）的输出端通过光隔离器（8）与光耦合器（5）的A端口连接，光时域反射计(2)的输出端与光耦合器（5）的B端口相连接，光耦合器（5）的C端口和光环形器（7）的a端口连接，光环形器（7）的b端口通过光纤光栅（6）与光解码器（4）的输入端连接，光环形器（7）的c端口与主干光纤上的一级波分复用器（11）相连接。