CN202206397U - 无源光网络故障监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无源光网络故障监测装置，该无源光网络中光线路终端连接于波分复用器上，该波分复用器通过主干光纤连接至光分配网络上，光分配网络内分出的分光支路分别通过分路光纤连接至对应的光网络单元上，在每个分光支路和光网络单元之间设有反射元件；波分复用器还连接至环形器，该环形器还分别连接激光器和分光器，分光器的第一路输出端口依次连接第一光电探测模块、第一信号放大模块和第一数据采集单元，分光器的第二路输出端口依次连接第二光电探测模块、第二信号放大模块和第二数据采集单元，第一数据采集单元和第二数据采集单元均连接至数据处理单元上。本实用新型的装置可对整个光纤线路实时监测，监测能力和测量精度具有较大提高。

Description

无源光网络故障监测装置

技术领域

本实用新型涉及光纤通信领域，尤其涉及一种基于OTDR技术的无源光网络光纤故障在线监测装置。 

背景技术

随着宽带业务的迅猛发展和各种新业务的不断涌现，用户对网络接入带宽的需求大幅增加，传统的接入方式已不能满足日益增长的宽带需求，光纤接入技术具有带宽高、传输距离长、安全性好、成本低等优势，能实现信息传输高速化，满足大众的需求。无源光网络（Passive Optical Network, PON）是一种点到多点的光纤接入技术，由局侧的光线路终端（Optical Line Terminal, OLT），用户侧的光网络单元（Optical Network Unit, ONU）以及光分配网络（Optical Distribution Network, ODN）组成。与点到点P2P的拓扑结构相比，PON的这种点到多点的结构节省了大量的光纤成本，然而引入了光纤线路监测和故障定位的难题。 

为了降低运营和维护成本，亟待有效的无源光网络光纤线路在线监测手段来监测整个无源光网络的主干和分支光纤线路，实现在不影响其它分支光纤线路正常运行的情况下，迅速地辨别线路故障，并对故障进行定位和维修。 

针对无源光网络光纤线路监测和故障定位的难题，国内外已投入了大量的研究和技术创新，其中CN1866790A公开了一种使用OTDR检测光路的PON网络设计方法，在PON网络中引入光路调节盒，实现了各分支光路长度不等，从而可以使用OTDR对已调节分支光路进行测量，这种方式能够区分各分支光路，但是却无法克服OTDR的动态范围和盲区问题。CN101217313A公开了一种使用OTDR的无源光网络光纤故障诊断方法，通过PON网络管理系统判断是否发生光纤故障，同时判断出是哪一条分支光路故障，再启动OTDR技术来定位故障位置，这种方式只能用于出现故障后来寻找故障点，无法做到实时监测。CN101984561A公开了无源光网络故障的检测系统和方法，通过选择OTDR监控信号来检测与其对应的分支光纤，这种方式也不具备实时性。上述现有技术无法同时解决无源光网络光纤故障在线监测的实时性、准确性、可靠性等。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提出了一种无源光网络故障监测装置。本实用新型的监测装置用以解决无源光网络光纤线路在线监测的实时性和故障定位的准确性问题。 

为了达到上述发明目的，本实用新型提供的技术方案如下： 

一种无源光网络故障监测装置，所述的光网络包括有光线路终端、波分复用器、光分配网络和光网络单元，所述的光线路终端连接于波分复用器上，该波分复用器通过主干光纤连接至光分配网络上，光分配网络内设有光分路组件，光分路组件分出的分光支路分别通过分路光纤连接至对应的光网络单元上，其特征在于，在每个分光支路和光网络单元之间的分路光纤上设置有一个反射元件；所述的波分复用器还连接至环形器上三个端口中的一个端口，该环形器的另外两个端口分别连接激光器的输出端和分光器的输入端，所述分光器设有两路输出端口，其第一路输出端口依次连接第一光电探测模块、第一信号放大模块和第一数据采集单元，第二路输出端口依次连接第二光电探测模块、第二信号放大模块和第二数据采集单元，第一数据采集单元和第二数据采集单元均连接至数据处理单元上。

在本实用新型的无源光网络故障监测装置中，所述的激光器为可调激光器，该可调激光器输出两种不同脉宽和功率的监测光信号。 

在本实用新型的无源光网络故障监测装置中，上述的激光器可输出的监测信号波长为1625nm和1650nm。 

在本实用新型的无源光网络故障监测装置中，所述反射元件或为波分复用器、或为滤光片、或为光纤光栅。 

在本实用新型的无源光网络故障监测装置中，分光器按照一定比例将返回信号分成两路输出：用于提取和分析返回的反射信号的第一路信号；用于提取和分析返回的背向散射信号的第二路信号，所述第一路信号所占的比例较第二路信号所占比例低，分光器的分光比小于20:80。 

在本实用新型的无源光网络故障监测装置中，所述的处理第一路信号的硬件电路包括依次连接的第一光电探测模块、第一信号放大模块和第一数据采集单元，处理第二路信号的硬件电路包括依次连接的第二光电探测模块、第二信号放大模块和第二数据采集单元，处理第一路信号的硬件电路与处理第二路信号的硬件电路相比，其具有较低增益、较高带宽和较快采用速率。 

在本实用新型的无源光网络故障监测装置中，所述的光分路组件或为单个光分路器，或为多个光分路器组成的光分路器级联。 

在本实用新型的无源光网络故障监测装置中，所述的光分路器分出的分光支路或为32支、或为64支，或为128支。 

在本实用新型的无源光网络故障监测装置中，所述的数据处理单元分别与第一数据采集单元和第二数据采集单元相连，依次处理第一路信号和第二路信号：根据第一路信号内的反射信号判定发生故障的分光支路；根据第二路信号内的背向散射信号判定发生在整个光网络中的故障点位置，最后将第一路处理信号与第二路处理信号进行整合处理，为用户提供整个无源光网络的故障点位置以及发生故障的分支光路信息。 

基于上述技术方案，本实用新型的无源光网络故障监测装置与现有技术相比具有如下技术优点： 

本实用新型的无源光网络故障监测装置利用可调激光器依次向主干光纤中注入两种不同脉宽和功率的监测光信号，其中一种输出脉宽稍宽的激光脉冲用于对背向散射信号的探测，另一种输出脉宽极窄的激光脉冲用于对反射信号的探测；利用分光器将返回的背向散射信号和反射信号按分光比分成两路。

本实用新型的监测装置中的数据处理单元接收经处理的第一路信号和第二路信号，并将第一路处理后的信号和第二路处理后的信号进行整合处理，得到从光线路终端到光网络单元整个无源光网络线路的光损耗数据信息和反射信号信息。其提高了无源光网络在线监测的测量精度、系统的实时性，以及故障定位的准确性。 

附图说明

图1是本实用新型的无源光网络故障监测装置的实施例1的结构组成示意图。 

图2是本实用新型的无源光网络故障监测装置的实施例1中的波形示意图。 

图3是本实用新型的无源光网络故障监测装置的实施例2的结构组成示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来对本实用新型的无源光网络故障监测装置做进一步的详细说明，以求更为清楚明白地理解本实用新型的结构组成和工作过程，但不能以此来限制本实用新型的保护范围。 

本实用新型的光网络包括有光线路终端、波分复用器、光分配网络和光网络单元。其中，光线路终端连接于波分复用器上，该波分复用器通过主干光纤连接至光分配网络上。在光分配网络内设有光分路组件，光分路组件分出的分光支路分别通过分路光纤连接至对应的光网络单元上。 

为了能够准确定位光纤上的故障地点和具体定位故障光纤支路，我们对现有技术进行了如下改进：在每个分光支路和光网络单元之间的分路光纤上设置了一个反射元件。反射元件可以是一个波分复用器，也可以是一个滤光片，还可以选择使用光纤光栅。 

在具体的连接方式上，我们还设计了处理反射信号的部件，具体是将波分复用器连接至环形器上，该环形器上设有三个端口，而波分复用器则是连接其中一个端口。环形器的另外两个端口分别连接激光器的输出端和分光器的输入端。 

上述的分光器设有两路输出端口，其第一路输出端口依次连接第一光电探测模块、第一信号放大模块和第一数据采集单元；第二路输出端口依次连接第二光电探测模块、第二信号放大模块和第二数据采集单元，第一数据采集单元和第二数据采集单元均连接至数据处理单元上。 

上述的激光器为可调激光器，该可调激光器输出两种不同脉宽和功率的监测光信号。 

上述的分光器按照一定比例将返回信号分成两路输出：用于提取和分析返回的反射信号的第一路信号；用于提取和分析返回的背向散射信号的第二路信号，所述第一路信号所占的比例较第二路信号所占比例低，分光器的分光比小于20:80。 

在本实用新型的无源光网络故障监测装置中，所述的处理第一路信号的硬件电路包括依次连接的第一光电探测模块、第一信号放大模块和第一数据采集单元，处理第二路信号的硬件电路包括依次连接的第二光电探测模块、第二信号放大模块和第二数据采集单元，处理第一路信号的硬件电路与处理第二路信号的硬件电路相比，其具有较低增益、较高带宽和较快采用速率。 

在本实用新型的无源光网络故障监测装置中，所述的光分路组件或为单个光分路器，或为多个光分路器组成的光分路器级联。 

在本实用新型的无源光网络故障监测装置中，在光分配网络内设有光分路组件，光分路组件分出的分光支路分别通过分路光纤连接至对应的光网络单元上。所述的光分路器分出的分光支路或为32支、或为64支，或为128支。 

在本实用新型的无源光网络故障监测装置中，所述的数据处理单元分别与第一数据采集单元和第二数据采集单元相连，依次处理第一路信号和第二路信号：根据第一路信号内的反射信号判定发生故障的分光支路；根据第二路信号内的背向散射信号判定发生在整个光网络中的故障点位置，最后将第一路处理信号与第二路处理信号进行整合处理，为用户提供整个无源光网络的故障点位置以及发生故障的分支光路信息。 

上述的数据处理单元接收经第一光电探测模块、第一信号放大模块和第一数据采集单元组成的硬件来处理的第一路信号，经第二光电探测模块、第二信号放大模块和第二数据采集单元组成的硬件来处理的第二路信号，对第一路信号的处理采用软件滤波算法消除微弱的背向散射信号，通过计算、分析无源光网络由每支分光支路的反射元件反射回的光信号，从而得到每支分支光路光网络单元的位置和反射信号的具体信息，进而判断和确定故障分支光路。 

对第二路信号采用累加平均、软件滤波等算法，提取从光线路终端到光网络单元整个无源光网络线路的背向散射信号，以获得线路的光损耗数据信息，去除由每支分支光路的反射元件反射回的光信号，进而判断和定位光网络线路的故障点。 

将第一路处理后的信号和第二路处理后的信号进行整合处理，得到从光线路终端到光网络单元整个无源光网络线路的光损耗数据信息和反射信号信息。 

实施例1 

图1是本实用新型的无源光网络故障监测装置的结构组成示意图。由图可知，所述的光网络包括有光线路终端4、波分复用器3、光分配网络6和光网络单元8，（光线路终端表示为OLT，光分配网络表示为ODN，而光网络单元则表示为ONU）。其中，光线路终端4连接于波分复用器3上，该波分复用器通过主干光纤5连接至光分配网络6上。在光分配网络6内设有光分路组件，光分路组件分出的分光支路分别通过分路光纤连接至对应的光网络单元8上。上述光网络连接属于一般的连接形式，在现有技术中广泛使用。

为了达到判断发生故障的分支支路，我们在每个分光支路和光网络单元8之间的分路光纤上设置有一个反射元件7。反射元件7可以是一个波分复用器，也可以是一个滤光片，还可以选择使用光纤光栅。其作用是将分光支路上的监测光信号反射回去，经分光器、第一光电探测模块、第一信号放大模块、第一数据采集单元、数据处理单元进行信号的提取和分析，获得每支分支光路的反射信息，进而准确判断和确定故障分支光路。 

上述波分复用器3还连接至环形器2上，在环形器2上设有三个端口，而波分复用器3则连接其中的一个端口。该环形器2的另外两个端口分别连接激光器1的输出端和分光器9的输入端。 

上述分光器设有两路输出端口，其第一路输出端口依次连接第一光电探测模块10、第一信号放大模块11和第一数据采集单元12。而第二路输出端口依次连接第二光电探测模块13、第二信号放大模块14和第二数据采集单元15。上述第一数据采集单元12和第二数据采集单元15均连接至数据处理单元16上。 

激光器1依次向主干光纤5中注入两种不同脉宽和功率的监测光信号，其中一种输出脉宽稍宽的激光脉冲用于对背向散射信号的探测，另一种输出脉宽极窄的激光脉冲用于对反射信号的探测。本实用新型中利用分光器9将返回的背向散射信号和反射信号按分光比分成两路信号，其中第一路信号经第一光电探测器10、第一信号放大模块11和第一数据采集单元12输入到数据处理单元16中；第二路信号经第二光电探测器13、第二信号放大模块14和第二数据采集单元15输入到数据处理单元16中。 

数据处理单元16对第一路信号的处理采用软件滤波算法消除微弱的背向散射信号，通过计算、分析无源光网络由每支分光支路的反射元件反射回的光信号，从而得到每支分支光路光网络单元的位置和反射信号的具体信息，进而判断和确定故障分支光路。数据处理单元16对第一路信号和第二路信号依次进行处理，处理完成第一路信号后将处理结果存储在缓存中，接着处理第二路信号，然后再调用两路处理后信息输出处理结果。 

判定分光支路的方法如下：在监测装置中，消除背向散色信号的影响，每个分光支路上反射信号与传输距离之间的关系如图2中的波形关系，其中每个波峰对应一支分光支路。一旦每支分光支路出现波峰消失的状况，则表明该分光支路出现故障，根据对应关系，可以判定出现故障的分光支路。 

数据处理单元16对第二路信号采用累加平均、软件滤波等算法，提取从光线路终端到光网络单元整个无源光网络线路的背向散射信号，以获得线路的光损耗数据信息，去除由每支分支光路的反射元件反射回的光信号，进而判断和定位光网络线路的故障点。背向散射信号与传输距离如图2的对应关系，一端某处光损耗衰弱加剧，图形上呈现出突然下滑，则表明该处出现故障，而根据图形下滑对应的位置，判断出出现故障的具体位置。上述利用背向散射信号判定发生故障的位置点在DTS系统中应用比较常见，我们在先申请的专利ZL201020128219.7已经有提及。 

数据处理单元16还对处理后的第一路信号和第二路信号进行整合处理，得到从光线路终端到光网络单元整个无源光网络线路的光损耗数据信息和反射信号信息。数据处理单元16最后输出发生故障的具体的分光支路和故障在整个光网络上的具体位置。 

图2是本实用新型的无源光网络故障监测装置的实施例1中的波形示意图。由图可见，从光线路终端4到光网络单元8为本实用新型的无源光网络故障监测装置的背向散射信号，清晰地显示了光网络线路的运行状态，一旦发生线路故障，将会出现明显的光信号损耗曲线信息，以及故障点位置。 

图形上显示的光分配网络ONU处的窄脉冲为每个分支光路的光网络单元8的位置信息，通过观察这些峰值可以确定分光支路的位置以及分光支路的运行状态。一旦分光支路出现故障，将会使得对应光网络单元ONU的峰值发生衰减，以便用户确定发生故障的分光支路。 

本实用新型的监测装置提高了无源光网络在线监测的测量精度、系统的实时性，以及故障定位的准确性。 

    实施例2 

实施例2是在实施例1基础上对光网络故障监测装置的深化应用，其具体原理基本相同。

图3是本实用新型无源光网络故障监测装置实施例2的结构组成示意图。由图可知，激光器1依次发出两种不同脉宽和功率的监测光信号，监测信号波长为1625nm和1650nm。从光环形器2的2a端口入射，再从光环形器2的2b端口出射，出射的监测光信号经过1×N光开关17耦合到后端的无源光网络。 

例如：光开关输出的第一路监测光信号与光线路终端4的通信光信号经过波分波分复用器 3耦合到主干光纤5传输到光分配网络6，再由光分配网络6内设的1×N光分路组件被分成N支分支光路，从而将通信光信号和监测光信号传输到每支分支光路内。每路分支光路经过各自的分支光纤传输到反射元件7，监测光信号经过反射元件7被反射，通信光信号则通过反射元件7直接传输到光网络单元8，进行正常的通信功能。光开关17输出的每路监测信号依次通过波分复用器3与对应的光线路终端4的通信光信号进行耦合输入到主干光纤5，再经光分配网络分成N路分支光路，将信号传输到相应的分支光路内。系统通过光开关每次选通一路光网络进行监测，监测光信号产生的背向散射信号和反射信号沿着各分支光路返回并汇聚到主干光纤5往回传播，进入光环形器2的2b端口，再由光环形器2的2c端口出射到分光器13中，分光器13将返回的光信号分成两束，其中一路接有第一光电探测模块10、第一信号放大模块11、第一数据采集单元12，对光信号进行较低增益、较宽带宽、较快采样速率处理，提取反射信号。 

另一路接有第二光电探测模块13、第二信号放大模块14、第二数据采集单元15，对光信号进行较高增益、较窄带宽、较慢采样速率处理，提取背向散射信号。最后将采集到的反射信号与背向散射信号输入数据处理单元16进行数据处理、识别、分析，获得无源光网络光纤线路主干光纤和分支光路光纤的运行状况，能够及时发现线路故障，并准确定位故障点，该装置能够很好地实现对多路无源光网络的在线实时监测，大大节约了监测成本和系统维护成本，提高了光网络的工作效率和工作可靠性。 

本实用新型的无源光网络故障监测装置的机构和组合，并不局限于上述实施例中提到的部分。总而言之，本实用新型的保护内容还包括其他对本领域技术人员来讲显而易见的变换和替代。 

Claims (8)

1.一种无源光网络故障监测装置，所述的光网络包括有光线路终端、波分复用器、光分配网络和光网络单元，所述的光线路终端连接于波分复用器上，该波分复用器通过主干光纤连接至光分配网络上，光分配网络内设有光分路组件，光分路组件分出的分光支路分别通过分路光纤连接至对应的光网络单元上，其特征在于，在每个分光支路和光网络单元之间的分路光纤上设置有一个反射元件；所述的波分复用器还连接至环形器上三个端口中的一个端口，该环形器的另外两个端口分别连接激光器的输出端和分光器的输入端，所述分光器设有两路输出端口，其第一路输出端口依次连接第一光电探测模块、第一信号放大模块和第一数据采集单元，第二路输出端口依次连接第二光电探测模块、第二信号放大模块和第二数据采集单元，第一数据采集单元和第二数据采集单元均连接至数据处理单元上。

2.根据权利要求1所述的无源光网络故障监测装置，其特征在于，所述的激光器为可调激光器，该可调激光器输出两种不同脉宽和功率的监测光信号。

3.根据权利要求2所述的无源光网络故障监测装置，其特征在于，所述的激光器可输出的监测信号波长为1625nm和1650nm。

4.根据权利要求1所述的无源光网络故障监测装置，其特征在于，所述反射元件或为波分复用器、或为滤光片、或为光纤光栅。

5.根据权利要求1所述的无源光网络故障监测装置，其特征在于，分光器按照一定比例将返回信号分成两路输出：用于提取和分析返回的反射信号的第一路信号；用于提取和分析返回的背向散射信号的第二路信号，所述第一路信号所占的比例较第二路信号所占比例低，分光器的分光比小于20:80。

6.根据权利要求1所述的无源光网络故障监测装置，其特征在于，所述的处理第一路信号的硬件电路包括依次连接的第一光电探测模块、第一信号放大模块和第一数据采集单元，处理第二路信号的硬件电路包括依次连接的第二光电探测模块、第二信号放大模块和第二数据采集单元，处理第一路信号的硬件电路与处理第二路信号的硬件电路相比，其具有较低增益、较高带宽和较快采用速率。

7.根据权利要求1所述的无源光网络故障监测装置，其特征在于，所述的光分路组件或为单个光分路器，或为多个光分路器组成的光分路器级联。

8.根据权利要求7所述的无源光网络故障监测装置，其特征在于，所述的光分路器分出的分光支路或为32支、或为64支，或为128支。

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