DE112019006332T5 - Glasfasererfassungssysteme, -verfahren, -strukturen und -anwendungen - Google Patents

Glasfasererfassungssysteme, -verfahren, -strukturen und -anwendungen Download PDF

Info

Publication number
DE112019006332T5
DE112019006332T5 DE112019006332.4T DE112019006332T DE112019006332T5 DE 112019006332 T5 DE112019006332 T5 DE 112019006332T5 DE 112019006332 T DE112019006332 T DE 112019006332T DE 112019006332 T5 DE112019006332 T5 DE 112019006332T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
optical
dofs
fiber
olt
fibers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE112019006332.4T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112019006332B4 (de
Inventor
Ming-Fang Huang
Yue-Kai Huang
Ezra Ip
Ting Wang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Laboratories America Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Laboratories America Inc filed Critical NEC Laboratories America Inc
Publication of DE112019006332T5 publication Critical patent/DE112019006332T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112019006332B4 publication Critical patent/DE112019006332B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/08—Testing mechanical properties
    • G01M11/083—Testing mechanical properties by using an optical fiber in contact with the device under test [DUT]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0008—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings of bridges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0041—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress
    • G01M5/005—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems
    • G01M5/0058—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems of elongated objects, e.g. pipes, masts, towers or railways
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0066—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by exciting or detecting vibration or acceleration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0091—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by using electromagnetic excitation or detection
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/07—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems
    • H04B10/071—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using a reflected signal, e.g. using optical time domain reflectometers [OTDR]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/07—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems
    • H04B10/075—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal
    • H04B10/077—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal using a supervisory or additional signal
    • H04B10/0775—Performance monitoring and measurement of transmission parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/27—Arrangements for networking
    • H04B10/272—Star-type networks or tree-type networks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/31—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter and a light receiver being disposed at the same side of a fibre or waveguide end-face, e.g. reflectometers
    • G01M11/319—Reflectometers using stimulated back-scatter, e.g. Raman or fibre amplifiers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

Aspekte der vorliegenden Offenbarung beschreiben Systeme, Verfahren und Strukturen und Anwendungen einer Glasfasererfassung. Von Wichtigkeit ist, dass die Systeme, Verfahren und Strukturen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung existierende Glasfaserkabel als Teil einer Glasfasererfassung wiederverwenden und/oder umrüsten/upgraden können, die eine wichtige gesellschaftliche Anwendung einschließlich einer Einbruchserkennung, einer Straßenverkehrsüberwachung und einer Infrastrukturgesundheitsüberwachung finden können. Ein Kombinieren einer solchen Glasfasererfassung mit künstlicher Intelligenz (AI) ermöglicht weiterhin leistungsfähige Anwendungen bei niedrig(er)en Kosten.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung betrifft allgemein eine Glasfasererfassung und, genauer, eine verteilte Glasfasererfassung (DFOS) einschließlich einer verteilten Temperaturerfassung (DTS), einer verteilten Schwingungserfassung (DVS), einer verteilten akustischen Erfassung (DAS) und einer optischen Brillouin-Zeitbereichsreflektometrie (BOTDR) - unter anderen - die vorteilhaft passiven optischen Kommunikationsnetzwerken überlagert sind.
  • HINTERGRUND
  • Eine verteilte optische Erfassung hat einen großen Nutzen bei einer Vielfalt von Anwendungen von signifikanter kommerzieller und gesellschaftlicher Wichtigkeit gefunden, einschließlich einer Rohleitungsleckage und einer Einbruchserkennung. Typischerweise wird bei solchen Anwendungen eine zweckbestimmte Glasfaser - getrennt von irgendeiner für Kommunikationen verwendeten Glasfaser - verwendet, um eine solche Erfassung zur Verfügung zu stellen. Wie es ohne weiteres eingesehen werden kann, sind für eine (oder mehrere) solche zweckbestimmte Glasfaser(n) erhebliche Bereitstellungs- und Wartungskosten erforderlich.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Fortschritt beim Stand der Technik wird gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung gemacht, die auf verteilte Glasfasererfassungssysteme, -verfahren, -strukturen und Anwendungen davon ausgerichtet ist.
  • In scharfem Kontrast zum Stand der Technik verwenden verteilte Glasfasererfassungssysteme, -verfahren und -strukturen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorteilhaft kommerzielle Kommunikations-Glasfasernetzwerke, um dadurch eine Erfassungsüberlagerung auf solchen Kommunikationsnetzwerken zur Verfügung zu stellen.
  • Wie wir nun zeigen und beschreiben werden, können verteilte Glasfasererfassungssysteme, -verfahren und -strukturen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorteilhaft Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Netzwerke - einschließlich passive optische Netzwerke (PONs) - überlagern, so dass Kommunikationskanäle und ein (oder mehrere) Glasfasererfassungssignal(e) zusammen auf derselben physikalischen Faser existieren, die sich von - zum Beispiel - einem optischen Leitungsendgerät (OLT) zu einer optischen Netzwerkeinheit (ONU) erstrecken kann. Von weiterem Vorteil ist, dass dann, wenn eine Glasfaser ein Bündel von Fasern umfasst, dieses Bündel separate, dynamische Erfassungselemente für eine Erkennung von Temperatur (DTS), Schwingung (DVS) und Akustik (DAS) zur Verfügung stellen kann.
  • Figurenliste
  • Ein vollständigeres Verstehen der vorliegenden Offenbarung kann durch Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung realisiert werden, in welcher:
    • 1 ein schematisches Diagramm einer illustrativen Architektur/Anordnung für eine verteilte Glasfasererfassung (DOFS) über ein WDM-PON mit einer Schleifenrückführung von ONUs gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
    • 2 ein schematisches Diagramm einer illustrativen Architektur/Anordnung für eine verteilte Glasfasererfassung (DOFS) über ein WDM-PON mit abstimmbarem DOFS-Integrator gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
    • 3 ein schematisches Diagramm einer illustrativen Architektur/Anordnung für eine verteilte Glasfasererfassung (DOFS) über ein WDM-PON mit optischem Schalter in einem entfernten Knoten (RN) gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
    • 4 ein schematisches Diagramm einer illustrativen Architektur/Anordnung für eine verteilte Glasfasererfassung (DOFS) über ein WDM-PON mit optischem Schalter in einem optischen Leitungsendgerät (OLT) gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
    • 5 ein schematisches Diagramm einer illustrativen Architektur/Anordnung für eine verteilte Glasfasererfassung (DOFS) über ein WDM-PON mit zyklischem Zeilen-Wellenleiter-Gitter (AWG) in einem entfernten Knoten (RN) gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
    • 6 ein schematisches Diagramm einer illustrativen Architektur/Anordnung für eine verteilte Glasfasererfassung (DOFS), wobei eine allgemeine Faseranordnung von OLT bis ONU gezeigt ist, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
    • 7 ein schematisches Diagramm einer illustrativen, experimentellen Architektur/Anordnung für eine verteilte Glasfasererfassung (DOFS) gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt - ein kompatibles PON, in welchem Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer Aufwärts- (US), Abwärts- (DS) und Erfassungskanäle kombinieren, und ein reflektierender SOA bei jeder ONU ermöglicht DOFS auf jeder einzelnen Verteilungsfaser;
    • 8(A) - 8(E) eine Reihe von Diagrammen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigen, die mit den experimentellen Ergebnissen für die Anordnung der 7 assoziiert sind, wobei 8(A) eine Diagramm von BER über empfangener Leistung für ein 6-GBaud-PAM-4-Signal ist; 8(B) ein Diagramm einer OTDR-Ablaufverfolgung, aufgenommen durch einen Erfassungskanal, ist, wenn SOAs von Verteilungsfasern #1 und #2 aufeinanderfolgend eingeschaltet werden; 8(C) eine Diagramm von Phase über Zeit einer Phasenentwicklung ist; 8(D) ein Diagramm von Amplitude über Frequenz von ihrem Spektrum, gemessen an den Fasern #1 und #2, ist; und 8(E) ein Diagramm von Phase über Spannung für gemessene Phasenamplitude über angelegter Piezospannung ist;
    • 9(A) - 9(C) eine Reihe von Wasserfalldiagrammen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung für folgendes zeigen: 9(A) Laufend; 9(B) Fahrend; und 9(C) Fahrend - welche alle DAS basierend auf einer kohärenten Erfassung einer Rayleigh-Rückstreuung jeweils mit einer jeweiligen Abtastamplitudenverfolgung bei einer Faserposition, die durch einen Schwingung beeinflusst ist, bei welcher die Geschwindigkeit der Schwingungsquelle durch die Steigung abgeleitet werden kann;
    • 10 ein schematisches Diagramm einer illustrativen, experimentellen Architektur/Anordnung für eine bidirektionale Fasererfassung mit dualer Nutzung gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt, wo Kommunikationen und Erfassungsanwendungen auf unterschiedlichen Wellenlängen zusammen existieren und der Erfassungspuls (die Erfassungspulse) und Kommunikationskanäle sich in unterschiedlichen Richtungen in der Glasfaser ausbreiten, um irgendeine nichtlineare Interferenz abzuschwächen;
    • 11 (A) - 11 (b) gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung folgendes zeigen: 11(A) ein illustratives DOFS-System, das an einem Zaun angebracht ist, und 11(B) Wasserfalldiagramme, die für unterschiedliche Schwingungsereignisse aufgezeichnet sind, die durch Maschinenlernen klassifiziert sein können;
    • 12(A) - 12(C) gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung folgendes zeigen: 12(A) ein Wasserfalldiagramm, das Kraftfahrzeugverkehrsmuster zeigt, 9(B) eine schematische Anordnung eines Maschinenlernens, um eine Kraftfahrzeugrichtung und eine Durchschnittsgeschwindigkeit zu bestimmen, und 9(C) Konstellationsdiagramme von PS-144QAM-Kanälen, die sich gegenüber dem DFOS-System entgegen ausbreiten; und
    • 13(A) - 13(B) gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung folgendes zeigen: 13(A) eine strukturelle Gesundheits- bzw. Zustandsüberwachung einer Brücke unter Verwendung von DOFS; und 13(B) eine AI-Klassifikation einer Gesundheit bzw. eines Zustands einer Brücke, wobei eine Verteilung einer „Anomaliebewertung“ vor und nach einer Renovierung gezeigt ist.
  • Die illustrativen Ausführungsformen werden durch die Figuren und eine detaillierte Beschreibung vollständiger beschrieben. Ausführungsformen gemäß dieser Offenbarung können jedoch in verschiedenen Formen verkörpert sein und sind nicht auf spezifische oder illustrative Ausführungsformen beschränkt, die in der Zeichnung und der detaillierten Beschreibung beschrieben sind.
  • BESCHREIBUNG
  • Das Folgende stellt lediglich die Prinzipien der Offenbarung dar. Es wird somit eingesehen werden, dass Fachleute auf dem Gebiet verschiedene Anordnungen erdenken können, die, obwohl sie hierin nicht explizit beschrieben oder gezeigt sind, die Prinzipien der Offenbarung verkörpern und innerhalb ihres Sinngehalts und Schutzumfangs enthalten sind.
  • Weiterhin ist beabsichtigt, dass alle Beispiele und eine hierin vorgetragene Bedingungssprache nur pädagogischen Zwecken dienen, um dem Leser beim Verstehen der Prinzipien der Offenbarung und der Konzepte zu helfen, die durch den (die) Erfinder zum Vorantreiben des Standes der Technik beigetragen sind, und diese sind derart auszulegen, dass sie ohne eine Beschränkung auf solche spezifisch vorgetragenen Beispiele und Bedingungen sind.
  • Darüber hinaus ist beabsichtigt, dass alle Angaben, die hierin Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der Offenbarung vortragen, sowie spezifische Beispiele davon sowohl strukturelle als auch funktionelle Äquivalente davon umfassen. Zusätzlich ist beabsichtigt, dass solche Äquivalente sowohl gegenwärtig bekannte Äquivalente enthalten, sowie auch in Zukunft entwickelte Äquivalente, d.h. irgendwelche entwickelten Elemente, die, ungeachtet einer Struktur, dieselbe Funktion durchführen.
  • Somit wird es zum Beispiel von Fachleuten auf dem Gebiet eingesehen werden, dass irgendwelche Blockdiagramme hierin Konzeptansichten einer illustrativen Schaltung darstellen, die die Prinzipien der Offenbarung verkörpert.
  • Solange hierin nichts anderes explizit spezifiziert ist, sind die die Zeichnung umfassenden FIG. nicht im Maßstab gezeichnet und sind, wo es möglich ist, gemeinsame Bezugszeichen in allen FIG. verwendet.
  • Betriebsmäßige Überblick
  • 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer illustrativen Architektur für eine verteilte Glasfasererfassung (DOFS) über ein WDM-PON mit Schleifenrückführung von ONUs gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
  • Wie es aus dieser Figur beobachtet werden kann, enthält das optische Leitungsendgerät (OLT) (1.1) einen Transponder (101) zur Datenübertragung und einen DFOS-Integrator (102) zur Erfassung. Wie es von Fachleuten auf dem Gebiet verstanden und eingesehen werden wird, kann eine solche Erfassung - zum Beispiel - DTS, DVS, DAS und/oder BOTDR - unter anderen - in Abhängigkeit von der verwendeten bestimmten Konfiguration enthalten. Bei der in der Figur (den Figuren) illustrativ gezeigten Architektur sind die Erfassungselemente vorteilhaft nicht nur dafür nützlich, eine Netzwerkleistungsfähigkeit (Faserstreckenverlust) auszuwerten, sondern sie können auch verwendet werden, um Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Schwingung, Temperatur, Akustik, etc. entlang der gesamten Faserstrecke zu bewerten, um - zum Beispiel - eine Struktur-(Gebäude-)Gesundheit, einen Brandschutz und eine akustische (Gewehrschuss) Erkennung zu bestimmen, etc.
  • Typischerweise enthält ein existierendes Übertragungs-Glasfaserkabel (2.1) mehrere einzelne Faserbündel. Für heutige WDM-PON-Systeme kann eine der Fasern als Datenfaser (201) verwendet werden, um Datensignale zu übertragen, während andere Fasern nicht verwendet werden können (d.h. „dunkle Fasern“). Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird/werden eine oder mehrere dunkle Fasern als Erfassungsfaser (202) verwendet, um Erfassungssignale vom OLT (1.1) zu einem entfernten Knoten (3.1) zu übertragen.
  • Im RN werden reguläre 2 Eingangsports eines Zeilen-Wellenleiter-Gitters (AWG) (301) verwendet, um Datensignale zu teilen bzw. zu splitten und sie über Zubringerfasern (401) zu ONUs zu liefern. Ähnlich zum Übertragungsfaserkabel (2.1) kann ein Zubringerfaserkabel (4.1) auch mehrere einzelne Fasern enthalten. Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung werden zwei oder mehrere von dunklen Fasern, die ein Zubringerfaserkabel (4.1) umfassen, als Erfassungszubringerfaser(n) (402) verwendet.
  • Um ein Schleifenrückführungs-Erfassungssystem zu realisieren, werden zwei Erfassungszubringerfasern (402) verwendet, um eine einzelne ONU mit dem RN (3.1) zu verbinden. Als solches können Erfassungssignale durch jede ONU übermittelt werden, um dadurch zu erreichen, dass ein (oder mehrere) Kommunikationsfaserbündel als Erfassungsfasern verwendet wird (werden). Demgemäß kann, wenn das Übertragungsfaserkabel (2.1) und das Zubringerfaserkabel (4.1) unterirdisch eingegraben sind, eine Erfassung von-zum Beispiel - einem Straßenzustand, einem Straßenbelagsnotfall und/oder einem Straßenverkehr überwacht werden. Derweil können die Brandschutz-, die Gewehrschusserkennungs- und die Strukturgesundheitsüberwachung realisiert werden mit den durch Leitungsmaste, Brücken, Telekommunikationstürme, ONUs verlaufenden Faserkabeln.
  • 2 zeigt ein schematisches Diagramm einer illustrativen Architektur/Anordnung für eine verteilte Glasfasererfassung (DOFS) über ein WDM-PON mit abstimmbarem Laser-(TL-DOFS-)Integrator (103) gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
  • Unter Bezugnahme auf diese Figur kann es beobachtet werden, und wie es oben angemerkt ist, dass der TL-DOFS-Integrator einen abstimmbaren Laser (TL) anstelle eines Lasers mit fester Wellenlänge enthält. Betriebsmäßig wird der TL-DOFS-Integrator in jedem Zyklus einer Pulsfrequenz die Wellenlänge ändern, um Datensignale anzupassen, um sie durch einen selben Port vom AWG (301) im RN (3.1) durchzulassen und dieselben darauffolgend gleichzeitig zu den ONUs zu dirigieren bzw. zu lenken.
  • Anhand von einem nur illustrativen Beispiel beträgt die gesamte Entfernung vom OLT zur ONU 30 km, was -1000 Hz entspricht. Demgemäß stimmt der TL-DOFS-Integrator die Laserfrequenzen bei einer Frequenz von 1000 Hz auf von λs1 bis λsN ab, die in denselben ITU-Gittern wie λD1~λDN angeordnet sind. Bei dieser illustrativen Architektur wird nur eine dunkle Faser, die bei dem Zubringerfaserkabel (4.1) enthalten ist, als Erfassungszubringerfaser (401) verwendet.
  • 3 zeigt ein schematisches Diagramm einer zusätzlichen Illustrativen Architektur/Anordnung für eine verteilte Glasfasererfassung (DOFS) über ein WDM-PON mit einem optischen Schalter, der in einem entfernten Knoten (RN) positioniert ist, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Wie es aus dieser Figur beobachtet werden kann, wird bei dieser illustrativen Architekturanordnung anstelle eines passiven RN ein aktiver RN (3.2) einschließlich eines AWG (301) und eines optischen Schalters (SW) (302) verwendet. Eine Datenfaser (201), die innerhalb eines Übertragungsfaserkabels (2.1) enthalten ist, ist in optischer Kommunikation mit dem AWG (301) und ist derart konfiguriert, dass sie in einer „regulären“ WDM-PON-Konfiguration ist. Derweil wird ein optischer SW (302) im RN (3.2) verwendet, um Erfassungssignale umzuschalten. Ein solcher optischer SW verbindet eine Erfassungsfaser (202) und eine (oder mehrere) Erfassungszubringerfaser(n) (402). Basierend auf Anforderungen von verschiedenen Anwendungen und/oder Kunden können gleichzeitig unterschiedliche Erfassungselemente unterschiedlichen ONUs zur Verfügung gestellt werden. Zum Beispiel kann das System eine Temperaturerfassung der ONU-1 und eine akustische Erfassung der ONU-2 zur Verfügung stellen - und kann sie vorteilhaft verwenden und sie gleichzeitig abfragen.
  • 4 zeigt ein schematisches Diagramm einer noch weiteren illustrativen Architektur/Anordnung für eine verteilte Glasfasererfassung (DOFS) über ein WDM-PON mit einem optischen Schalter, der in einem optischen Leitungsendgerät (OLT) positioniert ist, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Wie es aus dieser Figur beobachtet werden kann, enthält die illustrative Anordnung einen optischen Schalter (302), um Erfassungssignale zu den ONUs zu liefern. Wie es weiter beobachtet werden kann, ist der Schalter bei dieser illustrativen Konfiguration im OLT angeordnet und nicht im RN, wie bei den zuvor - oben - beschriebenen Anordnungen. Wir merken an, dass der entfernte Knoten bei dieser Illustrativen Anordnung vorteilhaft passiv, anstelle von aktiv, sein kann - um dadurch eine Komplexität und Kosten im Vergleich mit denjenigen der anderen gezeigten Anordnung betriebsmäßig weiter zu reduzieren.
  • 5 zeigt ein schematisches Diagramm einer noch weiteren illustrativen Architektur/Anordnung für eine verteilte Glasfasererfassung (DOFS) über ein WDM-PON mit einem zyklischen Zeilen-Wellenleiter-Gitter (AWG) in einem entfernten Knoten (RN) gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Wie es aus dieser Figur beobachtet werden kann, ist das eine AWG (301) und ein zyklisches AWG (CAWG) (303) im RN (3.2). Eine Datenfaser (201), die innerhalb/als Teil des gesamten Übertragungsfaserkabelbündels (2.1) angeordnet ist, ist optisch mit dem AWG (301) verbunden, während eine Erfassungsfaser (202) mit einem Eingangsport vom CAWG (303) verbunden bzw. verknüpft ist. Ein anderer Eingang (andere Eingänge) vom CAWG (303) ist/sind mit einem Ausgang (Ausgängen) vom AWG (301) verbunden, während Ausgänge mit einem Zubringerfaserkabel verbunden sind. Die Erfassungssignale werden zu einer unterschiedlichen Erfassungszubringerfaser durch das CAWG mit unterschiedlicher Verzögerung gesendet, weshalb die Lokalisierungen der Erfassungselemente entdeckt werden können.
  • 6 zeigt ein schematisches Diagramm von noch einer weiteren illustrativen Architektur/Anordnung für eine verteilte Glasfasererfassung (DOFS) gemäß weiteren Aspekten der vorliegenden Offenbarung, wobei eine allgemeine Faseranordnung vom OLT zur ONU gezeigt ist. Wie es aus dieser Figur beobachtet werden kann, enthält die Glasfasersensoranordnung eine Faseranordnung - einschließlich von sowohl Datenkommunikationen als auch eine Sensorfaser - vom OLT zur ONU, die illustrativ durch Transporteinrichtungen (d.h. begehbare Schächte (MH (= Manholes)), Straßen, Brücken etc.), Trägereinrichtungen (Masten, Türme etc.) und Gebäude verlaufen. Wenn sie so angeordnet ist, agiert die gesamte Faserstrecke als ein Erfassungsmedium, das für eine Einrichtungsgesundheits- bzw. -zustandsüberwachung, ein smartes Verkehrsmanagement für smarte Stadtanwendungen, verwendet werden kann. Weiterhin kann, wenn die Erfassungsfaser so installiert ist, dass sie in ein Gebäude eintritt, sie - zum Beispiel - eine soziale Erfassung innerhalb des Gebäudes zur Verfügung stellen, wenn die innerhalb des Gebäudes angeordnete Faser so genutzt wird. Die entlang der in der Figur gezeigten gesamten Strecke dargestellten Erfassungsanwendungen sind in Tabelle 1 aufgelistet. Tabelle 1
    Zusammenfassung von Erfassungsanwendungen entlang einer gesamten Faserstrecke eines illustrativen Netzwerks.
    Erfassung im zentralen Büro Einrichtungserfassungsanwendungen Soziale Erfassungsanwendungen innerhalb des Gebäudes
    Verteilte Schwingungserfassung • Kabelzustand (Kabelschnittverhinderung, Einbruchserkennung, etc. • Straßenzustand und Zustandsüberwachung für Brücken, Türme, Masten etc. • Gebäudezustandsüberwachung
    Verteilte Temperaturerfassung • Erkennung von Vereisung/Gefroren sein von begehbarem Schacht • Brandschutz
    Verteilte Akustikerfassung • Erkennung von Steinschlag • Erkennung von Gewehrschuss innerhalb eines Gebäudes
    Verteilte Gaserfassung • Erkennung von Gasleckagen (CH4 etc.) • Luftqualitätserkennung (CO2, CO, CH4, etc.)
  • Illustrative Beispiele
  • Wir offenbaren nun ein illustratives passives optisches Netzwerk (PON), das einen reflektierenden optischen Halbleiterverstärker (RSOA) bei jeder optischen Netzwerkeinheit (ONU) verwendet, um vorteilhaft eine gleichzeitige Datenübertragung mit einer verteilten Glasfasererfassung (DOFS) auf allen Verteilungsfasern zu ermöglichen.
  • Für Fachleute auf dem Gebiet interessant machen wir existierende PONs weiter kompatibel mit DFOS durch Hinzufügen von billigen reflektierenden optischen Halbleiterverstärkern (RSOAs) bei ONUs. Betriebsmäßig verwenden wir ein Zeitbereichsmultiplex-(TDM-)Schema, wo eine externe Steuerung die RSOAs bei jeder ONU ein/ausschaltet, um DOFS auf jeder einzelnen Verteilungsfaser zuzulassen. Unsere experimentellen Ergebnisse einer solchen Anordnung (von solchen Anordnungen) zeigen, dass wir den Rundlaufverlust eines 1x32-Splitters überwinden, da wir DAS bei einer Auflösung von 1 m erfolgreich durchführten, wenn wir zwei piezoelektrische Schwingungsquellen verwendeten, die mit unterschiedlichen Verteilungsfasern gekoppelt sind, und sie gleichzeitig ohne Interferenz maßen. Wir waren auch dazu fähig, dasselbe System zu verwenden, um Schwingungen von Fußgängern und Fahrzeugverkehr für ein Kabel zu erkennen, das am nächsten zu einer Straße eingegraben ist. Ein solches DAS-System existierte zusammen mit einer PAM4-basierten Zweiwege-10-Gb/s-Kommunikationsverbindung, die für einen Fronthaul-Zugriff verwendet werden kann.
  • Hybride Datenübertagungs/Erfassungs-PON-Architektur
  • Die PON-Architektur/Anordnung mit hybrider Übertragung/Erfassung des illustrativen Beispiels ist in 7 schematisch gezeigt. Wie es beobachtet werden kann, zeigt 7 ein schematisches Diagramm einer illustrativen beispielhaften Architektur/Anordnung für eine verteilte Glasfasererfassung (DOFS) gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung - ein kompatibles PON, bei welchem Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer Aufwärts- (US), Abwärts- (DS) und Erfassungskanäle kombinieren, und ein reflektierender SOA bei jeder ONU ermöglicht DOFS auf jeder einzelnen Verteilungsfaser.
  • Beim optischen Leitungsendgerät (OLT) sind der Erfassungskanal (1550 nm) und die 10-Gb/s-Kanäle aufwärts (1561 nm) und abwärts (1546 nm) unter Verwendung eines Wellenlängenmultiplexers kombiniert. Das PON besteht aus einer 4,4-km-Spulenzubringerfaser, gefolgt durch einen passiven 1x32-Splitter, gefolgt durch Verteilungsfasern, die 1.6 km lang sind. Die optischen Netzwerkeinheiten (ONU) enthalten einen Wellenlängendemultiplexer, wo die Ports aufwärts (US) und abwärts (DS) jeweils mit PAM4-Empfängern (Rx) und -Sendern (Tx) verbunden sind und der Erfassungs-Port durch einen RSOA abgeschlossen ist. Wenn der RSOA bei einer bestimmten ONU eingeschaltet wird, wird der sich vorwärts ausbreitende Erfassungspuls verstärkt und reflektiert, während er ein sich rückwärts ausbreitender Erfassungspuls wird, der sein eigenes optisches Zeitbereichsreflektometrie-(OTDR-)Signal erzeugt. Dieses sekundäre OTDR-Signal ist anfangs sich vorwärts ausbreitend, wobei es auf ein Auftreffen auf den RSOA hin verstärkt und darauffolgend zurück zum OLT reflektiert wird.
  • Eine Proben-OTDR-Ablaufverfolgung, gemessen beim OLT, ist in 8(B) gezeigt. In jedem „Frame“ bzw. „Rahmen“ entsprechend dem RSOA von einem ONU, der eingeschaltet ist, ist der anfängliche Teilbereich (A) der Verfolgung eine Rayleigh-Rückstreuung der Zubringerfaser. Dem wird gefolgt durch die schwächere Rückstreuung (aufgrund des 1x32-Splitters) der 1.6-km-Verteilungsfaser (B). Die verstärkte sekundäre Rückstreuung der Verteilungsfaser, erzeugt durch den sich rückwärts ausbreitenden Erfassungspuls, folgt in (C).
  • Unter Verwendung der in 7 gezeigten Architektur/Anordnung können wir jede Verteilungsfaser durch Ein/Ausschalten vom RSOA in dieser ONU selektiv abfragen. Wir merken an, dass eine Master- bzw. Haupt-Steuerung beim OLT verwendet werden kann, um die RSOAs ein/auszuschalten. Wie es durch Fachleute aus dem Gebiet eingesehen werden wird, müssen die RSOAs dann, wenn eine bestimmte Verteilungsfaser abgefragt wird, bei allen anderen ONUs ausgeschaltet sein, so dass sie nicht mit der OTDR der erwünschten Verteilungsfaser interferieren bzw. diese nicht stören. Da jede der 31 anderen Verteilungsfasern eine Rayleigh-Rückstreuung von dem sich vorwärts ausbreitenden Puls beiträgt, ist die Summe von diesen eine Interferenz, die sich in 8(B) mit (B) überlappt. Um sicherzustellen, dass sich diese Interferenz nicht in den erwünschten Teilbereich (C) ausdehnt, der für DAS verwendet wird, ist es nötig, sicherzustellen, dass alle Verteilungsfasern dieselbe Länge haben.
  • Experimentelle Ergebnisse
  • Um unsere Anordnung zu bewerten, führten wir eine Übertragung von 6-Gbaud PAM4 über die in 7 gezeigte hybride PON/DAS-Architektur durch. 8(A) zeigt BER über einer empfangenen Leistung für Ende-zu-Ende, eine Aufwärts- und Abwärtsübertragung mit und ohne dem vorhandenen Erfassungssignal. Aufgrund der niedrigen akkumulierten chromatischen Dispersion (CD) gibt es keinen beobachtbaren Übertragungsnachteil. Zusätzlich hatte das Vorhandensein des Erfassungspulszugs einen vernachlässigbaren Einfluss auf eine Leistungsfähigkeit, was ein Nachweis für die Kompatibilität einer Datenübertragung mit einer Erfassung in unserem Schema ist. Wir merken an, dass 3rd Generation Partnership Project (3GPP) im Januar 2018 die erste Version der Spezifikation über die gemeinsame öffentliche Ethernet-Funkschnittstelle (eCPRI), verwendet für 5G-Fronthaul, veröffentlichte. Das 25G eCPRI ist nahezu sicher als die Schnittstelle für 5G-Fronthaul bestimmt worden. Die 25G-Einzelkanal-Schnittstelle wird wahrscheinlich eine etablierte Schnittstelle für 5G-Fronthaul sein.
  • Um den richtigen Betrieb der DOPS-Funktion zu verifizieren, führten wir eine verteilte akustische Erfassung (DAS) durch kohärentes Erkennen der OTDR der Rayleigh-Rückstreuung durch (8(B)). Zwei piezoelektrische Faserstrecker sind am Eingang von zwei Verteilungsfasern eingefügt, wie es in 7 gezeigt ist. Die Treibersignale für jeden Faser-Stretcher sind auf eine Amplitude von 5 V und jeweils auf eine Frequenz von 100 Hz und 133 Hz eingestellt. Erfassungspulse einer Dauer von 100 ns (räumliche Auflösung ~ 1 m) werden in das PON mit einer Empfangsrate von 10 kHz gestartet. Die RSOAs am Ende der zwei Verteilungsfasern werde bei jedem anderen Puls aufeinanderfolgend eingeschaltet, was in einer akustischen Abtastrate von 5 kHz für jede Faser resultiert.
  • Die durch das akustische Signal erzeugte optische Phasenänderung wird durch eine digitale Signalverarbeitung (DSP) offline von dem kohärenten OTDR gemessen. Die Frontend-DSP-Operationen enthalten eine Wiederholungsprobennahme bzw. ein Resampling, ein Filtern und eine DSP-Emulation eines Interferometers mit einer differentiellen Länge von 2 m. Wir normalisieren dann die Leistung des differentiellen Schwebungssignals bei jeder Entfernung, gefolgt durch eine Bandpassfilterung, um „Wasserfalldiagramme“ zu erzeugen, die die Entwicklung der Schwingungsamplitude bei einer Zeit für unterschiedliche Faserpositionen zeigen. Die Framerate von 5 kHz bedeutet, dass akustische Frequenzen bis zu 2.5 kHz gemessen werden können.
  • 8(C) zeigt die bei der Position des Piezo-Stretchers für jede Verteilungsfaser (Amplitude -4.3 rad) gemessenen akustischen Phasen. 2(D) zeigt das akustische Spektrum bei derselben Position. Die Rauschebene entspricht einem Spannungspegel von ~0.35/√Hz. Wir wobbelten die Amplitude des Treibersignals bei einer der Verteilungsfasern und maßen die Amplitude der akustischen Phase, und das Ergebnis ist in 2(E) gezeigt.
  • Schließlich verwendeten wir die DOPS, um eine Schwingung der realen Welt zu messen durch Verbinden eines 400 m langen eingegrabenen Glasfaserkabels zwischen dem Ausgang des 1×32-Splitters und einer der Verteilungsfasern ( 7). Das Kabel ist in einer Tiefe von -50 cm eingegraben. Wir maßen die Schwingung, die erzeugt ist durch (a) Gehen und (b) langsames Radfahren am nächsten zu dem eingegrabenen Kabel bei einem Abstand von ~ 1 m, sowie (c) Fahren am nächsten zum Kabel bei einem Abstand von ~ 5 m. 9(A) - 9(C) zeigen „Wasserfall“-Diagramme, die durch DOPS aufgezeichnet sind, und die realen/imaginären Wellenformen bei den gezeigten Positionen. Die Steigung des Wasserfalldiagramms kann verwendet werden, um die Geschwindigkeit der Schwingungsquelle abzuleiten: steilere/flachere Steigungen entsprechen jeweils langsameren/schnelleren Bewegungen. Die geschätzten Geschwindigkeiten eines Gehens, eines Radfahrens und eines Fahrens waren jeweils ~ 0.5 m/s, 2.5 m/s und 10 m/s.
  • An dieser Stelle werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen und einsehen, dass wir eine neue PON-Architektur dargelegt haben, die eine mobile 5G-Backhaul-Übertragung bei 10 Gb/s und eine verteilte Glasfasererfassung von jeder Verteilungsfaser gleichzeitig zulässt. Die Technologien, die dies möglich machen, sind bei jeder ONU platzierte RSOAs, die selektiv eingeschaltet werden können, um einen sich rückwärts ausbreitenden Erfassungspuls zu erzeugen, der jede Verteilungsfaser abfragen kann. Die Aufwärts- und Abwärts-Datenkanäle und die Erfassungskanäle existieren zusammen auf drei getrennten Wellenlängen. Wir legten erfolgreich eine verteilte akustische Erfassung (DAS) basierend auf einer kohärenten OTDR unter Verwendung dieser Architektur dar.
  • Architektur/Anordnung mit bidirektionaler Faser für duale Verwendung und Anwendung davon
  • Wie wir es zuvor angemerkt haben und wie es durch Fachleute auf dem Gebiet ohne weiteres eingesehen werden sollte, lassen unsere Architektur(en)/Anordnung(en) für optische Datenkommunikationen/Erfassung gemäß der vorliegenden Offenbarung die erneute Verwendung von existierenden optischen Kabeln zu, die eine verteilte Erfassung zur Verfügung stellen unter Verwendung von - zum Beispiel - einer bidirektionalen Dualband-Architektur, wo Kommunikationen und Erfassungssignale zusammen existieren.
  • 10 zeigt eine illustrative Architektur/Anordnung gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung für ein bidirektionales System für dual Verwendung, wo Datenkommunikationskanäle und DFOS auf derselben Glasfaser zusammen existieren. Das System umfasst ein Faserpaar, das Zweiwegekommunikationen zwischen zwei Knoten unterstützt bzw. trägt, die illustrativ in zwei Datenzentren oder bei Add-Drop/Repeater-Stellen sein können. Wie es gezeigt ist, laufen die Kommunikationskanäle und Erfassungspulse in entgegengesetzten Richtungen in jeder Faser, um ihre wechselseitige nichtlineare Interferenz zu reduzieren, was zulässt, dass beide Systeme im C-Band mit niedrigem Verlust arbeiten. Vorteilhaft können wir Diplexer verwenden, um Kommunikation und Erfassungssignale zu multiplexen/demultiplexen. Wie es durch Fachleute auf dem Gebiet verstanden werden wird, verhindert dies ein Rauschen einer verstärkten spontanen Emission (ASE) außerhalb des Bandes von Booster-Verstärkern, die eine schwache Rayleigh-Rückreflexion des DFOS-Systems „verdrängen“, die sich zusammen mit den Kommunikationskanälen bei im Wesentlichen niedrigerer Leistung ausbreitet, wie es in der Figur gezeigt ist. Vorteilhaft ist normalerweise nur ein Fasererfassungs-Abfrager nötig.
  • Glasfasersensoranwendung - Einbruchserkennung
  • Eine wichtige Anwendung von Glasfasersensoren gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist eine Erkennung eines nicht autorisierten Eindringens bei wichtigen Einrichtungen. Durch Verlegen eines Glasfaserkabels an einem Einfassungszaun (11(A)) ist es möglich, eine Schwingung über ein weites Gebiet mit niedrigen Kosten im Vergleich mit einer herkömmlichen Nutzung von Sicherheitskameras zu erkennen.
  • Eine Herausforderung bei einer Einbruchserkennung besteht im Unterdrücken von falschen Alarmen, die durch Störungen durch die natürliche Umgebung (Wind, Regen, etc.) sowie durch Bewegungen von kleinen Tieren verursacht sind. Vorteilhaft können Systeme, Verfahren und Strukturen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung die leistungsfähige künstliche Intelligenz (AI) wirksam einsetzen, um unterschiedliche Ereignisse zu klassifizieren. 11(B) zeigt ein Beispiel von unterschiedlichen Schwingungsmustern, die auf dem „Wasserfalldiagramm“ gesehen werden, das durch einen Rayleigh-basierten verteilten Schwingungssensor (DVS) gemessen ist. Der Glasfasersensor erzeugt Rohdaten, die dann zum Trainieren und zur Ereignisklassifikation zur AI zugeführt werden.
  • Glasfasersensoranwendung - Straßenverkehrsüberwachung
  • Eine zusätzliche Anwendung von Glasfasersensoren gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist ein Überwachen von Kraftfahrzeugverkehr. Diese Anwendung ist besonders attraktiv, da viele optische Kabel nahe Hauptverkehrsstra-ßen eingesetzt sind. Kraftfahrzeugverkehr erzeugt eine Schwingung, die im Verlaufe der Zeit eine Position ändert. 12(A) zeigt ein „Wasserfalldiagramm“, das unter Verwendung eines Rayleigh-basierten DVS an einem 55-km-Faserkabel im Stadtgebiet Dallas aufgezeichnet ist. Die horizontale und die vertikale Achse bezeichnen jeweils eine Faserposition und Zeit. Die Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs kann somit aus der Steigung der Schwingungsmerkmale abgeleitet werden: eine steilere Steigung bezeichnet einen langsameren Verkehr (Stau), während eine flachere Steigung einen schnelleren Verkehr (ruhigen Fluss) bezeichnet. Positive und negative Steigungen bezeichnen unterschiedliche Richtungen eines Verkehrs. Wie bei einer Eindringerkennung können „Wasserfalldiagramme“, wie dasjenige in 12(A), als Trainingsdaten für die AI verwendet werden, die dann eine durchschnittliche Verkehrsgeschwindigkeit mit einem hohen Maß an Genauigkeit überwachen kann. Bei diesem Feldversuch existierte die DOFS-Anwendung zusammen mit einer vollständigen C-Band-38-Tb/s-Übertragung von dichtem WDM-(DWDM-)Verkehr, wo jeder der 92x48-GBaud-Kanäle PS144QAM bei einer Netzdatenrate ≥400-Gbaud/s einer durchschnittlichen spektralen Effizienz (SE) von 8.3 b//Hz trug. Um eine gleichzeitige DOFS zuzulassen, reservieren wir ein spektrales Loch von drei 50-GHz-Kanälen. Wir merken an, dass bei unseren Experimenten die Startleistung des Erfassungspulses für eine optimale Operation von sowohl Kommunikation als auch DOFS-Systemen eingestellt wurde. Das Vorhandensein des Erfassungspulses erzeugte keinerlei wahrnehmbaren Unterschied bezüglich einer Signalqualität der Übertragungskanäle. Eine fehlerfreie Operation (vor-FEC BER < 2.2×10-2) wurde erreicht, was die Möglichkeit von unseren Systemen, Verfahren und Strukturen gemäß der vorliegenden Offenbarung darlegt. 12(B) zeigt schematisch eine Maschinenlernanordnung, die verwendet werden kann, um eine Fahrzeugrichtung und eine Durchschnittsgeschwindigkeit zu bestimmen, während 12(C) Konstellationsdiagramme von PS-144QAM-Kanälen zeigt, die sich gegenüber dem DOFS-System in Gegenrichtung ausbreiten, wie es experimentell bestimmt ist.
  • Glasfasersensoranwendung - Infrastrukturgesundheits- bzw. -zustandsüberwachung
  • Noch eine weitere Anwendung von Systemen, Verfahren und Strukturen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung enthält ein Überwachen der „Gesundheit“ einer Schlüsselinfrastruktur, wie beispielsweise von Brücken. Da die natürlichen Frequenzen der Struktur sowie die mit jeder Frequenz assoziierten Dämpfungscharakteristiken sich mit einer physikalischen Verschlechterung ändern, ist es daher möglich, DOFS für eine Überwachung in Echtzeit von diesen Änderungen bezüglich Schwingungscharakteristiken zu verwenden. Trainingsdatengruppen für unterschiedliche Zustände einer Verschlechterung der Referenzstruktur werden zuerst mithilfe einer menschlichen Untersuchung erzeugt. Wenn die AI einmal an den Rohdaten trainiert ist, ist es möglich, große Anzahlen von ähnlichen Strukturen mit niedrigen Kosten zu überwachen, wenn diese Strukturen durch ein einziges optisches Kabel durchquert sind. Die 13(A) - 13(B) zeigen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung: 13(A) eine Brückenstruktur-Gesundheitsüberwachung unter Verwendung von DOFS; und 13(B) eine AI-Klassifizierung einer Brückengesundheit, die eine Verteilung einer „Anomaliebewertung“ vor und nach einer Renovierung zeigen.
  • Wie es beobachtet werden kann, zeigt die Figur den Typ von Felddaten, die für eine Eisenbahnbrücke aufgezeichnet sind. Ein deutlicher Unterschied wird für die Verteilung einer „Anomaliebewertung“ vor und nach Reparaturen beobachtet, was eine 1-Klasse-Klassifizierung einer strukturellen Gesundheit unter Verwendung eine RAPID-Maschinenlernens zulässt.
  • An dieser Stelle werden, während wir diese Offenbarung unter Verwendung einiger spezifischer Beispiele präsentiert haben, Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass unsere Lehren nicht darauf beschränkt sind. Virtuell kann jeder Typ von Erfassung, die über eine Glasfaser stattfinden kann, vorteilhaft in Systeme, Verfahren und Strukturen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung eingebunden sein. Demgemäß sollte diese Offenbarung nur durch den Schutzumfang der Ansprüche beschränkt sein, die hierzu angefügt sind.

Claims (11)

  1. Anordnung eines optischen Netzwerks (ON), welche Anordnung ein optisches Leitungsendgerät (OLT), einen entfernten Knoten (RN) und eine optische Netzwerkeinheit (ONU) enthält, wobei das OLT, der RN und die ONU durch ein oder mehrere Segmente eines mehrfaserigen optischen Kabels optisch miteinander verbunden sind, wobei das OLT einen Transponder enthält, der optische Datensignale über eine oder mehrere der mehreren Fasern des mehrfaserigen optischen Kabels sendet und empfängt, wobei die Anordnung gekennzeichnet ist durch: einen Integrator eines verteilten Glasfasererfassungssystems (DOFS) in optischer Kommunikation mit einer (mehreren) unterschiedlichen der mehreren Fasern des mehrfaserigen optischen Kabels, wobei das DOFS Änderungen bei und Stellen der Änderungen bei der (den) unterschiedlichen einen (mehreren) Faser(n) des mehrfaserigen optischen Kabels durch eine Abfrage von optischen Pulsen erkennt.
  2. ON-Anordnung nach Anspruch 1, die weiterhin dadurch gekennzeichnet ist: dass die unterschiedliche(n) der mehreren Fasern des mehrfaserigen Glasfaserkabels eine (oder mehrere) dunkle Faser(n) ist (sind).
  3. ON-Anordnung nach Anspruch 1, die weiterhin dadurch gekennzeichnet ist: dass der DOFS-Integrator wenigstens ein ausgewähltes aus der Gruppe erfasst, die besteht aus einer verteilten Temperaturerfassung (DTS), einer verteilten Schwingungserfassung (DVS), einer verteilten akustischen Erfassung (DAS) und einer optischen Brillouin-Zeitbereichsreflektometrie (BOTDR).
  4. ON-Anordnung nach Anspruch 1, die weiterhin dadurch gekennzeichnet ist: dass der DOFS-Integrator Änderungen entlang einer gesamten Glasfaserstrecke vom OLT zur ONU erfasst, wobei der RN zwischen dem OLT und der ONU angeordnet ist.
  5. ON-Anordnung nach Anspruch 1, die weiterhin gekennzeichnet ist durch: eine Glasfaser-Schleifenrückführung von jeder der ONUs.
  6. ON-Anordnung nach Anspruch 5, die weiterhin dadurch gekennzeichnet ist: dass die Glasfaser-Schleifenrückführung von jeder der ONUs eine einzige der Glasfasern umfasst.
  7. ON-Anordnung nach Anspruch 1, die weiterhin dadurch gekennzeichnet ist: dass der DOFS-Integrator ein abstimmbarer DOFS-Integrator (TL-DOFS) ist, der einen abstimmbaren Laser (TL) anstelle eines Laser mit fester Wellenlänge enthält, wobei der TL-DOFS die Wellenlänge in jedem Zyklus einer Pulsfrequenz ändert, um Datensignale so anzupassen, dass sie durch ein selbes Port eines im RN lokalisierten Zeilen-Wellenleiter-Gitters (AWG) laufen.
  8. ON-Anordnung nach Anspruch 1, die weiterhin gekennzeichnet ist durch: einen im RN lokalisierten optischen Schalter, wobei der optische Schalter ein Umschalten von Erfassungssignalen zwischen dem DOFS-Integrator, dem RN und einer oder mehreren ONUs zur Verfügung stellt.
  9. ON-Anordnung nach Anspruch 1, die weiterhin gekennzeichnet ist durch: einen im OLT lokalisierten optischen Schalter, wobei der optische Schalter ein Umschalten von Erfassungssignalen zwischen dem DOFS-Integrator, dem RN und einer oder mehreren ONUs zur Verfügung stellt.
  10. ON-Anordnung nach Anspruch 1, die weiterhin gekennzeichnet ist durch: ein AWG und ein im RN lokalisiertes zyklisches AWG.
  11. Verfahren zum Upgraden einer existierenden Anordnung eines optischen Netzwerks (ON), wobei die existierende Anordnung ein optisches Leitungsendgerät (OLT), einen entfernten Knoten (RN) und eine optische Netzwerkeinheit (ONU) enthält, wobei das OLT, der RN und die ONU durch ein oder mehrere Segmente eines mehrfaserigen optischen Kabels optisch miteinander verbunden sind, wobei das OLT einen Transponder enthält, der optische Datensignale über eine oder mehrere der mehreren Fasern des mehrfaserigen optischen Kabels sendet und empfängt, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Vorsehen eines Integrators eines verteilten Glasfasererfassungssystems (DOFS) in optischer Kommunikation mit einer (mehreren) unterschiedlichen der mehreren Fasern des mehrfaserigen optischen Kabels, wobei das DOFS konfiguriert ist, um Änderungen bei und Stellen der Änderungen bei der (den) unterschiedlichen der mehreren Fasern des mehrfaserigen optischen Kabels durch eine Abfrage von optischen Pulsen zu erkennen.
DE112019006332.4T 2018-12-21 2019-12-19 Glasfasererfassungssysteme, -verfahren, -strukturen und -anwendungen Active DE112019006332B4 (de)

Applications Claiming Priority (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862783422P 2018-12-21 2018-12-21
US62/783,422 2018-12-21
US201962801680P 2019-02-06 2019-02-06
US62/801,680 2019-02-06
US201962923680P 2019-10-21 2019-10-21
US201962923682P 2019-10-21 2019-10-21
US62/923,680 2019-10-21
US62/923,682 2019-10-21
US16/719,963 US10917168B2 (en) 2018-12-21 2019-12-18 Optical fiber sensing systems, methods, structures and applications
US16/719,963 2019-12-18
PCT/US2019/067339 WO2020132169A1 (en) 2018-12-21 2019-12-19 Optical fiber sensing systems, methods, structures and applications

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112019006332T5 true DE112019006332T5 (de) 2021-09-02
DE112019006332B4 DE112019006332B4 (de) 2023-02-09

Family

ID=71097545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112019006332.4T Active DE112019006332B4 (de) 2018-12-21 2019-12-19 Glasfasererfassungssysteme, -verfahren, -strukturen und -anwendungen

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10917168B2 (de)
JP (1) JP2022515184A (de)
DE (1) DE112019006332B4 (de)
WO (1) WO2020132169A1 (de)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10931366B2 (en) * 2019-03-26 2021-02-23 Nec Corporation Distributed sensing over optical fiber carrying live, high-speed data
US11802810B2 (en) 2020-03-09 2023-10-31 Verizon Patent And Licensing Inc. Systems and methods for determining fiber cable geographic locations
US11060950B1 (en) * 2020-03-09 2021-07-13 Verizon Patent And Licensing Inc. Systems and methods for identifying locations of deployed fiber cables based on vibrations
US20220086541A1 (en) * 2020-09-11 2022-03-17 Nec Laboratories America, Inc Distance-route resource sharing for distributed fiber optic sensors
CN112367115B (zh) * 2020-10-13 2022-02-15 杭州初灵信息技术股份有限公司 一种应用于5g前传的wdm系统实时光纤检测模块及方法
CN112104422A (zh) * 2020-11-17 2020-12-18 南京信息工程大学 多波段载波感知通信系统
US12000729B2 (en) * 2020-12-22 2024-06-04 Nec Corporation Perpendicular distance prediction of vibrations by distributed fiber optic sensing
US20220205866A1 (en) * 2020-12-28 2022-06-30 Subcom, Llc Extending das range in undersea cables using loopbacks
US11677470B2 (en) * 2021-01-21 2023-06-13 Nec Corporation Concurrent sensing distributed fiber optic sensor placement
US11898900B1 (en) * 2021-02-25 2024-02-13 Cable Television Laboratories, Inc. Distributed fiber optic sensing systems and methods
US20220326052A1 (en) * 2021-04-05 2022-10-13 Nec Laboratories America, Inc VIBRATION SENSING OVER PASSIVE OPTICAL NETWORKS (PONs) USING FORWARDING OPTICAL PHASE RETRIEVAL AND TIME-DOMAIN MULTIPLEXED (TDM) SWITCHING
US20230024104A1 (en) * 2021-07-23 2023-01-26 Nec Laboratories America, Inc Identification of false transformer humming using machine learning
US20230152130A1 (en) * 2021-11-18 2023-05-18 Nec Laboratories America, Inc Fiber identification without cut point using distributed fiber optic sensing
US20230344544A1 (en) * 2022-04-22 2023-10-26 Halliburton Energy Services, Inc. Fiber Optic Sensing And Communication Systems
CN115514716A (zh) * 2022-09-19 2022-12-23 中国电信股份有限公司 Cr集群架构
CN115615469B (zh) * 2022-10-09 2023-10-13 清华珠三角研究院 一种用于分布式光纤传感的边缘智能分析装置
CN115714937A (zh) * 2022-11-03 2023-02-24 北京邮电大学 基于阵列波导光栅的全光交换分布式强化学习系统及方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5321541A (en) * 1991-12-12 1994-06-14 At&T Bell Laboratories Passive optical communication network with broadband upgrade
US7781725B2 (en) * 2004-10-21 2010-08-24 Mossman Guy E Optical fiber based sensor system suitable for monitoring remote aqueous infiltration
US7366055B2 (en) 2006-05-05 2008-04-29 Optoplan As Ocean bottom seismic sensing system
US8064286B2 (en) 2006-05-05 2011-11-22 Optoplan As Seismic streamer array
US8369706B2 (en) * 2006-07-18 2013-02-05 Novera Optics, Inc. Open access service model using WDM-PON
JP5130262B2 (ja) * 2009-07-17 2013-01-30 アンリツ株式会社 光線路障害探索装置
WO2013028108A1 (en) * 2011-08-24 2013-02-28 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Pon supervision using otdr measurements
JP5864057B2 (ja) * 2012-01-23 2016-02-17 株式会社フジクラ 光線路監視システム、試験装置、光線路監視方法、およびプログラム
GB2515564A (en) * 2013-06-28 2014-12-31 Optasense Holdings Ltd Improvements in fibre optic distributed sensing
US10302463B2 (en) * 2015-11-19 2019-05-28 Corning Incorporated Distributed fiber sensors and systems employing multicore optical fibers
US10345138B2 (en) * 2016-01-22 2019-07-09 Nec Corporation Method to increase the signal to noise ratio of distributed acoustic sensing by spatial averaging
US10401239B2 (en) 2016-11-01 2019-09-03 The Boeing Company Integrated hyper-redundant tactile sensor network based on structural fibers
JP6974457B2 (ja) 2016-11-10 2021-12-01 ファイバー センス ピーティーワイ リミテッド デジタルデータを提供する音響方法及びシステム
US10432302B1 (en) 2017-06-26 2019-10-01 Amazon Technologies, Inc. Bidirectional optical fiber auto-notifier test system

Also Published As

Publication number Publication date
DE112019006332B4 (de) 2023-02-09
US10917168B2 (en) 2021-02-09
JP2022515184A (ja) 2022-02-17
WO2020132169A1 (en) 2020-06-25
US20200200592A1 (en) 2020-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112019006332B4 (de) Glasfasererfassungssysteme, -verfahren, -strukturen und -anwendungen
US20200249076A1 (en) Optical fiber sensing systems, methods, structures and application
EP1796295B1 (de) Verfahren zur Detektion und Ortung von Störungen auf einer optischen Übertragungsstrecke und optisches Übertragungssystem
DE112020001481T5 (de) Verteilte Erfassung über Glasfaser, die live bzw. aktiv Hochgeschwindigkeitsdaten trägt
DE69535619T2 (de) Optisches Übertragungssystem, optisches Multiplexingübertragungssystem und dazugehörige Verfahren
CN103370888B (zh) 具有光线路终端收发器的光网络通信系统及其操作方法
DE69736560T2 (de) Überwachungssystem unter verwendung eines optischen rückhörsignals als testsignal
DE4430821A1 (de) Optische Kommunikationsvorrichtung
CN110518971B (zh) 一种基于水下采样的有中继海底光缆扰动监测系统
DE69833897T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Dispersionsoptimierung in einer faseroptischen Strecke in Übereinstimmung mit dem optischen Signalleistungspegel
Aono et al. More than communications: environment monitoring using existing optical fiber network infrastructure
US11463171B2 (en) Bidirectional optical communication and sensing WDM architecture using same fiber transmission band
Guerrier et al. Vibration detection and localization in buried fiber cable after 80km of SSMF using digital coherent sensing system with co-propagating 600Gb/s WDM channels
Di Luch et al. Demonstration of structural vibration sensing in a deployed PON infrastructure
CN105959058B (zh) 一种快速检测时分复用光网络链路故障的装置及方法
Huang et al. Simultaneous optical fiber sensing and mobile front-haul access over a passive optical network
CN210867701U (zh) 一种基于水下采样的有中继海底光缆扰动监测系统
DE60218546T2 (de) Optisches kommunikationssystem
DE60316764T2 (de) Vorrichtung zum optischen Zeitdemultiplexen
DE60200309T2 (de) Vorrichtung zur Addition von optischen Impulsen
CN210670077U (zh) 一种两路相位差回传信号的有中继海底光缆扰动监测系统
DE112022002008T5 (de) Vibrationserfassung über passive optische netzwerke (pon) mit weiterleitender optischem phasenabruf und zeitbereichs-multiplex-schaltung (tdm)
Gnauck et al. Transmission of 8 20-Gb/s channels over 232 km of conventional fiber
CN110166117B (zh) 一种长距离双路光纤单向传输的故障监测系统和方法
Pinart et al. Physical-layer considerations for the realistic deployment of impairment-aware connection provisioning

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: NEC CORPORATION, JP

Free format text: FORMER OWNER: NEC LABORATORIES AMERICA, INC., PRINCETON, NJ, US

R020 Patent grant now final