DE69736201T2

DE69736201T2 - Optisches Zeitbereichsreflektometer zur Betriebsüberwachung optischer Kabel

Info

Publication number: DE69736201T2
Application number: DE69736201T
Authority: DE
Inventors: Robert L. Colts Neck LYNCH; L. Richard Holmdel MAYBACH
Original assignee: Tyco Telecommunication US Inc
Current assignee: SubCom LLC
Priority date: 1996-10-10
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2017-10-10
Also published as: EP1023587A4; AU4752897A; TW387170B; DE69736201D1; CA2267888A1; WO1998015816A1; JP2001502422A; US5926263A; AU720699B2; EP1023587A1; EP1023587B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Zeitbereichsreflektometer (Optical Time Domain Reflectometer "OTDR"). Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein OTDR, das dazu geeignet ist, eine Betriebsmessung (In-Service Measurement) für optisches Kabel auszuführen.
Ein OTDR ist ein faseroptisches Messinstrument. Ein OTDR arbeitet durch Aussenden eines kurzen Lichtimpulses entlang einer Faser und Überwachen des kleinen Anteils des zum OTDR zurückgestreuten oder zurückreflektierten Lichts. Das reflektierte Licht kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob ein Fehler oder eine Störung in der Faser vorhanden ist.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines typischen optischen Übertragungssystems. Das Übertragungssystem weist eine optische Vorlauffaser 10 und eine optische Rücklauffaser 12 auf. Für die Fasern 10 und 12 sind Verstärker 15–20 erforderlich, weil das optische Signal über lange Strecken gedämpft wird. Ein typischer Verstärker weist jedoch einen (nicht dargestellten) optischen Isolator auf, der verhindert, dass optische Signale zurücklaufen.
Ein OTDR kann praktisch nicht mit dem in 1 dargestellten optischen Übertragungssystem verwendet werden, weil reflektiertes Licht durch die optischen Isolatoren in den Verstärkern 15–20 blockiert wird. Wenn ein OTDR an einem Punkt 2 einen Lichtimpuls über eine optische Vorlauffaser 10 aussendet, kann jenseits des Verstärkers 15 an der Faser 10 reflektiertes Licht nicht zum OTDR zurückkehren. Daher kann durch das OTDR nur ein begrenzter Abschnitt 10 bis zum Verstärker gemessen werden.
Ein Repeater ist eine Einheit, die sowohl einen vorlaufseitigen Verstärker als auch einen rücklaufseitigen Verstärker aufweist. In 1 weist ein Repeater 21 Verstärker 15 und 20 auf. Einige Repeater weisen einen Pfad zwischen den Verstärkern auf. Herkömmliche Messvorrichtungen verwenden diesen Pfad zum Übertragen von Lichtimpulsen über eine Eingangs- oder Vorlauffaser 10 und zum Empfangen der Reflexionen auf einer Ausgangs- oder Rücklauffaser 12. Diese herkömmlichen Vorrichtungen können jedoch nur dann verwendet werden, wenn das optische Übertragungssystem außer Betrieb ist, weil die Lichtimpulse mit dem Verkehrssignal interferieren.
An dem Dokument WO-A-96/05665 ist ein herkömmliches System bekannt.
Basierend auf dem vorstehend erwähnten Sachverhalt besteht Bedarf für ein OTDR, durch das Messfähigkeiten für ein optisches Übertragungssystem bereitgestellt werden, ohne dass das Übertragungssystem außer Betrieb sein muß.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Durch die vorliegende Erfindung wird ein OTDR bereitgestellt, durch das Messinformation für ein optisches Übertragungssystem mit mehreren Repeatern sowohl in einem Betriebsals auch in einem Außer-Betrieb-Modus bereitgestellt wird. Die Repeater weisen eine verlustreichen optischen Rückkopplungspfad (HLLB-Pfad) und einen OTDR-Pfad auf. Das OTDR ist über einen optischen Koppler mit den Eingangsleitungen des optischen Übertragungssystems verbunden, so dass Verkehrssignale und Testsignale vom OTDR gleichzeitig übertragen werden können. Wenn das OTDR Messinformation im Betriebsmodus bereitstellt, werden Testsignale in der Form von Nebenimpulsen über das Übertragungssystem übertragen. Die Wellenlängen der Testsignale sind bezüglich der Wellenlänge des Verkehrssignals ausreichend versetzt, so dass minimale Interferenz dazwischen auftritt. Der Pegel der Testsignale ist relativ zum Pegel des Verkehrssignals niedrig, wodurch Interferenz minimiert wird. Das OTDR filtert das Verkehrssignal aus dem zurückkehrenden Signal heraus. Der HLLB-Pfad über die Verstärkerpaare jedes Repeaters ist im gefilterten rückkehrenden Signal erkennbar.
Wenn das OTDR Messinformation im Außer-Betrieb-Modus bereitstellt, ist der Pegel der Nebenimpulse erhöht, weil keine Interferenz mit dem Verkehrssignal mehr auftritt. Sowohl der HLLB-Pfad als auch der OTDR-Pfad sind im gefilterten rückkehrenden Signal erkennbar, wenn die Testimpulse im Außer-Betrieb-Modus mit höherem Pegel übertragen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Blockdiagramm eines typischen optischen Übertragungssystems;
2 zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen OTDR, das mit einem exemplarischen optischen Übertragungssystem gekoppelt ist;
3 zeigt einen Graphen der durch das erfindungsgemäße OTDR übertragenen Testimpulse; und
4 zeigt einen Graphen des vom optischen Übertragungssystem zurückkehrenden Signals und ein Blockdiagramm des entsprechenden optischen Übertragungssystems.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit einem optischen Übertragungssystem beschrieben, das mehrere Repea ter aufweist. Erfindungsgemäß wird ein OTDR bereitgestellt, das in Kombination mit einem derartigen Übertragungssystem verwendbar ist, ohne dass das System auf einen Außer-Betrieb-Modus eingestellt sein muss.
Nachstehend wird ausführlich auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen ähnliche Teile und Komponenten durch ähnliche Bezugszeichen bezeichnet sind; 2 zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen OTDR und eines exemplarischen optischen Übertragungssystems, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist. In 2 ist das erfindungsgemäße OTDR 30 über einen (nicht dargestellten) optischen Koppler mit einer optischen Vorlauffaserleitung 31 verbunden, so dass das Verkehrssignal und Testsignale des OTDR 30 gleichzeitig übertragen werden können. Ähnlicherweise wird das zum Empfänger des OTDR 30 zurückkehrende Signal über einen (nicht dargestellten) optischen Koppler von einer optischen Rücklauffaserleitung 32 ohne Unterbrechung des Verkehrspfades erhalten.
Im optischen Übertragungssystem sind Repeater 34, 44 mit der Vorlauf- und der Rücklaufleitung 31, 32 verbunden. Die innere Struktur des in 2 dargestellten Repeaters 2 ist mit der inneren Struktur aller Repeater im Übertragungssystem identisch. Der Repeater 34 weist einen Vorlaufverstärker 36 und einen Rücklaufverstärker 38 auf. Der Vorlaufverstärker 36 ist mit der Rücklaufleitung 31 verbunden, und der Rücklaufverstärker 38 ist mit der Vorlaufleitung 32 verbunden. Zwei Pfade verbinden die Vorlaufleitung 31 mit der Rücklaufleitung 32: der verlustreiche optische Rückkopplungspfad (HLLB-Pfad) 40 und der OTDR-Pfad 42. Der HLLB-Pfad 40 ermöglicht eine Messung der Schleifenverstärkung zwischen einem Verstärkerpaar in jedem Repeater 34, 44. Der OTDR-Pfad 42 koppelt reflektiertes (gestreutes) Licht von der stromab wärtsseitigen Faser (für jedes Verstärkerpaar) in die Vorlauffaser zurück.
Das OTDR 30 ist in zwei verschiedenen Modi betreibbar: in einem Betriebsmodus und in einem Außer-Betrieb-Modus. Das OTDR 30 verwendet Nebentestimpulse mit einer von der Wellenlänge des Verkehrssignals verschiedenen Wellenlänge. Im Betriebsmodus ist der Pegel der Testimpulse wesentlich kleiner als der Pegel der Verkehrssignale. Im Außer-Betrieb-Modus sind die Pegel der Testimpulse erhöht.
3 zeigt einen Graphen zum Darstellen der durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen OTDR 30 im Betriebsmodus übertragenen Testimpuls. Ein Verkehrssignal 50 wird im Betriebsmodus mit einer Wellenlänge 60 übertragen, während zwei Nebentestimpulse 62 und 54 mit Wellenlängen 62 bzw. 64 übertragen werden. Die Wellenlängen 62 und 64 sind von der Wellenlänge 60 des Verkehrssignals 50 ausreichend versetzt, so dass minimale Interferenz dazwischen auftritt. Wenn das OTDR 30 im Außer-Betrieb-Modus verwendet wird, sind die Pegel der Testsignale 52, 54 erhöht.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform werden die beiden Testsignale 52, 54 derart verwendet, dass die allen Verstärkern des Übertragungssystems zugeführte Leistung konstant gehalten werden kann. Optional kann ein einzelner Nebenimpuls als Testsignal verwendet werden. In dieser Ausführungsform wird das Verkehrssignal verwendet, um den Verstärkern konstante Leistung zuzuführen.
In jeder Ausführungsform können die Testsignale an Stelle von Impulsen einen pseudozufälligen Bitstrom aufweisen.
4 zeigt einen Graphen eines zurückkehrenden Signals 81, das durch das OTDR 30 in Antwort auf die in 3 dargestellten Testsignale 52, 54 oder in Antwort auf Testsignale anderer Ausführungsformen des OTDR 30 auf der Rück laufleitung 32 empfangen wird. Der Graph ist benachbart zum vorstehend beschriebenen Übertragungssystem dargestellt. Der Empfänger des OTDR 30 weist eine schmale Bandpasscharakteristik auf, um das Verkehrssignal auf der Rücklaufleitung 32 zu blockieren und nur das zurückkehrende Signal 81 durchzulassen.
In 4 weist das zurückkehrende Signal 81 mehrere Stossimpulsabschnitte 70, 72 und mehrere schräge Abschnitte 73, 74 auf. Die Stossimpulsabschnitte 70, 72 stellen die Schleifenverstärkung der HLLB-Pfade zwischen den Verstärkerpaaren jedes Repeaters dar. Beispielsweise stellt der Stossimpuls 70 die Schleifenverstärkung des HLLB-Pfades zwischen den Verstärkern 36 und 38 des Repeaters 34 dar, während der Stossimpuls 72 die Schleifenverstärkung des HLLB-Pfades zwischen den Verstärkern 76 und 78 des Repeaters 44 darstellt.
Die schrägen Abschnitte 73 und 74 verwenden die OTDR-Pfade und stellen die OTDR-Charakteristik der Vorlauffaser zwischen jedem Satz benachbarter Verstärkerpaare im Übertragungssystem dar. Beispielsweise stellt der schräge Abschnitt 73 die OTDR-Charakteristik der Vorlauffaser zwischen den Verstärkern 36 und 76 dar, während der schräge Abschnitt 74 die OTDR-Charakteristik der Vorlauffaser zwischen den Verstärkern 76 und 77 darstellt.
Das zurückkehrende Signal 81 weist in Abhängigkeit davon, ob das OTDR 30 im Betriebsmodus oder im Außer-Betrieb-Modus betrieben wird, verschiedene Rauschpegel auf. Der Rauschpegel ist relativ zum zurückkehrenden Signal 81 größer, wenn das ORDR 30 im Betriebsmodus betrieben wird, weil die Pegel der Testsignale 52, 54 (3) niedrig sind. Eine Linie 82 stellt den Rauschpegel während des Betriebs des OTDR 30 im Betriebsmodus dar. Bei diesem Rauschpegel sind die schrägen Abschnitte 73 und 74 durch das OTDR 30 nicht unterscheidbar. Daher sind, wenn das OTDR 30 im Betriebsmo dus betrieben wird, nur die Stoßimpulsabschnitte 70, 72 als Messinformation nutzbar.
Wenn das OTDR 30 im Außer-Betrieb-Modus verwendet wird, ist dagegen kein Verkehrssignal 60 vorhanden, so dass die Pegel der Testsignale 52 und 54 größer sind. Dadurch wird veranlasst, dass der Rauschpegel im Außer-Betrieb-Modus reduziert ist, wie durch eine Linie 80 in 4 dargestellt ist. Bei diesem Pegel ist das gesamte zurückkehrende Signal 81 erkennbar. Daher sind, wenn das OTDR 30 im Außer-Betrieb-Modus verwendet wird, sowohl die Stoßimpulsabschnitte 70, 72 als auch die schrägen Abschnitte 73, 74 als Messinformation nutzbar.
Durch die beiden verschiedenen Betriebsmodi des OTDR 30 werden verschiedene Messinformationen für das Übertragungssystem bereitgestellt. Im Betriebsmodus hat die dem System zugeführte OTDR-Signalleistung einen "niedrigen" Zustand, so dass das Verkehrssignal nur minimal beeinflusst wird. Aufgrund des kleinen Signal/Rausch-Verhältnisses sind nur die HLLB-Pfade durch die Verstärkerpaare (Erhöhungen 70, 72 in 4) erkennbar. Durch Vergleichsmessungen des OTDR 30 zu verschiedenen Zeiten können Änderungen in der Systemverstärkung erfasst werden, die zwischen "überspannten Paaren", jedoch nicht innerhalb eines "überspannten Paars" identifizierbar sind. Ein "überspanntes Paar" bezeichnet ein benachbartes Paar von Repeatern, z.B. das in 4 "überspannte Paar" von Repeatern 34 und 44.
Im Außer-Betrieb-Modus hat die dem System zugeführte Signalleistung des OTDR 30 einen "hohen" Zustand, so dass das empfangene OTDR-Signal ausreichend groß ist, um sowohl über die OTDR-Pfade (schräge Abschnitte 73, 74 in 4) als auch über die HLLB-Pfade zurückkehrende Signale zu erkennen. Dies ermöglicht die Lokalisierung eines innerhalb eines "überspannten Paars" auftretenden Faserfehlers mit ei ner Genauigkeit, die von der Breite der übertragenen Testimpulse oder von der Bitrate des pseudozufälligen Testmusters abhängt.
Das OTDR 30 kann auch in Kombination mit optischen Übertragungssystemen verwendet werden, in denen ein Wellenlängen-Multiplex- (WDM) Verfahren verwendet wird, gemäß dem mehrere Wellenlängen gleichzeitig über eine einzelne Faser übertragen werden. In einem WDM-System können einige Wellenlängen an einem Verzweigungspunkt verloren gehen oder hinzugefügt werden. An den Verzweigungspunkten können HLLB- oder OTDR-Pfade bereitgestellt werden, um OTDR-Nebenimpulsmessungen bezüglich den Übertragungspfaden, auf denen Wellenlängen verloren gehen oder hinzugefügt werden können, sowie den durchgehenden Übertragungspfaden auszuführen. Der Wellenlängenversatz der Testsignale in einem WDM-System muss ausreichend klein sein, so dass die Wellenlängen zusammen mit den verloren gegangenen oder hinzugefügten Verkehrswellenlängen das schmale Bandpassfilter im Empfänger des OTDR 30 durchlaufen können, und trotzdem ausreichend groß sein, um Interferenzen damit zu vermeiden. In einem WDM-System können in einem Außer-Betrieb-Modus eine oder mehrere Verkehrswellen für die OTDR-Messung zugewiesen werden, während durch andere Wellenlängen weiterhin Verkehrssignale über ein Faserpaar übertragen werden.
Durch das erfindungsgemäße OTDR 30 wird Messinformation für ein optisches Übertragungssystem bereitgestellt, während das System auf einen Außer-Betrieb- oder einen Betriebsmodus eingestellt ist. In der vorstehenden Beschreibung wurde lediglich die Anwendung der erfindungsgemäßen Prinzipien erläutert. Für Fachleute ist ersichtlich, dass innerhalb des durch die beigefügten Patentansprüche definierten Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung andere Anordnungen und Verfahren implementierbar sind.

Claims

Verfahren zum Verwenden eines optischen Zeitbereichsreflektometers mit einem optischen Übertragungssystem, das mindestens einen Repeater aufweist, gekennzeichnet durch die Schritte: Übertragen eines ersten Testsignals und eines zweiten Testsignals über das optische Übertragungssystem, wobei die Wellenlängen des ersten und des zweiten Testsignals voneinander und von der Wellenlänge eines Verkehrssignals verschieden sind; Empfangen eines rücklaufenden Signals; und Verwenden des rücklaufenden Signals zum Bestimmen von Messinformation für das optische Übertragungssystem.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Testsignal mit einem Pegel übertragen werden, der niedriger ist als der Pegel der Wellenlänge des Verkehrssignals.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Testsignal über einen verlustreichen optischen Rückkopplungspfad im Übertragungssystem übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit dem Schritt zum Filtern des rücklaufenden Signals zum Eliminieren der Wellenlänge des Verkehrssignals.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Messinformation Fehler im optischen Übertragungssystem anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Repeater einen Verstärker aufweist, und wobei das Verfahren ferner den Schritt zum Aufrechterhalten einer dem Verstärker zugeführten konstanten Leistung aufweist.
Optisches Zeitbereichsreflektometer für ein optisches Übertragungssystem, das mindestens einen Repeater (34) aufweist, wobei das optische Zeitbereichsreflektometer gekennzeichnet ist durch: eine Einrichtung (30) zum Übertragen eines ersten Testsignals und eines zweiten Testsignals über das optische Übertragungssystem, wobei die Wellenlängen des ersten und des zweiten Testsignals voneinander und von der Wellenlänge eines Verkehrssignals verschieden sind; eine Einrichtung (30) zum Empfangen eines rücklaufenden Signals; und eine Einrichtung zum Verwenden des rücklaufenden Signals zum Bestimmen von Messinformation für das optische Übertragungssystem.
Reflektometer nach Anspruch 7, wobei das erste und das zweite Testsignal mit einem Pegel übertragen werden, der niedriger ist als der Pegel der Wellenlänge des Verkehrssignals.
Reflektometer nach Anspruch 7, wobei das erste und das zweite Testsignal über einen verlustreichen optischen Rückkopplungspfad im Übertragungssystem übertragen werden.
Reflektometer nach Anspruch 7, ferner mit einer Einrichtung zum Filtern des rücklaufenden Signals zum Eliminieren der Wellenlänge des Verkehrssignals.
Reflektometer nach Anspruch 7, wobei die Messinformation Fehler im optischen Übertragungssystem anzeigt.
Reflektometer nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine Repeater einen Verstärker aufweist, und wobei das Reflektometer ferner eine Einrichtung zum Aufrechterhalten einer dem Verstärker zugeführten konstanten Leistung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt zum Aufrechterhalten einer dem Verstärker zugeführten konstanten Leistung das Erhöhen eines Pegels des ersten und des zweiten Testsignals aufweist, während das Übertragungssystem außer Betrieb ist.
Reflektometer nach Anspruch 12, wobei die Einrichtung zum Aufrechterhalten einer dem Verstärker zugeführten konstanten Leistung eine Einrichtung zum Erhöhen eines Pegels des ersten und des zweiten Testsignals aufweist, während das Übertragungssystem außer Betrieb ist.