专利名称：基于无源光网络系统的光缆监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光缆监测系统。特别是涉及一种使用OTDR进行监测无源光网络系统 的光缆，并对光缆的故障进行定位的基于无源光网络系统的光缆监测系统。
背景技术：
近年来，随着Internet的高速发展，用户对网络带宽的需求不断的提高，传统的接 入网己经成为整个网络中的瓶颈，以新的宽带接入技术取而代之，已成为发展的必然趋 势。无源光网络(Passive Optical Network, PON)技术作为一种点到多点的光纤传输 和接入技术，越来越受到人们的重视。作为"最后一公里"的最终解决方案，已经逐歩 被广大运营商所接受，目前在全球范围内得到大规模应用。该系统根据传输机制的不同， 可以分为AP0N、 EP0N和GP0N。它们都是采用下行采用广播方式、上行采用时分多址方式； 都采用无源器件。在光分支点不需要供电设备，只需要安装一个简单的光分配器即可， 因此具有节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快、 综合成本低等优点。
如图1所示为基本的P0N网络模型。
无源光网络P0N有光网络终端0LT 1、光分配网络0DN 2和光网络用户终端0NU/0NT 3三部分顺次连接构成，其中光网络终端通过光纤与光分配网络的单输入端相连，光分 配网络的多输.出端通过光纤连接有多个光网络用户端。
无源光网络从光网络终端接入光信号，光信号通过光纤传送至光分配网络，经过光 分配网络的多个输出端口，光信号最终到达光网络用户终端。
无源光网络的传输方案是以1310nm波长传输窄带业务信号，以1550nm波长传输宽 带业务信号。同时采用多点控制协议MPCP、时分复用TDMA以及测试技术。
由于PON具有降低安装、管理和运营成本，提高投资回报率，增加新的盈利机会， 长期保持竞争优势等特点而深受运营商的欢迎。很多运营商采用P0N作为接入方式，为 用户提供数据、语音、视频等各种业务，获取收益。而建立一个稳定性好、可靠性高、 便于维护的P0N系统是运营商获取收益的前提。
所述P0N系统在实际应用中存在一个重要的问题，就是如何对各个分支光路进行故 障检査，并且在发现存在故障后能够区分出故障出现在分支光路还是在用户终端。由于 光纤光路覆盖的地域范围往往十分宽广，其网络本身线路又比较复杂，分支光路数量庞 大，所以分支光路一旦出现问题，则实现快速的故障定位比较困难，这一问题为减少系 统的维护成本提出了难题。目前电信光缆传输网己成为承载着巨大信息量的信息高速公 路。因此，保证其安全、畅通是非常重要的。光时域反射计0TDR是一种测试通讯网络中光纤状态的功能强大的仪器。它应用了点 到点光传输系统中比较成熟的光路检测技术，根据光的后向散射与菲涅耳反向原理制作， 利用光在光纤中传播时的后向散射光来获得衰减的信息，可用于测量光纤衰减、接头损 耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等，如果光纤损伤或者断裂了， OTDR可以迅速找出损坏的位置并检测修复是否得当，是光缆施工、维护及监测中必不可 少的工具。
但是，OTDR在点到多点的系统应用中仍会存在一定的问题。因为OTDR技术对待测光 路的长度有特别的要求，不能分辨长度相同的分支光路。因为如果两个支路的长度相同， 它们反射回来的测试信号会同时到达OTDR， OTDR就无法区分，如果出现了线路故障也分 不清楚到底是哪条线路出现的故障。它只能分辨长度不同的分支光路，而且现有的OTDR 只能分别相差5、0m的不同分支光路，如果有32个0NU的话，将导致到ONU的支路光纤 分成5m， 10m， 15m，….160m等不同长度，ODN将变得非常庞大，维护难度加大。另外 OTDR要穿过1x32或1x64的ODN，需要很大的测试动态范围，同时又要求很高的分辨力， 对OTDR要求很高。然而在实际的光网络中，尤其是在点到多点的光路分支上存在着大量 光路程度相等或基本相等的情况，这时OTDR由于无法分辨长度而失去了作用，无法正常 地检测光路、定位故障位置。
目前，基于PON系统的光缆监测系统大致有以下方案
1、 改变ONU光纤的掺杂浓度的方案该方案改变了每个ONU所在支路光纤的惨杂浓 度，使ONU反射回来的光的频率不同，这样就可以区分每一条支路的状况。这种方案在 理论上是可行的，但在实施过程中却很难做到。因为很难找到那么多支路的掺杂不同的 光纤(现在PON系统最多会有32条支路，将来会有64路甚至更多)，如果要厂家专门 生产的话，费用将会很高。
2、 增加AWG阵列波导光栅的方案该方案主要应用于W腿PON中。在OLT系统端增 加一个AWG，并将干线的分出3M的光通过AWG，并在其后实时检测每个波长的光的状况， 一旦没有检测到一路波长的光时，就调节OTDR的接收波长为此波长，并驱动那路波长的 激光器发射该波长的光。由于是WDMPON系统，该波长的光只会到达特定的那条支路，这 样就可以检测这条支路的状况。这种方案只能应用于W画PON系统中，而且费用很高。因 为要增加一个AWG，还要一个波长可调的0TDR。
3、 调节ONU光纤距离的方案如果两条支路的长度相同，那么它们反射回来的尖峰 会重合在一起而无法区分。所以该方案将调节每一条支路的长度，使它们的长度都不相 同，这样反射回来的尖峰会各不相同，就可以判断每一条支路的状况。这种方案比较简 单，只用在ODN后面加一些光纤就可以了。但这个方案对0TDR的要求很高，特别是它的 动态范围要很大。因为当光经过ODN的时候会有很大的衰减，如果OTDR的动态范围不大 的话就接收不到放射光了。这个方案还有一个缺点是所有支路的放射信号都重合在一条 曲线上，虽然可以区分0NU反射回來的尖峰，但线路中其它地方的状况就很难知道。因为该曲线是所有的线路的反射信号的叠加，具体一条线路的反射信号就无法知道了。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种使用OTDR对光网络中各分支光路进行测试 的基于无源光网络系统的光缆监测系统。
本发明所采用的技术方案是 一种基于无源光网络系统的光缆监测系统；包括有 光网络终端单元；分别通过合路器与光网络终端单元相连的光时域反射单元和被动选路 单元；所述的光时域反射单元还通过光纤与被动选路单元相连。
所述的光网络终端单元包括有通过光纤依次相连的光网络终端、第一合路器、第三 合路器和无线光网络分配器，所述的无线光网络分配器的多个输出端中的每一个输出端 对应连接一个第五合路器的输入端，每一个第五合路器的输出端连接一个光网络用户终
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所述的光时域反射单元包括有主控制单元，所述的主控制单元分别连接光时域反 射器、供能光发射模块和通讯光发射模块，所述的供能光发射模块和通讯光发射模块均 连接第二合路器，所述的第二合路器通过光纤连接被动选路单元中的第四合路器，所述 的光时域反射器连接第一合路器。
所述的被动选路单元包括有与光时域反射单元中的第二合路器相连的第四合路器， 所述的第四合路器分别连接通讯光接收模块和光能转换模块，所述的光能转换模块又分 别连接通讯光接收模块和从控制单元，所述的从控制单元分别连接通讯光接收模块和光 纤选路模块。
所述的光纤选路模块为lxN光开关，该光纤选路模块的输入端连接光网络终端单元 中的第三合路器，所述的光纤选路模块的多个输出端与光网络终端单元中无线光网络分 配器的多个输出端所连接的多个第五合路器一一对应连接，从而，通过每一个第五合路 器连接一个光网络用户终端。
所述的光时域反射器的检测信号通过光丌关逐一对每条光网络用户终端进行检测。 所述的主控制单元通过供能光发射模块给远端的被动选路单元的光能转换模块充电。
所述的远端被动选路单元的光能转换模块分别给通讯光接收模块、从控制单元、光 纤选路模块供应所需电能。
所述的主控制单元通过通讯光发射模块发送切换指令，通过内部通讯接口给光时域反 射器发送指令，进行测试。
所述的从控制单元通过通讯光接收模块获取指令，通过内部电接口驱动光纤选路模 块进行切换选路。
本发明的基于无源光网络系统的光缆监测系统，具有以下优点
1、其他监测系统只能模糊的给出几个ONU的位置，当0NU阻断时，不能在定位内阻断的0NU具体准确的位置；由于本发明0DN系统中加入一个1 X N的多路光开关，这样， OTDR的测试光可以通过这个多路光开关，直接到达OLT系统的任何一个支路，定位任何 一个支路的准确位置。
2、 通过安置在主动测试单元的泵浦激光器通过光纤可以给0DN系统的光电池供能， 该光电池再给光开关提供驱动能力，很好地解决了 ODN系统无源的要求。
3、 由于测试光不通过衰耗很大的ODN，因此降低了OTDR的动态范围要求。
4、 由于跳过了0DN，可以直接测试每个支路，所以无需将ODN到ONU的各支路调节 成不同长度，既节约了成本，也降低了安装要求和维护要求。
5、 由于常规OTDR动态范围足以满足要求，所以无需在客户的ONU中加入增强反射
能力的反射镜，所以节省了每个客户端的成本。
6、通过0LT系统的控制单元的命令控制，可以对P0N系统的任何一条支路进行检 测并在有故障的时候发出警告。即，每一次只测试一条支路，可以很好地了解这条支路 的状况。再通过轮询，就可以知道整个系统所有支路的状况。
图1是现有技术的P0N网络系统构成框图2是本发明的基于无源光网络系统的光缆监测系统构成框图3是本发明的基于无源光网络系统的光缆监测系统的工作原理流程图。
其中:
100:光网络终端111:第一合路器
112:第二合路器113:第三合路器
114:第四合路器120:光时域反射器
130:供能光发射模块140:主控制单元
150:通讯光发射模块160:光网络分配器
170:光能转换模块180:通讯光接收模块
190:从控制单元200:光纤选路模块
300:光时域反射单元310:光网络终端单元
320:被动选路单元350:光网络用户终端
具体实施例方式
下面结合实施例和附图对本发明的基于无源光网络系统的光缆监测系统做出详细说明。
OTDR (光时域反射器)是一种很成熟的技术，但是它只是适用于点到点的测量，在 点到多点的系统中，由于各支路会同时反射测试信号，现有技术的OTDR无法区分每个支路的状态，从而失去检测功能。本发明是对传统的点到多点传输网络进行了改进，在P0N 系统的0DN处引入一个1 x N多路光开关，将测试信号绕过ODN，通过多路光开光后， 再用WDM合路器与0DN后的每一个分支连接。由于1 x N多路光开关每一次只有一路连 通，因此每次测试光只会到达一条支路，使得每次测试信号只能到达一个0NU/0NT，从而 实现了将点到多点转变为点到点，使ODTR光路测试技术可以在点到多点的PON系统中测 试每一条支路的状态。通过多路光开关的切换，可以检测到所有的通路的状态。
如图2所示，本发明的基于无源光网络系统的光缆监测系统，包括有光网络终端 单元310;分别通过合路器与光网络终端单元310相连的光时域反射单元300和被动选路 单元320;所述的光时域反射单元300还通过光纤与被动选路单元320相连。
所述的光网络终端单元310包括有通过光纤依次相连的光网络终端100、第一合路器 110、第三合路器113和无线光网络分配器160，所述的无线光网络分配器160的多个输 出端中的每一个输出端对应连接一个第五合路器115的输入端，每一个第五合路器115 的输出端连接一个光网络用户终端350。
所述的光时域反射单元300包括有主控制单元140，所述的主控制单元140分别连 接光时域反射器120、供能光发射模块130和通讯光发射模块150，是以电接口的形式相 连。所述的供能光发射模块130和通讯光发射模块150均连接第二合路器112，所述的第 二合路器112通过光纤连接被动选路单元320中的第四合路器114，所述的光时域反射器 120连接第一合路器111。所述的主控制单元140通过通讯光发射模块150发送切换指令， 通过内部通讯接口给光时域反射器120发送指令，进行测试。
所述的光时域反射器(OTDR) 120可采用低成本的低动态范围的OTDR，动态范围只 要求大于20dB就能满足要求。该光时域反射器120通过第一合路器111以光接口的形式 与光网络终端(OLT) IOO的输出纤芯相连。
所述的用于光纤供能的供能光发射模块130及用于通讯的通讯光发射模块150是通 过第二合路器112与冗余纤芯以光接口的形式相连，二者共享一根纤芯。该光发射模块 可以采用常规高功率光源，输出功率大于20dBm。
主控制模块140通过供能光发射模块130给远端的被动选路单元320供能，即通过 供能光发射模块130给远端的被动选路单元320的光能转换模块170充电。通过通讯光 发射模块150给被动选路单元320发送切换指令。
所述的被动选路单元320包括有与光时域反射单元300中的第二合路器112相连的 第四合路器114，所述的第四合路器114分别连接通讯光接收模块180和光能转换模块 170，所述的光能转换模块170又分别连接通讯光接收模块180和从控制单元190，所述 的从控制单元190分别连接通讯光接收模块180和光纤选路模块200。
所述的用于光纤供能的光能转换模块170及用于通讯的通讯光接收模块180通过第 四合路器114与冗余纤芯以光接口的形式相连，并且与光时域反射单元300供能光纤、 通讯光纤共享同一根纤芯。所述的光能转换模块170为光电池。所述的远端被动选路单元320的光能转换模块170分别给通讯光接收模块180、从控制单元190、光纤选路模块 200供应所需电能。
所述的从控制单元190通过通讯光接收模块190获取指令，通过内部电接口驱动光 纤选路模块200进行切换选路。
所述的光纤选路模块200为lxN多路光丌关， 一般为1x8、 1x16、 1x32、 1x64路光 丌关。该光纤选路模块200的输入端连接光网络终端单元310中的第三合路器113，以光 接口的形式与无源光网络分配器(ODN) 160的输入纤芯相连，所述的光纤选路模块200 的多个输出端与光网络终端单元310中无线光网络分配器160的多个输出端所连接的多 个第五合路器115—一对应连接，以光接口的形式与无源光网络分配器(ODN) 160的多 路输出相连，从而，也通过每一个第五合路器115连接一个光网络用户终端350。这样通 过光纤选路模块200可以将OTDR测试信号选通到任一何一个客户终端(ONU) 350支路，使 所述的光时域反射器120的检测信号通过光开关200逐一对每条光网络用户终端350进 行检测。
本发明的基于无源光网络系统的光缆监测系统，除了OLT外，还连接了用于—检测网 络的光时域反射器OTDR 120、供能光发射模块130、主控制单元140和通讯光发射模块 150。在OLT系统端，使用WDM合路器将OTDR与OLT的干线相连，使来自于OLT的光信 号和来自于OTDR的测试信号可以合成一路信号。其中OLT用于接收并传输来自信号发 送端的传输信号，OTDR作为光时域反射计接入网络用于对光网络中各个分支光路进行检 观ij，判断各分支光路是否发生故障以及故障发生后判断故障的位置；主控制单元140首 先控制通讯光发射模块150发指令给ODN系统，让其光开关切换到指定的通道，等待一 段时间后，再控制OTDR 120发送检测脉冲，检测指定的通道是否正常。主控制单元140 主要是单片机控制模块，可采用Silabs公司的C51单片机C8051F020，通讯光发射模块 150主要是激光发射模块，可采用常规的光收发模块，本实施例选用Source Photonics 公司1x9 155Mbps光收发模块的发射部分。
在光分配网络ODN系统中，在ODN的前端使用一个WDM分路器，可以将OTDR的测试 信号滤下。WDM分路器的一端与一个1 x N多路光开关单元相连，多路光开关再同ODN 的N个支路分别相连，可以使每次OTDR发的光都只能到达一个OUN/OUT。通讯光接收模 块180接收到主控制单元140发来的切换指令后，将其传递给从控制单元190，从控制单 元190再发出切换指令，让光纤选路模块200切换到指定的通道。通讯光接收模块180 主要是激光接收模块，可采用Source Photonics公司1x9 155Mbps光收发模块的接收部 分；从控制单元190主要是单片机控制模块，可采用Si labs公司的C51单片机C8051F020。 另夕卜，如果测试的时候，发现OTDR的测试脉冲在某条支路比较弱，可以在此线路的ONU 前加一个WDM，这个WDM可以反射OTDR的测试脉冲，而对PON系统的通信信号没有影响， 这样就可以增强反射的测试脉冲信号，清楚的检测到线路的状况。
考虑到ODN系统经常放在户外，可能不能提供电能，而本发明的通讯光接收模块180、从控制单元190和光纤选路模块200都需要电能。因此本发明设计了在光时域反射单元 300的主控制单元140连接一个通讯光发射模块150，通讯光发射模块150后连接WDM分 路器，将泵浦光滤下并送给由光电池构成的光能转换模块170充电，充了电的光能转换 模块170向通讯光接收模块180、从控制单元190和光纤选路模块200提供电能，通过这 种方式可以给ODN系统中需要电能的设备提供电能。
本发明涉及的基于PON系统的光缆监测系统的工作原理参见图9流程所示 在工作时，光时域反射器OTDR 120需要通过光纤信道接收来自于分支光路的反射信 号以便进行光路检测，因此在OLT系统端，0TDR和0LT通过第一合路器111一同接入光 纤通道，OTDR的测试信号和OLT的信源信号通过同一信道共同传输。
当需要测试时，光时域反射单元300的主控制单元140发出切换命令，切换命令传 给通讯光发射模块150，通讯光发射模块150将电信号转化为光信号，通过光纤转给被动 选路单元320的通讯光接收模块180。为了降低功耗，被动选路单元320的从控制单元 190在大部分时间里都处于休眠状态，通讯光接收模块180接到切换命令后，将从控制单 元190唤醒并将切换命令传给它，从控制单元190根据切换命令将光纤选路模块200切 换到指定的通道。光时域反射单元300的主控制单元140再启动OTDR 120发出检测光。 光信号在光路传输时将有部分信号放射回发送端，在光接头、光端面和光断点将出现光 反射峰值点。根据这些光反射的峰值点就可以判断改支路是否出现了故障。如出现了故 障，就产生告警信号。接着主控制单元140判断是否已经检测完所有的支路，没有的话 就继续发命令检测，完成了的话就结束检测。
权利要求
1. 一种基于无源光网络系统的光缆监测系统，其特征在于，包括有光网络终端单元(310)；分别通过合路器与光网络终端单元(310)相连的光时域反射单元(300)和被动选路单元(320)；所述的光时域反射单元(300)还通过光纤与被动选路单元(320)相连。
2. 根据权利要求1所述的基于无源光网络系统的光缆监测系统，其特征在于，所述 的光网络终端单元(310)包括有通过光纤依次相连的光网络终端(100)、第一合路器(110)、第三合路器(113)和无线光网络分配器(160)，所述的无线光网络分配器(160) 的多个输出端中的每一个输出端对应连接一个第五合路器(115)的输入端，每一个第五 合路器(115)的输出端连接一个光网络用户终端(350)。
3. 根据权利要求1所述的基于无源光网络系统的光缆监测系统，其特征在于，所述 的光时域反射单元(300)包括有:.主控制单元(140)，所述的主控制单元(140)分别 连接光时域反射器(120)、供能光发射模块(130)和通讯光发射模块(150)，所述的 供能光发射模块(130)和通讯光发射模块(150)均连接第二合路器(112)，所述的第 二合路器(112)通过光纤连接被动选路单元(320)中的第四合路器(114)，所述的光 时域反射器(120)连接第一合路器(111)。
4. 根据权利要求1所述的基于无源光网络系统的光缆监测系统，其特征在于，所述 的被动选路单元(320)包括有与光时域反射单元(300)中的第二合路器(112)相连的 第四合路器(114)，所述的第四合路器(114)分别连接通讯光接收模块(180)和光能 转换模块(170)，所述的光能转换模块(170)又分别连接通讯光接收模块(180)和从 控制单元(190)，所述的从控制单元(190)分别连接通讯光接收模块(180)和光纤选 路模块(200)。
5. 根据权利要求4所述的基于无源光网络系统的光缆监测系统，其特征在于，所述 的光纤选路模块(200)为lxN光开关，该光纤选路模块(200)的输入端连接光网络终 端单元(310)中的第三合路器(113)，所述的光纤选路模块(200)的多个输出端与光 网络终端单元(310)中无线光网络分配器(160)的多个输出端所连接的多个第五合路 器(115) —一对应连接，从而，通过每一个第五合路器(115)连接一个光网络用户终 端(350)。
6. 根据权利要求5所述的基于无源光网络系统的光缆监测系统，其特征在于，所述 的光时域反射器(120)的检测信号通过光开关(200)逐一对每条光网络用户终端(350) 进行检测。
7. 根据权利要求2所述的基于无源光网络系统的光缆监测系统，其特征在于，所述 的主控制单元(140)通过供能光发射模块(130)给远端的被动选路单元(320)的光能 转换模块(170)充电。
8. 根据权利要求4所述的基于无源光网络系统的光缆监测系统，其特征在于，所述的远端被动选路单元(320)的光能转换模块(170)分别给通讯光接收模块(180)、从 控制单元(190)、光纤选路模块(200)供应所需电能。
9. 根据权利要求2所述的基于无源光网络系统的光缆监测系统，其特征在于，所述 的主控制单元(140)通过通讯光发射模块(150)发送切换指令，通过内部通讯接口给 光时域反射器(120)发送指令，进行测试。
10. 根据权利要求4所述的基于无源光网络系统的光缆监测系统，其特征在于，所 述的从控制单元(190)通过通讯光接收模块(190)获取指令，通过内部电接口驱动光 纤选路模块(200)进行切换选路。
全文摘要
一种基于无源光网络系统的光缆监测系统，有光网络终端单元、光时域反射单元和被动选路单元。光网络终端单元有依次相连的光网络终端、第一合路器、第三合路器和无线光网络分配器，无线光网络分配器的多个输出端各对应通过一个合路器连接一个光网络用户终端。光时域反射单元有主控制单元分别连接光时域反射器、供能光发射模块和通讯光发射模块，供能光发射模块和通讯光发射模块均通过第二合路器连接被动选路单元中的第四合路器。被动选路单元是第四合路器分别连接通讯光接收模块和光能转换模块，光能转换模块又分别连接通讯光接收模块和从控制单元，从控制单元分别连接通讯光接收模块和光纤选路模块。本发明可以对PON系统的任何一条支路进行检测并发出警告。
文档编号H04B10/08GK101442691SQ20081015432
公开日2009年5月27日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者喻杰奎, 颖 张, 山 江, 汤凌菲, 胡强高, 丽 范, 陈建宇 申请人:武汉光迅科技股份有限公司