专利名称：一种实时光纤故障点位置测量方法
技术领域：
本发明属于通信系统线路维护测量领域，涉及双向通讯系统线路故障位置测量方法，具体涉及利用双向光纤系统传输信号实时精确测量两节点间光纤故障点位置的方法。
现有技术现有主流技术是采用光脉冲时域反射技术测量光纤故障点位置，光时域反射仪结构如图一所示。光时域反射仪测试通过发射光脉冲到光纤内，然后在光时域反射仪端口接收返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质，连接器，接合点， 弯曲或其它类似的事件而产生散射，反射。其中一部分的散射和反射就会返回到光时域反射仪中。返回的有用信息由光时域反射仪的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出距离。以下的公式就说明了光时域反射仪是如何测量距离的d = (c Xt)/2 (IOR)在这个公式里，c是光在真空中的速度，而t是信号发射后到接收到信号(双程) 的总时间(两值相乘除以2后就是单程的距离)。光在光纤中的速度和光纤折射率(IOR) 相关。IOR是由光纤生产商来标明。光时域反射仪使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。光时域反射仪就测量回到光时域反射仪端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减(损耗/距离)程度。形成的轨迹是一条向下的曲线，它说明了背向散射的功率不断减小，这是由于经过一段距离的传输后发射和背向散射的信号都有所损耗。给定了光纤参数后，瑞利散射的功率就可以标明出来，如果波长已知，它就与信号的脉冲宽度成比例脉冲宽度越长，背向散射功率就越强。瑞利散射的功率还与发射信号的波长有关，波长较短则功率较强。也就是说用1310nm 信号产生的轨迹会比1550nm信号所产生的轨迹的瑞利背向散射要高。在高波长区(超过1500nm)，瑞利散射会持续减小，但另外一个叫红外线衰减(或吸收)的现象会出现，增加并导致了全部衰减值的增大。因此，1550nm是最低的衰减波长； 这也说明了为什么它是作为长距离通信的波长。很自然，这些现象也会影响到光时域反射仪。作为1550nm波长的光时域反射仪，它也具有低的衰减性能，因此可以进行长距离的测试。而作为高衰减的1310nm或1625nm波长，光时域反射仪的测试距离就必然受到限制，因为测试设备需要在光时域反射仪轨迹中测出一个尖锋，而且这个尖锋的尾端会快速地落入到噪音中。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。光时域反射仪就测量回到光时域反射仪端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减 (损耗/距离)程度。菲涅尔反射是离散的反射，它是由整条光纤中的个别点而引起的，这些点是由造成反向系数改变的因素组成，例如玻璃与空气的间隙。在这些点上，会有很强的背向散射光被反射回来。因此，光时域反射仪就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点，光纤终端或断点。光时域反射仪的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一个信号，然后观察从某一点上返回来的是什么信息。这个过程会重复地进行，然后将这些结果进行平均并以轨迹的形式来显示，这个轨迹就描绘了在整段光纤内信号的强弱。发明目的光脉冲时域反射技术的优点是能直观反映出光纤线路中各点的衰减和反射性能， 可以单点测试。不足主要有两点首先光时域反射仪是根据接收反射的测试光脉冲信号工作，如果光纤中同时传输工作光信号，工作光也将产生发射，对光时域反射仪的测试结果产生干扰，因此测试时需改变正常传输时光纤连接，搭建测试平台进行测量。其次采用光脉冲时域反射技术无法穿透传输线路中的光纤放大器。通常光纤放大节点位于郊区，没有人员和测试仪表值守。当两个光纤放大节点间光纤出现故障，通常需要要维护人员携带光时域反射仪到放大节点测试故障发生点位置，耗时一般在数小时到数天，对光纤故障维护带来很多不便。目前研究领域最新的进展也有将时域反射技术单独设置波长，通过WDM技术集成到光通讯系统中以实现实时监测，但由于成本和测量波长对工作波长的干扰等问题没有有效解决，未能得到应用。同时这种研究方向仍不能解决测量穿透光纤放大器的问题。本发明将解决线路故障点位置不能实时测量和测量时影响通信传输的问题，实现当线路故障出现时，系统维护人员不仅可以立刻通过网络管理系统知道发生了故障，还能知道故障发生的位置，有效降低通信系统维护的时间和成本。
发明内容
为克服现有技术无法实时测量光纤故障点位置的缺点，在充分利用现有通讯系统电路、高精度时间同步功能和高精度告警定时等功能的基础上，提供一种对通信系统自身性能无影响的低成本，高精度的光纤故障点位置实时测量的方法，降低光纤故障维护的成本和维护时间。本发明主要包括下列功能模块高精度时间同步模块，高精度告警时间记录模块和故障点位置计算模块。高精度时间同步模块可利用通信系统自身支持的时间同步协议(如1588v2协议) 以保证两节点间时间周期性同步，并测量两节点间的传输延时，为故障点测量提供基准。高精度告警时间记录模块通过高速计数器提供高精度时间同步模块同步周期内的精确时间，并支持快速告警触发和告警触发延时补偿，可准确记录受故障点影响的信号到达接收机的时间。故障点位置计算模块通过两节点的高精度时间同步模块和高精度告警时间记录模块收集的信息，可计算得到故障点离该节点的距离。本发明原理如下光纤通讯系统正常工作时，光纤线路中充满传输信号；当光纤线路某点发生故障时，已经通过故障点的信号不受故障影响，仍然能保证信号质量，而故障发生后通过故障点的光信号由于受故障点影响，信号质量将劣化。由于线路故障通常同时影响正反向通信信号，通过接收机的快速告警报告机制和告警延时补偿，可得到正反向劣化信号到达接收端精确时间。通过两端节点接收到劣化信号到达的时间，和光纤中信号的传输速度，可计算出故障发生点到两端节点的准确距离。
附图1是现有采用光时域反射技术测量光纤故障位置功能模块结构示意图。 附图2是本发明提出的实时故障点位置监测系统功能模块结构示意图。实施方法如图2双向光纤传输系统所示说明具体工作步骤1. A节点将自己本地时间Tal发送给B节点，B节点收到后立刻向A节点返回响应信号。2.A节点记录到接收B节点响应信号时间Ta2，可以得到A到B的传输延时 (Ta2-Tal)/2,并将此延时和A本地时间再次发送给B节点。3. B节点根据接收到A节点发送的时间和延时修改自己本地时间，和A节点时间同
止
少ο4.当Td时刻光纤在D点出现故障时，从B节点向A节点发送的数据中，DA段存在正常数据流T2，但后续为受故障影响劣化信号；从A节点向B节点发送的数据中，DB段存在正常数据流T2，但后续为受故障影响劣化信号；5.当A点接收完T2后，将接收到劣化信号，A节点快速记录接收到劣化信号，即T2 最后Ibit的时间点t2，作为本地记录的故障发生时间。6.同理可记录下B点接收Tl最后Ibit的时间点tl，作为本地记录的故障发生时间。7.可以得到故障点D点到A点的延时Tad为Tad = ((t2-tl)+t)/28.可以得到故障点D点到B点的延时Tad为Tbd = ((tl-t2)+t)/29.由光纤传输速度s = 3E8/光纤折射率可以得到10.可以得到故障点D点到A点的距离为Lad = Tad^s11.可以得到故障点D点到B点的距离为Lbd = Tbd*s对光纤位于同一条光缆管道的双纤双向系统(包括带光纤放大器系统)，由于故障点通常同时作用于整条光缆管道，上述计算方法同样适用。
权利要求
1.一种对光纤传输系统节点间线路故障点位置的实时精确测量方法，其特征在于在双向光纤通信系统中，该方法包括有下列步骤(1)通过时间同步模块采用高精度时间同步技术同步两节点时间，并得到两节点间的传输延时；如采用高精度时间协议如1588V2，两节点的时间偏差可小于IOns ；(2)两端节点记录本地节点接收到受故障影响信号的时间，如记录接收信号发生信号丢失、帧同步丢失或误码个数越限等信号劣化状态的时间，作为本地故障发生时间；如直接采用信号告警发生时间，通过节点本地补偿接收机触发告警的保持时间，实现节点记录受该故障影响信号到达节点时间精度达ns级别；(3)根据信号在传输线路的传输速度(S)、两节点记录受故障影响信号到达节点时间 (tl、t2)和两节点间的传输延时(t)，计算出故障发生点到两节点的距离。故障点D点到A点的延时Tad为Tad = ((t2-tl)+t)/2故障点D点到B点的延时Tad为=Tbd = ((tl-t2)+t)/2故障点D点到A点的距离=Lad = Tad*s故障点D点到B点的距离=Ldb = Tdb*s
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于故障发生前，系统处于正常发送和接收信号状态；并通过高精度时间同步模块精确同步两节点时间和记录两节点间的传输延时；故障发生时，两端节点精确记录受故障影响信号到达本地节点的时间。并通过快速故障监测和本地补偿保证测量时间精度基准。
3.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于该测量方法适合于各种光缆点到点有线传输系统，以及部分点到多点光传输系统；对于点到点频分复用系统，(波分复用系统)，只需其中一个频道(波长)即可有效测量，且精度和单频/单波系统完全一样；对于点到多点频分复用系统(如WDM PON系统)，则需将其分解为多个点到点传输链路考虑，且每条点到点传输链路均需支持本测量方法；对于点到多点时分复用系统(如GP0N、ΕΡ0Ν)， 其测量精度受上行时隙周期的影响。
全文摘要
本发明为一种实时光纤故障点位置的测量方法，以降低光纤故障维护的成本和时间，涉及光纤通讯领域。本发明主要包括下列功能模块高精度时间同步模块，高精度告警时间记录模块和故障点位置计算模块。工作时高精度时间同步模块时间同步协议(如1588v2协议)以保证两节点间时间周期性同步，并测量两节点间的传输延时；高精度告警时间记录模块通过快速告警触发和告警触发延时补偿功能准确记录受故障点影响的信号到达接收机的时间；故障点位置计算模块通过两节点的高精度时间同步模块和高精度告警时间记录模块收集的信息，计算得到故障点的具体位置。
文档编号H04B10/08GK102480320SQ20101055716
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者黄菊岚 申请人:黄菊岚