一种监测时分复用光网络链路故障的装置及方法
【专利摘要】本发明涉及光纤通信网络故障监测技术，具体是一种监测时分复用光网络链路故障的装置及方法。本发明解决了现有时分复用无源光网络故障监测技术空间分辨率低、结构复杂、灵敏度低、动态范围小的问题。一种监测时分复用光网络链路故障的装置，包括时分复用光网络和监测装置；所述时分复用光网络包括光端机、馈线光纤、1分n路的分光器、n根支路光纤、n个光网络单元；所述监测装置包括无隔离器的半导体激光器、耦合器、光耦合装置、光电探测器、信号采集处理装置、n个光反馈装置；无隔离器的半导体激光器与耦合器连接；耦合器的大比例输出端与光耦合装置的输入端连接。本发明适用于时分复用无源光网络故障监测。
【专利说明】—种监测时分复用光网络链路故障的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤通信网络故障监测技术，具体是一种监测时分复用光网络链路故障的装置及方法。
【背景技术】
[0002]目前，光纤通信网络已从城际干线网迅速向入户光纤接入网发展。在各种入户光纤接入网中，波分复用(WDM, Wavelength Divis1n Multiplexing)和时分复用(TDM, TimeDivis1n Multiplexing)技术相结合的无源光网络(PON,Passive Optical Network)是实现高速、大容量通信的最佳接入方案。因此，及时准确地诊断出无源光网络的故障对保障通信和数字业务具有重要意义。光时域反射仪(0TDR,Optical Time Domain Reflectometry)是目前监测光纤故障的主要工具和手段。然而，它已不再适宜于PON的故障监测。主要原因如下:
1.结构上,PON中每个用户终端即光网络单元(0NU,OpticalNetwork Unit)分别处于单独的支路上，它们通过复用器和一根馈线光纤与处于控制中心端的光端机(0LT，OpticalLine Terminal)相连并通信。因此，实用化的故障监测需要在控制中心实施，遥测每个用户支路的故障情况。而传统OTDR采用固定波长的单脉冲光作为探测信号，无法识别各个支路，因此并不具备这一功能；
2.传统OTDR采用单脉冲光作为探测信号，原理上存在空间分辨率与动态范围的矛盾:它需要足够宽的光脉冲以保证回波功率，但较宽的脉冲宽度降低了空间分辨率。典型探测脉宽是1ns-1 μ s，相应的空间分辨率为1-100米。显然，这一空间分辨率无法满足PON的故障监测要求。
[0003]所以，高精度的无源光网络故障监测技术成为光纤通信网络故障监测领域亟需解决和备受:关注的问题。
[0004]目前，针对波分复用无源光网络(WDM-PON)的故障监测已经取得重要进展。在WDM-PON中，每个支路通过波长进行复用，因此可以利用波长对各支路进行识别。多种波长可调谐的OTDR技术被相继提出。例如，Kwanil Lee和Ju Han Lee等利用自发福射噪声结合OTDR技术实现了 WDM-PON的故障和衰减事件的监测(IEEE Photonics TechnologyLetters, Vol.18, N0.3, pp.523-525，2006 ；Journal of Lightwave Technology, Vol.25，N0.10, pp.2891-2897，2007) ;Madhan Thollabandi 等利用波长可调谐 OTDR 实现了波分复用无源光网络链路故障的监测(IEEE Photonics Technology Letters, Vol.20,N0.15，pp.1323-1325，2008);王安帮等利用混沌相关探测技术(ZL 200810054534.7)结合波长可调谐光源实现了波分复用无源光网络链路故障的高精度探测(Journal ofLightwave Technology, Vol.30, N0.21, pp.3420-3426， 2012)。
[0005]但是，面向时分复用无源光网络(TDM-PON)的高精度故障检测难题仍未解决。由于时分复用无源光网络中OLT是以广播形式通过功率分配装置将信号同时发送给各0NU，导致各支路的下行信号(0LT向ONU的传输信号)之间没有识别特征(类似于WDM-PON中的信道波长)。目前，研究者们提议的方法是，在各个支路添加识别特征，再利用传统脉冲式OTDR进行故障监测。几种添加特征方法如下:
1.在各支路添加不同长度的光纤并配合反射装置将探测光返回(如:ConferenceonOptical Fiber Communicat1n, Technical Digest Series, pp.99-101，1997),在网络投入使用前期在监测曲线上对相应支路做好标记，之后定期进行测试并分析测试结果，由曲线中缺少的和新增的故障峰，即可确定故障的支路和具体位置；
2.在各支路添加不同波长的光滤波器(如:IEEEPhotonics Technology Letters,Vol.8，N0.7，pp.915-917，1996)，可将探测光返回到监测装置进行支路确定，此时OTDR选择波长可调的光源进行扫描即可；
3.在各支路中以跳线、滤波器等装置组成编码装置(如:IEEECommunicat1nsLetters, Vol.15，N0.9，pp.1007-1009，2011)，再通过监测端的解码装置进行解密从而确定故障支路。
[0006]上述方法均以脉冲OTDR作为测试的基础，并且在第I种和第3种方法中，各跳线最小差值应大于OTDR的分辨率，受长距离传输的影响所添加的光纤将随用户数量增加而逐级递增，由此会造成极大的浪费(以Ikm空间分辨率为例，每增加一个用户需要在原基础上将跳线增加1km)。
[0007]新近报道的混沌激光相关法(如:ZL 200810054534.7)，虽然可实现与探测距离无关的高精度故障探测，但仅适合单根光纤的故障测量，不可用于TDM-PON中。此外，该方法需要较为复杂的混沌激光产生装置，如光环行器、光耦合器、额外的激光器等。再者，探测的动态范围取决于接收探测光的光电探测器的灵敏度，现有技术制作的光电探测器灵敏度一般为-50dBm。
[0008]综上所述，有必要发明一种全新的高精度时分复用无源光网络故障监测技术，以解决现有时分复用无源光网络故障监测技术空间分辨率低、结构复杂、灵敏度低、动态范围小的问题。
【发明内容】
[0009]本发明为了解决现有时分复用无源光网络故障监测技术空间分辨率低、结构复杂、灵敏度低、动态范围小的问题，提供了一种监测时分复用光网络链路故障的装置及方法。
[0010]本发明是采用如下技术方案实现的:一种监测时分复用光网络链路故障的装置，包括时分复用光网络和监测装置；
所述时分复用光网络包括光端机(0LT, Optical Line Terminal)、馈线光纤、I分η路的分光器、η根支路光纤、η个光网络单元(0NU, Optical Network Unit);光端机通过馈线光纤与分光器的公共口连接；分光器的η个分光口通过η根支路光纤与η个光网络单元的入射端面一一对应连接；
所述监测装置包括无隔离器的半导体激光器(Semiconductor Laser)、耦合器、光耦合装置、光电探测器、信号采集处理装置、η个光反馈装置；无隔离器的半导体激光器与耦合器连接；耦合器的大比例输出端与光耦合装置的输入端连接，耦合器的小比例输出端与光电探测器的输入端连接；光耦合装置安装于馈线光纤上；光电探测器的输出端与信号采集处理装置的输入端连接；无隔离器的半导体激光器、耦合器、光耦合装置、光电探测器、信号采集处理装置均位于光端机侧；n个光反馈装置一一对应安装于η根支路光纤上，且η个光反馈装置距无隔离器的半导体激光器的距离各不相同；η个光反馈装置一一对应位于η个光网络单元侧。
[0011]一种监测时分复用光网络链路故障的方法(该方法在本发明所述的一种监测时分复用光网络链路故障的装置中实现)，该方法是采用如下步骤实现的:
1)当时分复用光网络铺设完成后，开始进行如下步骤:
1.1)无隔离器的半导体激光器发射激光；所发射的激光经耦合器分为两路:第一路经光耦合装置耦合入馈线光纤，并经分光器分入η根支路光纤，然后经η个光反馈装置原路返回至无隔离器的半导体激光器，使得无隔离器的半导体激光器产生非线性动态输出，非线性动态输出经耦合器传输至光电探测器，并经光电探测器转换为电信号后传输至信号采集处理装置；第二路经光电探测器转换为电信号后传输至信号采集处理装置；
1.2)信号采集处理装置将接收到的电信号进行自相关计算，并得到自相关曲线；
1.3)此时，自相关曲线中除零点外在不同位置上存在多个相关峰，其中的η个相关峰与η根支路光纤对应；
1.4)逐个断开或移除各路的光反馈装置，并重复进行步骤1.1)-1.2);此时，自相关曲线中的相关峰逐个减弱或消失，据此标记出步骤1.3)所得相关曲线中每个相关峰所对应的支路光纤；
2)当时分复用光网络开始运行后，不断重复进行步骤1.1)-1.2)，并将每次得到的自相关曲线与步骤1.3)中的自相关曲线进行对比；此时，若自相关曲线中的η个相关峰同时减弱或消失，则表明故障点位于馈线光纤上，同时在其它位置新出现一个(即图4所示的“馈线故障(故障I)”)或多个相关峰，新出现的相关峰数量对应了馈线光纤上的故障数量，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离；若自相关曲线中的某一个相关峰减弱或消失，则表明故障点位于与该相关峰所对应的支路光纤上，同时在其它位置新出现一个(即图4所示的“支路故障(故障II)”)或多个相关峰，新出现的相关峰数量对应了该支路上的故障数量，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离；若自相关曲线中的P个(I < P < η)相关峰同时减弱或消失，则表明故障点位于与该P个相关峰所对应的P根支路光纤上，同时在其它位置新出现多个O P)相关峰(即图4所示的“多支路故障”)，新出现的相关峰数量对应了故障支路上的故障总数，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离，此时，需要根据新出现的相关峰位置，在P根支路光纤上逐个排查故障点。
[0012]本发明所述的一种监测时分复用光网络链路故障的装置及方法的理论基础如下:
本发明利用半导体激光器在光反馈的作用下产生的激光信号存在时延特征这一特点实现光网络支路的鉴别与故障的定位。所谓的时延特征是指光反馈半导体激光器产生的非线性动态输出会存在一定的周期性，而该周期就是半导体激光器输出至反馈点再返回所经历的时间。在本发明中，利用半导体激光器在故障点反射光作用下的时延特征，并结合激光在光纤中的传播速度即可测得故障的位置。需要指出的是，半导体激光器在不同强度(最小可至_90dB)反馈光的作用下会产生单周期、准周期和混沌等多种非线性振荡(Journalof Lightwave Technology, Vol.4, N0.11, pp.1655-1661，1986),但无论何种振荡半导体激光器输出的光强信号始终存在时延特征。值得注意的是，此时延特征是半导体激光器对外部反馈光的一种特征响应(IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol.45,N0.7，pp.879-891，2009)，但一直被认为是限制光反馈半导体激光器在保密通信等领域应用的有害因素而设法加以抑制(IEEE Photonics Journal, Vol.4, N0.5, pp.1930-1935, 2012)。而本发明充分利用此时延特性，检测光纤故障的位置。此外，本发明在每个支路设置一个特征反馈装置，用于区分具体支路。
[0013]半导体激光器在光反馈作用下的时延特征可以通过多种方法获取(见:IEEEJournal of Quantum Electronics, Vol.48, N0.11, pp.1371-1379，2012),其中最直观的就是将激光信号进行自相关运算，计算出的自相关曲线中相关峰的位置即反映了系统的时延特征(如图4所示)。将时延与光在光纤中的传播速度结合即可计算出故障位置。在首次测量确定整个光网络中连接点和反馈点对应的自相关曲线相关峰后(即图4所示的“参考曲线”)，之后的监测过程中，每次的监测结果除与此曲线完全一致外，还存在以下三种情况:
1.所有支路对应的相关峰减弱或消失，并出现新的相关峰，此时则说明馈线发生了故障(即图4所示的“馈线故障(故障I)”);
2.仅一个支路对应的相关峰减弱或消失，并出现新的相关峰，此时则说明在消失相关峰对应的支路上发生了故障(即图4所示的“支路故障(故障II)”)；
3.有多个支路对应的相关峰减弱或消失，并出现同等数量甚至更多的相关峰，则说明消失相关峰对应的支路上发生了故障(即图4所示的“多支路故障”)。
[0014]与现有时分复用无源光网络故障监测技术相比，本发明所述的一种监测时分复用光网络链路故障的装置及方法具有如下特点与优势:
1.利用半导体激光器产生的非线性动态输出存在时延特征的特性，使整个无源光网络形成一个多路反馈的半导体激光器非线性系统；
2.将故障点作为反馈点，通过时延特征判读故障点位置；
3.利用非线性振荡的高带宽特性、尖锐的自相关峰，实现了与探测距离无关的高空间分辨率故障探测，探测精度可达毫米甚至亚毫米级；
4.利用在各支路设置不同位置的反馈装置，通过位置的不同进行支路的鉴别，且由于精度的提高，相比OTDR方法中km级跳线的引入多个毫米级长度的跳线大大节约了成本；
5.激光器既是发射机也是探测器；
6.激光器的对反馈光的响应可达_90dB，即系统的探测灵敏度，相比现有光电探测器的灵敏度有了很大的提闻;
7.直接对激光器的输出实施探测并进行自相关计算，因此光电探测器的灵敏度无很高要求，且相比传统相关法省去了参考信号的探测与处理，简化了结构。
[0015]本发明利用半导体激光器在光反馈的作用下产生的非线性动态输出存在时延特征这一特点，结合其相关法的高精度优势，有效解决了现有时分复用无源光网络故障监测技术空间分辨率低、结构复杂、灵敏度低、动态范围小的问题，适用于时分复用无源光网络故障监测。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明所述的一种监测时分复用光网络链路故障的装置的结构示意图。
[0017]图2是本发明所述的一种监测时分复用光网络链路故障的装置的光反馈装置的第一种结构示意图。
[0018]图3是本发明所述的一种监测时分复用光网络链路故障的装置的光反馈装置的第二种结构示意图。
[0019]图4是本发明所述的一种监测时分复用光网络链路故障的方法的原理示意图。
【具体实施方式】
[0020]实施例一
一种监测时分复用光网络链路故障的装置，包括时分复用光网络和监测装置；
所述时分复用光网络包括光端机、馈线光纤、I分η路的分光器、η根支路光纤、η个光网络单元；光端机通过馈线光纤与分光器的公共口连接；分光器的η个分光口通过η根支路光纤与η个光网络单兀的入射端面对应连接；
所述监测装置包括无隔离器的半导体激光器、耦合器、光耦合装置、光电探测器、信号采集处理装置、η个光反馈装置；无隔离器的半导体激光器与耦合器连接；耦合器的大比例输出端与光耦合装置的输入端连接，耦合器的小比例输出端与光电探测器的输入端连接；光耦合装置安装于馈线光纤上；光电探测器的输出端与信号采集处理装置的输入端连接；无隔离器的半导体激光器、耦合器、光耦合装置、光电探测器、信号采集处理装置均位于光端机侧；η个光反馈装置一一对应安装于η根支路光纤上，且η个光反馈装置距无隔离器的半导体激光器的距离各不相同；η个光反馈装置一一对应位于η个光网络单元侧。
[0021]具体实施时，所述无隔离器的半导体激光器的波长范围为1600nm-1700nm，输出功率为ImW-1W ;所述耦合器为耦合比为99:1的光耦合器；所述光耦合装置为波分复用器或耦合比为50:50的光耦合器；所述光电探测器为可响应波长范围为1600nm-1700nm且带宽小于50GHz的高速光电探测器；所述信号采集处理装置由带宽小于50GHz的单路信号采集装置和可进行自相关计算的数字相关器或计算机连接组成。
[0022]在本实施例中，所述光反馈装置由波分复用器和可反射波长范围为1600nm-1700nm的光纤反射镜连接组成，如图2所示。
[0023]一种监测时分复用光网络链路故障的方法(该方法在本发明所述的一种监测时分复用光网络链路故障的装置中实现)，该方法是采用如下步骤实现的:
O当时分复用光网络铺设完成后，开始进行如下步骤:
1.1)无隔离器的半导体激光器发射激光；所发射的激光经耦合器分为两路:第一路经光耦合装置耦合入馈线光纤，并经分光器分入η根支路光纤，然后经η个光反馈装置原路返回至无隔离器的半导体激光器，使得无隔离器的半导体激光器产生非线性动态输出，非线性动态输出经耦合器传输至光电探测器，并经光电探测器转换为电信号后传输至信号采集处理装置；第二路经光电探测器转换为电信号后传输至信号采集处理装置；
1.2)信号采集处理装置将接收到的电信号进行自相关计算，并得到自相关曲线；
1.3)此时，自相关曲线中除零点外在不同位置上存在多个相关峰，其中的η个相关峰与η根支路光纤对应； 1.4)逐个断开或移除各路的光反馈装置，并重复进行步骤1.1)-1.2);此时，自相关曲线中的相关峰逐个减弱或消失，据此标记出步骤1.3)所得相关曲线中每个相关峰所对应的支路光纤；
2)当时分复用光网络开始运行后，不断重复进行步骤1.1)-1.2)，并将每次得到的自相关曲线与步骤1.3)中的自相关曲线进行对比；此时，若自相关曲线中的η个相关峰同时减弱或消失，则表明故障点位于馈线光纤上，同时在其它位置新出现一个或多个相关峰，新出现的相关峰数量对应了馈线光纤上的故障数量，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离；若自相关曲线中的某一个相关峰减弱或消失，则表明故障点位于与该相关峰所对应的支路光纤上，同时在其它位置新出现一个或多个相关峰，新出现的相关峰数量对应了该支路上的故障数量，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离；若自相关曲线中的P个(I <Ρ <η)相关峰同时减弱或消失，则表明故障点位于与该P个相关峰所对应的P根支路光纤上，同时在其它位置新出现多个O P)相关峰，新出现的相关峰数量对应了故障支路上的故障总数，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离，此时，需要根据新出现的相关峰位置，在P根支路光纤上逐个排查故障点。
[0024]实施例二
一种监测时分复用光网络链路故障的装置，包括时分复用光网络和监测装置；
所述时分复用光网络包括光端机、馈线光纤、I分η路的分光器、η根支路光纤、η个光网络单元；光端机通过馈线光纤与分光器的公共口连接；分光器的η个分光口通过η根支路光纤与η个光网络单兀的入射端面对应连接；
所述监测装置包括无隔离器的半导体激光器、耦合器、光耦合装置、光电探测器、信号采集处理装置、η个光反馈装置；无隔离器的半导体激光器与耦合器连接；耦合器的大比例输出端与光耦合装置的输入端连接，耦合器的小比例输出端与光电探测器的输入端连接；光耦合装置安装于馈线光纤上；光电探测器的输出端与信号采集处理装置的输入端连接；无隔离器的半导体激光器、耦合器、光耦合装置、光电探测器、信号采集处理装置均位于光端机侧；η个光反馈装置一一对应安装于η根支路光纤上，且η个光反馈装置距无隔离器的半导体激光器的距离各不相同；η个光反馈装置一一对应位于η个光网络单元侧。
[0025]具体实施时，所述无隔离器的半导体激光器的波长范围为1600nm-1700nm，输出功率为ImW-1W ;所述耦合器为耦合比为99:1的光耦合器；所述光耦合装置为波分复用器或耦合比为50:50的光耦合器；所述光电探测器为可响应波长范围为1600nm-1700nm且带宽小于50GHz的高速光电探测器；所述信号采集处理装置由带宽小于50GHz的单路信号采集装置和可进行自相关计算的数字相关器或计算机连接组成。
[0026]在本实施例中，所述光反馈装置为波长范围为1600nm-1700nm的反射式光纤光栅，如图3所示。
[0027]—种监测时分复用光网络链路故障的方法(该方法在本发明所述的一种监测时分复用光网络链路故障的装置中实现)，该方法是采用如下步骤实现的:
O当时分复用光网络铺设完成后，开始进行如下步骤:
1.1)无隔离器的半导体激光器发射激光；所发射的激光经耦合器分为两路:第一路经光耦合装置耦合入馈线光纤，并经分光器分入η根支路光纤，然后经η个光反馈装置原路返回至无隔离器的半导体激光器，使得无隔离器的半导体激光器产生非线性动态输出，非线性动态输出经耦合器传输至光电探测器，并经光电探测器转换为电信号后传输至信号采集处理装置；第二路经光电探测器转换为电信号后传输至信号采集处理装置；
1.2)信号采集处理装置将接收到的电信号进行自相关计算，并得到自相关曲线；
1.3)此时，自相关曲线中除零点外在不同位置上存在多个相关峰，其中的η个相关峰与η根支路光纤对应；
1.4)逐个断开或移除各路的光反馈装置，并重复进行步骤1.1)-1.2);此时，自相关曲线中的相关峰逐个减弱或消失，据此标记出步骤1.3)所得相关曲线中每个相关峰所对应的支路光纤；
2)当时分复用光网络开始运行后，不断重复进行步骤1.1)-1.2)，并将每次得到的自相关曲线与步骤1.3)中的自相关曲线进行对比；此时，若自相关曲线中的η个相关峰同时减弱或消失，则表明故障点位于馈线光纤上，同时在其它位置新出现一个或多个相关峰，新出现的相关峰数量对应了馈线光纤上的故障数量，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离；若自相关曲线中的某一个相关峰减弱或消失，则表明故障点位于与该相关峰所对应的支路光纤上，同时在其它位置新出现一个或多个相关峰，新出现的相关峰数量对应了该支路上的故障数量，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离；若自相关曲线中的P个(I <Ρ <η)相关峰同时减弱或消失，则表明故障点位于与该P个相关峰所对应的P根支路光纤上，同时在其它位置新出现多个O P)相关峰，新出现的相关峰数量对应了故障支路上的故障总数，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离，此时，需要根据新出现的相关峰位置，在P根支路光纤上逐个排查故障点。
[0028]实施例三
一种监测时分复用光网络链路故障的装置，包括时分复用光网络和监测装置；
所述时分复用光网络包括光端机、馈线光纤、I分η路的分光器、η根支路光纤、η个光网络单元；光端机通过馈线光纤与分光器的公共口连接；分光器的η个分光口通过η根支路光纤与η个光网络单兀的入射端面对应连接；
所述监测装置包括无隔离器的半导体激光器、耦合器、光耦合装置、光电探测器、信号采集处理装置、η个光反馈装置；无隔离器的半导体激光器与耦合器连接；耦合器的大比例输出端与光耦合装置的输入端连接，耦合器的小比例输出端与光电探测器的输入端连接；光耦合装置安装于馈线光纤上；光电探测器的输出端与信号采集处理装置的输入端连接；无隔离器的半导体激光器、耦合器、光耦合装置、光电探测器、信号采集处理装置均位于光端机侧；η个光反馈装置一一对应安装于η根支路光纤上，且η个光反馈装置距无隔离器的半导体激光器的距离各不相同；η个光反馈装置一一对应位于η个光网络单元侧。
[0029]具体实施时，所述无隔离器的半导体激光器的波长范围为1600nm-1700nm，输出功率为ImW-1W ;所述耦合器为耦合比为99:1的光耦合器；所述光耦合装置为波分复用器或耦合比为50:50的光耦合器；所述光电探测器为可响应波长范围为1600nm-1700nm且带宽小于50GHz的高速光电探测器；所述信号采集处理装置由带宽小于50GHz的单路信号采集装置和可进行自相关计算的数字相关器或计算机连接组成。
[0030]在本实施例中，所述光反馈装置为镀于与光网络单元连接的支路光纤的末端端面且可反射波长范围为1600nm-1700nm的高反膜。
[0031]一种监测时分复用光网络链路故障的方法(该方法在本发明所述的一种监测时分复用光网络链路故障的装置中实现)，该方法是采用如下步骤实现的:
O当时分复用光网络铺设完成后，开始进行如下步骤:
1.1)无隔离器的半导体激光器发射激光；所发射的激光经耦合器分为两路:第一路经光耦合装置耦合入馈线光纤，并经分光器分入η根支路光纤，然后经η个光反馈装置原路返回至无隔离器的半导体激光器，使得无隔离器的半导体激光器产生非线性动态输出，非线性动态输出经耦合器传输至光电探测器，并经光电探测器转换为电信号后传输至信号采集处理装置；第二路经光电探测器转换为电信号后传输至信号采集处理装置；
1.2)信号采集处理装置将接收到的电信号进行自相关计算，并得到自相关曲线；
1.3)此时，自相关曲线中除零点外在不同位置上存在多个相关峰，其中的η个相关峰与η根支路光纤对应；
1.4)逐个断开或移除各路的光反馈装置，并重复进行步骤1.1)-1.2);此时，自相关曲线中的相关峰逐个减弱或消失，据此标记出步骤1.3)所得相关曲线中每个相关峰所对应的支路光纤；
2)当时分复用光网络开始运行后，不断重复进行步骤1.1)-1.2)，并将每次得到的自相关曲线与步骤1.3)中的自相关曲线进行对比；此时，若自相关曲线中的η个相关峰同时减弱或消失，则表明故障点位于馈线光纤上，同时在其它位置新出现一个或多个相关峰，新出现的相关峰数量对应了馈线光纤上的故障数量，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离；若自相关曲线中的某一个相关峰减弱或消失，则表明故障点位于与该相关峰所对应的支路光纤上，同时在其它位置新出现一个或多个相关峰，新出现的相关峰数量对应了该支路上的故障数量，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离；若自相关曲线中的P个(I < P < η)相关峰同时减弱或消失，则表明故障点位于与该P个相关峰所对应的P根支路光纤上，同时在其它位置新出现多个O P)相关峰，新出现的相关峰数量对应了故障支路上的故障总数，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离，此时，需要根据新出现的相关峰位置，在P根支路光纤上逐个排查故障点。
[0032]实施例四
一种监测时分复用光网络链路故障的装置，包括时分复用光网络和监测装置；
所述时分复用光网络包括光端机、馈线光纤、I分η路的分光器、η根支路光纤、η个光网络单元；光端机通过馈线光纤与分光器的公共口连接；分光器的η个分光口通过η根支路光纤与η个光网络单兀的入射端面对应连接；
所述监测装置包括无隔离器的半导体激光器、耦合器、光耦合装置、光电探测器、信号采集处理装置、η个光反馈装置；无隔离器的半导体激光器与耦合器连接；耦合器的大比例输出端与光耦合装置的输入端连接，耦合器的小比例输出端与光电探测器的输入端连接；光耦合装置安装于馈线光纤上；光电探测器的输出端与信号采集处理装置的输入端连接；无隔离器的半导体激光器、耦合器、光耦合装置、光电探测器、信号采集处理装置均位于光端机侧；η个光反馈装置一一对应安装于η根支路光纤上，且η个光反馈装置距无隔离器的半导体激光器的距离各不相同；η个光反馈装置一一对应位于η个光网络单元侧。
[0033]具体实施时，所述无隔离器的半导体激光器的波长范围为1600nm-1700nm，输出功率为ImW-1W ;所述耦合器为耦合比为99:1的光耦合器；所述光耦合装置为波分复用器或耦合比为50:50的光耦合器；所述光电探测器为可响应波长范围为1600nm-1700nm且带宽小于50GHz的高速光电探测器；所述信号采集处理装置由带宽小于50GHz的单路信号采集装置和可进行自相关计算的数字相关器或计算机连接组成。
[0034]在本实施例中，所述光反馈装置为镀于光网络单元的入射端面且可反射波长范围为1600nm-1700nm的高反膜。
[0035]一种监测时分复用光网络链路故障的方法(该方法在本发明所述的一种监测时分复用光网络链路故障的装置中实现)，该方法是采用如下步骤实现的:
O当时分复用光网络铺设完成后，开始进行如下步骤:
1.1)无隔离器的半导体激光器发射激光；所发射的激光经耦合器分为两路:第一路经光耦合装置耦合入馈线光纤，并经分光器分入η根支路光纤，然后经η个光反馈装置原路返回至无隔离器的半导体激光器，使得无隔离器的半导体激光器产生非线性动态输出，非线性动态输出经耦合器传输至光电探测器，并经光电探测器转换为电信号后传输至信号采集处理装置；第二路经光电探测器转换为电信号后传输至信号采集处理装置；
1.2)信号采集处理装置将接收到的电信号进行自相关计算，并得到自相关曲线；
1.3)此时，自相关曲线中除零点外在不同位置上存在多个相关峰，其中的η个相关峰与η根支路光纤对应；
1.4)逐个断开或移除各路的光反馈装置，并重复进行步骤1.1)-1.2);此时，自相关曲线中的相关峰逐个减弱或消失，据此标记出步骤1.3)所得相关曲线中每个相关峰所对应的支路光纤；
2)当时分复用光网络开始运行后，不断重复进行步骤1.1)-1.2)，并将每次得到的自相关曲线与步骤1.3)中的自相关曲线进行对比；此时，若自相关曲线中的η个相关峰同时减弱或消失，则表明故障点位于馈线光纤上，同时在其它位置新出现一个或多个相关峰，新出现的相关峰数量对应了馈线光纤上的故障数量，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离；若自相关曲线中的某一个相关峰减弱或消失，则表明故障点位于与该相关峰所对应的支路光纤上，同时在其它位置新出现一个或多个相关峰，新出现的相关峰数量对应了该支路上的故障数量，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离；若自相关曲线中的P个(I <Ρ <η)相关峰同时减弱或消失，则表明故障点位于与该P个相关峰所对应的P根支路光纤上，同时在其它位置新出现多个O P)相关峰，新出现的相关峰数量对应了故障支路上的故障总数，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离，此时，需要根据新出现的相关峰位置，在P根支路光纤上逐个排查故障点。
【权利要求】
1.一种监测时分复用光网络链路故障的装置，其特征在于:包括时分复用光网络和监测装置； 所述时分复用光网络包括光端机、馈线光纤、I分η路的分光器、η根支路光纤、η个光网络单元；光端机通过馈线光纤与分光器的公共口连接；分光器的η个分光口通过η根支路光纤与η个光网络单兀的入射端面 对应连接； 所述监测装置包括无隔离器的半导体激光器、耦合器、光耦合装置、光电探测器、信号采集处理装置、η个光反馈装置；无隔离器的半导体激光器与耦合器连接；耦合器的大比例输出端与光耦合装置的输入端连接，耦合器的小比例输出端与光电探测器的输入端连接；光耦合装置安装于馈线光纤上；光电探测器的输出端与信号采集处理装置的输入端连接；无隔离器的半导体激光器、耦合器、光耦合装置、光电探测器、信号采集处理装置均位于光端机侧；η个光反馈装置一一对应安装于η根支路光纤上，且η个光反馈装置距无隔离器的半导体激光器的距离各不相同；η个光反馈装置一一对应位于η个光网络单元侧。
2.根据权利要求1所述的一种监测时分复用光网络链路故障的装置，其特征在于:所述无隔离器的半导体激光器的波长范围为1600nm-1700nm，输出功率为ImW-1W ;所述耦合器为耦合比为99:1的光耦合器；所述光耦合装置为波分复用器或耦合比为50:50的光耦合器；所述光电探测器为可响应波长范围为1600nm-1700nm且带宽小于50GHz的高速光电探测器；所述信号采集处理装置由带宽小于50GHz的单路信号采集装置和可进行自相关计算的数字相关器或计算机连接组成。
3.根据权利要求1或2所述的一种监测时分复用光网络链路故障的装置，其特征在于:所述光反馈装置由波分复用器和可反射波长范围为1600nm-1700nm的光纤反射镜连接组成。
4.根据权利要求1或2所述的一种监测时分复用光网络链路故障的装置，其特征在于:所述光反馈装置为波长范围为1600nm-1700nm的反射式光纤光栅。
5.根据权利要求1或2所述的一种监测时分复用光网络链路故障的装置，其特征在于:所述光反馈装置为镀于与光网络单元连接的支路光纤的末端端面且可反射波长范围为1600nm-1700nm 的高反膜。
6.根据权利要求1或2所述的一种监测时分复用光网络链路故障的装置，其特征在于:所述光反馈装置为镀于光网络单元的入射端面且可反射波长范围为1600nm-1700nm的高反膜。
7.—种监测时分复用光网络链路故障的方法，该方法在如权利要求1所述的一种监测时分复用光网络链路故障的装置中实现，其特征在于:该方法是采用如下步骤实现的: . O当时分复用光网络铺设完成后，开始进行如下步骤: .1.1)无隔离器的半导体激光器发射激光；所发射的激光经耦合器分为两路:第一路经光耦合装置耦合入馈线光纤，并经分光器分入η根支路光纤，然后经η个光反馈装置原路返回至无隔离器的半导体激光器，使得无隔离器的半导体激光器产生非线性动态输出，非线性动态输出经耦合器传输至光电探测器，并经光电探测器转换为电信号后传输至信号采集处理装置；第二路经光电探测器转换为电信号后传输至信号采集处理装置； . 1.2)信号采集处理装置将接收到的电信号进行自相关计算，并得到自相关曲线； . 1.3)此时，自相关曲线中除零点外在不同位置上存在多个相关峰，其中的η个相关峰与η根支路光纤 对应； .1.4)逐个断开或移除各路的光反馈装置，并重复进行步骤1.1)-1.2);此时，自相关曲线中的相关峰逐个减弱或消失，据此标记出步骤1.3)所得相关曲线中每个相关峰所对应的支路光纤；. 2)当时分复用光网络开始运行后，不断重复进行步骤1.1)-1.2)，并将每次得到的自相关曲线与步骤1.3)中的自相关曲线进行对比；此时，若自相关曲线中的η个相关峰同时减弱或消失，则表明故障点位于馈线光纤上，同时在其它位置新出现一个或多个相关峰，新出现的相关峰数量对应了馈线光纤上的故障数量，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离；若自相关曲线中的某一个相关峰减弱或消失，则表明故障点位于与该相关峰所对应的支路光纤上，同时在其它位置新出现一个或多个相关峰，新出现的相关峰数量对应了该支路上的故障数量，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离；若自相关曲线中的P个(I < P < η)相关峰同时减弱或消失，则表明故障点位于与该P个相关峰所对应的P根支路光纤上，同时在其它位置新出现多个O P)相关峰，新出现的相关峰数量对应了故障支路上的故障总数，且其位置反映了故障点与无隔离器的半导体激光器之间的距离，此时，需要根据新出现的相关峰位置，在P根支路光纤上逐个排查故障点。
【文档编号】H04B10/071GK104202084SQ201410515353
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】赵彤, 王安帮, 张明江, 王冰洁, 王云才 申请人:太原理工大学