光纤故障检测系统和光纤故障检测方法与流程

本技术涉及光通信，特别涉及一种光纤故障检测系统和光纤故障检测方法。

背景技术：

1、无源光网络(passive optical network，pon)由光线路终端(optical linetermination，olt)、光网络单元(optical network unit，onu)和光分配网络(opticaldistribution network，odn)组成，其中odn主要包括光纤和光分束器等器件。为了保证整个pon的正常工作，需要对odn中的光纤进行故障检测。

2、相关技术中，通常采用光时域反射仪(optical time domain reflectometer，otdr)作为光纤故障检测系统进行光纤的故障检测工作。在进行光纤故障检测时，otdr直接向光纤内发送用于故障检测的脉冲光信号，脉冲光信号在光纤内传播过程中会发生散射、反射等，otdr接收形成的反射光信号。otdr基于反射光信号产生事件信号，然后识别事件信号中的odn事件实现光纤故障检测，odn事件能够反映出光纤是否存在故障以及存在故障时的故障类型。

3、在上述光纤故障检测过程中，otdr所使用的脉冲光信号的脉冲宽度以及系统带宽会影响光纤故障检测的性能指标。这里的性能指标主要包括事件分辨率和动态范围。脉冲光信号的脉冲宽度小、系统带宽大时事件分辨率高，而脉冲宽度小、系统带宽小时动态范围大。因此，采用上述otdr进行光纤故障检测时，无论如何设置脉冲宽度和系统带宽，都难以同时获得较好的分辨率和动态范围。

技术实现思路

1、本技术提供了一种光纤故障检测系统和光纤故障检测方法，能够在保持动态范围的前提下提高事件分辨率。

2、第一方面，本技术至少一实施例提供了一种光纤故障检测系统，光纤故障检测系统包括：光源、第一光控制模块、光电探测模块和处理模块；第一光控制模块分别与光源、光电探测模块以及光纤连接，光电探测模块还与处理模块连接。

3、光源用于向第一光控制模块输出第一脉冲光信号；第一光控制模块用于向光纤输出第一脉冲光信号，接收从光纤返回的反射光信号，向光电探测模块输出反射光信号；光电探测模块用于将反射光信号转换为电信号，向处理模块输出电信号；处理模块用于识别电信号中的信号区；对信号区中的信号进行带宽补偿，以提高电信号中的信号区中信号的带宽；对补偿后的电信号进行故障事件的识别。

4、在上述实现方式中，通过对电信号中的信号区进行区分，然后对电信号的信号区中的信号进行带宽补偿，从而使得带宽补偿只作用在电信号的信号区，而避免了对电信号的噪声区中的噪声进行补偿。既实现了通过增加带宽来提高分辨率的目的，而且由于没有补偿噪声区，因此避免了降低动态范围，能够在保持动态范围的前提下提高事件分辨率。

5、在本技术实施例中，电信号中的信号区和噪声区是在时间维度上对于电信号的区分，信号区以信号为主体，可以掺有噪声，而噪声区则是以噪声为主体，其中也可以有信号。

6、其中，故障事件是指光纤链路中熔接、连接器、弯曲等形成的缺陷或其他缺陷，例如熔接头损耗、活接头、弯曲损耗等。

7、在本技术一种可能的实现方式中，处理模块用于对电信号依次分区，计算电信号的各个分区中超过阈值的频率部分的积分和；若在第一时间段内，多次计算的分区内的积分和未持续增加，则确定第一时间段对应的分区是电信号中的信号区。

8、这种识别信号区的方式是基于电信号的频域特征实现的，对电信号的频域特征进行处理，从而能够准确地从电信号中识别出信号区，为后续信号区的信号补偿提供基础。

9、这里，对电信号进行分区计算，可以采用滑窗的方式实现，也可以采用切片的方式实现信号区和噪声区的划分。

10、其中，信号区中的信号为光纤链路反射回的瑞利散射信号与菲涅尔反射信号，在频谱上表现为低频缓变信号，噪声区中的噪声为高斯白噪(可能存在菲涅尔反射)，在频谱上表现为高频噪声并处于测试区域尾端。

11、在反射光信号转换出的电信号中，信号区是衰落趋势，而噪声区则是较为平坦的，因此，噪声区的积分和是逐渐增加的，而信号区的积分和则不会逐渐增加，因此，通过上述分区进行积分和的方式，能够准确地进行信号区和噪声区的区分，从而使得通过对信号区中的信号进行补偿，避免补偿方案导致的高频抬起，动态范围降低的问题，保证系统性能。

12、在本技术另一种可能的实现方式中，处理模块用于确定位于电信号尾端的噪声区中噪声的幅值的最大值；基于最大值确定电信号中各个噪声区和各个信号区的分界点，基于分界点识别出电信号中的信号区。

13、由于电信号尾端的部分为噪声，而且信号区的信号点的幅值大于噪声区的噪声点的幅值，因此，先确定出尾端的噪声区中噪声的幅值的最大值，通过比较其他区域各个点和该最大值的大小，将大于该最大值的点划分到信号区中，将不大于该最大值的点划分到噪声区中，从而确定出信号区和噪声区的分界点，进而准确地进行信号区和噪声区的区分，从而使得通过对信号区中的信号进行补偿，避免补偿方案导致的高频抬起，动态范围降低的问题，保证系统性能。

14、在本技术的实现方式中，处理模块对信号区中信号进行带宽补偿的方式，可以是对该信号区中的信号进行频率补偿，频率越高带宽越大。

15、在本技术一种可能的实现方式中，处理模块用于获取第一补偿系数信号；采用所述第一补偿系数信号对所述信号区中信号的频率进行补偿，得到中间信号；按照如下方式对所述中间信号中各个信号点的幅值进行替换，作为补偿后的所述信号区中的信号：采用所述中间信号中与第一信号点相邻的多个信号点的幅值之和，替换所述中间信号中的第一信号点的幅值，所述第一信号点为所述中间信号中的任一点。应理解，与第一信号点相邻的多个信号点可以是相邻的几个信号点，也可以是十几个，几十个，几百个甚至更多，本技术不做限定。

16、在补偿时，将中间信号的每个信号点都按照第一信号点的方式进行替换，然后替换掉电信号原来的信号区中的信号，得到补偿后的电信号。通过上述替换方式，使得电信号信号区中的信号的带宽得以增加，而噪声区带宽不变，能够在保证动态范围的情况下，提高事件分辨率。

17、其中，采用所述第一补偿系数信号对所述信号区中信号的频率进行补偿，可以是将第一补偿系数信号和信号区中信号的幅值相乘，实现对信号区中信号的频率的补偿。

18、其中，第一补偿系数信号是系数随时间变化的时域信号。在将第一补偿系数信号和信号区中信号的幅值相乘时，将第一补偿系数信号中的系数和对应时域上的信号区中信号点的幅值相乘，例如将第一时间对应的系数和第一时间对应的信号点的幅值相乘，将第二时间对应的系数和第二时间对应的信号点的幅值相乘，依此类推，实现对整个信号区中的信号的幅度的调整，进而实现频率补偿。

19、除了通过对电信号中信号区中的信号进行补偿外，还可以对电源的驱动信号进行补偿。

20、在本技术另一种可能的实现方式中，光源包括：第一激光器和第一驱动单元；第一驱动单元分别与第一激光器和处理模块连接；

21、第一驱动单元用于采用第一驱动信号驱动第一激光器产生第一脉冲光信号；

22、处理模块还用于对第一驱动信号进行频率补偿，以提高采用补偿后的第一驱动信号驱动产生的第一脉冲光信号的脉冲部分的带宽，第一驱动信号为脉冲电信号。

23、在该实现方式中，对第一驱动信号进行频率补偿，使得采用补偿后的第一驱动信号驱动产生的第一脉冲光信号的脉冲部分的带宽得以提升，而脉冲部分外的带宽不会提升，避免造成对脉冲部分外的噪声进行补偿，能够在保证动态范围的情况下，提升事件分辨率。

24、示例性地，处理模块用于获取第一补偿系数信号；采用所述第一补偿系数信号对所述第一驱动信号的频率进行补偿，以产生补偿后的第一驱动信号。

25、例如，将第一补偿系数信号和第一驱动信号的幅值相乘，实现对第一驱动信号的频率的补偿。

26、通过第一补偿系数信号和第一驱动信号相乘，控制第一驱动信号的冲激响应系数增大，保证带宽补偿至脉冲上，不影响脉冲外的电平，带宽补偿后的第一驱动信号加载到发端光信号上，最终实现对整个系统带宽的补偿。

27、在本技术另一种可能的实现方式中，光源包括：第二激光器、电光调制器和第二驱动单元；电光调制器分别与第二激光器和第二驱动单元连接，第二驱动单元还与处理模块连接；

28、电光调制器用于接收第二激光器产生的持续光信号；

29、第二驱动单元用于采用第二驱动信号驱动电光调制器将持续光信号截断为第一脉冲光信号并输出；

30、处理模块还用于对第二驱动信号进行频率补偿，以提高采用补偿后的第二驱动信号驱动产生的第一脉冲光信号的脉冲部分的带宽，第二驱动信号为脉冲电信号。

31、在该实现方式中，对第二驱动信号进行频率补偿，使得采用补偿后的第二驱动信号驱动产生的第一脉冲光信号的脉冲部分的带宽得以提升，而脉冲部分外的带宽不会提升，避免造成对脉冲部分外的噪声进行补偿，能够在保证动态范围的情况下，提升事件分辨率。

32、示例性地，处理模块用于获取第一补偿系数信号；采用所述第一补偿系数信号和所述第二驱动信号的频率进行补偿，以产生补偿后的第二驱动信号。

33、例如，将第一补偿系数信号和第二驱动信号的幅值相乘，实现对第二驱动信号的频率的补偿。

34、通过第一补偿系数信号和第二驱动信号相乘，控制第二驱动信号的冲激响应系数增大，保证带宽补偿至脉冲上，不影响脉冲外的电平，带宽补偿后的第二驱动信号加载到发端光信号上，最终实现对整个系统带宽的补偿。

35、在本技术实施例中，前述第一补偿系数信号可以为设定的固定补偿系数信号，也可根据事件识别结果(事件位置、宽度和反射率等特征信息)进行调整。例如，可以根据事件识别得到的事件反射率进行调整。

36、示例性地，处理模块还用于获取事件反射率；基于事件反射率对第一补偿系数信号进行调整；

37、其中，第一补偿系数信号的大小与事件反射率的大小负相关。

38、其中，事件反射率是指事件导致的反射光对应的反射率，例如，光信号在光纤中传播，当遇到接头产生反射时，反射光对应的反射率即为该接头导致的反射事件的事件反射率。

39、本技术在采用事件反射率进行第一补偿系数信号的调节时，可以采用确定出的各个事件中事件的最大反射率，或者故障事件的反射率，或者事件平均反射率等。

40、通过根据事件反射率进行第一补偿系数信号的调整，选择出最适合光纤故障检测系统的第一补偿系数信号进行带宽补偿，从而得到最好的动态范围和事件分辨率。

41、示例性地，可以预先设置第一补偿系数信号和事件反射率的对应关系，该对应关系遵循第一补偿系数信号的大小与事件反射率的大小负相关的原则，在上述调整时，根据预先设置的对应关系选择和事件反射率对应的第一补偿系数信号即可。

42、在本技术实施例中，前述第一补偿系数信号可以人为认定，也可在系统中采用系数计算模块进行计算和估计。

43、例如，光纤故障检测系统还包括第二光控制模块和系数计算模块；第二光控制模块分别与光源、第一光控制模块和光电探测模块连接，系数计算模块与光电探测模块连接；

44、光源还用于输出第一光信号，第一光信号为第二脉冲光信号或持续光信号；

45、第二光控制模块用于将第一光信号中的至少部分输出给光电探测模块；

46、光电探测模块用于将第一光信号中的至少部分转换为电信号，向系数计算模块输出第一光信号中的至少部分转换成的电信号；

47、系数计算模块用于根据第一光信号中的至少部分转换成的电信号和目标带宽计算第二补偿系数信号；基于第二补偿系数信号得到第一补偿系数信号。

48、通过设置目标带宽，并且根据光源产生的光信号转换成的电信号反映出的光源产生的光信号的带宽和目标带宽，确定系数信号，使得采用该系数信号进行带宽补偿时，结果能够达到或者靠近目标带宽。

49、在本技术另一种可能的实现方式中，第二光控制模块为光开关，光开关用于控制第一光信号输出给第一光控制模块和光电探测模块中的一个。

50、在这种情况下，光开关用于控制第二光控制模块与第一光控制模块之间的光路、第二光控制模块与光电探测模块之间的光路中的一个导通。通过设置光开关模块控制光路切换，实现系数信号计算，或者故障检测，从而使得本技术提供的光路能够分别应用于系数信号计算和故障检测。

51、在本技术另一种可能的实现方式中，第二光控制模块为分光器，分光器用于将第一光信号分为第二光信号和第三光信号，第二光信号输出给第一光控制模块，第三光信号输出给光电探测模块。

52、在这种情况下，可以实现系数信号计算和故障检测的同步，由于系数信号计算的光程短，因此系数信号可以在反射光信号处理前获得，从而可以使用计算出的系数信号进行带宽补偿。

53、可选地，光纤故障检测系统还包括滤波模块；滤波模块与处理模块连接；

54、滤波模块用于对处理模块补偿后的电信号进行滤波，滤除电信号中的噪声干扰，处理模块用于对滤波后的电信号进行故障事件的识别。

55、示例性地，滤波模块可以在对补偿后的电信号进行故障事件的识别之前，对电信号进行滤波。

56、通过设置滤波模块进行滤波，后端噪声降低，从而在通过带宽补偿提高事件分辨率的情况下，通过滤波提升系统的动态范围。

57、第二方面，本技术至少一实施例提供了一种光线路终端，光线路终端包括第一方面或第一方面的任一种可能的实施方式中的光纤故障检测系统。

58、第三方面，本技术至少一实施例提供了一种光纤故障检测方法，方法包括：

59、将从光纤返回的反射光信号转换为电信号；

60、识别电信号中的信号区；

61、对信号区中的信号进行带宽补偿，以提高电信号中的信号区中信号的带宽；

62、对补偿后的电信号进行故障事件的识别。

63、在上述实现方式中，通过对电信号中的信号区进行区分，然后对电信号的信号区中的信号进行带宽补偿，从而使得带宽补偿只作用在电信号的信号区，而避免了对电信号的噪声区中的噪声进行补偿。既实现了通过增加带宽来提高分辨率的目的，而且由于没有补偿噪声区，因此避免了降低动态范围，能够在保持动态范围的前提下提高事件分辨率。

64、可选地，识别电信号中的信号区，包括：

65、对电信号依次分区，计算电信号的各个分区中超过阈值的频率部分的积分和；

66、若在第一时间段内，多次计算的分区内的积分和未持续增加，则确定第一时间段对应的分区是电信号中的信号区。

67、可选地，识别电信号中的信号区，包括：

68、确定位于电信号尾端的噪声区中噪声的幅值的最大值；

69、基于最大值确定电信号中各个噪声区和各个信号区的分界点，基于分界点识别出电信号中的信号区。

70、可选地，对信号区中的信号进行带宽补偿，包括：

71、获取第一补偿系数信号；

72、采用所述第一补偿系数信号对所述信号区中信号的频率进行补偿，得到中间信号；

73、按照如下方式对所述中间信号中各个信号点的幅值进行替换，作为补偿后的所述信号区中的信号：采用所述中间信号中与第一信号点相邻的多个信号点的幅值之和，替换所述中间信号中的第一信号点的幅值，所述第一信号点为所述中间信号中的任一点。

74、可选地，方法还包括：

75、对驱动光源的驱动信号进行频率补偿，以提高采用补偿后的驱动信号驱动产生的脉冲光信号的脉冲部分的带宽，驱动信号为脉冲电信号。

76、可选地，对驱动光源的驱动信号进行频率补偿，包括：

77、获取第一补偿系数信号；

78、采用所述第一补偿系数信号对所述驱动信号的频率进行补偿，以产生补偿后的所述驱动信号。

79、可选地，方法还包括：

80、获取事件反射率；

81、基于事件反射率对第一补偿系数信号进行调整；

82、其中，第一补偿系数信号的大小与事件反射率的大小负相关。

83、可选地，方法还包括：

84、将光源输出的第一光信号中的至少部分转换为电信号；

85、根据第一光信号中的至少部分转换成的电信号和目标带宽计算第二补偿系数信号；

86、基于第二补偿系数信号得到第一补偿系数信号。

87、可选地，在对补偿后的电信号进行故障事件的识别之前，方法还包括：

88、对补偿后的电信号进行滤波，滤除电信号中的噪声干扰。

89、第四方面，提供了一种芯片，包括处理器，处理器用于从存储器中调用并运行所述存储器中存储的指令，使得安装有所述芯片的通信设备执行上述第三方面或第三方面的任一种可能的实施方式中的方法。

90、第五方面，提供另一种芯片。所述另一种芯片包括输入接口、输出接口、处理器和存储器。所述输入接口、输出接口、所述处理器以及所述存储器之间通过内部连接通路相连。所述处理器用于执行所述存储器中的代码，当所述代码被执行时，所述处理器用于执行上述第三方面或第三方面的任一种可能的实施方式中的方法。