基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的装置与方法，涉及光纤网络故障监测技术领域。该装置包括时分复用光网络和故障监测装置；时分复用光网络包括光端机OLTⅠ、馈线光纤Ⅱ、分n路的分光器Ⅲ、n根支路光纤Ⅳ、n个光网络单元

【技术实现步骤摘要】
基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的装置与方法


[0001]本专利技术涉及光纤网络故障监测
，具体为一种基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的装置与方法。

技术介绍

[0002]目前，光接入网技术的发展使得FTTx技术融入生活中的方方面面，其主要布线结构为时分复用无源光网络（TDM
‑
PON），该结构的一分多路的广播式通信方式是实现高速、大容量通信的最佳接入方案。因此，及时准确地诊断出TDM
‑
PON的光纤故障对保障通信和数字业务具有重要意义。
[0003]光时域反射仪（OTDR，Optical Time Domain Reflectometry）是检测光纤故障的主要工具和手段。然而，随着通信容量的不断增加以及TDM
‑
PON技术的发展，该网络分至数量不断增加，传统的1
×
32支路的网络已无法满足如今的通信需求，逐渐向1
×
64或1
×
128支路TDM
‑
PON发展。由此造成了光传输过程中的大幅插入损耗，如64支路单向损耗达
‑
18dB，双向
‑
36dB。此损耗在光纤故障监测过程中，对探测光的影响极大，结合断点菲涅耳反射的最低损耗
‑
14dB计算，探测光在分光器和断点处的损耗就达
‑
50dB，这对传统探测方法提出了挑战。若要实现该程度损耗的测量，可通过两种方法：1提高探测光的功率；2提升探测器灵敏度。但在光接入网中，一味地提高探测光功率会影响正常线路中的通信质量，所以只能提高方法的探测灵敏度。传统APD受电子噪声限制，很难探测功率低于
‑
60dBm的故障回波，单光子计数器可将探测灵敏度提至最高，但其昂贵的成本及死区造成的大范围盲区使得单光子计数器很难广泛应用。
[0004]除灵敏度外，TDM
‑
PON故障监测的另一难点是，各支路的光信息是通过分光器将功率等分的，所以探测时各支路探测光完全一致，难以区分。OTDR常用方法是在线路良好状态下测试完整曲线并标定各支路对应的峰值位置，随后时刻将测试曲线与该完整曲线比对，故障后对应支路的峰值消失就代表了该支路发生了故障。随后又利用光反馈半导体激光器产生混沌时自相关曲线的时延特征，结合该比对方法实现了TDM
‑
PON的故障检测（ZL 201410515353.5）。但该方法的反馈强度必须使激光器产生混沌激光，否则无法探测时延特征。此方法激光器收发一体，避开了探测器灵敏度无法提高的困扰，相近的方法还有自混合干涉方法，但自混合干涉方法的探测距离受限于探测激光的相干长度，无法实现km级的测量（Appl. Opt. 1998, 37, 6684）。
[0005]受上述方法启示，我们发现激光器在调制信号的作用下，调制频率可以与外腔谐振频率发生共振，在频率响应曲线中呈现外腔的谐振信息。若将光纤故障点作为外腔的反馈点，调制曲线中呈现的就是故障位置。光反馈激光器调制曲线有此现象最早被Helms, J.和Petermann, K.发现（Electron. Lett. 1989, 25, 1369），当时他们在研究反馈光对调制特性的影响，以求寻找到不影响调制通信时可以接受的反馈光强，分析得出在
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60dB的反馈强度下调制特性曲线的畸变为1dB，不会影响光通信的调制解调，但并未将该方法向故障
检测领域发展。本专利技术借助此特点，可研究一种新型的高灵敏TDM
‑
PON故障监测方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决时分复用光网络链路故障监测现有技术的不足，比如灵敏度低和受限于探测激光相干长度的问题，提供了一种基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的装置与方法。
[0007]本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种基于频率共振的高灵敏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故障监测装置；所述时分复用光网络包括光端机OLTⅠ、馈线光纤Ⅱ、分n路的分光器Ⅲ、n根支路光纤Ⅳ、n个光网络单元
Ⅴ
；光端机OLTⅠ通过馈线光纤Ⅱ与分光器Ⅲ的公共口连接；分光器Ⅲ的n个分光口通过n根支路光纤Ⅳ与n个光网络单元
Ⅴ
的入射端面一一对应连接；所述故障监测装置包括信号源、激光器、光纤耦合器、波分复用器、光电探测器、信号采集处理装置、n个光反馈装置；所述激光器与光纤耦合器连接；光纤耦合器的大比例输出端与波分复用器的输入端连接，光纤耦合器的小比例输出端与光电探测器的输入端连接；波分复用器安装于馈线光纤Ⅱ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；信号源、激光器、光纤耦合器、波分复用器、光电探测器、信号采集处理装置均位于光端机OLTⅠ侧；n个光反馈装置一一对应安装于n根支路光纤Ⅳ上，n个光反馈装置一一对应位于n个光网络单元
Ⅴ
侧；每个光反馈装置距激光器的距离各不相同，距离的最小差值大于探测精度，保证每一个反馈位置对应的测试曲线峰值都不会重叠。
[0008]一种基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的方法，在上述装置中实现，具体步骤如下：1）当时分复用光网络铺设完成后，开始进行如下步骤：1.1）激光器发射激光；使用信号源将正弦调制信号通过bias
‑
T或激光器自带高速调制口加载到激光器的电流上，使激光器正常出光状态下同时包含调制信号的信息，所发射的激光经光纤耦合器分为两路：第一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，第二路经波分复用器耦合入馈线光纤Ⅱ，并经分光器Ⅲ分入n根支路光纤Ⅳ，然后经n个光反馈装置原路返回至激光器，使得外腔谐振频率与调制频率发生共振，共振信号经光纤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；1.2）信号源输出频率为f0的正弦信号，使用光电探测器检测在此频率下激光器收到光反馈装置位置反馈光之后输出光信号的振幅信息，并在信号采集处理装置中保存该信息；随后将正弦调制信号的频率增加Δf重复测试，直至增加频率至f
m
，测得f0~f
m
范围内激光器的频率响应特性曲线；测得的曲线呈现周期的波动，由于在频率响应曲线中，该周期波动峰值间的间隔为1/τ，单位为Hz，τ为激光从激光器到光反馈装置（7）的往返时间，因此响应频率1/τ的倒数乘以激光在介质中的传播速度v
g
即为激光到光反馈装置位置的往返距离，往返距离除以2即为激光器距光反馈装置位置的距离L，f0与f
m
满足如下条件：f
m
‑ꢀ
f0≥20GHz或者
以及；计算距离L所采用公式如下：；1.3）信号采集处理装置将接收到的电信号进行采集，绘制激光器的频率响应曲线，随后使用逆傅里叶变换将频响曲线中对应的周期信息对应的时延特征提取出来；1.4）故障监测系统搭建完成后，保证光网络正常通信的情本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于频率共振的高灵敏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故障监测装置；所述时分复用光网络包括光端机OLTⅠ、馈线光纤Ⅱ、1分n路的分光器Ⅲ、n根支路光纤Ⅳ、n个光网络单元
Ⅴ
；光端机OLTⅠ通过馈线光纤Ⅱ与分光器Ⅲ的公共口连接；分光器Ⅲ的n个分光口通过n根支路光纤Ⅳ与n个光网络单元
Ⅴ
的入射端面一一对应连接；所述故障监测装置包括信号源（1）、激光器（2）、光纤耦合器（3）、波分复用器（4）、光电探测器（5）、信号采集处理装置（6）、n个光反馈装置（7）；所述激光器（2）与光纤耦合器（3）连接；光纤耦合器（3）的大比例输出端与波分复用器（4）的输入端连接，光纤耦合器（3）的小比例输出端与光电探测器（5）的输入端连接；波分复用器（4）安装于馈线光纤Ⅱ上；光电探测器（5）的输出端与信号采集处理装置（6）的输入端连接；信号源（1）、激光器（2）、光纤耦合器（3）、波分复用器（4）、光电探测器（5）、信号采集处理装置（6）均位于光端机OLTⅠ侧；n个光反馈装置（7）一一对应安装于n根支路光纤Ⅳ上，n个光反馈装置（7）一一对应位于n个光网络单元
Ⅴ
侧；每个光反馈装置（7）距激光器（2）的距离各不相同，距离的最小差值大于探测精度，保证每一个反馈位置对应的测试曲线峰值都不会重叠。2.根据权利要求1所述的一种基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的装置，其特征在于：所述激光器（2）为半导体激光器。3.根据权利要求1或2所述的一种基于频率共振的高灵敏监测时分复用光网络链路故障的装置，其特征在于：所述激光器（2）的波长范围为1510nm
‑
1700nm，输出功率为1mW
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1W；所述光纤耦合器（3）为耦合比为99:1的光耦合器；所述光电探测器（5）为可响应波长范围为1510nm
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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（6）为矢量网络分析仪、频谱分析仪或示波器，完成频率响应曲线的测试。4.根据权利要求1或2所述的一种基于频率共振的高灵敏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（7）由波分复用器和可反射波长范围为1510nm
ꢀ‑
1700nm的光纤反射镜连接组成。5.根据权利要求1或2所述的一种基于频率共振的高灵敏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（7）为波长范围为1510nm
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1700nm的反射式光纤光栅。6.根据权利要求1或2所述的一种基于频率共振的高灵敏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（7）为镀于与光网络单元连接的支路光纤Ⅳ的末端端面且可反射波长范围为1510nm
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1700nm的高反膜。7.根据权利要求1或2所述的一种基于频率共振的高灵敏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（7）为镀于光网络单元的入射端面且可反射波长范围为1510nm
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1700nm的高反膜。8.一种基于频率共振的高灵敏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所述的一种基于频率共振的高灵敏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：1）当时分复用光网络铺设完成后，开始进行如下步骤：1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王安帮，赵彤，石子雄，栗修竹，许俊伟，张敏，王云才，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：