專利名稱：一種無源光網(wǎng)絡(luò)故障檢測裝置及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與網(wǎng)絡(luò)的故障檢測裝置及其檢測方法有關(guān)，更詳而言，是一種基于波長可調(diào)的混沌激光相關(guān)法的OTDR檢測無源光網(wǎng)絡(luò)中故障的檢測裝置及其檢測方法。
背景技術(shù)：
無源光網(wǎng)絡(luò)Ρ0Ν，作為下一代接入網(wǎng)的主要形式，在光纖網(wǎng)絡(luò)通信中占有重要的地位，前景極其廣闊?，F(xiàn)有無源光網(wǎng)絡(luò)主要有三部分構(gòu)成即光線路終端0LT，光分配網(wǎng)絡(luò)ODN 和光網(wǎng)絡(luò)用戶單元0NU。由于其無源光網(wǎng)絡(luò)有多個(gè)用戶單元，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，分支比較多，覆蓋范圍比較大，承載著巨大的信息量，因此，研究如何對無源光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障檢測是非常有必要的?，F(xiàn)有的光網(wǎng)絡(luò)檢測技術(shù)是利用單波長的0TDR，當(dāng)無源光網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)故障后，用戶單元接收不到有用信息，再利用OTDR進(jìn)行檢測，由于單波長的OTDR其探測波長的不可調(diào)諧性，只能利用分段檢測方法進(jìn)行，檢測具有相對的滯后性，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測。為了實(shí)現(xiàn)對無源光網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)檢測，波長可調(diào)的OTDR成為研究熱點(diǎn)，1996年， 利用可調(diào)的激光器在兩個(gè)聲光開關(guān)調(diào)制的條件下實(shí)現(xiàn)了波長可調(diào)的0TDR[1] (Kuniaki Tanaka， Mitsuhiro Tateda， Measuring the individual attenuation distribution of passive branched optical network [J]. Photonics technology letters ，1996，8(7) :915-917), 2009年利用波長掃描式的光纖激光器，輸出偽隨機(jī)光脈沖序列， 實(shí)現(xiàn)了相關(guān)法波長可調(diào)的 OTDR β]，( Woojin Shin, Bong-Ahn Yu, Yeung Lak Lee. Wavelength tunable optical time-domain reflectometry based on wavelength swept fiber laser employing two-dimensional digital micro-mirror array [J]. Optical Communication, 2009,沘2 (6) : 1191-1195)，2010年利用雙正交編碼的方式，實(shí)現(xiàn)了波長可調(diào)的0TDR，并將其用于光網(wǎng)絡(luò)通信的研究[3](沈東輝，謝瑋霖，董毅等.基于雙正交編碼的波長可調(diào)諧OTDR研究[J],光通信技術(shù)，2010，4:39-41)。但是，目前無源光網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展趨于小型光纖網(wǎng)絡(luò)，因此，需要一種新的高分辨率、高精度的探測技術(shù)。傳統(tǒng)OTDR采用的飛行時(shí)間法測量距離和測量精度在原理上是矛盾的，偽隨機(jī)光脈沖的相關(guān)法中偽隨機(jī)光脈沖序列的碼元寬度要受限于電子瓶頸，精度無法突破，基于混沌激光相關(guān)法的OTDR利用混沌激光相關(guān)法測量相對于飛行時(shí)間法和偽隨機(jī)光脈沖的相關(guān)法，測量距離遠(yuǎn)，測量精度高。在先技術(shù)，單波長的基于混沌激光相關(guān)法0TDR，如公開號為CN1012^100的一種“混沌光時(shí)域反射儀及其測量方法”，將混沌光發(fā)射裝置發(fā)射的混沌激光信號通過光纖耦合器分為探測光和參考光。探測光經(jīng)環(huán)形器發(fā)射到待測光纖線路中后回射到光電探測器中，由光信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入信號處理裝置中；參考光由光電探測器接收，將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器輸入到信號處理裝置。信號處理裝置對輸入的兩路數(shù)字信號進(jìn)行互相關(guān)。具體的測量原理是將混沌光分為的探測光I和參考光II，設(shè)參考光II設(shè)參考光II滿足的函數(shù)關(guān)系式為m,探測光ι經(jīng)過待測光纖線路回射后滿足的函數(shù)關(guān)系式則其互相關(guān) Ki—tmn當(dāng)時(shí)，互相關(guān)函數(shù)存在峰值?；ハ嚓P(guān)函數(shù)的峰值
與回射光強(qiáng)度有關(guān)?；诖嗽?，通過互相關(guān)儀或計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理就可以獲得探測光回射的強(qiáng)度與往返時(shí)間而，從而實(shí)現(xiàn)故障定位與光纖傳輸特性的檢測。上述發(fā)明利用相關(guān)法處理，實(shí)現(xiàn)了單根光纖的故障檢測。但是，將混沌激光相關(guān)法用于光網(wǎng)絡(luò)故障檢測，存在有三個(gè)問題一是如何實(shí)現(xiàn)波長的可調(diào)諧。二是探測信號進(jìn)入光網(wǎng)絡(luò)中，如何確定故障處于網(wǎng)絡(luò)中的哪條路徑，以進(jìn)一步確定故障的具體位置。三是如何實(shí)現(xiàn)在光線路終端顯示檢測到的故障信息，實(shí)現(xiàn)集中化的管理和檢測。這對于光網(wǎng)絡(luò)的故障檢測還是存在很大的難度，這也是目前實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)故障檢測中迫切需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種無源光網(wǎng)絡(luò)故障檢測裝置及其檢測方法，以解決如何在光網(wǎng)絡(luò)路徑上確定其故障具體位置的問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高精度、高分辨率并集中化的光網(wǎng)絡(luò)故障檢測。為了解決上述問題以及實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的措施是一種無源光網(wǎng)絡(luò)故障檢測裝置及其檢測方法。一種無源光網(wǎng)絡(luò)故障檢測裝置，包括有波長可調(diào)的混沌激光相關(guān)法0TDR。所述波長可調(diào)的混沌激光相關(guān)法OTDR ；含有一波長可調(diào)的混沌信號源，發(fā)射出網(wǎng)絡(luò)檢測的光探測信號經(jīng)一波分復(fù)用單元光信號分配，進(jìn)入待測光網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑，光探測信號返回到一信號處理單元。在上述技術(shù)方案中，所述一波長可調(diào)的混沌信號源是一 FP半導(dǎo)體激光器在環(huán)反饋條件下產(chǎn)生多波長混沌激光，由設(shè)置在反饋環(huán)中的可調(diào)濾波器實(shí)現(xiàn)波長可調(diào)的混沌信號源；所述的信號處理單元是在混沌相關(guān)法裝置中設(shè)置有波長測量計(jì)；所述的波長測量計(jì)是光譜儀或者是波長計(jì)。一種用于上述的無源光網(wǎng)絡(luò)故障檢測裝置的檢測方法，其所述方法是在無源光網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置有一個(gè)波長可調(diào)的混沌激光相關(guān)法0TDR，將該OTDR波長可調(diào)的混沌信號源發(fā)射的探測信號在OTDR波分復(fù)用單元根據(jù)波長耦合到各光網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑進(jìn)行檢測，再將探測信號返回到OTDR的信號處理單元進(jìn)行相關(guān)法處理。在上述方法中，所述混沌信號源是環(huán)反饋光注入到FP激光器，產(chǎn)生多波長混沌信號，反饋光的強(qiáng)度和偏振態(tài)有光衰減器和偏振控制器調(diào)節(jié)，并在環(huán)反饋的光路中進(jìn)行濾波， 實(shí)現(xiàn)混沌信號單一波長輸出，作為OTDR的探測信號；所述信號處理單元是將混沌信號第一路作為參考信號，一部分作為探測信號，探測信號在波分復(fù)用單元按照其波長值耦合到相應(yīng)的光網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑，由波長測量計(jì)確定其波長，并判斷故障網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑；反射回的混沌激光信號和在先的第二路參考信號經(jīng)光電探測器后轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到信號處理單元進(jìn)行相關(guān)法處理，得到的相關(guān)曲線上的相關(guān)峰值，即是無源光網(wǎng)絡(luò)中目標(biāo)路徑中的故障位置。本發(fā)明基于波長可調(diào)混沌激光相關(guān)法的OTDR檢測無源光網(wǎng)絡(luò)故障的檢測裝置及其檢測方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用FP半導(dǎo)體激光器和可調(diào)的濾波器得到了波長可調(diào)諧的混沌信號，并在相關(guān)法的信號處理中設(shè)置有波長檢測裝置，實(shí)現(xiàn)了在無源光網(wǎng)絡(luò)中集中化對各個(gè)網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑的故障實(shí)時(shí)檢測，并準(zhǔn)確定位出具體的故障發(fā)生路徑和故障發(fā)生位置，實(shí)現(xiàn)了高精度、高分辨率光網(wǎng)絡(luò)的故障檢測。


圖1是無源光網(wǎng)絡(luò)PON的基本結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是無源光網(wǎng)絡(luò)中OTDR的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明OTDR的波長可調(diào)的混沌源結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明OTDR的信號處理單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1 :FP半導(dǎo)體激光器；2 第一光環(huán)行器；3 放大器；4 第一耦合器；5 第二光環(huán)行器；6 可調(diào)濾波器；7 光衰減器；8 光偏振控制器；9 第二耦合器；10 第三耦合器；11:波長觀測計(jì)；12:第三光環(huán)行器；13:第一光電探測器；14:第二光電探測器；15: 第一 A/D轉(zhuǎn)換器；16:第二 A/D轉(zhuǎn)換器；17:信號處理裝置；18:顯示裝置。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作出進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
實(shí)施本發(fā)明所提供的一種無源光網(wǎng)絡(luò)故障檢測裝置及其故障檢測方法，是在現(xiàn)有OTDR 的基礎(chǔ)上，利用可調(diào)諧的混沌信號做探測信號，并對信號采用波長檢測和相關(guān)法處理，實(shí)現(xiàn)在無源光網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑的實(shí)時(shí)在線故障檢測，進(jìn)而準(zhǔn)確檢測出發(fā)生故障的具體位置，以適應(yīng)小型網(wǎng)絡(luò)檢測中的高精度、高分辨率的集中化故障檢測。首先實(shí)施本發(fā)明所述的一種無源光網(wǎng)絡(luò)故障檢測裝置如下。如圖1，本實(shí)施例結(jié)合現(xiàn)有的無源光網(wǎng)絡(luò)，給出無源光網(wǎng)絡(luò)的簡要結(jié)構(gòu)示意圖，其中，光線路終端0LT，發(fā)射出通信信號，經(jīng)光分配網(wǎng)絡(luò)單元ODN進(jìn)行信號分配，分配后的信號經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑進(jìn)入到光網(wǎng)絡(luò)用戶單元0NU。如圖2，本發(fā)明一種無源光網(wǎng)絡(luò)檢測裝置主要包括有三部分，即混沌信號源，波分復(fù)用單元和信號處理單元。其中，混沌信號源，信號處理單元均安裝在光線路終端OLT，可調(diào)諧信號源發(fā)出的探測信號，探測信號由波分復(fù)用單元根據(jù)波長耦合到網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑中進(jìn)行檢測，遇到故障后，返回到信號處理單元進(jìn)行處理。在光線路終端能夠調(diào)節(jié)探測信號并觀察檢測結(jié)果，以此實(shí)現(xiàn)了集中化管理以及實(shí)時(shí)故障診斷。在實(shí)施上述無源光網(wǎng)絡(luò)檢測裝置中，其混沌信號源，如圖3，F(xiàn)P半導(dǎo)體激光器1發(fā)射出混沌信號由第一環(huán)形器2進(jìn)入摻鉺光纖放大器3進(jìn)行信號的放大，由第一耦合器4分成兩路，一路作為輸出信號，一路作為反饋信號注入回FP半導(dǎo)體激光器中產(chǎn)生混沌信號， 反饋光的強(qiáng)度和反饋光的偏振態(tài)由處于反饋環(huán)路中的光衰減器7和偏振控制器8來調(diào)節(jié)， 混沌激光的輸出波長由反饋環(huán)路中的可調(diào)濾波器6控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)波長的可調(diào)諧性。在實(shí)施過程中，所用的波分復(fù)用單元可以采用多波長通道的陣列波導(dǎo)光柵或者是波分解復(fù)用器中的任意一種。其中的信號處理單元，如圖4，信號處理單元接收的信號，一部分是混沌信號源直接發(fā)出的混沌激光信號，經(jīng)過第二耦合器9，分成兩路，參考光和探測光，參考光經(jīng)第三耦合器10，第一路進(jìn)入到波長觀測計(jì)11，這里可以是波長計(jì)或者是光譜儀中的一種觀測其波長，以此確定對應(yīng)的波分復(fù)用單元的波長通道，即確定檢測的網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑；第二路用于等待和反射回來的探測信號進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，探測光經(jīng)第三環(huán)形器12進(jìn)入到波分復(fù)用單元，根據(jù)其波長由對應(yīng)的波長通道耦合進(jìn)待測光網(wǎng)絡(luò)用戶單元，遇到故障返回到信號處理單元， 與第二路參考信號進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。兩路進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算的信號首先由第一光電探測器13和第二光電探測器14轉(zhuǎn)化成電信號，再由第一 A/D轉(zhuǎn)化器15和第二 A/D轉(zhuǎn)化器16轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，其信號處理裝置17可以采用計(jì)算機(jī)或者是數(shù)字相關(guān)儀進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，在顯示裝置 18上顯示相關(guān)結(jié)果。這樣在光線路終端根據(jù)觀測的波長值和相關(guān)圖像確定檢測的網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑和該網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑的故障位置，實(shí)現(xiàn)了集中化管理。具體實(shí)施一種用于所述無源光網(wǎng)絡(luò)故障檢測裝置的故障檢測方法如下。如圖1-圖4，本發(fā)明方法是在無源光網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置一個(gè)波長可調(diào)的混沌激光相關(guān)法 0TDR，本發(fā)明中的0TDR，主要有波長可調(diào)的混沌信號源，波分復(fù)用單元，和信號處理單元構(gòu)成。其中OTDR的混沌信號源和信號處理單元安裝在光網(wǎng)絡(luò)中的光線路終端OLT中，波分復(fù)用單元安裝在波長分配網(wǎng)絡(luò)ODN中。在進(jìn)行光網(wǎng)絡(luò)檢測時(shí)，OTDR的探測信號在光分配網(wǎng)絡(luò)單元根據(jù)波長耦合進(jìn)各網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑，進(jìn)行檢測。在上述方法中，混沌信號源是環(huán)反饋光注入到FP激光器，產(chǎn)生多波長混沌信號， 反饋光的強(qiáng)度和偏振態(tài)有光衰減器和偏振控制器來調(diào)節(jié)，并且在反饋的光路中加入可調(diào)的濾波器，實(shí)現(xiàn)了混沌信號可調(diào)波長的輸出?；煦缧盘栆徊糠肿鳛閰⒖夹盘枺徊糠肿鳛樘綔y信號，參考信號的第一路用于觀測波長，確定待檢測的網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑，探測信號在波分復(fù)用單元按照其波長值耦合到對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑中，遇到故障后反射回該波長的混沌激光信號；將反射回來的混沌激光信號和在先的第二路參考信號經(jīng)光電探測器后轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到信號處理單元中的計(jì)算機(jī)或者數(shù)字相關(guān)儀做相關(guān)運(yùn)算，在得到的相關(guān)曲線上對應(yīng)的斷點(diǎn)位置存在一個(gè)相關(guān)峰，以此來定位出故障在該網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑中的具體位置，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線檢測。實(shí)施上述方法是在用混沌激光相關(guān)法的OTDR檢測單根光纖故障的現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)中，實(shí)現(xiàn)了波長可調(diào)諧的混沌激光相關(guān)法的0TDR，由于OTDR的混沌信號源部分發(fā)射的混沌信號是波長可調(diào)的，那么將其應(yīng)用于無源光網(wǎng)絡(luò)測量，相對于單波長OTDR的分段檢測，本方法可以實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)檢測；在信號處理部分對混沌信號采用相關(guān)法處理，相對于傳統(tǒng)的飛行時(shí)間法和偽隨機(jī)脈沖的相關(guān)法測量精度和分辨率都比較高；在信號處理單元中加入了波長觀測計(jì)，對波長實(shí)時(shí)觀測，實(shí)現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑的實(shí)時(shí)分辨；在光線路終端就可對各個(gè)光網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑檢測，實(shí)現(xiàn)了對整個(gè)光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中化的檢測和管理。
權(quán)利要求
1.一種無源光網(wǎng)絡(luò)故障檢測裝置，包括有波長可調(diào)的混沌激光相關(guān)法OTDR ；所述波長可調(diào)的混沌激光相關(guān)法OTDR含有一波長可調(diào)的混沌信號源，發(fā)射出網(wǎng)絡(luò)檢測的光探測信號經(jīng)一波分復(fù)用單元光信號分配，進(jìn)入待測光網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑，遇到故障后光探測信號返回到一信號處理單元。
2.如權(quán)利要求1所述的一種無源光網(wǎng)絡(luò)故障檢測裝置，其所述一波長可調(diào)的混沌信號源是一 FP半導(dǎo)體激光器(1)在環(huán)反饋條件下產(chǎn)生多波長混沌激光，由設(shè)置在反饋環(huán)中的可調(diào)濾波器(6)實(shí)現(xiàn)波長可調(diào)的混沌信號源。
3.如權(quán)利要求1所述的一種無源光網(wǎng)絡(luò)故障檢測裝置，其所述信號處理單元是在混沌相關(guān)法裝置中設(shè)置有波長測量計(jì)(11)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種無源光網(wǎng)絡(luò)故障檢測裝置，其所述波長測量計(jì)(11)是光譜儀或者是波長計(jì)。
5.一種用于權(quán)利要求1所述的無源光網(wǎng)絡(luò)故障檢測裝置的檢測方法，其所述方法是在無源光網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置有一個(gè)波長可調(diào)的混沌激光相關(guān)法0TDR，并將OTDR波長可調(diào)混沌信號源發(fā)射的探測信號在OTDR波分復(fù)用單元根據(jù)探測信號的波長耦合到各光網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑進(jìn)行檢測，再將探測信號返回到OTDR的信號處理單元進(jìn)行相關(guān)法處理。
6.如權(quán)利要求5所述的一種無源光網(wǎng)絡(luò)故障檢測裝置的檢測方法，其所述混沌信號源是環(huán)反饋光注入到FP激光器，產(chǎn)生多波長混沌信號，反饋光的強(qiáng)度和偏振態(tài)有光衰減器和偏振控制器調(diào)節(jié)，并在環(huán)反饋的光路中進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)可調(diào)的混沌信號單一波長輸出，作為 OTDR的探測信號。
7.如權(quán)利要求5所述的一種無源光網(wǎng)絡(luò)故障檢測裝置的檢測方法，其所述信號處理單元是將混沌信號一部分作為參考信號，一部分作為探測信號，參考信號的第一路由波長測量計(jì)確定其波長，判斷故障網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑；探測信號在波分復(fù)用單元按照其波長值耦合到相應(yīng)的光網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑，遇到故障反射回到信號處理單元，返回的探測信號和在先第二路參考信號由光信號轉(zhuǎn)化成電信號，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)行相關(guān)法處理，得到的相關(guān)曲線上的相關(guān)峰值即是無源光網(wǎng)絡(luò)中目標(biāo)路徑中的故障位置。
全文摘要
一種無源光網(wǎng)絡(luò)故障檢測裝置及其檢測方法，包括有基于波長可調(diào)的混沌激光相關(guān)法OTDR(光時(shí)域反射儀)，所述OTDR含有一波長可調(diào)的混沌信號源，發(fā)射出網(wǎng)絡(luò)檢測的光探測信號經(jīng)一波分復(fù)用單元光信號分配，進(jìn)入待測光網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑，遇到故障后光探測信號返回到一信號處理單元；所述方法是在無源光網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置一個(gè)波長可調(diào)的混沌激光相關(guān)法OTDR，將OTDR波長可調(diào)的混沌信號源發(fā)射的探測信號在OTDR波分復(fù)用單元根據(jù)波長耦合進(jìn)各光網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)路徑進(jìn)行檢測，將探測信號返回到OTDR的信號處理單元進(jìn)行相關(guān)法處理。本發(fā)明利用FP半導(dǎo)體激光器和可調(diào)的濾波器得到了波長可調(diào)諧的混沌信號，并在相關(guān)法的信號處理中設(shè)置有波長測量計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對無源光網(wǎng)絡(luò)高精度、高分辨率的集中化故障檢測。
文檔編號H04B10/08GK102291173SQ20111015619
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者張建忠, 張明江, 王云才, 王冰潔, 王娜, 王安幫 申請人:太原理工大學(xué)