本發(fā)明涉及一種光纖通信感知一體化架構(gòu)及其工作方法，屬于光纖通信。

背景技術(shù)：

1、隨著第五代移動(dòng)通信(5g)技術(shù)的大規(guī)模商用，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型逐漸邁向多場(chǎng)景，低時(shí)延、高可靠的光纖網(wǎng)絡(luò)不僅有效提高了用戶帶寬體驗(yàn)，光纖本身的感知外界物理參量的敏感特性也為管道監(jiān)控、城市地下結(jié)構(gòu)數(shù)字化、光纖健康狀況監(jiān)測(cè)等新型應(yīng)用的有效實(shí)現(xiàn)開辟了途徑。研究人員提出到6g時(shí)代，不僅要進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)的智能化水平，還要增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的感知能力，光網(wǎng)絡(luò)的通信和感知一體化(icas)是基于光纜資源的一種有效設(shè)計(jì)，符合通信系統(tǒng)資源融合的發(fā)展趨勢(shì)。利用icas技術(shù)，不僅有助于光網(wǎng)絡(luò)的智能運(yùn)維，提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，還能實(shí)現(xiàn)密集的傳感數(shù)據(jù)采集和新型應(yīng)用，有效盤活運(yùn)營(yíng)商的光纖資產(chǎn)。

2、光纖傳感技術(shù)幾乎與光纖的發(fā)明同時(shí)出現(xiàn)，利用光纖本身的感知外界物理參量的敏感特性，人們已經(jīng)開發(fā)出一系列的基于背向散射光的光纖傳感器件。

3、瑞利散射(rayleighscattering)是一種在光線與微小顆?；蚍肿酉嗷プ饔脮r(shí)發(fā)生的光學(xué)現(xiàn)象。在瑞利散射中，光線的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于微小顆粒或分子的尺寸，且顆粒或分子呈各向同性分布。瑞利散射在光纖通信中也起著重要的作用。當(dāng)光信號(hào)在光纖中傳播時(shí)，與光纖中的不均勻性、雜質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)等微小顆粒相互作用時(shí)，會(huì)發(fā)生瑞利散射。這種散射會(huì)導(dǎo)致光信號(hào)的衰減和擴(kuò)散，影響光纖通信的傳輸質(zhì)量和距離，反之我們可以對(duì)光纖背向瑞利散射的測(cè)量實(shí)現(xiàn)光纖狀態(tài)的感知。

4、相位敏感光時(shí)域反射儀φotdr是一種基于后向瑞利散射原理的分布式光學(xué)傳感系統(tǒng)，經(jīng)典的可以分為兩種。在直接探測(cè)型系統(tǒng)中，光源發(fā)出的連續(xù)光經(jīng)聲光調(diào)制器(acoustic-optic?modulator，aom)調(diào)制成探測(cè)光脈沖，脈沖經(jīng)摻餌光纖放大器(erbium-doped?optical?fiber?amplifier,edfa)放大后進(jìn)入到傳感光纖中，產(chǎn)生的后向瑞利散射光經(jīng)環(huán)形器后被光電探測(cè)器(photodetector,pd)接收，隨后由數(shù)據(jù)采集卡(dataacquisition?card，daq)采集存儲(chǔ)，只能采集到光纖上信號(hào)的光強(qiáng)變化。在相干探測(cè)型系統(tǒng)中，平衡光電探測(cè)器(balanced?photodetector,bpd)代替pd，既可以采集到光強(qiáng)變化也可以采集到相位變化。當(dāng)外界擾動(dòng)或溫度變化作用于傳感光纖時(shí)，光纖的長(zhǎng)度、折射率等參數(shù)變化，后向瑞利散射光的光程、相位隨之變化，通過檢測(cè)并分析反射光的光強(qiáng)或相位變化，即可檢測(cè)識(shí)別擾動(dòng)。

5、直接探測(cè)型φ-otdr系統(tǒng)工作原理介紹如下，信號(hào)光光場(chǎng)可表述為：

6、

7、其中，as是信號(hào)光光場(chǎng)的振幅，是信號(hào)光光場(chǎng)的相位，直接探測(cè)到的光場(chǎng)強(qiáng)度為：

8、

9、區(qū)別于直接探測(cè)系統(tǒng)，在相干探測(cè)系統(tǒng)中，平衡光電探測(cè)器還接收了頻率為fl的本振光，其光場(chǎng)公式為:

10、

11、其中，al是本振光的振幅，為本振光的相位，兩束光混頻相干后在光電探測(cè)器上檢測(cè)到的光強(qiáng)為:

12、

13、經(jīng)過平衡探測(cè)濾除直流項(xiàng)后，最終出電流為：

14、

15、脈沖光經(jīng)過光纖傳輸以及瑞利散射后回到發(fā)射端探測(cè)器的時(shí)延為τ，

16、

17、其中l(wèi)為脈沖光在光纖中傳播的長(zhǎng)度，vg為脈沖光在光纖中的群折射率。因此根據(jù)光強(qiáng)i(t)的變化以及時(shí)延τ可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖擾動(dòng)的定位。

18、自發(fā)拉曼散射(spontaneousramanscattering,rs)是一種光線與介質(zhì)發(fā)生非彈性散射的光學(xué)現(xiàn)象，光纖中石英晶體原子的振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生頻率為v的格波，它的每份能量是hv，被稱為一個(gè)聲子，當(dāng)這個(gè)聲子參與光的散射時(shí)會(huì)使散射光的波長(zhǎng)發(fā)生頻移，分為下頻移的斯托克斯過程與上頻移的反斯托克斯過程。光纖中溫度對(duì)熱振動(dòng)的影響最終會(huì)反映到斯托克斯光與反斯托克斯光的強(qiáng)度不同，由此技術(shù)可實(shí)現(xiàn)rotdr對(duì)光纖溫度的分布式傳感。

19、rotdr傳感系統(tǒng)利用脈沖光進(jìn)入光纖后，與光纖中的介質(zhì)分子發(fā)生非彈性碰撞產(chǎn)生斯托克斯、反斯托克斯后向散射光。再通過光時(shí)域反射原理對(duì)光纖上的溫度點(diǎn)進(jìn)行定位。光纖沿線上產(chǎn)生的拉曼散射光強(qiáng)可表示為：

20、反斯托克斯散射光強(qiáng)ias(t,l)：

21、

22、斯托克斯光強(qiáng)is(t,l)：

23、

24、其中，p為入射光功率，kas、ks分別表示拉曼反斯托克斯、斯托克斯背向散射截面的系數(shù)，s是背向散射因子，φ％表示進(jìn)入光纖的脈沖光光通量，α4、αas、αs分別是入射光和反斯托克斯散射光、斯托克斯散射光在傳感光纖上的衰減系數(shù)，l表示傳感光纖的位置。h為普朗克常量，δv為拉曼散射產(chǎn)生的頻移，k為玻爾茲曼常數(shù)。由以上公式可知，拉曼散射光強(qiáng)與光纖l處位置的溫度t有關(guān)。因此，可通過上述公式解調(diào)出光纖沿線的實(shí)際溫度。目前常用的溫度解調(diào)方法有雙路和單路兩種。兩種方法的主要區(qū)別在于，雙路解調(diào)方法利用反斯托克斯與斯托克斯散射光進(jìn)行溫度解調(diào)，而單路解調(diào)方法只利用反斯托克斯散射光進(jìn)行溫度解調(diào)。

25、單路解調(diào)方法與雙路解調(diào)方法類似，分為定標(biāo)和測(cè)量?jī)蓚€(gè)階段。在定標(biāo)階段，將傳感光纖置于溫度為t4且溫度恒定的環(huán)境中，獲取此時(shí)的拉曼反斯托克斯散射光強(qiáng)ias(t4,l)，在測(cè)量階段獲取拉曼反斯托克斯散射光強(qiáng)ias(t,l)。將定標(biāo)階段與測(cè)量階段的反斯托克斯散射光強(qiáng)做比，則單路解調(diào)方法最終解調(diào)公式為

26、

27、受激拉曼光放大的增益機(jī)制是受激拉曼散射(stimulatedramanscattering,srs)，能量通過非線性散射過程從一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移到一個(gè)較長(zhǎng)的波長(zhǎng)。當(dāng)用強(qiáng)泵浦將弱信號(hào)發(fā)射到光纖時(shí)，信號(hào)由于泵浦和信號(hào)之間的拉曼相互作用而被放大，形成受激拉曼散射。

28、波分復(fù)用(wdmwavelengthdivisionmultiplexing)技術(shù)是允許在一根光纖上面?zhèn)鬏敹嗦废嗷オ?dú)立的波長(zhǎng)帶，這樣便可提供多路通道和高的多的通信容量，使得通信容量隨可復(fù)用波長(zhǎng)的數(shù)目成倍的增長(zhǎng)。在光纖通信中，波分復(fù)用系統(tǒng)正經(jīng)歷著從點(diǎn)到點(diǎn)系統(tǒng)到透明光網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變，經(jīng)歷著從以往的電光轉(zhuǎn)換到全光交換的轉(zhuǎn)變，密集波分復(fù)用(dwdm,densewavelengthdivisionmultiplexing)已成為當(dāng)今光纖通信的首選技術(shù)，尤其在長(zhǎng)距離、骨干網(wǎng)中已獲得廣泛的應(yīng)用。陣列波導(dǎo)光柵(arrayedwaveguidegrating:awg)作為構(gòu)建超大容量波分復(fù)用系統(tǒng)的核心器件，具有波長(zhǎng)間隔小、多信道、輸出波譜平坦，易于集成等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于wdm光網(wǎng)絡(luò)中。

29、相干光放大技術(shù)，相干檢測(cè)系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)是能夠提高光纖通信系統(tǒng)接收機(jī)的頻譜效率和檢測(cè)靈敏度。相干光通信的基本原理如圖1所示，在信號(hào)發(fā)射端，通過外調(diào)制的方式，將待傳輸信號(hào)通過光調(diào)制器調(diào)制到光載波上，在光纖中進(jìn)行傳輸后，到達(dá)信號(hào)接收端，接收端將信號(hào)送入光混頻器中與本振激光器產(chǎn)生的本振光進(jìn)行相干混頻，經(jīng)光電檢測(cè)器輸出的光電流經(jīng)過處理后以基帶信號(hào)的形式輸出。由于混頻后輸出的光信號(hào)的中頻信號(hào)功率分量能夠攜帶信號(hào)光的幅度、頻率和相位信息，因此發(fā)射端無論采用何種調(diào)制方式都能在中頻信號(hào)中被反映出來，所以相干光通信方式適用所有的調(diào)制方式，能夠獲取信號(hào)包括幅度、頻率、相位在內(nèi)的所有信息。(近期相關(guān)技術(shù)成果：唐明,李偉昊,章明明,等.同源自零差相干光傳輸技術(shù)[j].中國(guó)激光,2022,49(12):223-237.)

30、偏振分集接收；相位敏感光時(shí)域反射系統(tǒng)(φ-otdr)因其高靈敏度、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，自1993年被taylor等提出后，在光纖動(dòng)態(tài)特征測(cè)量中取得了顯著進(jìn)步。然而，φ-otdr系統(tǒng)中存在的衰落噪聲是影響其信噪比提升的關(guān)鍵問題。衰落噪聲包括干涉衰落和偏振衰落，會(huì)導(dǎo)致φ-otdr系統(tǒng)的解調(diào)結(jié)果惡化，信噪比(snr)降低，引起解調(diào)結(jié)果失真等問題。隨著φ-otdr系統(tǒng)的不斷深入研究，各種抗衰落噪聲技術(shù)被提出。為消除系統(tǒng)中衰落的影響，最常用的方法是將多組獨(dú)立測(cè)量的信號(hào)疊加，其中偏振分集接收。是如圖3所示用兩個(gè)偏振分束器(pbs)將信號(hào)光與本征光分別分解為兩組偏振態(tài)正交的光束，相同偏振態(tài)的光分別進(jìn)行耦合后由平衡光電探測(cè)器(bpd)接收。根據(jù)瓊斯矩陣，信號(hào)光和本征光的電場(chǎng)矢量可以分別表示為：

31、

32、式中，ωs、θs和εs分別為信號(hào)光的角頻率、相位、方位角和橢率角，θl、θl和εl分別為本振光的角頻率、相位、方位角和橢率角。當(dāng)通過與x軸夾角為θ的檢偏器后，干涉信號(hào)輸出強(qiáng)度可以表示為：

33、

34、其中，為本征光和信號(hào)的相位差，δω為本振光和信號(hào)光之間的角頻率差，δω＝ωs-ωl。當(dāng)假設(shè)本征光和信號(hào)光都為線偏振光時(shí)，有εs＝εl＝0。由于雙態(tài)偏振分集接收中使用的是正交偏振態(tài)，k取值為0、1，因此接收端接收的干涉信號(hào)可表示為：

35、

36、式(4)中可以看到兩路信號(hào)的幅度部分并不相同，由此可以通過綜合兩路信號(hào)的方式實(shí)現(xiàn)衰落噪聲的抑制。

37、偏振復(fù)用技術(shù)；光纖通信系統(tǒng)對(duì)通信容量的需求，使得偏分復(fù)用技術(shù)變得普遍。偏分復(fù)用技術(shù)利用了光的基本偏振原理，可以使頻譜效率直接加倍。光是電磁波，它的振動(dòng)方向與光線傳播的方向垂直，它的振動(dòng)方式即是光的偏振態(tài)。光一般可以分為自然光、部分偏振光和完全偏振光。光纖通信系統(tǒng)中發(fā)出的光載波是完全偏振光。光可以分解兩個(gè)偏振方向相互正交的偏振光，且相互獨(dú)立，所以可以在兩個(gè)正交偏振上分別加載信息。(近期相關(guān)技術(shù)成果：陸慶敏.偏振復(fù)用的高階調(diào)制信號(hào)在電域與光域的解復(fù)用方法[d].北京郵電大學(xué),2023.doi:10.26969/d.cnki.gbydu.2023.001589.)

38、半導(dǎo)體光放大(soa)技術(shù)，半導(dǎo)體光放大器是一種把半導(dǎo)體激光器作為放大裝置使用的器件，它的顯著特點(diǎn)是可以直接進(jìn)行光/光的轉(zhuǎn)換，而不用經(jīng)過光轉(zhuǎn)換電，電再轉(zhuǎn)換光的過程，并且具有大的增益帶寬。另外，其工作波段可以覆蓋1.3-1.6μm波段。半導(dǎo)體光放大器的原理和特性都與半導(dǎo)體激光器相類似，都是基于受激輻射光放大的機(jī)制。由雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)成的激活區(qū)結(jié)構(gòu)，運(yùn)用電流注入法注入電子和空穴，通過從電子能量高的受激能級(jí)導(dǎo)帶向低能級(jí)價(jià)帶的躍遷實(shí)現(xiàn)光放大，它是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)放大發(fā)光，發(fā)光的媒介是非平衡載流子即電子空穴對(duì)。

39、當(dāng)向半導(dǎo)體光放大器中注入正向電流，并達(dá)到一定值時(shí)，n區(qū)自由電子增多并不斷進(jìn)入pn結(jié)中與空穴復(fù)合，以光子形式釋放能量。該光子在輸入光信號(hào)的感應(yīng)下形成受激輻射，使釋放出的光子和入射光子同頻、同向、同相位、同偏振方向，并在光子不斷前進(jìn)中繼續(xù)受感應(yīng)而產(chǎn)生受激輻射，進(jìn)而產(chǎn)生更多的新的光子，使輸入光信號(hào)得到放大。當(dāng)半導(dǎo)體激光器沒有注入正向電流時(shí)，注入soa的光會(huì)被pn結(jié)吸收，從而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，此時(shí)宏觀表現(xiàn)為入射光被吸收。因此對(duì)于soa加電會(huì)進(jìn)行光放大、不加電會(huì)進(jìn)行光吸收的特性，可以將soa作為調(diào)制器使用。

40、脈沖消光比是衡量調(diào)制脈沖質(zhì)量的參數(shù)之一，指脈沖光輸出平均功率“1”與“0”之比，單位為db。soa主要由無源層(passivelayer)和有源層(activelayer)構(gòu)成：當(dāng)注入的泵浦電流大于閾值電流時(shí)，有源層的載流子發(fā)生受激輻射并產(chǎn)生與入射光相同的光子，實(shí)現(xiàn)入射光的放大；無泵浦電流或注入的泵浦電流小于閾值電流時(shí)，入射光被吸收。soa作為調(diào)制器消光比可達(dá)40db以上，同時(shí)價(jià)格低廉易于激光器集成的特點(diǎn)使其作為調(diào)制器使用具有天然優(yōu)勢(shì)。

41、基于以上光網(wǎng)絡(luò)通信與傳感技術(shù)的基礎(chǔ)：光時(shí)域反射技術(shù)(otdr)、相位敏感光時(shí)域反射技術(shù)(φotdr)、布里淵光時(shí)域反射技術(shù)(botdr)、拉曼光時(shí)域反射技術(shù)(rotdr)等，可分別實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖中的傳輸損耗、振動(dòng)、溫度等信息進(jìn)行分布式傳感。目前市面上針對(duì)這些技術(shù)已經(jīng)有了產(chǎn)品級(jí)的相應(yīng)器件，包括可進(jìn)行光纖長(zhǎng)度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等測(cè)量光時(shí)域反射儀(otdr)，通過φotdr技術(shù)對(duì)光纖振動(dòng)情況進(jìn)行分布式監(jiān)測(cè)的dvs系統(tǒng)、以及通過rotdr技術(shù)對(duì)光纖溫度進(jìn)行分布式監(jiān)測(cè)的dts系統(tǒng)。

42、盡管上述產(chǎn)品已經(jīng)可以在不影響通信信道的前提下應(yīng)用于現(xiàn)有光纖通信中，做到了基本的通信感知在一根光線中同時(shí)實(shí)現(xiàn)，但這些技術(shù)與設(shè)備都是針對(duì)光纖的某個(gè)參量進(jìn)行探測(cè)，無法在共用硬件設(shè)備的前提下實(shí)現(xiàn)多參數(shù)同時(shí)測(cè)量，采集信息單一化。

43、此外這些設(shè)備的設(shè)計(jì)只是針對(duì)光纖分布式探測(cè)，并沒有考慮到光纖通信感知一體化架構(gòu)設(shè)計(jì)，難以完全融入通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)通信增強(qiáng)感知、感知輔助通信的通感一體化架構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)目前光纖多參數(shù)傳感與通信難以融合的問題，本發(fā)明提出了一種新型的通信感知一體化架構(gòu)。該架構(gòu)不但可以將通信與感知相互融合，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)感知，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)感知與通信的相互促進(jìn)。

2、本發(fā)明還提出了光纖通信感知一體化架構(gòu)的工作方法。

3、本發(fā)明的技術(shù)方案為：

4、一種光纖通信感知一體化架構(gòu)，包括：

5、傳感系統(tǒng)激光器、耦合器、偏振分束器、半導(dǎo)體光放大器、偏振復(fù)用通信發(fā)射系統(tǒng)、基于整列波導(dǎo)光柵的偏振波長(zhǎng)雙維度解復(fù)用器即wdm-pm器件、粗波分復(fù)用器mmi-wdm、單模光纖、偏振復(fù)用通信接收系統(tǒng)、偏振分集雙平衡光電探測(cè)器pbpd、rotdr與φotdr數(shù)據(jù)處理單元；

6、在光纖通信系統(tǒng)的發(fā)射端，傳感光信號(hào)通過傳感系統(tǒng)激光器發(fā)出窄線寬激光，再經(jīng)過1:9耦合器實(shí)現(xiàn)分光，其中10％的光作為本振光實(shí)現(xiàn)對(duì)背向瑞利散射光的相干放大，90％的部分作為信號(hào)光經(jīng)過半導(dǎo)體光放大器(soa)進(jìn)行單脈沖調(diào)制。

7、調(diào)制后的單脈沖傳感光信號(hào)再經(jīng)過偏振分束器(pbs)分成兩束偏振正交的脈沖光，這兩束偏振正交的脈沖光同其他c波段偏振復(fù)用的光信號(hào)一同進(jìn)入wdm-pm器件，實(shí)現(xiàn)偏振與波長(zhǎng)的多維復(fù)用。

8、復(fù)用后的光信號(hào)變?yōu)榫哂姓黄駪B(tài)的兩束多波長(zhǎng)復(fù)用光，這兩束多波長(zhǎng)復(fù)用光各自再次經(jīng)過一個(gè)粗波分復(fù)用器mmi-wdm，實(shí)現(xiàn)c波段光與1550nm的自發(fā)拉曼散射的反斯托克斯光1450nm波長(zhǎng)光的解復(fù)用；之后兩束多波長(zhǎng)復(fù)用光經(jīng)過偏振分束器(pbs)耦合成為一束wdm-pm光，隨后進(jìn)入單模光纖中傳播。

9、攜帶信號(hào)的wdm-pm光正向傳播，傳感光信號(hào)返回發(fā)射端，經(jīng)過偏振分集接收進(jìn)入傳感系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而對(duì)光纖的通斷、損耗、溫度、應(yīng)力與振動(dòng)信息進(jìn)行定位。

10、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述光纖通信感知一體化架構(gòu)還包括拉曼放大器，拉曼放大器將整個(gè)光纖作為增益介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)光在長(zhǎng)距離光纖中的逐步放大。

11、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，光纖通信系統(tǒng)是c波段的波分復(fù)用系統(tǒng)。

12、進(jìn)一步優(yōu)選的，選用拉曼泵浦激光器的波長(zhǎng)為傳感光信號(hào)反斯托克斯光的波長(zhǎng)。

13、進(jìn)一步優(yōu)選的，拉曼放大器的引入放大了四類光，包括：

14、正向傳輸?shù)膚dm-pm光信號(hào)即攜帶信號(hào)的wdm-pm光；

15、正向傳輸?shù)挠糜趥鞲械膯蚊}沖光；

16、傳感中用以定位損耗、通斷、應(yīng)力、振動(dòng)的背向瑞利散射光；

17、傳感中用以定位通斷、溫度的背向瑞利散射光；

18、正向傳輸?shù)墓庑盘?hào)拉曼放大后經(jīng)過偏振分束器與wdm-pm器件的組合器件實(shí)現(xiàn)波分解復(fù)用與偏振解復(fù)用，攜帶不同信號(hào)的偏振光被偏振復(fù)用通信接收系統(tǒng)接收；

19、背向瑞利散射光則經(jīng)過拉曼沿傳輸光纖原路返回，返回過程中背向瑞利散射光被拉曼泵浦激光器拉曼放大，而背向拉曼散射的反斯托克斯光則與拉曼泵浦光疊加提高基礎(chǔ)光功率，使探測(cè)器更容易接收；

20、經(jīng)過背向散射后，蘊(yùn)含光纖通斷、損耗、應(yīng)力、振動(dòng)、溫度的傳感光信號(hào)返回發(fā)射端后，首先經(jīng)過偏振分束器被分為兩束偏振正交的光信號(hào)；這兩束偏振正交的光信號(hào)分別經(jīng)過一個(gè)粗波分復(fù)用器mmi-wdm，實(shí)現(xiàn)c波段的背向瑞利散射光與傳感光背向拉曼散射的反斯托克斯光的解復(fù)用；

21、解復(fù)用后的具有正交偏振態(tài)的背向拉曼散射的反斯托克斯光經(jīng)過偏振分集接收后，作為rotdr信號(hào)進(jìn)行處理，通過對(duì)光強(qiáng)度信息的處理以及與脈沖出射時(shí)間的比對(duì)，則解調(diào)定位出整個(gè)光纖的溫度信息；

22、解復(fù)用后具有正交偏振態(tài)的c波段的背向瑞利散射光則通過wdm-pm器件實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)與偏振態(tài)的多維解復(fù)用，其中傳感系統(tǒng)光發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的單脈沖光的具有正交偏振態(tài)的背向瑞利散射光經(jīng)過環(huán)形器后分別與發(fā)射端的兩個(gè)偏振正交的本振光相干，被偏振分集雙平衡光電探測(cè)器pbpd接收。

23、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，偏振分集雙平衡光電探測(cè)器pbpd包括偏振分束器pbs和平衡光電探測(cè)器bpd；偏振分束器pbs將輸入的本振光以及信號(hào)光分為正交的兩個(gè)偏振態(tài)，兩路不同偏振態(tài)的信號(hào)光將分別與本振光相干后由兩個(gè)平衡光電探測(cè)器bpd接收，實(shí)現(xiàn)兩路正交偏振態(tài)信號(hào)的相干接收；經(jīng)過pbpd探測(cè)的信號(hào)經(jīng)過采集卡采集后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即解調(diào)定位光纖的損耗、通斷、應(yīng)力、振動(dòng)等信息。

24、上述光纖通信感知一體化架構(gòu)的工作方法，包括：

25、在光纖通信系統(tǒng)的發(fā)射端，傳感光信號(hào)通過傳感系統(tǒng)激光器發(fā)出窄線寬激光，再通過半導(dǎo)體光放大器進(jìn)行單脈沖調(diào)制；

26、調(diào)制后的單脈沖傳感光信號(hào)再經(jīng)過偏振分束器分成兩束偏振正交的脈沖光，這兩束偏振正交的脈沖光同其他c波段偏振復(fù)用的光信號(hào)一同進(jìn)入wdm-pm器件，實(shí)現(xiàn)偏振與波長(zhǎng)的多維復(fù)用；

27、復(fù)用后的光信號(hào)變?yōu)榫哂姓黄駪B(tài)的兩束多波長(zhǎng)復(fù)用光，這兩束多波長(zhǎng)復(fù)用光各自再次經(jīng)過一個(gè)全波段波分復(fù)用器，實(shí)現(xiàn)c波段光與1550nm的自發(fā)拉曼散射的反斯托克斯光1450nm波長(zhǎng)光的解復(fù)用；之后兩束多波長(zhǎng)復(fù)用光經(jīng)過偏振分束器pbs耦合成為一束wdm-pm光，隨后進(jìn)入光纖中傳播；

28、攜帶信號(hào)的wdm-pm光正向傳播，傳感光信號(hào)返回發(fā)射端，經(jīng)過偏振分集接收進(jìn)入rotdr與φotdr數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而對(duì)光纖的通斷、損耗、溫度、應(yīng)力與振動(dòng)信息進(jìn)行定位。

29、本發(fā)明的有益效果為：

30、1、通過波分復(fù)用與偏振復(fù)用的多維度復(fù)用系統(tǒng)將通信信號(hào)與傳感信號(hào)融合在同一根光纖中進(jìn)行傳輸。在通信與傳感信號(hào)互不影響的前提下，引入與傳感光源反斯托克斯光同波長(zhǎng)的激光器作為拉曼光纖放大器的泵浦光。這樣不但可以實(shí)現(xiàn)偏振復(fù)用與波分復(fù)用融合下的大容量、長(zhǎng)距離通信，還可以通過波分復(fù)用系統(tǒng)將傳感與通信融合，并在此基礎(chǔ)上通過偏振分集接收提高傳感信號(hào)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)通信與傳感的相互促進(jìn)。

31、2、多參量傳感：目前已有的不影響通信業(yè)務(wù)的光纖傳感技術(shù)包括otdr、φotdr、以及rotdr、botdr等。otdr采用寬譜光，只能對(duì)光纖的損耗與通斷進(jìn)行感知，無法感知光纖受到的應(yīng)力、振動(dòng)與溫度情況；φotdr采用窄線寬光源，直接檢測(cè)背向瑞利散射光的自相干情況，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖通斷以及振動(dòng)的傳感，但無法測(cè)溫；rotdr通過對(duì)傳感光源反斯托克斯光與斯托克斯光的探測(cè)對(duì)比，可以實(shí)現(xiàn)溫度的分布式傳感，但無法識(shí)別光纖所受應(yīng)力與振動(dòng)情況。本發(fā)明通過將φotdr與rotdr相結(jié)合，采用同一激光器作為探測(cè)光源，在接收端通過數(shù)據(jù)采集卡處理四路并行數(shù)據(jù)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)光纖通斷、應(yīng)力、振動(dòng)以及溫度的多參量傳感。同時(shí)傳感系統(tǒng)的硬件設(shè)備共享極大的降低了成本。

32、3、傳感與通信相互促進(jìn)：目前多數(shù)的通感一體化設(shè)備與技術(shù)都還停留在通信與傳感互不影響的階段，并不存在相互促進(jìn)。但拉曼光纖放大器的引入不但解決了傳統(tǒng)φotdr與rotdr背向瑞利散射光與拉曼散射光弱，探測(cè)距離近的問題，同時(shí)有效利用了拉曼光纖放大器增益譜寬的優(yōu)勢(shì)，在放大傳感信號(hào)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)通信信號(hào)波段的光放大。