專利名稱：一種無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路故障檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)光纖鏈路故障檢測(cè)方法，尤其涉及一種基于光編碼和電域解碼的PON光纖鏈路故障檢測(cè)方法，屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著PON被廣泛的應(yīng)用在光接入網(wǎng)中，對(duì)光網(wǎng)絡(luò)中的光纖鏈路狀態(tài)的故障檢測(cè)受到越來越多的關(guān)注。目前常用的光纖鏈路測(cè)試設(shè)備是光時(shí)域反射計(jì)(OTDR)，但OTDR只能應(yīng)用在點(diǎn)到點(diǎn)的光纖鏈路測(cè)試中。在采用樹形結(jié)構(gòu)和光功率分路器的PON中，OTDR發(fā)出的檢測(cè)光脈沖所產(chǎn)生的后向瑞利散射是各支路后向散射信號(hào)的線性疊加。因此，無法識(shí)別故障所在的支路，因此無法將OTDR直接應(yīng)用在PON網(wǎng)絡(luò)故障檢測(cè)中。在PON的光纖鏈路中存在著許多距離接近的支路端點(diǎn)反射事件或連接點(diǎn)反射事件，這就要求OTDR測(cè)試設(shè)備具有高的距離分辨率和短的測(cè)試盲區(qū)，從而能夠區(qū)分這些不同的反射事件。同時(shí)，PON中高分光比 的光功分器帶來了高的插入損耗，從而要求OTDR具有大的動(dòng)態(tài)范圍。但目前為止，OTDR技術(shù)要想同時(shí)滿足高的距離分辨率和大的動(dòng)態(tài)范圍仍是十分困難的。對(duì)于大用戶容量(如1:64，1:128等)PON的光纖鏈路故障檢測(cè)，基于OTDR技術(shù)的PON故障檢測(cè)方法很難克服由于高分光比帶來的高功率損耗，只能通過改變遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加波長選擇反射器件或采用輪詢故障檢測(cè)等方法實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的故障檢測(cè)，然而這些方法在系統(tǒng)成本，實(shí)時(shí)性故障檢測(cè)等方面均存在不足。為了解決PON的光纖鏈路故障檢測(cè)問題，研究者提出了使用光編碼方法應(yīng)用于PON故障檢測(cè)。如H. Fathallah等人提出的周期光編解碼方法，該方法為每個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)分配一個(gè)唯一的光碼字進(jìn)行支路標(biāo)識(shí)，在ONU的前端有一個(gè)光編碼器，對(duì)故障檢測(cè)光信號(hào)進(jìn)行光編碼并反射回0LT，在OLT端，對(duì)所有ONU的光編碼信號(hào)進(jìn)行光解碼，通過分析解碼光信號(hào)對(duì)各個(gè)支路的光纖鏈路進(jìn)行故障檢測(cè)。但是周期編碼在產(chǎn)生大量光碼字的同時(shí)，造成了周期間隔的增大，從而導(dǎo)致相關(guān)距離變大，使得碼字之間的干擾變大。一份中國發(fā)明專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)枮镃N201110402605. X，申請(qǐng)日為2011年12月07日，公開號(hào)為CN102378072A，
公開日為2012年03月14日)公開了“一種跳頻周期光編解碼方法及光編解碼器”。該光編解碼方法在時(shí)域上采用周期編碼和頻域上采用跳頻編碼。跳頻周期光碼字在保持碼字容量大的同時(shí)，具有更小的相關(guān)距離，能夠有效抑制多用戶干擾和差拍噪聲，提高系統(tǒng)故障檢測(cè)性能。但是該方法存在一個(gè)問題，即需要在不同的ONU前端添加不同的光編碼器，從而使用不同的光碼字對(duì)不同的支路進(jìn)行標(biāo)識(shí)。這需要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的施工人員進(jìn)行統(tǒng)一的系統(tǒng)規(guī)劃和安裝，而且對(duì)于PON用戶較為分散的應(yīng)用環(huán)境，在系統(tǒng)安裝的過程中仍會(huì)帶來一定困難。此外，在接收端通過光解碼器進(jìn)行解碼運(yùn)算，會(huì)帶來較大的光功率損失，而且目前光解碼器陣列的體積較大，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路故障檢測(cè)方法，對(duì)各個(gè)ONU進(jìn)行相互正交且不相同的光編碼，在接收端對(duì)所有ONU的光編碼耦合信號(hào)進(jìn)行接收和分析，從而檢測(cè)光纖鏈路故障，并且本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)在ONU前端采用不同光編碼器所帶來的困難，通過特殊的設(shè)計(jì)將光編碼器放置在遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)處，從而保證ONU端設(shè)備具有同一性。這將降低系統(tǒng)實(shí)施的困難，更適合于PON用戶較為分散的應(yīng)用環(huán)境。通過電域解碼結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法，可以在接收端免去光解碼器陣列，將解碼運(yùn)算在電域完成，從而提高故障檢測(cè)系統(tǒng)的功率預(yù)算并降低系統(tǒng)成本。本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案一種無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路故障檢測(cè)方法，包括以下步驟步驟A、中心局端故障檢測(cè)系統(tǒng)中的檢測(cè)光脈沖發(fā)送機(jī)發(fā)出U波段檢測(cè)光脈沖信 號(hào)，U波段檢測(cè)光脈沖信號(hào)依次經(jīng)過第一光環(huán)型器和第一波分復(fù)用器與數(shù)據(jù)光信號(hào)結(jié)合，進(jìn)入無源光網(wǎng)絡(luò)傳輸；步驟B、在無源光網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)處，通過第二波分復(fù)用器將檢測(cè)光脈沖信號(hào)與數(shù)據(jù)光信號(hào)分離，檢測(cè)光脈沖信號(hào)經(jīng)過光功分器進(jìn)入光編碼器陣列并分別進(jìn)行支路光編碼，產(chǎn)生的支路光編碼信號(hào)分別通過各支路的波分復(fù)用器進(jìn)入繼續(xù)傳輸，進(jìn)入不同支路的支路光編碼信號(hào)各自不同且相互正交，所述的光編碼采用現(xiàn)有的跳頻周期光編碼方法，所述各支路光編碼信號(hào)由光編碼子脈沖構(gòu)成；步驟C、在各支路的光網(wǎng)絡(luò)單元的前端分別設(shè)置U波段的光反射器，并利用各個(gè)U波段的光反射器對(duì)支路光編碼信號(hào)進(jìn)行反射，得到支路光編碼反射信號(hào)，各支路光編碼反射信號(hào)依次經(jīng)過各支路的波分復(fù)用器和光環(huán)型器，并通過光功分器耦合在一起并得到光編碼反射耦合信號(hào)，光編碼反射耦合信號(hào)依次經(jīng)過第二波分復(fù)用器和第一波分復(fù)用器回到中心局端故障檢測(cè)系統(tǒng)中，此間，數(shù)據(jù)光信號(hào)保持正常傳輸；步驟D、在中心局端故障檢測(cè)系統(tǒng)中，接收到的光編碼反射信號(hào)經(jīng)過第一光環(huán)型器后，由1:2光功分器分成兩路，一路直接由光電二極管將光編碼反射耦合信號(hào)轉(zhuǎn)換成編碼反射耦合電信號(hào)，而另一路由第三波分復(fù)用器將光編碼反射耦合信號(hào)分成w個(gè)不同波長的支路，分別通過各支路的光電二極管轉(zhuǎn)換成各波長支路電信號(hào)，w為自然數(shù)，表示光編碼反射耦合信號(hào)所具有的波長的總數(shù)量；步驟E、利用網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法，對(duì)無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路實(shí)施故障檢測(cè)通過對(duì)編碼反射耦合電信號(hào)和各波長支路電信號(hào)的比較，得到編碼反射耦合電信號(hào)中各個(gè)時(shí)域位置上編碼子脈沖的波長信息，并利用內(nèi)置于網(wǎng)絡(luò)識(shí)別模塊中的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法對(duì)編碼反射耦合電信號(hào)進(jìn)行分析處理，得到對(duì)無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路實(shí)施監(jiān)控的結(jié)果。在無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路的故障檢測(cè)方法中所述的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法包括以下步驟步驟E1、將各個(gè)支路光編碼信號(hào)作為基本單元，所述的各個(gè)支路光編碼信號(hào)的基本單元的信息包括各編碼子脈沖的時(shí)域位置和波長信息，以第一基本單元代表第一支路光編碼信號(hào)，第二基本單元代表第二支路光編碼信號(hào)，依次類推，第η基本單元代表第η支路光編碼信號(hào)，η為自然數(shù)，表示網(wǎng)絡(luò)中的支路數(shù)量，將所有基本單元存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法的數(shù)據(jù)庫中；步驟Ε2、通過對(duì)編碼反射耦合電信號(hào)和各波長支路電信號(hào)的比較，得到編碼反射耦合電信號(hào)中各個(gè)時(shí)域位置上編碼子脈沖的波長信息；步驟Ε3、對(duì)編碼反射耦合電信號(hào)進(jìn)行分析，如果兩個(gè)或兩個(gè)以上編碼子脈沖在時(shí)域上重疊，則將這些發(fā)生時(shí)域重疊的編碼子脈沖置于有干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合，如果編碼子脈沖在時(shí)域上不重疊，則將這些不發(fā)生時(shí)域重疊的編碼子脈沖置于無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合；步驟E4、將網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法數(shù)據(jù)庫中的第一基本單元與無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合進(jìn)行比對(duì)，如果無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中的編碼子脈沖的時(shí)域位置和波長信息與第一基本單元一致，則判定與第一基本單元一致的無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中的編碼子脈沖是由第一基本單元經(jīng)過反射回到中心局所形成的，同時(shí)將反射回到中心局所形成的編碼子脈沖從無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中移除并將第一基本單元從網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法的數(shù)據(jù)庫中移除，步驟E5、按照步驟E4所述方法類推，依次處理第二基本單元，…，第η基本單元以及無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中的編碼子脈沖；步驟Ε6、繼續(xù)利用數(shù)據(jù)庫中剩余的基本單元，將數(shù)據(jù)庫中剩余的基本單元進(jìn)行任意組合，得到剩余的基本單元的各種組合方式，將無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中未移除 的編碼子脈沖和有干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中的編碼子脈沖組成剩余的編碼子脈沖，再將剩余的基本單元的各種組合方式與編碼反射耦合電信號(hào)中剩余的編碼子脈沖進(jìn)行比較，將時(shí)域位置和波長信息一致的剩余的基本單元的組合方式所對(duì)應(yīng)的基本單元及剩余的編碼子脈沖中的編碼子脈沖分別從數(shù)據(jù)庫中和從無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合與有干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中移除，并且，認(rèn)為從無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合與有干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中移除的編碼子脈沖是由數(shù)據(jù)庫中移除的剩余的基本單元的組合方式所對(duì)應(yīng)的基本單元經(jīng)過反射回到中心局所形成的，對(duì)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析，如果數(shù)據(jù)庫中還剩余第X基本單元(X為自然數(shù)，取值在O到η之間)，則說明第X支路的編碼信號(hào)不存在于接收到的編碼反射耦合電信號(hào)中，因此判定無源光網(wǎng)絡(luò)中第X支路的光纖鏈路出現(xiàn)中斷故障，同時(shí)可以判定從數(shù)據(jù)庫中被移除的基本單元所對(duì)應(yīng)的支路的光纖鏈路正常，如果數(shù)據(jù)庫中還剩余所有的基本單元，即網(wǎng)絡(luò)識(shí)別過程沒有移除任何基本單元，則判定無源光網(wǎng)絡(luò)的主干光纖鏈路出現(xiàn)中斷故障。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果I、傳統(tǒng)的跳頻周期光編解碼故障檢測(cè)方法將不同的光編碼器放置在各支路的光網(wǎng)絡(luò)單元前端，從而使得各支路的光網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)備各不相同。而在實(shí)際應(yīng)用中，電信運(yùn)營商希望在各支路用戶端采用相同的光網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)備，從而降低工程實(shí)施的復(fù)雜度和方便后期的管理維護(hù)。通過將光編碼器置于遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)(例如，居民樓路邊的設(shè)備箱處)，在各支路的用戶端只需要使用一個(gè)相同的U波段光反射器，保持了各支路光網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)備的相同性，方便系統(tǒng)的安裝和故障檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的后期管理維護(hù)。2、在故障檢測(cè)系統(tǒng)的接收端采用電域解碼結(jié)構(gòu)，減少了光解碼器陣列，并用波分復(fù)用器代替了高分光比的光功分器，由于波分復(fù)用器的低插入損耗，極大地降低了故障檢測(cè)系統(tǒng)的光功率預(yù)算，從而使得故障檢測(cè)系統(tǒng)可支持更高用戶容量或更長傳輸距離的無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路故障檢測(cè)。此外，用內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)識(shí)別模塊的電器件代替了價(jià)格昂貴的光器件，降低了故障檢測(cè)系統(tǒng)的成本。


圖I為本發(fā)明的無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路故障檢測(cè)方法的流程圖；圖2為采用光域解碼方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路故障檢測(cè)方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法原理圖；圖5為網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法步驟2原理示意圖；圖6為網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法實(shí)例示意圖；圖7為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖8為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明圖I為本發(fā)明無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路故障檢測(cè)方法的流程圖，包括以下步驟步驟I、中心局側(cè)的故障檢測(cè)系統(tǒng)向無源光網(wǎng)絡(luò)發(fā)送U波段檢測(cè)光脈沖信號(hào)；步驟2、在遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)處，通過波分復(fù)用器將檢測(cè)光脈沖信號(hào)與數(shù)據(jù)光信號(hào)分離，檢測(cè)光脈沖信號(hào)經(jīng)過光功分器進(jìn)入光編碼器陣列進(jìn)行光編碼，產(chǎn)生的光編碼信號(hào)進(jìn)入不同的支路繼續(xù)傳輸，進(jìn)入不同支路的光編碼信號(hào)各自不同且相互正交；步驟3、在各支路的光網(wǎng)絡(luò)單元的前端均有一個(gè)U波段的光反射器，將光編碼信號(hào)發(fā)射回中心局側(cè)的故障檢測(cè)系統(tǒng)，而數(shù)據(jù)光信號(hào)不受干擾可正常傳輸；步驟4、在中心局側(cè)的故障檢測(cè)系統(tǒng)中，接收到的光編碼反射耦合信號(hào)經(jīng)過特定的接收結(jié)構(gòu)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)通過內(nèi)置于網(wǎng)絡(luò)識(shí)別模塊的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法進(jìn)行分析處理，得到各個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元所處支路的光纖鏈路狀態(tài)。圖2為傳統(tǒng)光編碼故障檢測(cè)方法中的光編解碼示意圖。由圖可知，在故障檢測(cè)系統(tǒng)的接收端，將所有編碼光信號(hào)經(jīng)過光功分器后，進(jìn)入光解碼器陣列進(jìn)行光解碼，再通過光電二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，通過觀測(cè)每個(gè)支路的解碼自相關(guān)信號(hào)的狀態(tài)，可以對(duì)PON的光纖鏈路進(jìn)行故障檢測(cè)。但是光功分器的使用帶來較大的功率損失，而且光器件的成本較高。在各支路的光網(wǎng)絡(luò)單元前端放置不同的光編碼器，帶來了用戶端設(shè)備的不一致性，不利于系統(tǒng)的施工和后期管理維護(hù)。圖3為本發(fā)明的無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路故障檢測(cè)方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。步驟A、中心局端故障檢測(cè)系統(tǒng)中的檢測(cè)光脈沖發(fā)送機(jī)發(fā)出U波段檢測(cè)光脈沖信號(hào)，U波段檢測(cè)光脈沖信號(hào)依次經(jīng)過第一光環(huán)型器和第一波分復(fù)用器與數(shù)據(jù)光信號(hào)結(jié)合，進(jìn)入無源光網(wǎng)絡(luò)傳輸。步驟B、在無源光網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)處，通過第二波分復(fù)用器將檢測(cè)光脈沖信號(hào)與數(shù)據(jù)光信號(hào)分離，檢測(cè)光脈沖信號(hào)經(jīng)過光功分器進(jìn)入光編碼器陣列并分別進(jìn)行支路光編碼，產(chǎn)生的支路光編碼信號(hào)分別通過各支路的波分復(fù)用器進(jìn)入繼續(xù)傳輸，進(jìn)入不同支路的支路光編碼信號(hào)各自不同且相互正交，所述的光編碼采用現(xiàn)有的跳頻周期光編碼方法，所述各支路光編碼信號(hào)由光編碼子脈沖構(gòu)成。步驟C、在各支路的光網(wǎng)絡(luò)單元的前端分別設(shè)置U波段的光反射器，并利用各個(gè)U波段的光反射器對(duì)支路光編碼信號(hào)進(jìn)行反射，得到支路光編碼反射信號(hào)，各支路光編碼反射信號(hào)依次經(jīng)過各支路的波分復(fù)用器和光環(huán)型器，并通過光功分器耦合在一起并得到光編碼反射耦合信號(hào)，光編碼反射耦合信號(hào)依次經(jīng)過第二波分復(fù)用器和第一波分復(fù)用器回到中心局端故障檢測(cè)系統(tǒng)中，此間，數(shù)據(jù)光信號(hào)保持正常傳輸。步驟D、在中心局端故障檢測(cè)系統(tǒng)中，接收到的光編碼反射信號(hào)經(jīng)過第一光環(huán)型器后，由1:2光功分器分成兩路，一路直接由光電二極管將光編碼反射耦合信號(hào)轉(zhuǎn)換成編碼反射耦合電信號(hào)，而另一路由第三波分復(fù)用器將光編碼反射耦合信號(hào)分成w個(gè)不同波長的支路，分別通過各支路的光電二極管轉(zhuǎn)換成各波長支路電信號(hào)，w為自然數(shù)，表示光編碼反射耦合信號(hào)所具有的波長的總數(shù)量。步驟E、利用網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法，對(duì)無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路實(shí)施故障檢測(cè)。通過對(duì)編碼反射耦合電信號(hào)和各波長支路電信號(hào)的比較，得到編碼反射耦合電信號(hào)中各個(gè)時(shí)域位置上編碼子脈沖的波長信息，并利用內(nèi)置于網(wǎng)絡(luò)識(shí)別模塊中的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法對(duì)編碼反射耦合電信號(hào)進(jìn)行分析處理，得到對(duì)無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路實(shí)施監(jiān)控的結(jié)果。
圖4為無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路故障檢測(cè)方法中的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法原理圖，包括以下步驟步驟El、將各個(gè)支路光編碼信號(hào)作為基本單元，所述的各個(gè)支路光編碼信號(hào)的基本單元的信息包括各編碼子脈沖的時(shí)域位置和波長信息，以第一基本單元代表第一支路光編碼信號(hào)，第二基本單元代表第二支路光編碼信號(hào)，依次類推，第η基本單元代表第η支路光編碼信號(hào)，η為自然數(shù)，表示網(wǎng)絡(luò)中的支路數(shù)量，將所有基本單元存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法的數(shù)據(jù)庫中；步驟Ε2、通過對(duì)編碼反射耦合電信號(hào)和各波長支路電信號(hào)的比較，得到編碼反射耦合電信號(hào)中各個(gè)時(shí)域位置上編碼子脈沖的波長信息；步驟Ε3、對(duì)編碼反射耦合電信號(hào)進(jìn)行分析，如果兩個(gè)或兩個(gè)以上編碼子脈沖在時(shí)域上重疊，則將這些發(fā)生時(shí)域重疊的編碼子脈沖置于有干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合，如果編碼子脈沖在時(shí)域上不重疊，則將這些不發(fā)生時(shí)域重疊的編碼子脈沖置于無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合；步驟Ε4、將網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法數(shù)據(jù)庫中的第一基本單元與無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合進(jìn)行比對(duì)，如果無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中的編碼子脈沖的時(shí)域位置和波長信息與第一基本單元一致，則判定與第一基本單元一致的無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中的編碼子脈沖是由第一基本單元經(jīng)過反射回到中心局所形成的，同時(shí)將反射回到中心局所形成的編碼子脈沖從無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中移除并將第一基本單元從網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法的數(shù)據(jù)庫中移除，步驟Ε5、按照步驟Ε4所述方法類推，依次處理第二基本單元，…，第η基本單元以及無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中的編碼子脈沖；步驟Ε6、繼續(xù)利用數(shù)據(jù)庫中剩余的基本單元，將數(shù)據(jù)庫中剩余的基本單元進(jìn)行任意組合，得到剩余的基本單元的各種組合方式，將無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中未移除的編碼子脈沖和有干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中的編碼子脈沖組成剩余的編碼子脈沖，再將剩余的基本單元的各種組合方式與編碼反射耦合電信號(hào)中剩余的編碼子脈沖進(jìn)行比較，將時(shí)域位置和波長信息一致的剩余的基本單元的組合方式所對(duì)應(yīng)的基本單元及剩余的編碼子脈沖中的編碼子脈沖分別從數(shù)據(jù)庫中和從無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合與有干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中移除，并且，認(rèn)為從無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合與有干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中移除的編碼子脈沖是由數(shù)據(jù)庫中移除的剩余的基本單元的組合方式所對(duì)應(yīng)的基本單元經(jīng)過反射回到中心局所形成的，對(duì)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析，如果數(shù)據(jù)庫中還剩余第X基本單元(X為自然數(shù)，取值在O到η之間)，則說明第X支路的編碼信號(hào)不存在于接收到的編碼反射耦合電信號(hào)中，因此判定無源光網(wǎng)絡(luò)中第X支路的光纖鏈路出現(xiàn)中斷故障，同時(shí)可以判定從數(shù)據(jù)庫中被移除的基本單元所對(duì)應(yīng)的支路的光纖鏈路正常，如果數(shù)據(jù)庫中還剩余所有的基本單元，即網(wǎng)絡(luò)識(shí)別過程沒有移除任何基本單元，則判定無源光網(wǎng)絡(luò)的主干光纖鏈路出現(xiàn)中斷故障。所述的光編碼采用跳頻周期光編碼方法進(jìn)行光編碼。跳頻周期光編解碼方法同時(shí)在時(shí)域和頻域進(jìn)行編解碼，光碼字在時(shí)域進(jìn)行周期編解碼，在頻域進(jìn)行跳頻編解碼。具體編解碼方法可參考一份中國發(fā)明專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)枮镃N201110402605. X，申請(qǐng)日為2011年12月07日，公開號(hào)為CN102378072A，
公開日為2012年03月14日)公開了“一種跳頻周期光編解碼方法及光編解碼器”。 圖5為網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法步驟Ε2原理示意圖。在中心局側(cè)的故障檢測(cè)系統(tǒng)中，接收到的所有支路的光編碼信號(hào)經(jīng)過光環(huán)型器后，通過1:2光功分器分成兩路，一路直接進(jìn)入光電二極管轉(zhuǎn)換成所有支路的編碼電信號(hào)，而另一路通過波分復(fù)用器分成7 (此例中，假設(shè)光編碼信號(hào)中所具有的波長片的數(shù)量為7)個(gè)不同波長的支路分別通過各支路的光電二極管轉(zhuǎn)換成各波長支路電信號(hào)。如圖所示，第一路信號(hào)即為所有支路的編碼電信號(hào)圖，由各支路的編碼電信號(hào)疊加而成。將所有支路的編碼電信號(hào)與其他7個(gè)不同的波長支路的電信號(hào)比較，在所有支路的編碼電信號(hào)的第一個(gè)時(shí)隙位置上，有兩個(gè)編碼子脈沖，而在波長為λ 4和入7的波長支路信號(hào)的第一個(gè)時(shí)隙位置上分別有一個(gè)編碼子脈沖信號(hào)。因此可知所有支路的編碼電信號(hào)的第一個(gè)時(shí)隙位置上的編碼子脈沖的波長分別為λ 4和λ 7。依次類推，可以確定所有支路的編碼電信號(hào)圖中每個(gè)時(shí)域位置上編碼子脈沖的波長信息，從而得到所有支路的編碼電信號(hào)的各個(gè)編碼子脈沖的時(shí)域位置和波長信息。圖6為網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法實(shí)例示意圖。假設(shè)PON網(wǎng)絡(luò)存在4個(gè)支路，本系統(tǒng)采用四個(gè)碼字對(duì)應(yīng)四個(gè)支路進(jìn)行光編碼，跳頻周期光碼字分別為{(7,4),4}, {(4，I), 5}, {(6, 3),4}和{(5，2)，9}。如上述網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法，將第一支路的光編碼信號(hào){(7，4)，4}定義為第一基本單兀，將第二支路的光編碼/[目號(hào){(4，1),5}定義為第二基本單兀，將第二支路的光編碼/[目號(hào)K6，3)，4}定義為第三基本單元，將第四支路的光編碼信號(hào){(5，2)，9}定義為第四基本單元，均存在網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法的數(shù)據(jù)庫中，如圖6左所示。假設(shè)在中心局處接收到的信號(hào)如圖4所示，并且經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法的步驟El和Ε2，已經(jīng)得到所有支路的編碼電信號(hào)的各個(gè)編碼子脈沖的時(shí)域位置和波長信息。通過網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法步驟Ε3，可得到無干擾編碼子脈沖集合如圖6右所示。將數(shù)據(jù)庫中的基本單元與無干擾編碼子脈沖集合依次進(jìn)行比較，可得出接收到的信號(hào)中存在第四基本單元。將第四基本單元的編碼子脈沖信號(hào)從無干擾編碼子脈沖集合去除，同時(shí)將第四基本單元從數(shù)據(jù)庫中去除。其他編碼子脈沖不能與基本單元匹配，因此將無法識(shí)別的子脈沖信號(hào)與有干擾的編碼子脈沖信號(hào)結(jié)合，得到剩余的編碼子脈沖集
口 ο將數(shù)據(jù)庫中剩余的基本單元進(jìn)行任意組合(包括基本單元的有無和基本單元處于不同的時(shí)域位置)得到剩余的基本單元的各種組合方式，依次將剩余的基本單元的各種組合方式與剩余的編碼子脈沖進(jìn)行比較，可以得到第一基本單元和第二基本單元同時(shí)處于第一時(shí)隙，第三基本單元不存在的這種組合方式，并且該組合方式與剩余的編碼子脈沖集合完全匹配，由此確定剩余的編碼子脈沖集合的組成結(jié)構(gòu)。通過上述過程，網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法可以判定接收到的編碼反射耦合電信號(hào)中第一基本單元和第二基本單元處在第一時(shí)隙，第四基本單元處在第二時(shí)隙，而第三基本單元的信號(hào)不存在。即說明第一，二和四支路的光纖鏈路狀態(tài)良好。而第三支路的光纖鏈路出現(xiàn)中斷故障，因此在中心局不能接收到該支路反射回來的支路光編碼信號(hào)。圖7驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。為了進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法的可行性，進(jìn)行了以下試驗(yàn)通過光調(diào)制器，將寬帶光源調(diào)制產(chǎn)生脈沖寬度為1ns，重復(fù)頻率為IOkHz的寬帶光譜檢測(cè)光脈沖序列。寬帶檢測(cè)光脈沖序列依次通過光放大器和光環(huán)形器進(jìn)入20km光纖進(jìn)行傳輸，通過1:4光功分器進(jìn)入光編碼器陣列，光編碼器陣列對(duì)檢測(cè)光脈沖進(jìn)行光編 碼后并反射，4個(gè)支路的光編碼信號(hào)通過1:4光功分器耦合在一起，依次通過20km光纖和光環(huán)型器回到故障檢測(cè)系統(tǒng)的接收端。在接收端，4個(gè)支路的光編碼信號(hào)通過功分器分成兩路，一路直接通過光電二極管轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，另一路經(jīng)過波分復(fù)用器分成7條不同波長的支路。所有支路連接網(wǎng)絡(luò)識(shí)別模塊進(jìn)行處理。在本實(shí)驗(yàn)中，采用跳頻周期光碼字方案，參數(shù)選取為q=7，w=2,七個(gè)可用波長片的中心波長選擇為 λ ^1548. 8nm, λ 2=1549. 2nm, λ 3=1549. 6nm, λ 4=1550nm, λ s=1550. 4nm,λ 6=1550. 8nm, λ 7=1551. 2nm。四個(gè)ONU所用的跳頻周期光碼字分別為{(4，1)，5}，{(7,4),5}，{(2,6),4}, {(4，1)，9}，其中(4，I), (7，4)，(2,6)表示頻域所選用的跳頻序列，4，5和9表示時(shí)域編碼的周期值。光編碼器由兩個(gè)中心波長不同，相距一定長度光纖延時(shí)線的光纖布拉格光柵FBG串聯(lián)構(gòu)成，其中FBG的3dB反射譜寬約為O. 2nm,反射率約為95%，光纖延時(shí)線的長度為50cm和90cm對(duì)應(yīng)于周期值5和9。圖8為實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，使用采樣示波器對(duì)每個(gè)支路的光編碼信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，得到每個(gè)支路的編碼電信號(hào)圖，采樣示波器的平均次數(shù)為256，用于去除噪聲。圖8(b)，(c)，(d)和(e)分別是光碼字{(4，I)，5}，{(7，4)，5}，{(2，6)，4}，{(4，I)，9}所在支路產(chǎn)生的編碼電信號(hào)圖，可作為基本單元，用于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法。圖8(a)是接收到的所有支路的編碼電信號(hào)波形圖，通過圖4中所述的實(shí)驗(yàn)電域解碼接收結(jié)構(gòu)，可以確定所有支路的編碼電信號(hào)波形圖中各個(gè)編碼子脈沖的時(shí)域位置和波長信息，如圖8 (a)中標(biāo)識(shí)所示。由圖5所述可知，已經(jīng)完成了網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法的前兩個(gè)步驟。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法的步驟3，從圖8 (a)中，可以看出大部分的編碼子脈沖在時(shí)域產(chǎn)生了疊加，可被劃分為有干擾的編碼子脈沖信號(hào)，只有I個(gè)波長為X1的編碼子脈沖是無干擾的。通過與各支路編碼電信號(hào)基本單元的比較，不能確定波長為X1的編碼子脈沖是屬于哪個(gè)支路的編碼電信號(hào)。利用4個(gè)支路的編碼電信號(hào)基本單元，采用網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法步驟5，對(duì)圖8 (a)中所有的編碼子脈沖進(jìn)行分析，即將各個(gè)支路的編碼電信號(hào)基本單元(即圖8(b)，(c)，(d)和(e))的各種可能的組合狀態(tài)與圖8 (a)中所有的編碼子脈沖信號(hào)圖進(jìn)行比較。確定圖8 (a)中所有的編碼子脈沖的組成情況為{(4, I), 5}, {(7,4),5}和{(2，6)，4}三個(gè)光碼字的編碼電信號(hào)共同組成了圖8 (a)中第一個(gè)高峰，也說明了這三個(gè)光碼字所對(duì)應(yīng)的支路長度幾乎一致，而{(4，1),9}光碼字所對(duì)應(yīng)的支路編碼電信號(hào)為圖8 (a)中落后第一高峰3. 7ns后的波長為λ 4的編碼子脈沖和最后一個(gè)波長為X1的編碼子脈沖。而{(4，1),9}光碼字所對(duì)應(yīng)的支路長度要比其他的支路長37cm (對(duì)應(yīng)于圖8 (a)中的3.7ns)。圖8 (a)中的編碼電信號(hào)圖是由4個(gè)光碼字所在支路 的編碼電信號(hào)圖共同組成的，說明4個(gè)支路的光纖鏈路均正常。
權(quán)利要求
1.一種無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路故障檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟A、中心局端故障檢測(cè)系統(tǒng)中的檢測(cè)光脈沖發(fā)送機(jī)發(fā)出U波段檢測(cè)光脈沖信號(hào)，U波段檢測(cè)光脈沖信號(hào)依次經(jīng)過第一光環(huán)型器和第一波分復(fù)用器與數(shù)據(jù)光信號(hào)結(jié)合，進(jìn)入無源光網(wǎng)絡(luò)傳輸； 步驟B、在無源光網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)處，通過第二波分復(fù)用器將檢測(cè)光脈沖信號(hào)與數(shù)據(jù)光信號(hào)分離，檢測(cè)光脈沖信號(hào)經(jīng)過光功分器進(jìn)入光編碼器陣列并分別進(jìn)行支路光編碼，產(chǎn)生的支路光編碼信號(hào)分別通過各支路的波分復(fù)用器進(jìn)入繼續(xù)傳輸，進(jìn)入不同支路的支路光編碼信號(hào)各自不同且相互正交，所述的光編碼采用現(xiàn)有的跳頻周期光編碼方法，所述各支路光編碼信號(hào)由光編碼子脈沖構(gòu)成； 步驟C、在各支路的光網(wǎng)絡(luò)單元的前端分別設(shè)置U波段的光反射器，并利用各個(gè)U波段的光反射器對(duì)支路光編碼信號(hào)進(jìn)行反射，得到支路光編碼反射信號(hào)，各支路光編碼反射信號(hào)依次經(jīng)過各支路的波分復(fù)用器和光環(huán)型器，并通過光功分器耦合在一起并得到光編碼反射耦合信號(hào)，光編碼反射耦合信號(hào)依次經(jīng)過第二波分復(fù)用器和第一波分復(fù)用器回到中心局端故障檢測(cè)系統(tǒng)中，此間，數(shù)據(jù)光信號(hào)保持正常傳輸； 步驟D、在中心局端故障檢測(cè)系統(tǒng)中，接收到的光編碼反射信號(hào)經(jīng)過第一光環(huán)型器后，由1:2光功分器分成兩路，一路直接由光電二極管將光編碼反射耦合信號(hào)轉(zhuǎn)換成編碼反射耦合電信號(hào)，而另一路由第三波分復(fù)用器將光編碼反射耦合信號(hào)分成w個(gè)不同波長的支路，分別通過各支路的光電二極管轉(zhuǎn)換成各波長支路電信號(hào)，w為自然數(shù)，表示光編碼反射耦合信號(hào)所具有的波長的總數(shù)量； 步驟E、利用網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法，對(duì)無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路實(shí)施故障檢測(cè) 通過對(duì)編碼反射耦合電信號(hào)和各波長支路電信號(hào)的比較，得到編碼反射耦合電信號(hào)中各個(gè)時(shí)域位置上編碼子脈沖的波長信息，并利用內(nèi)置于網(wǎng)絡(luò)識(shí)別模塊中的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法對(duì)編碼反射耦合電信號(hào)進(jìn)行分析處理，得到對(duì)無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路實(shí)施監(jiān)控的結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路的故障檢測(cè)方法，其特征在于，所述的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法包括以下步驟 步驟E1、將各個(gè)支路光編碼信號(hào)作為基本單元，所述的各個(gè)支路光編碼信號(hào)的基本單元的信息包括各編碼子脈沖的時(shí)域位置和波長信息，以第一基本單元代表第一支路光編碼信號(hào)，第二基本單元代表第二支路光編碼信號(hào)，依次類推，第η基本單元代表第η支路光編碼信號(hào)，η為自然數(shù)，表示網(wǎng)絡(luò)中的支路數(shù)量，將所有基本單元存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法的數(shù)據(jù)庫中； 步驟Ε2、通過對(duì)編碼反射耦合電信號(hào)和各波長支路電信號(hào)的比較，得到編碼反射耦合電信號(hào)中各個(gè)時(shí)域位置上編碼子脈沖的波長信息； 步驟Ε3、對(duì)編碼反射耦合電信號(hào)進(jìn)行分析，如果兩個(gè)或兩個(gè)以上編碼子脈沖在時(shí)域上重疊，則將這些發(fā)生時(shí)域重疊的編碼子脈沖置于有干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合，如果編碼子脈沖在時(shí)域上不重疊，則將這些不發(fā)生時(shí)域重疊的編碼子脈沖置于無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合； 步驟Ε4、將網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法數(shù)據(jù)庫中的第一基本單元與無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合進(jìn)行比對(duì)，如果無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中的編碼子脈沖的時(shí)域位置和波長信息與第一基本單元一致，則判定與第一基本單元一致的無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中的編碼子脈沖是由第一基本單元經(jīng)過反射回到中心局所形成的，同時(shí)將反射回到中心局所形成的編碼子脈沖從無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中移除并將第一基本單元從網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法的數(shù)據(jù)庫中移除， 步驟E5、按照步驟E4所述方法類推，依次處理第二基本單元，…，第η基本單元以及無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中的編碼子脈沖； 步驟Ε6、繼續(xù)利用數(shù)據(jù)庫中剩余的基本單元，將數(shù)據(jù)庫中剩余的基本單元進(jìn)行任意組合，得到剩余的基本單元的各種組合方式，將無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中未移除的編碼子脈沖和有干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中的編碼子脈沖組成剩余的編碼子脈沖，再將剩余的基本單元的各種組合方式與編碼反射耦合電信號(hào)中剩余的編碼子脈沖進(jìn)行比較，將時(shí)域位置和波長信息一致的剩余的基本單元的組合方式所對(duì)應(yīng)的基本單元及剩余的編碼子脈沖中的編碼子脈沖分別從數(shù)據(jù)庫中和從無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合與有干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中移除，并且，認(rèn)為從無干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合與有干擾的編碼子脈沖信號(hào)集合中移除的編碼子脈沖是由數(shù)據(jù)庫中移除的剩余的基本單元的組合方式所對(duì)應(yīng)的基本單元經(jīng)過反射回到中心局所形成的， 對(duì)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析，如果數(shù)據(jù)庫中還剩余第X基本單元(X為自然數(shù)，取值在O到η之間)，則說明第X支路的編碼信號(hào)不存在于接收到的編碼反射耦合電信號(hào)中，因此判定無源光網(wǎng)絡(luò)中第X支路的光纖鏈路出現(xiàn)中斷故障，同時(shí)可以判定從數(shù)據(jù)庫中被移除的基本單元所對(duì)應(yīng)的支路的光纖鏈路正常，如果數(shù)據(jù)庫中還剩余所有的基本單元，即網(wǎng)絡(luò)識(shí)別過程沒有移除任何基本單元，則判定無源光網(wǎng)絡(luò)的主干光纖鏈路出現(xiàn)中斷故障。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路故障檢測(cè)方法。該方法將光編碼器陣列放置在遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)處，在遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生各自不同且相互正交的光編碼信號(hào)后，再進(jìn)入各個(gè)支路繼續(xù)傳輸。在各個(gè)支路的光網(wǎng)絡(luò)單元的前端有光反射器將光編碼信號(hào)反射回中心局的故障檢測(cè)系統(tǒng)。在中心局側(cè)的故障檢測(cè)系統(tǒng)中，接收到的所有編碼光信號(hào)經(jīng)過特定的電域解碼結(jié)構(gòu)完成光電轉(zhuǎn)換，通過網(wǎng)絡(luò)識(shí)別算法對(duì)接收到的編碼電信號(hào)進(jìn)行處理，分析判斷光纖鏈路的狀態(tài)。本發(fā)明可降低系統(tǒng)實(shí)施的復(fù)雜度和困難度。將解碼運(yùn)算在電域完成，從而提高故障檢測(cè)系統(tǒng)的功率預(yù)算并降低系統(tǒng)成本。
文檔編號(hào)H04B10/071GK102946273SQ20121050971
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者孫小菡, 周谞 申請(qǐng)人:東南大學(xué)