[发明专利]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

说明书

本发明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Ⅴ；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；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。本发明使故障监测不受激光相干长度限制，灵敏度得到提高。

技术领域

本发明涉及光纤网络故障监测技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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（ZL201410515353.5）。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）。

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-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。本发明借助此特点，可研究一种新型的高灵敏TDM-PON故障监测方法。

发明内容

本发明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。