专利名称：单纤三向复用器自动监测与故障定位系统的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤接入网络领域，尤其适用于对光纤到户(FTTH)技术领域中的单纤 三向复用器进行自动监测与故障定位的场合。
背景技术：
近几年来，随着宽带接入网的迅速发展，宽带化成为接入网发展的最显著特征。视 频点播、IPTV (网络电视)和网络游戏等高带宽业务逐渐被电信运营商和广电运营商视为 新的业务增长点，用户对接入带宽的需求不断增长，因此以现有的ADSL(非对称数字用户环 路)为主的宽带接入方式已经很难满足用户对高带宽、双向传输能力以及安全性等方面的 要求。面对这一困境，各国电信运营商把关注的目光投向了光纤到户——FTTH (Fiber To The Home)技术。FTTH能够满足数据、语音、CATV等综合业务对高带宽的需求，增强了网络 对数据格式、速率、波长和协议的透明性支持，同时放宽了系统对环境条件和供电等要求， 从而降低了安装和使用维护的成本。FTTH的实际应用环节涉及一个非常重要的核心器件， 即单纤三向复用器一Triplexer-PLC(PLC，Planar Light wave Circuit)，其主要功能是对 光信号的耦合和波分复用。EPON和GPON技术规范(ITU-TG. 983和G. 984)规定了单纤三向 复用器中采用1310nm、1490nm、1550nm三波长分配方案1310nm专门用于数据和IP视频信 号的上传；1490nm用于语音、数据和IP视频信号的下传；1550nm用于模拟视频信号下传。由于单纤三向复用器是在用户端工作，而用户端一般具有应用环境复杂，突发事 故发生频率高等不利因素，因此针对单纤三向复用器的故障监测和故障定位系统的设计和 开发工作是十分必要的。然而，目前的专利和各类文献中都没有报道关于单纤三向复用器 的故障检测(尤其是自动监测)和故障定位的内容。因此，本专利发明的自动监测与故障定 位系统不但能够提高单纤三向复用器的安全性和稳定性，而且与传统的人工故障检测方法 相比，又能够降低系统的运行成本和管理难度。
发明内容
为了解决当前应用在FTTH领域的单纤三向复用器没有相应的故障检测与定位系 统或者设备的不足，弥补针对于单纤三向复用器器件安全性和稳定性领域的技术空白，本 发明提出了单纤三向复用器的自动监测与故障定位系统。本发明所述的单纤三向复用器自动监测与故障定位系统，包括用于对被检的单纤 三向复用器前端进行光信号的采样的第一采样电路和分别对被检的单纤三向复用器的后 端的1550nm、1490nm、1310nm的波长信号进行采样的第二采样电路、第三采样电路、第四采 样电路；所述的第一至第四采样电路连接一中央控制器，所述的中央控制器读取每个采样 电路的数字值，并完成故障的判定和定位工作。所述的采样电路包括分光与光电转换部分以及信号调理部分，所述的分光与光电 转换部分由分束器、光电转换模块，光接口和跳线组成，所述的光分束器分光比为95:5或 者90:10 ；所述的信号调理部分主要由功率放大器、A/D转换器组成。
3
所述的中央控制器包括主控芯片，以及与所述主控芯片连接的电源模块、晶振模 块、IXD模块、FLASH模块、E2PR0M模块和蜂鸣器模块；所述的主控芯片包含采样信号读取模 块和故障判断模块，根据预先设定的不同时段和不同采样间隔，分别同时读取两个采样电 路的数字值，并且比较这两个数字值是否相同；如果比较结果不同，那么将判定故障发生， 并确定故障类型和进行故障定位，同时，进行蜂鸣器报警，等待系统复位；如果比较结果相 同，那么返回程序，继续进行定时采样；但是，如果连续10次的采样值都相同，且采样值本 身为全1 (代表有光)或者全0 (代表无光)，那么同样判定故障发生，并确定故障类型和进 行故障定位，同时，进行蜂鸣器报警，等待系统复位。本发明主要包括三个部分1)分光与光电转换部分；2)信号调理部分；3)控制部 分。三个部分的连接情况如下所示。在分光与光电转换部分中，通过光分束器(分光比为 95:5或者90:10)分别对1310nm、1490nm和1550nm的波长信号进行采样，然后再通过光电 转换器将采样光信号转换为电信号输入信号调理部分。在信号调理部分中，电信号首先经 过特定的功率放大器将微弱电信号进行放大和滤波处理，然后将调理后的信号输入到A/D 转换芯片中。经过A/D转换后，电信号由模拟信号转换为数字信号，并且输入到控制部分。 最后，在控制部分中，主控芯片将读取每个采样点的数字值，并完成故障的判定和定位工 作。所述的分光与光电转换部分主要由分束器、光电转换模块，必要的光接口和跳线 组成。所述的分束器具有95:5或者90:10的分光比和较低的插入损耗。所述的光电转换 模块一般具有较高的光电转换效率和较低的噪声。所述分光与光电转换部分的主要功能是 进行光信号的采样与电信号的产生。所述的信号调理部分主要由功率放大器、A/D转换芯片和滤波器(如果需要的话) 组成。所述的功率放大器负责将微弱的电信号放大至A/D转换芯片允许的输入范围，一般 要求具有较大的放大带宽和增益范围。所述的A/D转换芯片用于将模拟的电信号转换为数 字的电信号，一般要求具有较高的转换精度(位数)。所述的滤波器用于进行信号滤波，以降 低噪声对电信号的影响。所述的中央控制器是由采用了 ARM Cortex-M3内核的LM3S1138微控制器所构成 的硬件系统，如附图1所示。LM3S1138微控制器具有32位运算能力，使用了兼容ARM Thumb 的Thumb2指令集来减少存储容量的需求，并以此达到降低成本的目的。同时，LM3S1138微 控制器与Stellaris系列的所有其它产品是代码兼容的，能够适应各种精确的需求。除此 之外，LM3S1138微控制器还具有封装体积小，便于集成，功耗低等优点。控制部分除了配备 LM3S1138微控制器，还具有电源模块、晶振模块、LCD模块、FLASH模块、E2PR0M模块和蜂鸣 器模块。所述的电源模块为控制部分、光电转换部分和信号调理部分提供稳定的供电，一般 认为是能提供多种电平和电流选择的开关电源。所述的晶振模块为控制部分提供稳定的时 钟。所述的LCD模块为控制部分提供必要的输出显示。所述的FLASH模块和Ε2Η 0Μ模块为 控制部分提供足够空间的信息存储。所述的蜂鸣器模块为控制部分提供必要的报警输出。所述的单纤三向复用器的故障可能在三种情况，即单纤三向复用器前端发生故 障，单纤三向复用器本身发生故障，单纤三向复用器后端发生故障，如附图2所示。进一步， 所述的单纤三向复用器前端故障可能是光纤损坏或光发射机出现问题；单纤三向复用器本 身故障可能是器件老化或其他突发事故；单纤三向复用器后端故障包括语音业务、数据业
4务、模拟CATV业务三个线路中至少一个线路发生故障。据此，本发明给出的自动监测与故 障定位系统在实际应用中的模式如附图3所示。在单纤三向复用器前端，分束器A和光电 转换器A负责采集前端部分的复用信号。而分束器B和光电转换器B、分束器C和光电转换 器C、分束器D和光电转换器D分别负责采集后端部分波长为1550nm、1490nm、1310nm的光信号。控制部分在读取采样信号后所采用的软件设计的核心思想如附图4所示，即根 据预先设定的不同时段和不同采样间隔，分别同时读取单纤三向复用器两个端口的A/D转 换器的数字值，并且比较这两个数字值是否相同。如果比较结果不同，那么将判定故障发 生，并确定故障类型和进行故障定位。同时，进行蜂鸣器报警，等待系统复位。如果比较结 果相同，那么返回程序，继续进行定时采样。但是，如果连续10次的采样值都相同，且采样 值本身为全1 (代表有光)或者全0 (代表无光)，那么同样判定故障发生，并确定故障类型 和进行故障定位。同时，进行蜂鸣器报警，等待系统复位。本发明不仅能够实时地检测单纤三向复用器的运行状态，而且还能够准确地定位 出故障的发生范围和具体的故障类型。因此，该系统不仅能够提高单纤三向复用器的安全 性，有效地降低各类故障给用户带来的损失，而且便于网络运营商和网络管理者及时发现 和排除相关的故障，便于整个FTTH系统的运行。本发明的优点是
1)根据时间段的变化，实时地检测单纤三向复用器的故障；
2)能够准确定位故障发生的范围，确定故障类型；
3)系统的故障检测成功率高，并通过LCD和蜂鸣器告警；
4)系统具有便携式、低功耗的特点。
图1是本发明单纤三向复用器自动监测系统的硬件结构图。图2是本发明单纤三向复用器应用中三种可能的故障范围。图3是本发明单纤三向复用器自动监测系统的应用模式示例。图4是本发明单纤三向复用器自动监测系统的软件流程图。图5是本发明单纤三向复用器自动监测系统在检测复用器前端故障场合下的应 用。图6是本发明单纤三向复用器自动监测系统在检测复用器故障场合下的应用。图7是本发明单纤三向复用器自动监测系统在检测复用器后端故障场合下的应 用 ‘ ο图8是本发明单纤三向复用器自动监测系统在检测复用器后端故障场合下的应 用 Z^·~- ο图9是本发明单纤三向复用器自动监测系统在检测复用器后端故障场合下的应
用之三。
具体实施例方式下面参照附图，对本发明进行进一步描述参照附图
如图1所示，本发明所述的单纤三向复用器自动监测与故障定位系统，包括用于对被 检的单纤三向复用器前端进行光信号的采样的第一采样电路和分别对被检的单纤三向复 用器的后端的1550nm、1490nm、1310nm的波长信号进行采样的第二采样电路、第三采样电 路、第四采样电路；所述的第一至第四采样电路连接一中央控制器，所述的中央控制器读取 每个采样电路的数字值，并完成故障的判定和定位工作。所述的采样电路包括分光与光电转换部分以及信号调理部分，所述的分光与光电 转换部分由分束器、光电转换模块，光接口和跳线组成，所述的光分束器分光比为95:5或 者90:10 ；所述的信号调理部分主要由功率放大器、A/D转换器组成。所述的中央控制器包括主控芯片，以及与所述主控芯片连接的电源模块、晶振模 块、IXD模块、FLASH模块、E2PR0M模块和蜂鸣器模块；所述的主控芯片包含采样信号读取模 块和故障判断模块，根据预先设定的不同时段和不同采样间隔，分别同时读取两个采样电 路的数字值，并且比较这两个数字值是否相同；如果比较结果不同，那么将判定故障发生， 并确定故障类型和进行故障定位，同时，进行蜂鸣器报警，等待系统复位；如果比较结果相 同，那么返回程序，继续进行定时采样；但是，如果连续10次的采样值都相同，且采样值本 身为全1 (代表有光)或者全0 (代表无光)，那么同样判定故障发生，并确定故障类型和进 行故障定位，同时，进行蜂鸣器报警，等待系统复位。本发明主要包括三个部分1)分光与光电转换部分；2)信号调理部分；3)控制部 分。三个部分的连接情况如图1、3所示。在分光与光电转换部分中，通过光分束器(分光比 为95:5或者90:10)分别对1310nm、1490nm和1550nm的波长信号进行采样，然后再通过 光电转换器将采样光信号转换为电信号输入信号调理部分。在信号调理部分中，电信号首 先经过特定的功率放大器将微弱电信号进行放大和滤波处理，然后将调理后的信号输入到 A/D转换芯片中。经过A/D转换后，电信号由模拟信号转换为数字信号，并且输入到控制部 分。最后，在控制部分中，主控芯片将读取每个采样点的数字值，并完成故障的判定和定位 工作。所述的分光与光电转换部分主要由分束器、光电转换模块，必要的光接口和跳线 组成。所述的分束器具有95:5或者90:10的分光比和较低的插入损耗。所述的光电转换 模块一般具有较高的光电转换效率和较低的噪声。所述分光与光电转换部分的主要功能是 进行光信号的采样与电信号的产生。所述的信号调理部分主要由功率放大器、A/D转换芯片和滤波器(如果需要的话) 组成。所述的功率放大器负责将微弱的电信号放大至A/D转换芯片允许的输入范围，一般 要求具有较大的放大带宽和增益范围。所述的A/D转换芯片用于将模拟的电信号转换为数 字的电信号，一般要求具有较高的转换精度(位数)。所述的滤波器用于进行信号滤波，以降 低噪声对电信号的影响。所述的中央控制器是由采用了 ARM Cortex-M3内核的LM3S1138微控制器所构成 的硬件系统，如附图1所示。LM3S1138微控制器具有32位运算能力，使用了兼容ARM Thumb 的Thumb2指令集来减少存储容量的需求，并以此达到降低成本的目的。同时，LM3S1138微 控制器与Stellaris系列的所有其它产品是代码兼容的，能够适应各种精确的需求。除此 之外，LM3S1138微控制器还具有封装体积小，便于集成，功耗低等优点。控制部分除了配备
6LM3S1138微控制器，还具有电源模块、晶振模块、LCD模块、FLASH模块、E2PR0M模块和蜂鸣 器模块。所述的电源模块为控制部分、光电转换部分和信号调理部分提供稳定的供电，一般 认为是能提供多种电平和电流选择的开关电源。所述的晶振模块为控制部分提供稳定的时 钟。所述的LCD模块为控制部分提供必要的输出显示。所述的FLASH模块和Ε2Η 0Μ模块为 控制部分提供足够空间的信息存储。所述的蜂鸣器模块为控制部分提供必要的报警输出。所述的单纤三向复用器的故障可能在三种情况，即单纤三向复用器前端发生故 障，单纤三向复用器本身发生故障，单纤三向复用器后端发生故障，如附图2所示。进一步， 所述的单纤三向复用器前端故障可能是光纤损坏或光发射机出现问题；单纤三向复用器本 身故障可能是器件老化或其他突发事故；单纤三向复用器后端故障包括语音业务、数据业 务、模拟CATV业务三个线路中至少一个线路发生故障。据此，本发明给出的自动监测与故 障定位系统在实际应用中的模式如附图3所示。在单纤三向复用器前端，分束器A和光电 转换器A负责采集前端部分的复用信号。而分束器B和光电转换器B、分束器C和光电转换 器C、分束器D和光电转换器D分别负责采集后端部分波长为1550nm、1490nm、1310nm的光 信号。控制部分在读取采样信号后所采用的软件设计的核心思想如附图4所示，即根 据预先设定的不同时段和不同采样间隔，分别同时读取单纤三向复用器两个端口的A/D转 换器的数字值，并且比较这两个数字值是否相同。如果比较结果不同，那么将判定故障发 生，并确定故障类型和进行故障定位。同时，进行蜂鸣器报警，等待系统复位。如果比较结 果相同，那么返回程序，继续进行定时采样。但是，如果连续10次的采样值都相同，且采样 值本身为全1 (代表有光)或者全0 (代表无光)，那么同样判定故障发生，并确定故障类型 和进行故障定位。同时，进行蜂鸣器报警，等待系统复位。如附图5所示，当单纤三向复用器的前端部分出现问题时，即没有光信号输入单 纤三向复用器时，自动监测和故障定位系统会对故障进行判断。在一定的检测时段和采样 间隔内，系统通过第一采样电路的分束器Al和光电转换器A2采集前端部分的信号，经过信 号调理部分后，控制部分得到的采样值为全0 ；与此同时，第二采样电路的分束器Bl和光电 转换器B2、第三采样电路的分束器Cl和光电转换器C2、第四采样电路的分束器Dl和光电 转换器D2分别对后端部分波长为1550nm、1490nm、1310nm的光信号进行采样，经过各自的 信号调理部分后，控制部分得到的采样值为全0。在该检测时段内，自动监测和故障定位系 统连续10次的前端和后端采样值都是全0。在这种情况下，系统判定单纤三向复用器的前 端部分发生故障，并且通过LCD输出故障类型，通过蜂鸣器发出报警信号。如图6所示，当单纤三向复用器的模块芯片或端口出现问题时，自动监测和故障 定位系统会对故障进行判断。在一定的检测时段和采样间隔内，系统通过第一采样电路的 分束器Al和光电转换器A2采集前端部分的信号，经过信号调理部分后，控制部分得到的采 样值为全0或者全1 ；与此同时，第二采样电路的分束器Bl和光电转换器B2、第三采样电路 的分束器Cl和光电转换器C2、第四采样电路的分束器Dl和光电转换器D2分别对后端部分 波长为1550nm、1490nm、1310nm的光信号进行采样，经过各自的信号调理部分后，控制部分 得到第三和第四采样电路的采样值为全0，而第二采样电路的采样值为全1或者全0。在这 种情况下，系统判定单纤三向复用器的模块芯片或端口部分发生故障，并且通过IXD输出 故障类型，通过蜂鸣器发出报警信号。
如附图7所示，当单纤三向复用器后端的1310 nm信道出现问题时，自动监测和故 障定位系统会对故障进行判断。在一定的检测时段和采样间隔内，系统通过第一采样电路 的分束器Al和光电转换器A2采集前端部分的信号，经过信号调理部分后，控制部分得到的 采样值为全0或者全1 ；与此同时，第二采样电路的分束器Bl和光电转换器B2、第三采样电 路的分束器Cl和光电转换器C2、第四采样电路的分束器Dl和光电转换器D2分别对后端部 分波长为1550nm、1490nm、1310nm的光信号进行采样，经过各自的信号调理部分后，控制部 分得到第二和第三采样电路的采样值为全0或者全1，而第四采样电路的采样值为全0。在 这种情况下，系统判定单纤三向复用器后端的1310 nm信道部分发生故障，并且通过IXD输 出故障类型，通过蜂鸣器发出报警信号。如附图8所示，当单纤三向复用器后端的1490 nm信道出现问题时，自动监测和故 障定位系统会对故障进行判断。在一定的检测时段和采样间隔内，系统通过第一采样电路 的分束器Al和光电转换器A2采集前端部分的信号，经过信号调理部分后，控制部分得到的 采样值为全0或者全1 ；与此同时，第二采样电路的分束器Bl和光电转换器B2、第三采样电 路的分束器Cl和光电转换器C2、第四采样电路的分束器Dl和光电转换器D2分别对后端部 分波长为1550nm、1490nm、1310nm的光信号进行采样，经过各自的信号调理部分后，控制部 分得到第二、第四采样电路的采样值为全0或者全1，而第三采样电路的采样值为全0。在 这种情况下，系统判定单纤三向复用器后端的1490nm信道部分发生故障，并且通过IXD输 出故障类型，通过蜂鸣器发出报警信号。如附图9所示，当单纤三向复用器后端的1550 nm信道出现问题时，自动监测和故 障定位系统会对故障进行判断。在一定的检测时段和采样间隔内，系统通过第一采样电路 的分束器Al和光电转换器A2采集前端部分的信号，经过信号调理部分后，控制部分得到的 采样值为全0或者全1 ；与此同时，第二采样电路的分束器Bl和光电转换器B2、第三采样电 路的分束器Cl和光电转换器C2、第四采样电路的分束器Dl和光电转换器D2分别对后端部 分波长为1550nm、1490nm、1310nm的光信号进行采样，经过各自的信号调理部分后，控制部 分得到第三、第四采样电路的采样值为全0或者全1，而第二采样电路的采样值为全0。在 这种情况下，系统判定单纤三向复用器后端的1550 nm信道部分发生故障，并且通过IXD输 出故障类型，通过蜂鸣器发出报警信号。本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护 范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术 人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
8
权利要求
单纤三向复用器自动监测与故障定位系统，其特征在于包括用于对被检的单纤三向复用器前端进行光信号的采样的第一采样电路和分别对被检的单纤三向复用器的后端的1550nm、1490nm、1310nm的波长信号进行采样的第二采样电路、第三采样电路、第四采样电路；所述的第一至第四采样电路连接一中央控制器，所述的中央控制器读取每个采样电路的数字值，并完成故障的判定和定位工作。
2.如权利要求1所述的单纤三向复用器自动监测与故障定位系统，其特征在于所述 的采样电路包括分光与光电转换部分以及信号调理部分，所述的分光与光电转换部分由分 束器、光电转换模块，光接口和跳线组成，所述的光分束器分光比为95:5或者90:10 ；所述 的信号调理部分主要由功率放大器、A/D转换器组成。
3.如权利要求1或2所述的单纤三向复用器自动监测与故障定位系统，其特征在于 所述的中央控制器包括主控芯片，以及与所述主控芯片连接的电源模块、晶振模块、IXD模 块、FLASH模块、E2PR0M模块和蜂鸣器模块；所述的主控芯片包含采样信号读取模块和故障 判断模块，根据预先设定的不同时段和不同采样间隔，分别同时读取两个采样电路的数字 值，并且比较这两个数字值是否相同；如果比较结果不同，那么将判定故障发生，并确定故 障类型和进行故障定位，同时，进行蜂鸣器报警，等待系统复位；如果比较结果相同，那么返 回程序，继续进行定时采样；但是，如果连续10次的采样值都相同，且采样值本身为全1(代 表有光)或者全0 (代表无光)，那么同样判定故障发生，并确定故障类型和进行故障定位，同 时，进行蜂鸣器报警，等待系统复位。
4.如权利要求3所述的单纤三向复用器自动监测与故障定位系统，其特征在于所述 的主控芯片采用LM3S1138微控制器。
全文摘要
本发明所述的单纤三向复用器自动监测与故障定位系统，包括用于对被检的单纤三向复用器前端进行光信号的采样的第一采样电路和分别对被检的单纤三向复用器的后端的1550nm、1490nm、1310nm的波长信号进行采样的第二采样电路、第三采样电路、第四采样电路；所述的第一至第四采样电路连接一中央控制器，所述的中央控制器读取每个采样电路的数字值，并完成故障的判定和定位工作。能够实时地检测单纤三向复用器的故障。
文档编号H04B10/08GK101908928SQ201010226078
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月14日 优先权日2010年7月14日
发明者乐孜纯, 付明磊, 李斌 申请人:浙江工业大学