光放大链路的嵌入式光时域反射测试的制作方法

光放大链路的嵌入式光时域反射测试的制作方法
【专利摘要】本发明提供了用于光通信网络的光纤通信系统。本发明提供的光纤通信链路，利用传输光纤段传输节点之间不同波长波分复用信道上的光数据信号。本发明披露了一种装置及其方法，该装置及其方法通过在每个节点上使用一个光源来执行OTDR和LCV，以解决安全问题并加快对光纤链路的完整性检验，之后再将高拉曼激光激励光源应用到光纤链路上。本发明还披露了一种在每个节点上仅使用一个接收器的系统。
【专利说明】光放大链路的嵌入式光时域反射测试
[0001]相关申请的交叉引用
本申请主张于2011年8月12日申请的，申请序列号为61/523，248的美国临时专利的权利，该专利通过援引被纳入本申请中。
【技术领域】
[0002]本发明涉及嵌入式光时域反射测试及光放大光纤链路的链路连续性检验。
【背景技术】
[0003]进行光信号放大之前，光信号在光纤传输线上传输会逐渐减弱，一般在光纤传输线上传输80至IOOkm后需要进行光放大，先将信号激光转换成电信号进行电信号放大，之后再转换回光信号，并继续沿着传输线传送。在引入掺铒光纤放大器后，光信号可以传输得更远(2至3000km)，且无需经过这一复杂、组件密集且不理想的光-电-光之间的转换。
[0004]光放大器自引入以来，其价格相对不算很贵，外形小巧，并且效果好，因此自80年代中期以来几乎被专门用于光纤传输系统。然而，使用掺铒光纤放大器进行放大的一个缺点是，即使是最好的放大器装置也会使通过该装置的噪声翻倍。而使用较差、典型的放大装置时，通过该放大器的噪声(信号)几乎放大了四倍。要指出的是，如果放大器中有太多噪声，那么将会限制经掺铒光纤放大器放大之后的光信号在玻璃传输光纤内的最大传输距离。
[0005]光放大器近几年来具有很大的发展，其可用于信号数据率每秒10 Gb至40 Gb，甚至是100 Gb每秒。掺铒光纤放大器的使用在继续，但如果在每秒IOOGb的速率下工作，那么每个脉冲较小，且能量较低。以特定的速率发送的每一个脉冲都有一定匹配/比例的能量。相比速率为IOGb的脉冲，速率为IOOGb的脉冲小了 10倍，因此在信号传输时，投入光信号的能量便少了很多。
[0006]尽管使用更聪明的方案可获得更多的光，但基础物理学表明，随着脉冲速率的增力口，光信号中的光能和光子数量总是会越来越少。由于噪声成为信号的很大一部分，因此可用于数据传输的信号也会变得更弱，在这些具有高信号速率的系统中进行测试变得更为困难。因此有必要改变放大器在远程通信中的使用方式。
[0007]在90年代末，一种通过把大量激光注入传输光纤来改善放大效果的技术应运而生。通过使用该技术，而不是使信号沿着光纤传输消耗功率，激光中的多余能量在穿过介质——玻璃时转换成振动状态，从而允许放大所有的光波长。共振激发的激光基本上维持了其所遇到的脉冲的功率，并确保信号脉冲不与类似未激发脉冲一样消耗功率。这就使数据信号在未放大的情况下传输得更远。这一技术借助拉曼放大器，该放大器通过拉曼效应实现产生光和能量的物理过程。使用拉曼泵的OTDR在专利号为6，850，360的美国专利中披露，并通过援引被纳入本申请中。
[0008]使用拉曼放大器存在的一个问题是，该放大器需要非常高功率的激光，这就意味着使用该放大器可能非常不安全。传输线业主和运营商不喜欢肉眼无法看到的高功率激光，因此，一旦发生连接器开路或破损，激光所发出的光能便很容易使人失明。激光装置和设备操作的安全标准在IEC60825标准中规定，该标准说明了具体的操作措施和安全标识。国际电信联盟电信标准局(ITU-T)制定了标准G.664通信系统中的激光安全。根据标准G.664，光通信装置应能够自动将输出功率降低至安全功率，甚至在激光发生泄漏时自动关闭激光。这一解决方案被称为G.664中的“自动功率降低”(APR)和“自动功率关闭”(APSD)解决方案。
[0009]有必要以有效的方式及使用最少的附加组件，将传输线监测功能添加到光学放大系统中。具体地说，比如用光时域反射计(OTDR)监测沿链路的衰减，及链路连续性检验(LCV)用于确定两个节点之间有效的封闭双向光路。

【发明内容】

[0010]本发明的系统和方法满足上述需要，并以技术上不可预测的、简洁的且非常有效的方式实施解决方案以解决存在的问题。例如，在其中一个实施例中，仅使用单个光源来实现OTDR和LCV功能，从而(a)防止因拉曼放大链路中的高光功率导致光纤链路损坏，及(b)确保故障发生时，在光纤链路工作的工作人员的眼睛安全。本发明还披露了另一种系统及方法，包括使用单个光接收器，以同样技术上不可预测的、简洁且有效的方式，使现在需求得以满足。
[0011]光放大链路监测系统提供单个光源来生成光信号，并通过光信号开展链路连续性检验(LCV)测试和光时域反射(OTDR)测试。单个光源可以是激光二极管或拉曼激光器。放大后的光信号可以第一方向穿过链路，而用于LCV测试和OTDR测试的光信号可以第二方向(与第一方向相反)穿过链路。或者，放大后的光信号和用于LCV测试的光信号可以第一方向穿过链路，而用于OTDR测试的光信号可以第二方向(与第一方向相反)穿过链路。用于LCV测试和OTDR测试的光信号可带有一个正基线功率电平，及叠加在该基线功率电平上的脉冲。或者，用于LCV测试和OTDR测试的光信号可带有一个零基线功率电平，及叠加在该基线功率电平上的脉冲。
[0012]光纤放大节点可包括一个与第二光连接器光耦合的光接收器，该第二光连接器与两个通信节点之间第二光纤段(总共有一对)的第一端连接，该光接收器根据其编程检测OTDR和LCV信号。一个与第一连接器和上述第二连接器光耦合的光源，所述连接器分别与连接至通信节点之间第一光纤段和第二光纤段(总共有一对)的第一端连接，该光源用于生成检测这一节点与另一节点之间的OTDR和LCV信号，所述另一节点为通信节点之间一对光纤段第二端上另一同样配置的节点，其中，该光源同时与通信节点之间的上述第一和第二光纤段(总共有一对)的第一端连接，从而同时向两个连接器生成光信号。
[0013]监测光纤链路两个节点之间至少一对光纤的方法包括:使用第一个节点的光源发射第一个节点光测试脉冲，从两个节点之间的上述至少一对光纤中第一光纤段上两个节点中的第一个节点向第二个节点发射；在所述第一个节点上检测所述第一光纤段中的所述第一个光测试脉冲的反射；在所述第二个节点上检测收到的所述第一光纤段中的所述第一个光测试脉冲；使用第二个节点的光源发射第二个节点光测试脉冲，从两个节点之间一对光纤中第二光纤段上的两个节点中的第二个节点向第一个节点发射；在所述第二个节点上检测所述第二光纤段中的所述第二个光测试脉冲的反射；在所述第一个节点上检测收到的所述第二光纤段中的所述第二个光测试脉冲；其中，如果在超过预设定的固定系统时间参数乙延迟的时间内未确认在所述第二个节点上是否收到所述第一个光纤段中的所述第一个光测试脉冲，那么启动线路故障信号。
[0014]监测光纤链路两个节点之间至少一对光纤的另一种方法包括:使用第一个节点的光源发射第一个节点光测试脉冲，从两个节点之间一对光纤中第一光纤段上两个节点中的第一个节点向第二个节点发射；在所述第一个节点上开始检测所述第一光纤段中的所述第一个节点光测试脉冲的反射；将在所述第一个节点上检测到的所述第一光纤段中所述第一个节点光测试脉冲的反射与指定的第一个反射参数进行对比；其中，如果对比结果显示在所述第一个节点上检测到的所述第一光纤段中所述第一个节点光测试脉冲的反射符合所述指定参数，那么继续这一过程；其中，如果对比结果显示在所述第一个节点上检测到的所述第一光纤段中所述第一个节点光测试脉冲的反射不符合所述指定参数，那么启动第一条线路故障信号；等待乙延迟时间，然后在所述第二个节点上开始检测收到的所述第一光纤段中的所述第一个节点光测试脉冲；其中，如果确认在所述第二个节点上已收到所述第一光纤段中的所述第一个节点光测试脉冲，那么:使用第二个节点的光源发射第二个光测试脉冲，从两个节点之间一对光纤中第二光纤段上两个节点中的第二个节点向第一个节点发射；在所述第二个节点上开始检测所述第二光纤段中的所述第二个节点光测试脉冲的反射；将在所述第二个节点上检测到的所述第二光纤段中的所述第二个节点光测试脉冲的反射与指定的第二个反射参数进行对比；其中，如果对比结果显示在所述第二个节点上检测到的所述第二光纤段中的所述第二个节点光测试脉冲的反射符合所述指定参数，那么继续这一过程；其中，如果对比结果显示在所述第二个节点上检测到的所述第二光纤段中的所述第二个节点光测试脉冲的反射不符合所述指定参数，那么启动第二条线路的故障信号；等待乙延迟时间，然后在所述第一个节点上开始检测收到的所述第二光纤段中的所述第二个光测试脉冲；其中，如果在超过乙延迟的时间内未确认在所述第二个节点上是否收到所述第一个光纤段中的所述第一个节点光测试脉冲，那么启动线路故障信号。其中，启动上述故障信号可立即关闭系统。
【专利附图】

【附图说明】
[0015]以此可以更详细理解上述特征的具体方式，并且通过参考实施例还可获得更为具体的描述，其中一些实施例详见附图。然而，需注意的是附图仅阐明典型的实施例，因此不应视为限制其范围，并且还允许援引其他同样有效的实施例。
[0016]图1是作为示例的光纤通信链路的示意图。
[0017]图2是使用拉曼泵浦的光时域反射测试追踪曲线图示例。
[0018]图3是通过DFB光源测量传输连接两个节点之间的一对光纤段特征的连接方式和信号流示意图。
[0019]图4是通过拉曼泵浦光源测量传输连接两个节点之间的一对光纤段特征的系统连接方式和信号流示意图。
[0020]图5是通过单个光源和单个监测测试脉冲的光接收器测量传输连接两个节点之间的一对光纤段特征的系统连接方式和信号流示意图。
[0021]图6是显示图5所述系统中节点A和B上脉冲计时和启动的垂直计时图。[0022]图7是显示图5所述系统中节点A和B上脉冲计时和启动相关说明性步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0023]本领域普通技术人员都很了解OTDR的原理，下面阐述下该原理。
[0024]本申请说明了对OTDR和LCV测试的应用，包括系统安装和启动，故障期间的系统诊断，及现场监测。
[0025]光纤网络用于支持语音和数据通信。在采用波分复用的光纤网络中，使用多波长光来支持单根光纤上的多个通信信道。
[0026]拉曼放大系统需要一个安全系统来确保链路的两端都完全连接，并且在拉曼泵浦供给能量(或者提升能量)到较高水平前不会出现连接器开路的情况。检验链路两端是否完全连接的一种方法是LCV (链路连续性检验)。LCV的功能是确保线路完好无损且可安全操作。拉曼放大系统中存在的风险与拉曼泵浦的全高额定功率(和能量)相关，一旦光纤(传输线)在某处仍处于开路状态时激活拉曼泵浦，便可引发非常高的风险，可能造成操作人员的眼睛受伤。例如，从光纤线路开路处逃逸的高能量光可能会照射到操作人员的眼睛，照射的后果即使不会使操作人员的眼睛失明，也会造成严重的眼损伤。
[0027]对于拉曼放大系统，整合OTDR (光时域反射计)功能来测试光纤可能的集总损失(不均匀的高信号衰减区域)也是有利的，因为它们往往由肮脏的连接器造成，这些肮脏的连接器容易因较高的拉曼泵浦功率(能量)而燃烧和变黑，从而造成进一步的信号衰减。具体地说，在将拉曼源启动至全功率前对前20至50km的光纤链路进行OTDR测试是非常好的做法。尽管OTDR测试结果并未提供人员安全方面的信息，但它们确实有助于保护设备。一个肮脏的连接器虽然不会造成光逃逸的危险，但其当暴露在一个非常高的光功率下时，也可能燃烧及被损坏，并使得连接至该烧毁连接器的线路发生故障。如此，OTDR分析和结果有助于保护传输线并监测传输线的情况，从而预测并安排维修停机，以防出现“工作中的”线路故障和停机。
[0028]如果显示OTDR踪迹相比预设的线路完整性或有效性规定有很大的衰减，那么该“不合规格”结果将启动警报，启动线路中断和/或后续的维修安排或立即维修活动。
[0029]图1显示了光纤通信网络中作为示例的光纤通信链路10。发射器12通过一系列光纤链路将信息传输至接收器14。每个光纤链路可包括传输光纤的光纤段16。光纤段16可以长约200km，用于长途网络，或者可以是任何其他合适的长度，用于光纤通信网络中的信号传输。链路10可以是光纤环网或任何其他合适网络的一部分。
[0030]图1的通信链路可用于支持波分复用结构，提供使用多波长光的多个通信信道。例如，图1的链路可支持拥有40个信道的系统，并且每个信道都使用不同的光载波波长。光信道可按例如约IOGbps (0C- 192)的传输速度调制。使用的光载波波长可以在1527至1605 nm上下。这些仅仅是示例性的系统特征。如有需要，可提供很少的信道(如一个信道)，或者可提供更多的信道(如几百个信道)，信号可加载在多个波长上(如使用光码分多址(CDMA)结构)，信号可按较慢或较快的数据率调制(如0C-48约2.5Gbps的速率或者0C-768约40Gbps的速率)，及可支持不同的光载波波长(如范围为1240至1670 nm的波长)。
[0031]光放大器18可用于放大链路10上的光信号。光放大器18可包括光功率放大器、光线路放大器和光前置放大器。光放大器18可以是含稀土的光纤放大器,如掺铒光纤放大器，或包含离散拉曼泵浦线圈的放大器、包含用于光泵浦传输光纤段16使其通过受激拉曼效应产生光增益的泵浦放大器、半导体光放大器或者任何其他合适的光放大器。
[0032]拉曼泵浦模块20可用于为光纤段16提供拉曼泵浦光。拉曼泵浦光通过受激拉曼效应在光纤段16中形成拉曼增益。每个拉曼泵浦模块都可通过激光二极管、光纤激光器或其他合适的泵浦光源提供单波长或多波长的泵浦光。虽然图1的装置涉及光纤段16与拉曼泵浦光的反向增强，但如有需要，光纤段16还可与拉曼泵浦光共同增强。
[0033]计算机设备22可用于实现网络管理系统。计算机设备22可被置于网络节点和/或网络管理设施上。如虚线24所示，网络管理系统可通过合适的通讯路径与光放大器18、发射器12、接收器14、拉曼泵浦模块20及其他光纤网络设备进行通讯。通讯路径可基于任何合适的光路或电路。例如，通讯路径(如由虚线24表示)可包括服务或遥测信道路径、有线或无线通讯路径，并且可能涉及通过缓慢调制链路10上较小调制深度的正常数据形成的通讯路径。通讯路径(由虚线24表示)还可用于拉曼泵浦模块20和光放大器18之间的直接通讯。
[0034]链路10还可包括光纤网络设备模块，如添加/删除模块、光开关、色散补偿模块、动态过滤模块或任何其他合适的光纤网络设备。
[0035]图2显示了作为示例的使用拉曼泵浦模块的拉曼泵浦进行光时域反射测试的跟踪曲线82，它通过计算机设备22的控制单元和监控装置取得。在图2的示例中，反射信号功率(即拉曼泵浦模块20拉曼泵浦的反射泵浦功率)被标注为时间函数。如有需要，图2中X轴上的时间标度可基于光纤段16已知的特征(如组速率)转换成距离标度。图2中的y轴(功率)被标注为对数(dB)标度。
[0036]跟踪曲线82显示了在示例的光纤段16中的多个特征。例如，可确定接缝、裂缝、切口以及连接器的位置。如果计算机系统22的控制单元检测到故障(如裂缝或不应断开的连接器)，那么该控制单元可生成警报，并可减少拉曼泵浦的功率(如减少到零或其他对眼睛安全的水平)。如果不存在任何切口，那么也可测量出光纤段16的总长度。
[0037]跟踪数据还可用于识别光纤段16中的光纤。不同类型的光纤可用于光纤段16的不同部分。例如，光纤段16可能包含标准单模光纤(SMF)、色散补偿光纤(DCF)或其他类型的光纤。不同类型的光纤具有不同的单位长度损耗和有效纤芯面积(A.sub.EFF)。如果跟踪曲线82如图2所示被标注为对数标度，那么跟踪曲线82在给定区域的斜率与A.sub.EFF的数值呈负相关。在图2这一示例中，如斜率特征所示，SMF和DCF这两种类型的光纤被用于光纤段16的不同部分。光纤段16中光纤类型相关的信息可供计算机设备22的控制单元和网络管理系统用于确定拉曼泵浦模块20和光放大器18的适当泵浦功率及其他设置。
[0038]如有需要，拉曼泵浦模块20中可使用监听和监控装置来测量光纤段16上不同拉曼泵浦水平的信号功率，从而使控制单元可收集由拉曼泵浦模块20产生的开关拉曼增益的信息。这些开关增益测量结果可与在各个泵浦波长处进行的光学测量结果结合，从而进一步区别光纤段16的特征。
[0039]光放大器在光纤网络中被用于放大光信号。例如，光放大器可用于放大在光纤路径上已衰减的光数据信号。一个典型的放大器可包括由二极管激光器泵浦的掺铒光纤线圈。光放大器中也可包含拉曼泵浦激光器，以通过拉曼效应使得与掺铒放大器连接的传输光纤获得更多的光增益。拉曼泵浦信号的传输方向通常被设置成与数据信号传输方向相反。
[0040]系统安装和启动的目的在于:确定传输链路的光纤线路损耗情况，从而优化拉曼泵浦功率，及在启动拉曼泵浦前识别接触不良的连接器/接缝。连续系统诊断故障分析解决功能包括:定位光纤断裂、现场监测、及定位和监测传输线上正在缓慢退化的各个点，从而促使在退化演变成意想不到的光纤链路故障前安排预防性维修。
[0041]在一个实施例中，各节点处的单一光源生成测试信号，该信号以与光纤链路上所携带数据信号相反的方向传送。以图3和4中显示的配置来举例说明两种变体。在其中一种变体中，DFB (分布反馈)发射器包括一个激光二极管，该二极管可生成测试信号，用于进行OTDR和LCV测试。在另一种变体中，用(能量受控制的)拉曼激光器作为生成OTDR和LCV测试用测试信号的光源。
[0042]在图3及图5至7中，被标记为“DFB TX”的单一光源用于生成LCV和OTDR测试
的光信号。
[0043]根据图3，在节点B处，作为DFB TX 100 (DFB发射器100)的DFB激光器(发射器)的向顶部光纤70提供了一个脉冲(如37)和一个直流电平(如35)(高电平基础信号——非直流电平，而是类似基线信号电平的光纤信号设置，基线信号(约I mW)代表无光)。通常，对于光时域反射计(OTDR)而言，一个测试脉冲表现为无光、满光和无光。图3中节点A和B处的DFB TX 100，200发射的测试信号用于OTDR和LCV评估。(发射器)发出光脉冲，该脉冲被用于评估0TDR，并被添加到光直流电平的顶端，虚线80表示返回到OTDR信号接收器RX OTDR 102 (0TDR信号接收器102)的反射脉冲的路径。传输DFB TX (100, 200)发出脉冲，由虚线76和脉冲37表示，且部分光脉冲沿着顶部光纤70被反射回接收器RX OTDR102。虚线74表示基线信号35的路径(经过OTDR的反射点)，因此，如果光纤完好无损，那么剩余部分的测试信号(至少是基线测试信号电平)将穿过整根光纤段，并且节点A处RX(LCV) 204将收到该信号。如果节点A收到节点B沿着顶部光纤70发出的测试信号，那么将促使DFB TX 200沿着底部光纤72向节点B发射回一个脉冲，并由接收器RX(LCV) 104接收以完成循环，藉以通知节点B已收到测试脉冲。由于脉冲(由虚线73表示)是从节点A沿着底部光纤72向节点B发出的(底部光纤72的反向反射模式未在图中显示)，因此接收器RX OTDR 202可同时监听并进行底部光纤72的OTDR评估。
[0044]节点B在收到节点A的信号后，便已确认通往节点B的底部光纤72也是安全的(这一过程在图6和7的时间线和流程图中举例说明，并在下文进一步论述)。因此，在节点A和节点B之间，系统确认光纤或两根光纤(段)(亦称“一对光纤”)完好无损。一旦光纤经证实为完好无损(或者光密封)，高功率拉曼泵浦即可开启(或者从低能量上升至高能量)。
[0045]以前，OTDR测试在不进行链路连续性检验的情况下借助拉曼泵浦完成，如美国专利US 6，850，360 BI。拉曼泵浦的一个缺点是，使用的光波长如遇玻璃功率会迅速衰减。光纤中使用的玻璃设计为在1550 nm的波长下工作,而当拉曼泵浦在约1450 nm的波长下进行泵浦时，能量将迅速衰减，因此不会传送得特别远。节点之间光纤段第一部分中通过低能量拉曼光源进行的OTDR分析仅显示出该第一部分的情况。使用低能量拉曼光源无法完成整段光纤的验证，因此改用一种非常廉价的小型激光器一DFB。
[0046]本申请中所述的信号处理和序列提供了自动排序的信号，在节点A和B之间发射和接收，用于评估OTDR和LCV。以前会派遣一名操作员或技术员到节点B，及派遣另一名操作员或技术员到节点A，然后他们通过电话讨论OTDR和链路检验程序。
[0047]本申请中所述的操作提供了便利有效的光纤完整性检验，且操作员或技术员无需离开控制室。高功率拉曼光源可在节点A和B处进行控制，同时持续确保该区域内人员的安全，并由各个节点处的控制元件作出决定。节点B和节点A之间，及节点A和节点B之间用于检验节点之间一对光纤段的决策过程和通讯自动化在这之前还未被披露。
[0048]仅使用拉曼激光器(通过拉曼泵浦生成激光)作为OTDR和LCV测试用的光源也是可行的，如图4中所示。然而，这需要将拉曼泵浦激光器驱动电路设计成能够确保LCV测试用光功率电平保持在一个安全的低电平，即使在驱动电路发生故障时。由于光纤中OTDR脉冲和反射的存在，因此还可能导致数据信号在传输过程中出现一定程度的劣化。
[0049]图4中仅使用拉曼泵浦信号进行OTDR和LCV测试，不存在DFB TX0 RX OTDR250，260是OTDR信号的接收器，而RX LCV 252，262用于接收链路检验信号。实线和虚线70，、72，、73，、74，、76，和80，与图3中所示的实线和虚线70、72、73、74、76和80的功能相对应。
[0050]在一个实施例中，用基线直流光功率电平进行LCV测试，并叠加上OTDR脉冲(如在
IkHz下，具有0.1%的占空比)。然而，将相同的光脉冲用于OTDR测试和LCV信号也是可行的，因此，LCV功能不需要单独的直流光功率电平。这或许可以产生更好的OTDR灵敏度。但是由于脉冲参数必须足以确保LCV的正确操作，这会导致在设置OTDR脉冲参数的能力上丧失灵活性。
[0051]在另一个实施例中，一个节点处的单一光源生成OTDR测试信号，该测试信号以与光纤链路上的数据信号相反的方向传送，而LCV测试信号则以与光纤链路上数据信号相同的方向传送。附图5举例说明了这一实施例，其中各个节点处的DFB TX 300，400发射器包括一个激光二极管，该激光二极管生成与数据信号相反方向(用光纤310，320上的大实线和虚线三角形形状表示)传送的OTDR测试信号，及与数据信号相同方向传送的LCV测试信号。图5中的DFB信号与数据信号以相反方向传送。在顶部光纤310上，数据信号从节点A传送至节点B。底部光纤320上的数据信号从右向左传送。由于使用单一光源和单一接收器进行OTDR测试和LCV测试，因此这些设备在这两种测试模式之间的使用采用时分复用技术。
[0052]图6和7举例说明了图5所示结构在OTDR测试模式和LCV测试模式之间切换的协议。该协议定义了“随机等待”和“延迟”，以防止相邻节点同时启动发射脉冲及在连续操作期间的时间延迟，将预计收到OTDR脉冲的时间与预计收到链路检验脉冲的时间隔开。
[0053]图5中所示的传输光纤在单个节点处仅包括一个DFB TX (发射器)300, 400和一个 RX OTDR (接收器)302，402。
[0054]节点B处的RX OTDR 302是反射信号和链路检验DFB信号的接收器。节点B处的DFB TX 300沿着顶部光纤310和底部光纤320向左发射脉冲。顶部光纤310上的反射脉冲预计将在节点B处收到，该反射脉冲将由RX OTDR 302接收。(节点B处未检测到底部光纤上的反射脉冲)。
[0055]同时节点A处的DFB TX 400也沿顶部光纤310和底部光纤320向节点B发射激光，以检验顶部光纤310的链路连续性并向底部光纤320提供一个OTDR脉冲信号。若节点B (在接收器RX OTDR 302处)接收到了节点A处发射来的激光，则表明顶部光纤310没有故障。
[0056]如何分辨送达的信号是一个潜在的问题。可能会有两组DFB激光信号送达节点B处的RX OTDR 302 (节点B发射的反射信号和节点A发射的原始信号)，必须分辨出这两个信号。例如在节点A处DFB TX 400的发射信号中加入一个脉冲代码，这样接收器就能锁定传送回节点B处RX OTDR 302的信号形式(从而同其它信号区分开来)。如果接收的是信号代码，接收器则可获悉这一代码，因为接收器正在等待接收这一特定代码。若成功接收，则告知系统光纤完好无损。与其他结构相比，在这一结构中，各个节点处仅使用一个接收器，如302、402等，而无需再编程另一个接收器，并将其接入系统中，从而减少复杂性和节约费用。
[0057]图6所示垂直计时图举例说明了相邻节点间正常的(没有故障的光纤对)信号传输，包括OTDR反射和链路检验步骤，显示了两个循环过程。在正常运转的情况下，这一过程一旦开始，就会一直持续下去。图7所示为一个节点处发生的过程步骤，这些过程步骤的参考编号用于追踪图6所示节点A和节点B处发射和接收信号，即位于节点A和节点B之间的 OTDR 和 LCV。
[0058]如图7所示,这一过程从启动开始一直持续下去。一经“启动”(120),将节点计时器“T”重置归零，S卩“重置时间T=0”(122)步骤，再“监听链路检验脉冲”(123)，之后评估“是否从其他节点接收到链路检验脉冲”(124)。若未从其他节点处接收到脉冲(124)，则评估“是否Τ>Τ_随机”(130)(该实施例中，Τ_随机的设置值约为0.1-1.0秒)。若“是否Τ>Τ_随机”(130)的答案为“否”，则这一过程回到“监听链路检验脉冲”(123)步骤。若“是否Τ>Τ_随机”(130)的答案为“是”，则进入“发射脉冲”(132)步骤。另外，若“是否从其他节点处接收到链路检验脉冲”(124)的答案为“是”，则进行“重置时间Τ=0”(126)步骤，随后进入“等待直至Τ>Τ_延迟”(128)步骤，之后开始“发射脉冲”(132)步骤。
[0059]将对图7所示过程步骤和图6所示计时图之间的关联性予以说明。首先，假定随节点A和节点B之间光信号的传送，过程正沿既定的过程步骤“正常”进行，且无故障或评估步骤会导致该过程偏离既定步骤或是停留在分支过程中。如图6所示当节点受到激活(予以启动)时，节点Α、B同时进入“随机等待”的进程。图6所示的“随机等待”进程包括“随机等待”文字旁矩形框中说明的过程步骤(参见图7中编号相同的过程步骤)，即步骤120、122、123、124和130。“随机等待”进程一结束，则进入“发射脉冲”进程，即步骤132，以从节点A向节点B发射光脉冲。如图5所示，该实施例中，脉冲同时沿顶部光纤310和底部光纤320发射。
[0060]回到图7，可知在“发射脉冲”(132)步骤完成之后，则依次进入“重置时间Τ=0”步骤(134)，“捕获OTDR返回信号” (136)步骤，“是否Τ> Τ_延迟”(138)评估和“监听链路检验脉冲”(142)步骤。
[0061]如图6所示，节点A处的OTDR RX进程以从实线发出的箭头指向左下的虚线来表示，表示光信号正从节点A向节点B发射。矩形框内的参考编号(即步骤134、136、138、140和142)与图7中的过程步骤形成对应。
[0062]在图5中，返回虚线350表示的是底部光纤320中OTDR反射回节点A的光。
[0063]在图6所示的节点B处，“随机等待”和“延迟”进程参考图7中的过程步骤顺序进行，步骤参考编号位于进程名称旁侧的矩形框内，即120、122、123、124、126和128。以节点B为例，从节点A处接收到脉冲后，节点B重置其计时器到零点位置，经过T_延迟时间的等待，开始进入“发射脉冲”进程，如图7所示，该进程的代表编号和相关参考编号为132。节点B处的“发射脉冲”(132) —经发射，节点B处的OTDR RX进程以从实线发出的箭头指向右下的虚线来表示，表示光信号正从节点A向节点B发射。矩形框内的参考编号(即134、136,138,140和142)与图7中的过程步骤形成对应。
[0064]在图5中，返回虚线330表示的是顶部光纤310中OTDR反射回节点B的光。
[0065]回到图7，可知在“监听链路检验脉冲”(142)步骤完成之后，则开始评估“是否从其他节点接收到链路检验脉冲”(144)。“是否从其他节点接收到链路检验脉冲”(144)评估的结果若为“是”，则该过程将转入“0TDR追踪曲线是否正常”(152)的评估，若这一评估的结果为“是”，则进入“开启拉曼泵浦”(154)步骤以及“关闭警报”(156)步骤。
[0066]图6所示的与节点A处的“链路检验”活动/进程相关的上述步骤，与其旁侧矩形框中的图7中的步骤参考编号形成对应，即144、152、154和156。
[0067]另外，如图7所示，若“是否从其他节点接收到链路检验脉冲”(144)评估反馈的结果为“否”，则随后进入“是否Τ>τ_延迟”(146)评估。若“是否Τ>Τ_延迟”(146)评估的结果为“否”，则重复“监听链路检验脉冲”(142)步骤。若“是否Τ>Τ_延迟”(146)评估的结果为“是”，则进入“关闭拉曼泵浦”(148)步骤和“开启警报”步骤。一旦开始“开启警报”步骤，则过程可能中止或回到“重置计时器Τ=0” (122)步骤重启评估。
[0068]如图7所示，另一可选过程路径为:若“0TDR追踪曲线是否正常”(152)评估的反馈结果为“否”，则这一过程转入“关闭拉曼泵浦”(148)步骤及其后续步骤。
[0069]如图7所示，从“关闭警报”(156)步骤向前推移过程步骤，经过“重置计时器Τ=0”(158)步骤和“等待直至Τ>Τ_延迟”(160)步骤后，时间延迟相当于“Τ_延迟”，随后进入“发射脉冲”(132)步骤。
[0070]如图6所示，节点A处的下一进程为“延迟”进程，这一进程的操作对应图7相应矩形框中标有参考编号158和160的过程步骤，随后进入下一活动(过程步骤)，即节点A处的“发射脉冲”进程，对应图7相应矩形框中标有参考编号132的过程步骤，之后转入节点A处参考编号为134、136、130、140和142的“OTDR RX”进程/活动以及参考编号为144、152、154和156的“链路检验”活动。
[0071]现将图7已完整描述的过程步骤用作图6例示脉冲活动的余下计时的参考。节点A处的“发射脉冲”进程完成之后，节点A处转入“OTDR RX”活动，即步骤134、136、138、140和142。节点B处进入“延迟”进程(即步骤158和160)和“发射脉冲”进程(即步骤132)以从节点B向节点A发射脉冲，同时节点B处依次开始“OTDR RX”活动/进程(即步骤134、136、138、140和142)，“链路检验”活动(即步骤144、152、154和156)。图6所示节点A处的最后活动为“延迟”活动/进程(即步骤158和160)。
[0072]所述过程步骤对接收到的信号进行评估，若评估结果显示信号降至某一阀值或标准以下，则故障状态出现，导致警报响起，拉曼光源关闭。
[0073]图7所示流程图仅适用于图5所示实施例。图5显示的是一个接收器同时用作链路检验和OTDR功能。该结构中，接收器必须知道何时应处于OTDR模式，以及何时应处于链路检验模式。图3和图4所示实施例结构有分别专用于LCV和OTDR功能的独立接收器，因此无需考虑信号混淆的可能性。
[0074]通常说来，过程正常情况下，节点A发射出脉冲，一旦节点B接收到该脉冲后，再延迟某一固定时间后，即向节点A发送回一个脉冲。这一脉冲基本上就在节点A和节点B之间来回传送。至于如何管理节点A和节点B之间的启动(建立系统，以使两个节点之间仅有一个脉冲来回传送)，这一问题必须予以解决。其风险在于当这两个节点首次打开时，如果两个节点同时发射脉冲，则两个节点将无法确定正在接收的脉冲是响应脉冲还是OTDR脉冲，那么系统可能会陷入混乱状态。为了避免此类混乱，通常使用的方式是启动后随机等待一段时间。若在等待期间接收到脉冲，则说明这一脉冲显然不是来自这一节点，而肯定来自光纤另一端的那个节点，那一节点已经启动，且已经向这一节点发射脉冲。在这一情况下，从接收到外部脉冲时起，当前节点即进入正常过程。这就是“随机等待”状态过程所要达到的效果。若接收到一个外部脉冲后，停止随机等待过程，则进入正常的脉冲发射过程。
[0075]一旦将OTDR内置于正常运转的光纤结构中，系统控制装置可使系统操作员能够远程接入网络，远程登录处于网路中任何位置的设备，以便观测本申请所述的OTDR和LCV实时汇报的情况。
[0076]正如本申请所述，使用最少的硬件来实现OTDR和LCV的链路连续性。例如本案中，在各个节点处使用单一光源来执行OTDR和LCV的功能。使用单一光源，则无需使用能量去驱动其他光源，因此可减少能量消耗。能量消耗需求的降低同时也提高了系统的环保性。使用单一光源，可降低系统和控制元件的复杂性，同时提高系统可靠性，而本申请所述使用单一光接收器于OTDR和LCV评估的结构亦具有相似效果。
[0077]虽然前述说明针对的是以本发明为依据的实施例，但可在不偏离本发明基本范围的前提下对其他以及后续实施例进行修改，本发明的基本范围由权利要求进行界定。
【权利要求】
1.一种用于光放大链路的监控系统，包括用于生成光信号的单一光源，生成的光信号用于实施链路连续性检验(LCV)测试和光时域反射(OTDR)测试。
2.如权利要求1所述系统，其中，单一光源为激光二极管。
3.如权利要求1所述系统，其中，单一光源为拉曼激光器。
4.如权利要求1所述系统，其中，放大的光信号穿过链路沿第一方向定向传送，而用于LCV测试和OTDR测试的光信号则穿过链路沿第二方向定向传送,第二方向与第一方向相反。
5.如权利要求1所述系统，其中，放大的光信号和用于LCV测试的光信号穿过链路沿第一方向定向传送，而用于OTDR测试的光信号则穿过链路沿第二方向定向传送，第二方向与第一方向相反。
6.如权利要求1所述系统，其中，用于LCV测试和OTDR测试的光信号包括正基线功率电平，以及在基线功率电平基础上叠加的脉冲。
7.如权利要求1所述系统，其中，用于LCV测试和OTDR测试的光信号包括零基线功率电平，以及在基线功率电平基础上叠加的脉冲。
8.一种光纤放大节点，包括: 一个与第二光连接器光耦合的光接收器，该第二光连接器与两个通信节点之间一对光纤对的第二光纤段第一端连接，该光接收器根据设计检测OTDR和LCV信号；以及一个与第一连接器和上述第二连接器光耦合的光源，所述连接器分别与通信节点之间一对光纤对的第一光纤段和第二光纤段的第一端连接，该光源用于生成检测这一节点与另一节点之间的OTDR和LCV信号，所述另一节点为通信节点之间一对光纤段第二端上另一同样配置的节点。
9.如权利要求8所述光纤放大节点，其中，所述光源同时与通讯节点之间一对光纤段的所述第一光纤和第二光纤的第一端连接，从而同时向两个连接器发射光信号。
10.监测光纤链路两个节点之间至少一对光纤的方法包括: 使用第一个节点的光源发射第一个节点光测试脉冲，从两个节点之间一对光纤中第一光纤段上两个节点中的第一个节点向第二个节点发射； 在所述第一个节点上检测所述第一光纤段中的所述第一个光测试脉冲的反射； 在所述第二个节点上检测收到的所述第一光纤段中的所述第一个光测试脉冲； 使用第二个节点的光源发射第二个光测试脉冲，从两个节点之间一对光纤中第二光纤段上两个节点中的第二个节点向第一个节点发射； 在所述第二个节点上检测所述第二光纤段中的所述第二个光测试脉冲的反射； 在所述第一个节点上检测收到的所述第二光纤段中的所述第二个光测试脉冲； 其中，如果在超过预设定的固定系统时间参数τ_延迟的时间内未确认在所述第二个节点上是否收到所述第一个光纤段中的所述第一个光测试脉冲，那么启动线路故障信号。
11.监测光纤链路两个节点之间至少一对光纤的方法包括: 使用第一个节点的光源发射第一个节点光测试脉冲，从两个节点之间一对光纤中第一光纤段上两个节点中的第一个节点向第二个节点发射； 在所述第一个节点上开始检测所述第一光纤段中的所述第一个节点光测试脉冲的反射；将在所述第一个节点上检测到的所述第一光纤段中所述第一个节点光测试脉冲的反射与指定的第一个反射参数进行对比； 其中，如果对比结果显示在所述第一个节点上检测到的所述第一光纤段中所述第一个节点光测试脉冲的反射符合所述指定参数，那么继续这一过程； 其中，如果对比结果显示在所述第一个节点上检测到的所述第一光纤段中所述第一个节点光测试脉冲的反射不符合所述指定参数，那么启动第一个线路故障信号； 等待乙延迟时间，然后在所述第二个节点上开始检测收到的所述第一光纤段中的所述第一个节点光测试脉冲； 其中，如果确认在所述第二个节点上已收到所述第一光纤段中的所述第一个节点光测试脉冲，那么: 使用第二个节点的光源发射第二个光测试脉冲，从两个节点之间一对光纤中第二光纤段上两个节点中的第二个节点向第一个节点发射； 在所述第二个节点上开始检测所述第二光纤段中的所述第二个节点光测试脉冲的反射； 将在所述第二个节点上检测到的所述第二光纤段中的所述第二个节点光测试脉冲的反射与指定的第二个反射参数进行对比； 其中，如果对比结果显示在所述第二个节点上检测到的所述第二光纤段中的所述第二个节点光测试脉冲的反射符合所述指定参数，那么继续这一过程； 其中，如果对比结果显示在所述第二个节点上检测到的所述第二光纤段中的所述第二个节点光测试脉冲的反射不符合所述指定参数，那么启动第二条线路的故障信号； 等待乙延迟时间，然后在所述第一个节点上开始检测收到的所述第二光纤段中的所述第二个光测试脉冲；其中，如果在超过τ_延迟的时间内未确认在所述第二个节点上是否收到所述第一个光纤段中 的所述第一个节点光测试脉冲，那么启动线路故障信号。
12.如权利要求11所述方法，其中，启动所述故障信号可立即关闭系统。
【文档编号】H04B10/071GK103843263SQ201280039501
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年8月13日 优先权日:2011年8月12日
【发明者】伊恩.麦克林, 马尼什.沙玛 申请人:奥兰诺科技有限公司