用于执行带内和带外otdr测试的光线路终端及其方法

专利名称：用于执行带内和带外otdr测试的光线路终端及其方法
技术领域：
本发明主要涉及无源光网络(P0N)，更具体地，涉及集成在用于执行光时域反射计(OTDR)测试的光线路终端(OLT)的光学模块中的光网络单元(0NU)。
背景技术：
无源光网络(PON)包括连接点对多点网络中的多个光网络单元(ONU)的光线路终端(OLD)。已经开发了新的标准以定义不同类型的P0N，每个PON用于不同的目的。例如，相关领域中已知的各种不同PON类型包括宽带PON (BP0N)、以太网PON (EP0N)、万兆以太网 PON (IOG-EPON)、千兆 PON (GP0N)、万兆 PON (XG-P0N)、和其他 P0N。图1中示意性地示出了典型的P0N100的示例图。P0N100包括通过无源光分路器140和光纤连接PLT130的N个0NU120-1到120-N (总称为0NU120)。在GPON中，例如，利用GPON封装方法(GEM)在两个光波长上实现流量数据传输，其中一个波长用于下行方向，另一个波长用于上行方向。因此，从0LT130的下行传输广播至所有0NU120。每个ONU120根据预先分配的标签(例如，GPON中的GEM端口 -1D)过滤其各自的数据。分路器140是I到N分路器，例如，能够分配单个PLT130和N ONU120之间的流量。在大多数PON结构中，上行传输在基于TDMA的访问中在0NU120之间共享，通过OLT130控制。TDMA要求0LT130在允许协调访问上行链路之前首先发现ONU和测量ONU的往返时间。为此，0LT130在测距状态(ranging state)期间尝试确定终端单元(即0NU120)之间的距离(range)以至少找出0LT130和每个0NU120之间的RTT。为了协调共享上行链路的所有0NU120的基于TDMA的访问，每个0NU120的RTT是必须的。在正常操作模式期间，由于光纤链路的温度变化，OLT130与0NU120之间的距离可能随着时间改变(其导致光纤上信号传播时间改变)。因此，OLT130连续地测量RTT，并且相应地调节每个ONU的TDMA方案。如图2中示意性所示，例如，在GPON或XG-PON中可操作的0LT200包括电气模块(electrical module) 210和光学模块220。电气模块用于处理所接收的上行突发信号(upstream burst signal)和生成下行信号。电气模块210通常包括网络处理器和介质访问控制(MAC)适配器，其中介质访问控制适配器设计用于根据各自的PON标准加工和处理上行信号和下行信号。光学模块220在大多数情况下实施为小型可插拔(SFP)收发器，其接收从ONU发送的光突发信号，并且将连续的光信号传输至0NU。接收和发送信号是通过两个不同的波长进行的。例如，在GPON中，在下行方向上，光学模块220生成1480nm到1500nm的光信号(被称为15XY)，以及在上行方向上接收1260nm和1360nm之间的光信号(在GPON中也被称为 13XY)。光学模块220包括耦接至传输激光二极管的激光驱动二极管221，传输激光二极管基于激光二极管驱动器221提供的电信号生成光信号。模块220还包括耦接至接收二极管的限幅放大器222，接收二极管生成与光输入突发信号的光量成比例的电流。限幅放大器222生成表明所接收的突发信号是‘I’还是‘0’逻辑值的两个电流电平。接收器/发送器光学元件(S卩，光电二极管和激光二极管)实现为双向光学子组件(BoSa)模块223，其可以发送和接收高速率光信号。光学模块220还包括控制器224，其通过I2C接口与电气模块210进行通信，并且执行涉及收发器的校准和监控的任务。OLT的供货商通常开发和制造OLT的电气模块210，其中光学模块220通常是现成的收发器，例如SFP、XFP等等。因此，电气模块210和光学模块220之间的接口是与任何类型的SFP收发器兼容的标准接口。如图2中所示，接口包括用于接收(RX)数据、传输(transmit) (TX)数据、TX使能信号、RX复位信号的导线和用于接口连接在电气模块210与控制器224之间的I2C。I2C接口是数据速率达4Mb/sec的相对较慢的串行接口。相反，RX数据和TX数据接口是高速接口，其中信号在这些接口的数据速率作为PON的数据速率(例如，在GPON中是lGb/sec)。在某些PON配置中，专用ONU连接P0N，用于执行维护和服务可用性应用程序。例如，专用ONU可以用作保护机制的一部分。其他实例包括，专用ONU可以用于执行在PON中的光学时域反射计(OTDR)分析、测量RTT值、检测光学故障等等。在PON中利用专用ONU的实例可以参见转让给共同授让人的共同未决美国专利申请第12/648，885号和第13/189，935号，其内容通过引用结合到本文。光学故障及光学故障在PON中的位置可以利用光学时域反射计(0TDR)检测。OTDR的原理包括在测试下在光纤的一端将一串光脉冲注入光纤并且也从光纤的相同端提取从沿着光纤的点散射(瑞利反向散射)或反射回来的光。测量返回信号的强度和作为时间的函数积分，并且可以作为光纤长度的函数绘图。可以分析结果以确定光纤的长度、总衰减、光学故障(例如破裂)以及测 量光 回波损耗(optical return loss)。OTDR测量可以在PON中利用带夕卜、带内、或专用波长技术执行。带外测试要求停止网络的正常操作和利用外部OTDR工具验证光纤。这可以利用例如独立、不取决于且不同于用于传送客户服务流量的其他波长的波长和测试脉冲来执行。当网络有效时，执行带内OTDR测试。然而，该测试要求专用OTDR测试信号。在传统的带内OTDR方案中采用的OTDR测试信号是AM调节的或FM调节的。然而，这样的信号只能在PON的测试期间传输，在此期间数据信号无法传输至0NU。其他OTDR方案采用专用上行波长来测量光纤的反射。利用外部测试装置执行这些OTDR技术，外部测试装置可以是连接在PON中并适用于执行OTDR测量的专用光单元或OTDR工具。在传统的解法中，专用ONU通过光纤(可以是专用光纤、PON的光纤、或其组合)连接0LT。因此，利用专用ONU执行的ODTR测量应当考虑连接OLT和ONU的光纤诱导的延迟。诱导延迟通常通过测距处理确定。此外，专用ONU应当在距离OLT的较小光学距离内。然而，在用于检测光学故障的系统内并不总是如此。作为实例，申请13/189，935中讨论的系统，其中OLT通过分路器和专用光纤连接专用ONU(即并列的ONU)，形成用于传输信号的光链路，以便于进行故障检测。

发明内容
本发明的某些实施方式包括在无源光网络(PON)中可操作和构造为执行OTDR测量的光线路终端(OTL)。OLT包括:用于生成连续的下行信号和根据PON的通信协议处理所接收的上行突发信号的电气模块；用于传输第一波长的连续光信号、接收第二波长的光上行突发信号、和传输第三波长的光上行突发信号的光学模块，其中光学模块进一步包括电率禹接至光学模块和电气模块的光网络单元(ONU)流量处理模块(traffic processingmodule)，其中光网络单元(ONU)流量处理模块被配置为仿真多个PON光网络单元(ONU)中的一个光网络单元、生成作为第三波长的光上行突发信号传输的分析模式(analysispattern,分析图案)、以及分析在第二波长的光上行突发信号(optical upstream burstsignal，上行突发光信号)中接收的分析模式以执行OTDR测量；以及用于在电气模块和光学模块之间接口连接的接口。本发明的某些实施方式还包括在无源光网络(PON)中可操作和构造为执行带内OTDR测量的光线路终端(OTL)。OLT包括:用于生成连续的下行信号和根据PON的通信协议处理所接收的上行突发信号的电气模块；用于传输第一波长的连续光信号、接收第二波长的光上行突发信号、和传输第二波长的光上行突发信号的光学模块，其中光学模块进一步包括电耦接至光学模块和电气模块的光网络单元(ONU)流量处理模块，其中光网络单元(ONU)流量处理模块被配置为仿真多个PON光网络单元(ONU)中的一个光网络单元、生成将作为第二波长的光上行突发信号传输的分析模式、以及分析在光上行突发信号中接收的分析模式以便于执行OTDR测量，第一波长和第二波长是在PON的通信标准中定义的波长；以及用于在电气模块和光学模块之间接口连接的接口。本发明的某些实施方式还包括在无源光网络(PON)中可操作和构造为执行带内OTDR测量的光线路终端(OTL)。OLT包括:用于生成连续的下行信号和根据PON的通信协议处理所接收的上行突发信号的电气模块；用于传输第一波长的连续光信号、接收第二波长的光上行突发信号、和传输第二波长的光上行突发信号的光学模块，其中光学模块进一步包括电耦接至光学模块·和电气模块的光网络单元(ONU)流量处理模块，其中光网络单元(ONU)流量处理模块被配置为仿真多个PON光网络单元(ONU)中的一个光网络单元、生成将作为第二波长的光上行突发信号传输的分析模式、以及分析在光上行突发信号中接收的分析模式以便于执行OTDR测量，第一波长和第二波长是在PON的通信标准中定义的波长；以及用于在电气模块和光学模块之间接口连接的接口。本发明的一个方面涉及一种在无源光网络(PON)中可操作的并且被构造用于执行OTDR测量的光线路终端(0TL)，包括:电气模块，用于根据所述PON的通信协议生成连续的下行信号和处理所接收的上行突发信号；光学模块，用于传输第一波长的连续光信号、接收第二波长的光上行突发信号、和传输第三波长的光上行突发信号；其中，所述光学模块进一步包括电耦接至所述光学模块和所述电气模块的光网络单元(ONU)流量处理模块，其中所述ONU流量处理模块被配置为仿真所述PON的多个光网络单元(ONU)中的一个、生成要作为所述第三波长的光上行突发信号传输的分析模式、以及分析所述第二波长的光上行突发信号中接收的分析模式以执行所述OTDR测量；以及接口，用于在所述电气模块和所述光学模块之间接口连接。上述的OLT中，优选所述光学模块进一步包括:光子组件模块，包括在所述第一波长可操作的第一激光二极管、在所述第二波长可操作的第二光电二极管、以及在所述第三波长可操作的第三激光二极管，其中所述第一波长和所述第二波长是所述PON的通信标准中定义的波长；激光驱动器，耦接至所述第一激光二极管；限幅放大器，耦接至所述第二光电二极管；突发激光驱动器，耦接至所述第三激光二极管；控制器，耦接至所述接口的I2C线路；信号切换单元，耦接至所述限幅放大器并由所述ONU流量处理模块启动以将接收的上行信号中继至所述电气模块；以及信号分路器，耦接至所述接口的传输数据线路，并且将所述电气模块生成的连续的下行信号的重复信号提供给所述ONU流量处理模块。上述的OLT中，优选所述ONU流量处理模块进一步耦接至所述限幅放大器的输出端以接收所接收的突发信号各自的重复突发信号。上述的OLT中，优选所生成的分析模式是包括低速率成分的高速率数据模式。上述的OLT中，优选所述OTDR测量是带内OTDR测量。上述的OLT中，优选所述ONU流量处理模块被进一步配置为:将所生成的分析模式封装在遵守所述PON的通信协议的上行数据帧中，其中所述上行数据帧作为所述第三波长的光上行突发信号传输；接收包括所述分析模式的上行数据帧，其中所述上行数据帧包括在所接收的第二波长的光上行突发信号中；以及将所生成的分析模式和所接收的分析模式自相关，其中自相关结果表示所述带内OTDR测量。上述的OLT中，优选所述自相关结果各自的异常事件表明所述PON的光径中的故障，并且这些事件的发生时间表明光径中所述故障的位置。上述的OLT中，优 选所述第二波长等于所述第三波长，所述第三波长是多个ONU用于上行通信的波长。上述的OLT中，优选所接收的分析模式表示来自所述PON的光径的反射，所述光径包括所述PON中的光纤和光学元件。上述的OLT中，优选所述OTDR测量是带外OTDR测量。上述的OLT中，优选所述光学模块进一步包括用于接收所述第三波长的光上行突发信号的第三光电二极管，其中所述第三波长是所述PON的通信协议未定义的专用波长。上述的OLT中，优选所述ONU流量处理模块被进一步配置为:将所生成的分析模式封装在上行数据帧中，其中所述上行数据帧作为所述第三波长的光上行信号传输；接收包括所述分析模式的上行数据帧，其中所述上行数据帧包括在所述第三波长的所接收的光上行信号中；以及将所生成的分析模式和所接收的分析模式自相关，其中自相关结果表示所述带外OTDR测量。上述的OLT中，优选所述第三波长的上行信号是连续光信号和突发光信号中的任
意一个。上述的OLT中，优选所述ONU流量处理模块被进一步配置为:生成包括所述自相关结果的曲线图；以及比较所生成的曲线图和表明所述PON的光径的正常性态以检测所述光径中的故障。上述的OLT中，优选检测的故障包括至少以下之一:受损光纤、光纤弯曲、不良接合、脏连接器和光线切断。
上述的OLT中，优选所述电气模块被配置为分配上行时隙用于所述ONU流量处理模块传输上行突发信号。上述的OLT中，优选所述接口是小型可插拔(SFP)接口。上述的OLT中，优选所述PON是以下任何一个:以太网PON(EPON)、万兆以太网PON(IOG-EPON)、千兆 PON (GP0N)、和万兆 PON (XG-PON)0本发明的另一个方面涉及一种在无源光网络(PON)中可操作的并且被构造用于执行带内OTDR测量的光线路终端(0TL)，包括:电气模块，用于根据所述PON的通信协议生成连续的下行信号和处理所接收的上行突发信号；光学模块，用于传输第一波长的连续光信号、接收第二波长的光上行突发信号、和传输第二波长的光上行突发信号；其中，所述光学模块进一步包括电耦接至所述光学模块和所述电气模块的光网络单元(ONU)流量处理模块，其中所述ONU流量处理模块被配置为仿真所述PON的多个光网络单元(ONU)中的一个、生成要作为所述第二波长的光上行突发信号传输的分析模式、以及分析所述光上行突发信号中接收的分析模式以执行OTDR测量，所述第一波长和所述第二波长是所述PON的通信标准中定义的波长；以及接口，用于在所述电气模块和所述光学模块之间接口连接。 上述的OLT中，优选所述ONU流量处理模块被进一步配置为:将所生成的分析模式封装在遵从所述PON的通信协议的上行数据帧中，其中所述上行数据帧作为所述第二波长的光上行突发信号传输；接·收包括所述分析模式的上行数据帧，其中所述上行数据帧包括在所接收的第二波长的光上行突发信号中；以及将所生成的分析模式和所接收的分析模式自相关，其中自相关结果表示所述带内OTDR测量。本发明的又一个方面涉及一种在无源光网络(PON)中可操作的并且被配置为执行带外OTDR测量的光线路终端(0TL)，包括:电气模块，用于根据所述PON的通信协议生成连续的下行信号和处理所接收的上行突发信号；光学模块，用于传输第一波长的连续光信号、接收第二波长的光上行突发信号、传输第三波长的分析光上行突发信号、和接收第三波长的分析光上行突发信号；其中，所述光学模块进一步包括电耦接至所述光学模块和所述电气模块的光网络单元(ONU)流量处理模块，其中所述ONU流量处理模块被配置为仿真所述PON的多个光网络单元(ONU)中的一个、生成要作为所述第三波长的分析光上行突发信号传输的分析模式、以及分析所述分析光上行突发信号中接收的分析模式以执行OTDR测量，其中所述第三波长是所述PON的通信标准中未定义的专用波长；以及接口，用于在所述电气模块和所述光学模块之间接口连接。上述的OLT中，优选所述ONU流量处理模块被进一步配置为:将所生成的分析模式封装在上行数据帧中，其中所述上行数据帧作为所述第三波长的分析光上行信号传输，所述上行数据帧不遵守所述PON的通信协议，其中所述第三波长的上行信号是连续光信号和突发光信号中的任意一个；接收包括所述分析模式的上行数据帧，其中所述上行数据帧包括在所述接收的第三波长的分析光上行信号中；以及将所生成的分析模式和所接收的分析模式自相关，其中自相关结果表示所述带外OTDR测量。


当说明书的结论的权利要求中特别指出和明确要求了关于本发明的主题。结合附图，根据下面的详细说明本发明的前述和其他特征和优势将是显而易见的。
图1是PON的示意图。图2是传统OLT的框图。图3A是根据一个实施方式的设计用于执行ONU功能和带内OTDR测量的OLT的框图。图3B是根据一个实施方式的设计用于执行ONU功能和带外OTDR测量的OLT的框图。图4是用于描述本发明的不同实施方式的PON的示意图。图5是示出了根据一个实施方式的用于利用图3A中所示的OLT执行带内OTDR的方法的流程图。图6是示出了根据一个实施方式的用于利用图3B中所示的OLT执行带外OTDR的方法的流程图。图7A和7B示出了利用本发明的实施方式生成的重新调节信号的功率随时间的曲线图。
具体实施例方式应该注意到，所公开的实施方式仅仅是本文中的创新技术的许多有利用途的实例。通常，本公开的说明书中进行的陈述不一定是限制不同的要求保护的发明的任何方面。而且，某些陈述可以应用于某些发明特征，而不能应用于其他一些发明特征。通常，除非明确指明，否则单数元件可以是复数元件，反之亦然，不失一般性。在附图中，相似的参考数字是指贯穿多个图的相似零件。图3示出了根据一个实施方式构造的光线路终端(OLT) 300的示例性的和非限制性图。0LT300包括通过标准接口 330彼此连接的电气模块310和光学模块320。接口 330提供用于传输(TX)信号、接收(RX)信号、用于激活至ONU的传输的TX使能信号、用于复位电流突发信号的接收的RX复位信号以及控制(I2C)信号的连接性。如上所述，接口 330提供与不同类型SFP或可在OLT中操作的其他标准收发器兼容的标准连接性。电气模块310处理所接收的上行信号和生成下行信号。电气模块310通常包括设计用于根据各自的PON标准加工和处理上行信号和下行信号的网络处理器和PON MAC适配器。在一个实施方式中，电气模块310处理与EP0N、10G-EP0N、GPON和XG-PON中至少任何一个兼容的PON上行和下行流量。在下行方向上，连续信号例如在GPON中以GEM帧或在XG-PON中以XGEM帧的形式发送至连接PON的所有0NU。每个ONU根据预先分配的标签(例如，在GPON中GEM端口 -1D)过滤其各自的数据。电气模块310为每个ONU分配时隙，在时隙中ONU可以将数据发送至0LT。在上行方向上数据的接收是从ONU发送的突发信号的接收。光学模块320接收从ONU发送的上行光突发信号，并且将下行连续光信号传输至0NU。通过两种不同的波长接收和发送这些下行/上行信号。例如，在GPON中，在下行方向上，光学模块320生成15XY波长的光信号，和在上行方向上接收13XY波长的光信号。光学模块320包括分别稱接至传输激光二极管(transmit laser diode)和接收光电二极管的激光驱动二极管321和限幅放大器(Amp)驱动器322。以上根据图2描述了激光驱动器321和放大器322的功能。控制器323通过I2C接口与电气模块310通信，并且执行涉及收发器的校准和监控的任务。根据实施方式，耦接至激光驱动二极管321和限幅放大器322的发送光元件和接收光元件是光子组件(OSA)模块324的一部分。在一个实施方式中，OSA模块324是三工器(triplexer)。根据该实施方式，除了一对传输/接收光学元件之外,OSA模块324还包括传输激光二极管，下文中用于在PON下行中以ONU利用的波长传输突发光信号的“0NU-TX-激光二极管”(未示出)。举非限制性实例来说，在0LT300的GPON实施中，OSA模块324包括传输15XY波长的信号的传输激光二极管、用于接收13XY波长的光信号的接收光电二极管、以及用于传输13XY波长的信号的ONU-TX-激光二极管。ONU-TX-激光二极管是由突发激光驱动器326驱动的。突发激光驱动器326生成两个电流信号:偏置和调制。偏置电流确定ONU流量处理模块340生成的突发信号的‘0’电平的光功率，调制电流确定ONU流量处理模块340生成的突发信号的‘I’电平的光功率。根据另一个实施方式，OSA模块324是包括四个光学元件，两个激光二极管和两个光电二极管的四工器(quad-plexer)。在OLT的波长(以上提供的实例)操作的第一对传输/接收光学元件、和第二对传输/接收光学元件用于传输/接收ONU流量处理模块340的信号。第二对传输/接收光学元件的波长可以是定义用于通过PON中的ONU的上行通信的波长或未由各自的PON通信标准定义的专用波长。一对传输/接收光学元件分别包括激光二极管和光电二极管。根据本文中公开的不同实施方式，集成在0LT300的光学模块320中的是ONU流量处理模块340，其耦接至信号分路器335，用于接收将传输至PON的信号。ONU流量处理模块340进一步连接限幅放大器322的输出端，从而将所接收的突发信号的重复样本(duplicated sampIe)提供给模块340。在实施方式中，模块340还可以连接信号切换单元327，将突发信号直接传输至OLT电气模块310，以及经过P0N。如果电气模块310的RX数据来自PON或模块340，那么选择是基于ONU流量处理模块340断言的突发使能信号。
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ONU流量处理模块340被配置为PON中的任何其他0NU。也就是说，ONU流量处理模块340分配有下行流量可以指向其的唯一 0NU-1D。而且，OLT的300凭借电气模块310可以将时隙分配给ONU流量处理模块340，用于传输上行数据。ONU流量处理模块340电连接0LT300。因此，0LT300传输的数据不通过PON的光纤接收，而是通过信号分路器325在模块340接收。因此，ONU流量处理模块340和0LT300之间的光学距离实际上为零，因为该距离由模块310和模块340之间的电学路径确定。ONU流量处理模块340包括数据包处理器和PON MAC适配器(都未示出)。数据包处理器一般执行PON处理任务,例如滤波、转发和学习(forwarding-and-learning)、流分类、数据包分类、数据包排队和加工(shaping)、数据包重组等等。因为模块340未连接用户装置，所以数据包处理器只处理下行数据流，即从OLT发送的数据。在实施方式中，模块340的数据处理器被配置为生成一组预定义的数据模式，其可以通过OSA模块324发送至P0N，最终可以由0LT300接收。这样生成和发送的数据模式用于各种维护和服务可用性应用程序，包括但不限于，PON保护、利用OTDR测量进行的光学故障的检测、RTT测量等等。在其他实施方式中，模块340可以被配置为用数据包响应来自OLT的通信。包括在ONU流量处理模块340中的PON MAC适配器根据PON网络的类型处理下行流量。在实施方式中，模块340的PON MAC适配器处理GPON或XG-PON流量。在该配置中，PON MAC适配器支持多个流量容器(traffic container)(T-CONT)0 T-C0NT是虚拟上行信道，其带宽由OLT的电气模块310授权。可以为0NU、服务分类(CoS)、或逻辑ONU分配单个T-CONT。PON MAC适配器保持T-CONT队列作为T-CONT的数量，并且周期性地请求数据包，从而填充特定的T-CONT队列。包括在光学模块320内的ONU流量处理模块340用作专用0NU。然而，与传统的方案相不同，光学ONU流量处理模块340电连接至0LT300，不经过光纤。因此，不需要使用滤光器和创建专用光学链路，因此当需要这种专用ONU时，改进的0LT300简化了 PON的布局。改进的0LT300进一步简化了各种维护和服务可用性应用程序的处理，维护和服务可用性应用程序可以用专用ONU (即ONU流量处理模块340)执行。ONU流量处理模块340可以实施为集成在光学模块320中的集成电路(1C)、专用集成电路(ASIC)、或现场可编程门阵列(FPGA)。在示例性的实施方式中，ONU流量处理模块340可以实现为美国专利7，643，753中描述的加强PON处理器或共同未决的美国专利申请第12/821，931号中描述的具有可编程数据路径的PON处理器，两者共同转让给与本申请的受让人相同的受让人，因而其内容以引用方式结合到本文。根据示例性的实施方式，当使用专用ONU时，微处理器和/或网络处理器可以适用于执行维护和服务可用性应用程序。应当注意，ONU流量处理模块340集成在OLT光学模块320中提供标准化的快速通信信道给光学模块320，而没有改变标准接口 330。通过PON或通过信号切换单元327将下行数据发送至模块340并接收模块340生成的响应信号实现该通信信道。通信信道遵守PON通信标准。如上所述，在 该通信信道，可以传输涉及测试PON和OLT的性能、光学故障的检测、RTT测量、OTDR测量等处理中使用的信号。而且，通过利用PON的标准通信协议传输所有这样的处理及其信号。根据本发明的实施方式，改进的0LT300可以用于执行带内和带外OTDR测量。通过如下信号执行带内0TDR，该信号由ONU流量处理模块340生成并且通过PON中其他ONU使用的波长进行传输。在0LT300接收回反射信号，并且由模块340处置。在另一个实施方式中，如图3B中所示，L0T300处于其四工器配置，即OSA模块是四工器。该配置用于执行用于生成在专用波长传输的分析信号的带外0TDR。也在专用波长在ONU流量处理模块340经连续接收器328接收反射信号，以便于执行OTDR测量。根据本文中公开的实施方式，在带内和带外OTDR技术中，均可以在不终止PON的操作的情况下执行OTDR测量。实现OTDR技术，如图4中所示在P0N400中连接0LT300。应当注意，0LT300用作P0N400的OLT。0LT300可以如结合图3A和图3B所讨论那样实现。也即是说，0LT300执行PON的各个通信协议定义的所有任务。这些任务至少包括为0NU420-1到420-N的传输数据分配时隙、接收和处理来自0NU420-1到420-N的上行突发数据、以及生成下行数据并将其发送至0NU。此外，如上所述0LT300控制ONU流量处理模块340。OTDR测量可以用于检测0LT300与0NU420-1到420-N中的每个ONU之间经过分路器430的光径(例如光径410)中的任何位置的故障。所检测的故障可以至少包括光纤受损、光纤弯曲、不良接合、脏连接器、光纤切断等等。图5是示出了利用根据本发明实施方式的0LT300执行带内OTDR的方法的非限制性的示例流程图500。在S510，将一个或多个时隙分配用于ONU流量处理模块340的分析模式的传输。在S520中，分析模式是由ONU流量处理模块340生成的。根据一个实施方式，分析模式是包括高频成分的低速率数据模式。分析模式满足PON的通信需求，但是同时可以被分析以确定以上所述的故障以及故障在光径的位置。例如，如果PON中安装有0LT300，那么分析模式保持GPON的连续相同数字(CID)需求，例如，CID〈72比特，并且该模式的传输速率为GPON中的可允许上行数据速率。在示例性的实施方式中，分析模式的创建包括利用低速率多项式(low ratepolynomial)生成数据模式、对数据模式应用全速率重复比特函数(full rate repeatingbits function)生成第一比特序列、在第一比特序列和由扰频器多项式(scramblerpolynomial)生成的第二比特序列之间执行第一逐比特异操作(first bit-wise-xoroperation)从而生成分析比特序列、以及在分析比特序列和由扰频器生成的第三比特序列之间执行第二逐比特异操作从而生成分析模式。用于生成分析模式的详细讨论可以参见以上引用的共同未决申请13/189,935。在S530，将生成的分析模式封装在从ONU模块340在上行方向上发送至0LT300的数据帧中。例如，在GPON中，生成的分析模式可以包括在一个或多个上行GEM帧中。在S540，上行数据帧通过OSA模块324传输至光纤410。上行数据帧在PON的其他ONU (例如0NU420-1到420-N)进行上行传输所使用的波长作为光突发信号发送。例如，在GPON中，使用的波长是13XY。在S550，在用于ONU的上行通信的波长下在OSA模块324的接收光电二极管的0LT300中接收上行光信号(部分地携带分析反馈)。所接收的光信号是从光纤410反射的或是在光纤410的一端送回的。在限幅放大器322的输出端的所接收的上行信号还输入到ONU流量处理模块340。在S560，ONU流量处理模块340分析所接收的上行信号，以便于执行OTDR测量，其可以用于检测0LT300和0NU420之间的光径的故障以及故障的精确位置。可以在光纤410的任何点(例如，距离0LT300120米)以及光径中光学元件(例如光连接器、分路器等)的任
何位置确定故障位置。应当注意，流量处理模块340可以接收所有0NU420-1到420-N发送的上行突发信号。然而，对于OTDR测量，只分析所接收的携带分析模式的信号。根据示例性的实施方式，利用所接收的包括分析模式的信号和所生成的分析模式的拷贝之间的时移自相关函数执行分析。对N个必需的比特移位(bit-shift)重复该分析。比特移位数N表示与信号正被分析的OTDR的距离，其中所述信号相对于表示PON的所有可能的测量延迟的其他信号移动I。参数N是可以确定OTDR测量的分辨率的可配置参数。为了提供更高的分辨率，所生成的分析模式应当是更高模式速率的发送器(transmitter)。作为一个非限制性实例，信号分析期间使用的自相关处理可以如下定义:Autocorrelation (Ti) {analog amount} = sum o f ( (RX_APbit-wise-xor ( analogGEN_AP(Ti)))with quantization ofn bits,其中 n>l
其中，RX_AP是所接收的分析模式，GEN_AP是所生成的分析模式。自相关(Autocorrelation)是具有光程的长度的矢量。矢量的每个元素是传输的模式和接收的模式之间的相关量的值，其中相关比特延迟表示测量的距离。AutoCorrelation(Ti)的值可以表示光径在点C*Ti/2 (C是光在光纤中的速度)的条件。在任何Ti的所测量的自相关表示从光径中各自的第i次移位的位置的反射功率。根据一个实施方式，自相关函数在时间Ti的值可以与表明在光径上的位置(各自的时间Ti)的正常或可接受行为的值相比较，任何偏差是故障指示。应当注意，所测量的相关性(correlation)表示高于或低于表示光径中的不同故障的标准的值(即反射功率)。例如，更高的反射功率值可以表示光纤损坏/破损，而低于标准的反射值表明光纤中由于例如弯曲、不良接合、直连式连接器或光纤切断出现衰减。在S570，生成表示自相关结果的曲线图。自相关函数结果表示OTDR测量。自相关曲线图中的任何异常结果在曲线图中是显而易见的(例如，作为尖峰信号)，并指示光径中的故障。异常结果可以是噪声、速度变化和相关曲线图的频率的函数。因为由ONU流量处理模块340执行分析，ONU流量处理模块340负责发送分析模式和接收由PON反射的该模式，所以不需要执行作为OTDR处理的一部分的任何测距处理。因此,所公开的实施方式简化了 PON中带内OTDR测量的执行。应当注意，需要时，0LT300可以执行测距处理。然而，对于根据本文中公开的教导的OTDR测量来说，不需要执行测距处理。在以上所描述的实施方式中，为了执行OTDR测量的所接收模式的分析(例如S570和S580)由ONU流量处理模块340执行。在另一个实施方式中，可以利用0LT300的电气模块310或被配置为执行时移校正的计算处理器执行这样的分析。根据实施方式，模块340通过信号切换单元327提供所生成的分析模式。稍后将该分析模式与所接收的包括模式分析的突发信号(由模块340通过0SA324生成和发送的)自相关。可以如上所述地执行自相关。应当注意，因为ONU流量处理模块340和电气模块310之间的光径几乎为零，所以没有在执行OTDR测量时应当确定或考虑的光延迟。图6是示出了根据本发明的实施方式的利用0LT300执行带外OTDR测量的方法的非限制性的示例流程图600。根据此实施方式，0SA324是如图3中所示的四工器，OSA支持PON的各个通信协议标准中未定义的其他波长(下文中称为专用波长)。例如，PON中的专用波长将不选择在13XY和15XY的范围内。专用波长的值可以是制造0SA324的成本的函数。为了支持专用波长，0SA324包括用于发送光信号的层二极管和用于接收在专用波长调制的信号的光电二极管。此外，光学模块320包括连续接收器328。在S610，ONU流量处理模块340设置为执行带外OTDR测量。模块340还可以被配置用于执行0TDR。这可以是按需执行或以预定的时间间隔执行。这些设置可以由PON操作人员完成。在S620，由ONU流量处理模块340生成分析模式。如上所述，分析模式是低速率数据模式。应当注意，在带外OTDR的情况下，不需要高频成分，因为专用接收器和发送器用于在专用波长接收/发送信号。在S630，所生成的分析模式作为光上行突发信号在专用波长经过OSA模块324传输至光纤410。在S640， 在与专用波长相关联的OSA模块324中的接收光电二极管在0LT300中接收上行突发光信号(部分地携带分析模式)。所接收的光信号是从光纤410中反射的。在S650，在连续接收器328的输出端所接收的上行信号还被输入ONU流量处理模块340。此夕卜，ONU流量处理模块340局部地分析在专用波长接收的信号。在S660，ONU流量处理模块340分析所接收的上行突发信号，以便于执行OTDR测量。如上所述,这些测量可以用于检测0LT300和0NU420之间的光径中的故障、以及这些故障的精确位置。以上详细地描述了分析的执行。在S670，生成表明自相关函数结果的曲线图。自相关函数结果表示OTDR测量。任何非自相关结果在曲线图上是显而易见的(例如，作为尖峰信号)，并且表明光径中的故障。应当注意，网络操作人员可以关于执行OTDR测量的操作模式配置ONU流量处理模块 340。本文中公开的带内和带外OTDR测量可以基于两个生成的分析模式和接收的(反射的)分析模式的自相关结果。通过生成表示自相关结果的曲线图可以确定故障。图7A和图7B中示出了实例。图7A示出了曲线图710和720，曲线图710和曲线图720是接收的分析模式和生成的分析模式的可能的正常自相关的实例。图7B描绘了示出在时间Tf的尖峰信号的曲线图730。这表明光径中的故障，故障可能是例如返回部分功率的不良接合器导致的结果。故障的位置在(OTf)/2，f=0，l，…N-1。可以检测的其他故障的实例包括cat光纤、平坦化光纤、光纤弯曲、脏连接等等。本文中公开的各种不同实施方式可以实施为硬件、固件、软件和其任何组合。而且，软件优选地实施为有形地体现在程序存储单元或计算机可读介质的应用程序。应用程序可以加载于包括任何合适结构的机器中并由该机器执行。优选地，机器在具有例如一个或多个中央处理单元(“C PU”)、内存和输入/输出接口的硬件的计算机平台上实施。计算机平台还可以包括操作系统和微指令代码。本文中描述的各种不同处理和功能可以是微指令代码的一部分或应用程序的一部分、或可以是它们的组合，它们可通过CPU执行，无论是否明确地示出计算机或处理器。此外，各种不同的其他外围单元可以连接计算机平台，例如额外的数据存储单元和打印单元。本文中详述的所有实例和条件语言是为了教学的目的，帮助读者理解由发明人员贡献的改进现有技术的本发明的原理和概念，应当解释为不限于这些具体详述的实例和条件。而且，本文记载的本发明的原理、方面和实施方式以及其具体实例的所有陈述是为了同时涵盖本发明的结构上和功能上等价的特征。此外，这些等价特征包括当前已知的等价特征和将来形成的等价特征，即所开发的与结构无关的执行相同功能的任何元件。
权利要求
1.一种在无源光网络中可操作的并且被构造用于执行光时域反射计测量的光线路终端，包括: 电气模块，用于根据所述无源光网络的通信协议生成连续的下行信号和处理所接收的上行突发信号； 光学模块，用于传输第一波长的连续光信号、接收第二波长的光上行突发信号、和传输第三波长的光上行突发信号，其中，所述光学模块进一步包括电耦接至所述光学模块和所述电气模块的光网络单元流量处理模块，其中所述光网络单元流量处理模块被配置为仿真所述无源光网络的多个光网络单元中的一个、生成要作为所述第三波长的光上行突发信号传输的分析模式、以及分析所述第二波长的光上行突发信号中接收的分析模式以执行所述光时域反射计测量；以及接口，用于在所述电气模块和所述光学模块之间接口连接。
2.根据权利要求1所述 的光线路终端，其中，所述光学模块进一步包括: 光子组件模块，包括在所述第一波长可操作的第一激光二极管、在所述第二波长可操作的第二光电二极管、以及在所述第三波长可操作的第三激光二极管，其中所述第一波长和所述第二波长是所述无源光网络的通信标准中定义的波长； 激光驱动器，耦接至所述第一激光二极管； 限幅放大器，耦接至所述第二光电二极管； 突发激光驱动器，耦接至所述第三激光二极管； 控制器，耦接至所述接口的I2C线路； 信号切换单元，耦接至所述限幅放大器并由所述光网络单元流量处理模块启动以将接收的上行信号中继至所述电气模块；以及 信号分路器，耦接至所述接口的传输数据线路，并且将所述电气模块生成的连续的下行信号的重复信号提供给所述光网络单元流量处理模块。
3.根据权利要求1所述的光线路终端，其中，所述光网络单元流量处理模块进一步耦接至所述限幅放大器的输出端以接收所接收的突发信号各自的重复突发信号。
4.根据权利要求1所述的光线路终端，其中，所生成的分析模式是包括低速率成分的高速率数据模式。
5.根据权利要求1所述的光线路终端，其中，所述光时域反射计测量是带内光时域反射计测量。
6.根据权利要求5所述的光线路终端，其中，所述光网络单元流量处理模块被进一步配置为: 将所生成的分析模式封装在遵守所述无源光网络的通信协议的上行数据帧中，其中所述上行数据帧作为所述第三波长的光上行突发信号传输； 接收包括所述分析模式的上行数据帧，其中所述上行数据帧包括在所接收的第二波长的光上行突发信号中；以及 将所生成的分析模式和所接收的分析模式自相关，其中自相关结果表示所述带内光时域反射计测量。
7.根据权利要求1所述的光线路终端，其中，所述光时域反射计测量是带外光时域反射计测量。
8.根据权利要求7所述的无源光网络，其中，所述光学模块进一步包括用于接收所述第三波长的光上行突发信号的第三光电二极管，其中所述第三波长是所述无源光网络的通信协议未定义的专用波长。
9.一种在无源光网络中可操作的并且被构造用于执行带内光时域反射计测量的光线路终端，包括: 电气模块，用于根据所述无源光网络的通信协议生成连续的下行信号和处理所接收的上行突发信号； 光学模块，用于传输第一波长的连续光信号、接收第二波长的光上行突发信号、和传输第二波长的光上行突发信号， 其中，所述光学模块进一步包括电耦接至所述光学模块和所述电气模块的光网络单元流量处理模块，其中所述光网络单元流量处理模块被配置为仿真所述无源光网络的多个光网络单元中的一个、生成要作为所述第二波长的光上行突发信号传输的分析模式、以及分析所述光上行突发信号中接收的分析模式以执行光时域反射计测量，所述第一波长和所述第二波长是所述无源光网络的通信标准中定义的波长；以及 接口，用于在所述电气模块和所述光学模块之间接口连接。
10.一种在无源光网络中可操作的并且被配置为执行带外光时域反射计测量的光线路终端，包括: 电气模块，用于根据所述无源光网络的通信协议生成连续的下行信号和处理所接收的上行突发信号； 光学模块，用于传输第一波长的连续光信号、接收第二波长的光上行突发信号、传输第三波长的分析光上行突发信号、和接收第三波长的分析光上行突发信号， 其中，所述光学模块进一步包括电耦接至所述光学模块和所述电气模块的光网络单元流量处理模块，其中所述光网络单元流量处理模块被配置为仿真所述无源光网络的多个光网络单元中的一个、生成要作为所述第三波长的分析光上行突发信号传输的分析模式、以及分析所述分析光上行突发信号中接收的分析模式以执行光时域反射计测量，其中所述第三波长是所述无源光网络的通信标准中未定义的专用波长；以及 接口，用于在所述电气模块和所述光学模块之间接口连接。
全文摘要
一种在PON中可操作的并且被构造为用于执行带内和带外OTDR测试的光线路终端(OLT)及其方法。OLT包括用于根据PON的通信协议生成连续的下行信号和处理所接收的上行突发信号的电气模块；用于发送第一波长的连续光信号、接收第二波长的光上行突发信号、和发送第三波长的光上行突发信号的光学模块，其中光学模块进一步包括电耦接至光学模块和电气模块的ONU流量处理模块，其中所述ONU流量处理模块被配置为仿真PON的多个ONU中的一个光网络单元、生成作为第三波长的光上行突发信号发送的分析模式、以及为了执行OTDR测量而分析在第二波长的光上行突发信号中接收的分析模式。
文档编号H04B10/071GK103248422SQ20131004949
公开日2013年8月14日 申请日期2013年2月7日 优先权日2012年2月8日
发明者阿米亚德·德维尔 申请人:美国博通公司