一種基於相關編碼的在線鏈路監測系統及方法與流程

2023-11-12 06:23:57 1

本發明涉及光纖通信領域，具體來講涉及一種基於相關編碼的在線鏈路監測系統及方法。

背景技術：

光時域反射儀是根據光的背向散射與反射原理製作，利用光在光纖中傳輸時產生的背向散射光來獲取衰減信息，可用於測量光纖衰減、接頭損耗、光纖故障點定位，以及了解光纖沿長度的損耗分布情況等。由於光纖材料密度不均勻、摻雜成分不均勻以及光纖本身的缺陷，當光脈衝在光纖內傳輸時，會由於光纖本身的性質、連接器、接合點、彎曲或其它類似的事件而產生散射、反射。其中一部分的散射和反射光就會返回到光時域反射儀中，返回的有用信息由光時域反射儀的探測器來測量，它們就作為光纖內不同位置上的時間或曲線片斷。通過測量發射信號到返回信號所用的時間，以及確定光在光纖的速度，就可以計算出對應的距離。

無源光網絡(passiveopticalnetwork，pon)，特別是以太無源光網絡(ethernetpassiveopticalnetwork，epon)，以其帶寬高、抗幹擾能力強、可靠性高、成本低等特點，已經成為各大運營商解決「最後一公裡」問題的最佳選擇之一。根據調查數據顯示，光網絡中大部分故障都發生在光鏈路上，而這些故障會影響用戶的網絡體驗，甚至造成經濟損失。隨著用戶維權意識的提高和相關行業標準的完善，運營商會為epon網絡故障付出越來越高的代價。所以，有效地對鏈路進行在線監測和故障定位，以提高網絡的可靠性和減小維護成本，就成為了運營商所關注的一個重要問題。

隨著光纖放大器的引入及光纖損耗的降低，光纖傳輸距離不斷增加，探測器探測的信號非常微弱，要求探測器具有更高的靈敏度和更大的動態範圍。為了解決探測器信號微弱的問題，傳統方法一是重複採樣取平均來提高解析度，二是增加發射信號的能量。重複採樣可以提高測量的動態範圍，但要耗費更多的時間。由於雷射器的功率有限，要提高入射信號的能量，只能增加發射信號的脈寬，但這又會降低距離解析度。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種基於相關編碼的在線鏈路監測系統及方法，不會耗費更多時間，又能提高探測範圍和探測解析度。

為達到以上目的，本發明採取一種基於相關編碼的在線鏈路監測系統，包括：

信號光源，用於發出連續光信號；

數據信號發生器，用於產生數據信號；

探測碼型生成器，用於生成相關探測碼型序列；

方波信號發生器，用於產生連續方波信號；

乘法器，用於將相關探測碼型序列調製到所述連續方波信號上，生成探測信號；

加法器，用於合併所述數據信號和探測信號；

調製器，用於合併後的數據信號和探測信號一起調製到連續光信號上，生成脈衝序列光信號；

環形器，用於將脈衝序列光信號輸入到傳輸光纖中，並將背向散射信號輸入到反射信號接收單元中；

數據信號接收機，用於接收傳輸光纖的脈衝序列光信號，並濾出數據信號；

反射信號接收單元，用於接收來自傳輸光纖的背向散射信號，並轉化為數位訊號；

相關解調單元，用於將所述連續方波信號和轉化為數位訊號的背向散射信號做相關處理，提取出編碼探測信號；

相關處理單元，用於將相關探測碼型序列和所述編碼探測信號做相關處理，得到並輸出探測信號曲線軌跡。

在上述技術方案的基礎上，所述方波發生器生成的連續方波信號作為相關探測碼型序列的載波，連續方波信號的頻率為下行信號的頻帶寬度。

在上述技術方案的基礎上，所述探測碼型生成器生成的相關探測碼型序列為格雷碼或ccc碼。

在上述技術方案的基礎上，所述數據信號接收機包括光電二極體和低通濾波器，光電二極體用於探測脈衝序列光信號，低通濾波器用於由脈衝序列光信號濾出數據信號。

在上述技術方案的基礎上，所述相關解調單元在數字域採用相關技術解調出編碼探測信號。

本發明還提供一種基於相關編碼的在線鏈路監測方法，包括步驟：

s1.通過方波信號發生器產生連續方波信號，作為相關探測碼型序列的載波；s2.根據相關探測碼型序列，對所述連續方波信號進行調製，產生探測信號，並將探測信號和數據信號合併相加，然後一起輸入調製器；s3.調製器根據輸入的信號來調製信號光源發出的連續光信號，產生脈衝脈衝序列光信號，並將所述脈衝脈衝序列光信號輸入傳輸光纖；s4.接收來自傳輸光纖的背向散射光，將所述背向散射光轉化為數位訊號；s5.將數位訊號與所述方波信號進行相關解調，提取出編碼探測信號；s6.將編碼探測信號與所述相關探測碼型序列作相關處理，恢復並輸出探測信號軌跡。

在上述技術方案的基礎上，所述相關探測碼型序列通過探測碼型生成器生成；通過一個反射信號接收單元來接收和轉化來自傳輸光纖的背向散射光。

在上述技術方案的基礎上，所述相關探測碼型序列為格雷碼或ccc碼。

在上述技術方案的基礎上，所述數據信號和探測信號共用同一個信號光源，所述數據信號和探測信號在頻譜上佔據不同的頻帶。

在上述技術方案的基礎上，通過相關處理方法在數字域解調出編碼探測信號。

本發明的有益效果在於：

通過數據信號和探測信號共用一個信號光源，由於數據信號的頻譜與連續方波信號的頻譜沒有重疊，把相關探測碼型序列調製到連續方波信號上生成探測信號，其頻譜和數據信號也幾乎沒有重疊，因此通過調製技術可以使這兩個信號在頻譜上佔用不同的頻帶，從而降低探測信號對數據信號的影響，實現在線鏈路監測和故障定位。

由於探測碼型生成器產生的相關探測碼型序列有非常好的自相關特性，自相關後沒有旁瓣，且自相關峰的寬度為單個脈衝序列的寬度，而高度增加了l倍(l為探測碼型序列的長度)，故測量的解析度等於單個脈衝所對應的解析度(如10ns的脈衝寬度對應1m的解析度)，脈衝的能量增大l倍，相對節省了時間，採用相關編碼技術，能在保持單脈衝的解析度的前提下，提高探測範圍。

附圖說明

圖1為本發明基於相關編碼的在線鏈路監測系統示意圖；

圖2為本發明中數據信號時域示意圖；

圖3為本發明中連續方波信號時域示意圖；

圖4本發明中相關探測碼型序列時域示意圖；

圖5為本發明中數據信號頻域示意圖；

圖6為本發明中探測信號在頻域頻域示意圖；

圖7為本發明中輸入到調製器的信號頻域示意圖。

附圖標記：

信號光源1，數據信號發生器2，探測碼型生成器3，方波信號發生器4，乘法器5，加法器6，調製器7，環形器8，數據信號接收機9，反射信號接收單元10，相關解調單元11，相關處理單元12。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。

如圖1所示，本發明基於相關編碼的在線鏈路監測系統，包括信號光源1、數據信號發生器2、探測碼型生成器3、方波信號發生器4、乘法器5、加法器6、調製器7、環形器8、數據信號接收機9、反射信號接收單元10、相關解調單元11和相關處理單元12。

信號光源1用於發出連續光信號。數據信號發生器2用於產生數據信號，數據信號在時域上如圖2所示，在頻域上如圖5所示。探測碼型生成器3用於生成相關探測碼型序列，相關探測碼型序列在時域上如圖4所示，優選的，生成的相關探測碼型序列為格雷碼或ccc碼。方波信號發生器4用於產生連續方波信號，作為相關探測碼型序列的載波，連續方波信號的頻率為下行信號的頻帶寬度，連續方波信號時域如圖3所示。

乘法器5用於將相關探測碼型序列調製到所述連續方波信號上，生成探測信號，探測信號在頻域上如圖6所示。加法器6用於合併探測信號和來自數據信號發生器的數據信號，合併後的信號在頻譜上如圖7所示，合併後送入調製器7。調製器7用於將數據信號和探測信號一起調製到信號光源1發出的連續光信號上，生成脈衝序列光信號。所述環形器8用於將所述的脈衝序列光信號輸入到傳輸光纖中，將背向散射信號和反射信號耦合到反射信號接收單元10中。數據信號接收機9用於接收傳輸光纖中的脈衝序列光信號；數據信號接收機9包括光電二極體(photo-diode，pd)和低通濾波器(lowpassfilter，lpf)，光電二極體用於探測脈衝序列光信號，低通濾波器用於由脈衝序列光信號中濾出數據信號。反射信號接收單元10用於接收來自環形器8的背向散射信號，並轉化為數位訊號。相關解調單元11用於將來自方波信號發生器4的連續方波信號和來自反射信號接收單元10的背向散射信號(已轉化為數位訊號)做相關處理，提取出編碼探測信號；所述相關解調單元11在數字域採用相關技術解調出編碼探測信號。相關處理單元12用於將來自探測碼型生成器3的相關探測碼型序列和來自相關解調單元11的編碼探測信號做相關處理，得到並輸出探測信號曲線軌跡。

本發明基於相關編碼的在線鏈路監測方法，具體包括如下步驟：

s1.通過方波信號發生器4產生連續方波信號，作為後續相關探測碼型序列的載波。

s2.根據相關探測碼型序列，對所述連續方波信號進行調製，產生探測信號；並將探測信號和數據信號合併相加，然後一起輸入調製器7。具體的，相關探測碼型序列由探測碼型生成器3生成，通過乘法器5將相關探測碼型序列調製到連續方波信號上，進而生成探測信號，優選的，相關探測碼型序列為格雷碼或ccc碼；數據信號來自數據信號發生器2。

s3.調製器7根據輸入的信號來調製信號光源1發出的連續光信號，產生脈衝序列光信號，並將所述脈衝序列光信號輸入傳輸光纖。

s4.通過一個反射信號接收單元接收來自傳輸光纖的背向散射光，將所述背向散射光轉化為數位訊號。

s5.將數位訊號與所述方波信號進行相關解調，提取出編碼探測信號；具體的，通過相關解調單元採用相關處理方法在數字域解調出編碼探測信號。

s6.將編碼探測信號與所述相關探測碼型序列作相關處理，恢復並輸出探測信號軌跡，具體的，通過一個相關處理單元作相關處理。

通過上述步驟，所述數據信號和探測信號共用同一個信號光源，所述數據信號和探測信號在頻譜上佔據不同的頻帶，從而降低探測信號對數據信號的影響，實現在線鏈路監測和故障定位。

本發明不局限於上述實施方式，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍之內。本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。