光網絡故障在線檢測方法及裝置與流程

2023-06-01 19:10:51 1

本發明涉及光纖通信技術領域，尤其涉及一種光網絡故障在線檢測方法及裝置。

背景技術：
光纖通信是現代通信網的主要傳輸手段，它的誕生和發展是電信史上的一次重要革命，與衛星通信、移動通信並列為20世紀90年代的技術。隨著光纖通信技術的成熟發展和「三網融合」服務需求的不斷推動，在很多通信網絡中廣泛採用光纖介質進行傳輸，而目前在光網絡測試、診斷上，基本上都採用離線方式。這種方法需要逼迫斷開業務，影響範圍大、效率低，所以急需在光網絡中具有在線檢測的功能。時下也有一些光網絡系統中採用外置傳統的光時域反射儀(OTDR)，使用第三波長進行在線光路檢測，但是這種方法成本高，操作和組網較為複雜。傳統的OTDR測量方法是單脈衝法，通過發射單個脈衝來獲得光纖網絡事件點的具體細節信息，如光纖接頭、彎曲及斷點等。現有的在線OTDR測量的專利有專利號為EP1884758A1的歐洲專利，它描述了使用正弦掃頻方式的OTDR測量的光模塊控制環路，是一種正弦波掃頻的方案。如圖1所示，以高速數據作為載波，正弦波作為調製信號，在接收處獲取某頻率信號的頻響(幅度和相位)，再逐個頻點進行測試，這樣就可以獲得一定的頻率響應，最後進行反傅立葉變換，就可以得到其相應時域的衝擊響應曲線。雖然上述方法是可以識別出光纖中強事件點，但上述方案採用正弦信號掃頻，所掃描的頻點有限，實際電路中的誤差使得變換後的波形在一定程度上惡化，難以分辨出是什麼樣的事件，也就限制了它的應用範圍。

技術實現要素：
本發明實施例提供了一種光網絡故障在線檢測方法及裝置，以克服使用正弦波掃頻法在反傅立葉變換後出現的波形差的缺點。本發明實施例提供了一種光網絡故障在線檢測裝置，該裝置包括：測試控制器，用於向偽隨機序列發生器發送控制信號，以及在檢測到所述偽隨機序列發生器發送完第一組偽隨機序列之後，向模數轉換器發送同步採樣信號，接收所述模數轉換器發送的採樣數據，對所述採樣數據進行累加及相關處理後得到光時域反射(OTDR)曲線數據，再通過通信接口輸出至用於事件檢測的設備；所述偽隨機序列發生器，與所述測試控制器相連，用於根據所述測試控制器發送的所述控制信號生成具有二值相關特性的偽隨機序列，並向調製驅動器發送所述偽隨機序列；所述調製驅動器，與所述偽隨機序列發生器相連，用於接收所述偽隨機序列發生器發送的所述偽隨機序列，使用所述偽隨機序列對待發送的數據信號進行調製後連續發送至光纖；所述模擬信號接收處理模塊，用於接收所述光纖中反射或散射回來的光信號，對所述光信號進行光電轉換、放大及濾波後輸出至模數轉換器；所述模數轉換器，與所述測試控制器和模擬信號接收處理模塊均相連，用於根據所述測試控制器發送的同步採樣信號，對所述模擬信號接收處理模塊處理後的模擬信號進行同步採樣處理獲得採樣數據，將所述採樣數據發送給所述測試控制器。優選地，所述測試控制器，具體用於根據所述通信接口輸入的測量參數向偽隨機序列發生器發送控制信號；所述測量參數包括脈衝寬度和序列長度；或者，脈衝寬度和產生所述偽隨機序列寄存器的個數。優選地，所述測試控制器，具體用於對所述採樣數據進行加法累加後計算出平均值；將所述偽隨機序列變換成雙極性偽隨機序列，將所述平均值與所述雙極性偽隨機序列進行相關，獲得所述OTDR曲線數據。本發明實施例還提供了一種光網絡故障在線檢測方法，該方法包括：使用生成的具有二值相關特性的偽隨機序列對待發送的數據信號進行調製後連續發送至光纖；在發送完第一組所述偽隨機序列之後，對所述光纖中反射或散射回來的調製後的光信號進行光電轉換、放大、濾波處理處理後的模擬信號進行同步採樣處理獲得採樣數據，對所述採樣數據進行累加及相關處理後獲得光時域反射(OTDR)曲線數據用於事件檢測。優選地，所述使用生成的具有二值相關特性的偽隨機序列對待發送的數據信號進行調製後連續發送至光纖包括：根據設置的測量參數生成具有二值相關特性的正序列，使用所述正序列對待發送的數據信號進行調製後連續發送至光纖；以及，根據設置的測量參數生成具有二值相關特性的反序列，使用所述反序列對待發送的數據信號進行調製後連續發送至所述光纖。優選地，所述在發送完第一組所述偽隨機序列之後，對所述光纖中反射或散射回來的調製後的光信號進行光電轉換、放大、濾波處理處理後的模擬信號進行同步採樣處理獲得採樣數據，對所述採樣數據進行累加及相關處理後獲得光時域反射(OTDR)曲線數據用於事件檢測，包括：從發送完第一組所述正序列之後，對所述光纖中反射或散射回來的調製後的光信號進行光電轉換、放大、濾波處理處理後的模擬信號進行同步採樣處理獲得第一採樣數據，對所述第一採樣數據進行加法累加後計算出第一平均值，從發送完第一組所述反序列之後，對所述光纖中反射或散射回來的調製後的光信號進行光電轉換、放大、濾波處理處理後的模擬信號進行同步採樣處理獲得第二採樣數據，對所述第二採樣數據進行加法累加後計算出第二平均值，將所述正序列與所述第一平均值和所述第二平均值的差值序列進行相關，獲得所述OTDR曲線數據。優選地，所述使用生成的具有二值相關特性的偽隨機序列對待發送的數據信號進行調製後連續發送至光纖包括：根據設置的測量參數生成具有二值相關特性的偽隨機序列，使用所述偽隨機序列對待發送的數據信號進行調製後連續發送至光纖；所述對所述採樣數據進行累加及相關處理後獲得光時域反射(OTDR)曲線數據用於事件檢測，包括：對所述採樣數據進行加法累加後計算出平均值；將所述偽隨機序列變換成雙極性偽隨機序列，將所述平均值與所述雙極性偽隨機序列進行相關，獲得所述OTDR曲線數據。優選地，所述將所述正序列與所述第一平均值和所述第二平均值的差值序列進行相關包括：將所述正序列擴展成兩組完全相同的序列後與所述差值序列進行相關；或者將所述差值序列擴展成兩組完全相同的序列後與所述正序列進行相關。優選地，所述方法還包括：所述根據設置的測量參數生成具有二值相關特性的偽隨機序列、正序列或反序列之後，在對應偽隨機序列中每個碼元前插入一個或多個碼元，或者，在對應偽隨機序列中每個碼元後插入一個或多個碼元；所述碼元為固定數值。優選地，所述固定數值包括零。上述光網絡故障在線檢測方法及裝置，使用具有二值相關特性的偽隨機序列對數據信號進行調製，在接收端進行解調和相關處理，較好地解決了現有技術中存在的波形質量差，檢波要求高，掃頻時間長、算法複雜等問題。附圖說明圖1為現有正弦波調製高速數據信號的輸出光信號波形示意圖；圖2為本發明的光網絡故障在線檢測裝置實施例的結構示意圖；圖3a為本發明偽隨機序列測量方法實施例一的流程圖；圖3b為本發明偽隨機序列測量方法實施例二的流程圖；圖4a為本發明偽隨機序列的波形示意圖；圖4b為本發明使用偽隨機序列調製後的波形示意圖；圖4c為本發明使用偽隨機序列解調後的包絡波形示意圖；圖5為本發明偽隨機序列的變換波形圖；圖6為本發明偽隨機序列自相關後的波形圖。具體實施方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下文中將結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互任意組合。如圖2所示，為本發明的光網絡故障在線檢測裝置實施例的結構示意圖，該裝置包括：測試控制器21、偽隨機序列發生器22、調製驅動器23、模擬信號接收處理模塊24和模數轉換器(ADC)25，該模擬信號接收處理模塊可以包括光電二極體(PD)、跨阻放大器(TIA)、增益可調放大器和濾波器，其中：測試控制器，用於向偽隨機序列發生器發送控制信號，以及在檢測到所述偽隨機序列發生器發送完第一組偽隨機序列之後，向模數轉換器發送同步採樣信號，接收所述模數轉換器發送的採樣數據，對所述採樣數據進行累加及相關處理後得到光時域反射(OTDR)曲線數據，再通過通信接口輸出至用於事件檢測的設備；所述偽隨機序列發生器，與所述測試控制器相連，用於根據所述測試控制器發送的所述控制信號生成具有二值相關特性的偽隨機序列，並向調製驅動器發送所述偽隨機序列；所述調製驅動器，與所述偽隨機序列發生器相連，用於接收所述偽隨機序列發生器發送的所述偽隨機序列，使用所述偽隨機序列對待發送的數據信號進行調製後連續發送至光纖；所述模擬信號接收處理模塊，用於接收所述光纖中反射或散射回來的光信號，對所述光信號進行光電轉換、放大及濾波後輸出至模數轉換器；所述模數轉換器，與所述測試控制器和模擬信號接收處理模塊均相連，用於根據所述測試控制器發送的同步採樣信號，對所述模擬信號接收處理模塊處理後的模擬信號進行同步採樣處理獲得採樣數據，將所述採樣數據發送給所述測試控制器。上述濾波器可以為帶通濾波器或低通濾波器；上述裝置位於測量點。上述測試控制器可以根據所述通信接口輸入的測量參數向偽隨機序列發生器發送控制信號；所述測量參數包括脈衝寬度和序列長度；或者，脈衝寬度和產生所述偽隨機序列寄存器的個數，所述寄存器的個數可以採用如下公式計算：<![CDATA[2m-1其中，m為所述寄存器的個數，Lmax為所述測量點到所述裝置測量的光網絡的最遠點的距離，v為光在所述光纖中的傳播速度，x為空間解析度。本發明實施例還提供了一種光網絡故障在線檢測方法，該方法利用偽隨機序列來調製待發送的高速數據信號的幅度，在接收時，用低通濾波器來過濾光纖中反射、後向散射回來的高速信號，保留與偽隨機序列相關的低頻成分。這裡的偽隨機序列自相關具有二值特性，通過對偽隨機序列進行簡單變換處理，使相關後的波形為OTDR曲線波形，因此利用這種偽隨機序列就可以再現OTDR曲線。本發明提供的光網絡故障在線檢測方法包括：步驟一、使用生成的具有二值相關特性的偽隨機序列對待發送的數據信號進行調製後連續發送至光纖；該步驟可以為：根據輸入的測量參數生成具有二值相關特性的偽隨機序列；所述使用生成的具有二值相關特性的偽隨機序列對待發送的數據信號進行調製後連續發送至光纖包括：根據設置的測量參數生成具有二值相關特性的正序列，使用所述正序列對待發送的數據信號進行調製後連續發送至光纖；以及，根據設置的測量參數生成具有二值相關特性的反序列，使用所述反序列對待發送的數據信號進行調製後連續發送至所述光纖。步驟二、在發送完第一組所述偽隨機序列之後，對所述光纖中反射或散射回來的調製後的光信號進行光電轉換、放大、濾波處理處理後的模擬信號進行同步採樣處理獲得採樣數據，對所述採樣數據進行累加及相關處理後獲得OTDR曲線數據用於事件檢測。在發送完第一組所述偽隨機序列之後，根據測量參數對所述光纖中反射或散射回來的調製後的光信號進行光電轉換、放大、濾波處理處理後的模擬信號進行同步採樣處理獲得採樣數據，對所述採樣數據進行累加相關處理後獲得OTDR曲線數據。所述在發送完第一組所述偽隨機序列之後，對所述光纖中反射或散射回來的調製後的光信號進行光電轉換、放大、濾波處理處理後的模擬信號進行同步採樣處理獲得採樣數據，對所述採樣數據進行累加及相關處理後獲得光時域反射(OTDR)曲線數據用於事件檢測，包括：從發送完第一組所述正序列之後，對所述光纖中反射或散射回來的調製後的光信號進行光電轉換、放大、濾波處理處理後的模擬信號進行同步採樣處理獲得第一採樣數據，對所述第一採樣數據進行加法累加後計算出第一平均值，從發送完第一組所述反序列之後，對所述光纖中反射或散射回來的調製後的光信號進行光電轉換、放大、濾波處理處理後的模擬信號進行同步採樣處理獲得第二採樣數據，對所述第二採樣數據進行加法累加後計算出第二平均值，將所述正序列與所述第一平均值和所述第二平均值的差值序列進行相關，獲得所述OTDR曲線數據。需要說明的是，發送完第一組所述偽隨機序列之後包括：開始發送第二組所述偽隨機序列時；當然，發送完第一組所述正序列之後包括：開始發送第二組所述正序列時；發送完第一組所述反序列之後包括：開始發送第二組所述反序列時。如圖3a所示，為本發明偽隨機序列測量方法實施例一的流程圖，該過程包括：步驟301a、根據需要設置相關測量參數；測量之前要先設置偽隨機序列發生器的參數，所述測量參數包括脈衝寬度和序列長度；或者，脈衝寬度和產生所述偽隨機序列寄存器的個數。計算偽隨機序列的長度時需要估算出光纖最遠距離，偽隨機序列要求具有二值相關特性。步驟302a、根據測量參數生成偽隨機碼，將偽隨機碼變換成正反兩種序列，例如P序列和(1-P)序列；步驟303a、使用P序列調製後連續發送；調製驅動器控制偽隨機序列波形調製在高速數據信號之上，而且在測量過程中，偽隨機序列是連續發送的。設歸一化高速數據邏輯「1」對應的光功率為1，調製度為A。一般情況下，A比較小，為5％～15％之間，以保證不影響正常通信。偽隨機序列的「0」對應幅度為1-A，偽隨機序列的「1」對應的幅度為1+A。為了去除接收端額外的直流分量的影響，這裡採用雙極性測量序列進行測量，考慮到光脈衝沒有負信號，這裡發兩種單極性序列，在ADC之後對應相減，這樣就代替雙極性。步驟304a-步驟305a、模擬信號接收處理模塊將接收的光信號轉成電信號後，用低通或帶通濾波器可以獲取偽隨機序列引起的系統響應信號，再將最大信號放大到適合ADC採樣的區間，並在開始發送第二組序列時，同步採樣放大後的信號；步驟306a、對採樣的序列進行加法累加，多次測量後取平均SA；設兩種單極性序列中的第一種序列例如P序列測量N次，那麼第二種序列例如(1-P)序列也要測量N次，採樣後，將兩種序列測量的數據相減後，再求平均(或平均後再相減亦可，這時兩種序列的測量次數可以不完全一致)。這裡以從連續的序列中採樣一組完整的序列算一次測量，也可以採樣多組完整的序列算一次測量。步驟307a、按照步驟303a-3036a所示的方法，使用1-P序列調製數據信號，並採樣，進行加法累加，多次測量取平均SB；步驟308a、將原偽隨機序列即P序列與(SA-SB)相關；為了方便相關運算，在相關運算之前，對於採樣一組完整的序列算一次測量的數據，至少擴展成兩組相同的序列，與原偽隨機序列進行相關；或將原偽隨機序列至少擴展成兩組相同的序列，與所測的數據進行相關。如果在步驟306a中，以採樣多組完整的序列算一次測量的話，這裡就可以直接與原偽隨機序列進行相關，無需要再擴展。步驟309a、將相關結果送到後續電路處理，結束測量。該結果用於事件檢測。如圖3b所示，為本發明偽隨機序列測量方法實施例二的流程圖，該過程與圖2所示過程類似，不同點是本過程只要發送一種序列，而且只做加法累加，平均後，與它相關的P序列需要變換成雙極性序列(2P-1)。需要說明的是，在實際測量時，在上述兩種實現過程中都可以做插「0」處理，即在每個碼元的前(或後)插入單個或連續多個「0」，它仍然可以保證變換後的偽隨機序列具有二值相關特性。採用上述方法可生成如圖4a所示的偽隨機序列，採用圖4a所示的序列可調製出如圖4b所示的波形，圖4c是解調後的包絡波形。總之，採用上述方法，達到了改善所測波形質量的效果，大大降低了測量時間及接收算法的複雜度，提高了事件識別的準確性。實施例一如圖5所示，為本發明偽隨機序列的變換波形圖，測量所用的序列是利用偽隨機序列自相關後具有二值的特性，如15位的m序列100010011010111由偽隨機序列發生器產生，經過變換後成兩種序列P及1-P，連續的P序列用f1(n)來表示，連續的1-P序列用f2(n)表示，與前者的關係為f2(n)＝1-f1(n)，f1(n)-f2(n)得到一組雙極性的連續序列f3(n)，它與f1(n)相關後也是雙值，如圖6所示。<![CDATA[Σ-∞+∞f1(l)f3(n+l)dl=2m-1n=k(2m-1)0nk(2m-1)]]>其中，m為產生偽隨機序列寄存器的個數，k為任何整數。發送偽隨機序列要有兩個參數，一是脈衝寬度；二是序列長度(2m-1)，或是產生偽隨機序列寄存器的個數m。根據需要的空間解析度和數據速率來權衡設置脈衝寬度T，設綜合考慮之後的空間解析度為x，v為光在光纖中的傳播速度，則另外需要估算出從測量點到光網絡的最遠點的距離Lmax。為了降低測量時間、減少計算複雜度，需要計算出最少所需寄存器的個數，設m為寄存器的個數，則符合的m值，稱為最佳優選值。前兩個參數設置完了，可以測量了。在開始測量時，連續發送偽隨機序列P，前一組序列與後一組序列不能有時間間隔，或時間間隔為0，這樣才能保證相關的二值特性不被破壞。發送P序列，在ADC之後進行加法累加，測量時要注意要從發送完第一組P序列之後，開始發送第二組P序列時開始同步啟動ADC採樣進行採樣，發完一組序列P，採樣到一組數據，算一次測量，再發送完另一組序列P，又採樣到另一組數據，算另一次測量。後一組數據要和前面測的數據進行對應加法累加。測量N次之後，改發1-P序列，在ADC之後進行減法累加，根據前面所述的方法進行測量，把測量的數據對應累加到測量前一種序列P的數據上，也測量N次。實際上就是將兩種不同序列的測量數據進行相減的操作，再求平均，平均後的數據為序列S。P序列與1-P序列的發送沒有前後順序，只要注意加法還是減法即可。S序列和P序列相關時，為了相關運算方便，至少需要將S(或P)擴展成兩組完全相同的序列，再和另一種序列P(或S)進行相關。具體相關計算方法如下：或其中S2＝{S，S}，P2＝{P，P}最後將相關後的數據送給後續處理電路分析處理。實施例二與實施例一的區別是，在偽隨機序列中每個碼元前(或後)插入「0」，可以插一個「0」，也可以插多個連續的「0」。為了保證相關的二值特性，需要做一些處理。這裡為了說明方便，以插入一個「0」為例，詳細介紹與實施例1處理的不同點。為了說明與實施例1的區別，此處仍以15位m序列為例，對產生的偽隨機序列進行插「0」操作，15位的P序列(100010011010111)變換為30位的P′序列(1X-0X-0X-0X-1X-0X-0X-1X-1X-0X-1X-0X-1X-1X-1X)，15位的1-P序列(011101100101000)變換為30位的(1-P)′序列(0X-1X-1X-1X-0X-1X-1X-0X-0X-1X-0X-1X-0X-0X-0X)。發送測量序列時就連續發送這兩種序列P′和(1-P)′，接收電路AD採樣時鐘需要與此序列發送時鐘同步。這裡解釋一下上述插「0」方法中可以插「X」的原因是雙極性偽隨機序列插「0」後仍能保持相關的二值特性，在本實施例中，只要保證兩種序列相減後，所要插「0」的位置的值為0就行，即如果兩序列對應位置值一樣，那它們相減後的值就是0。這裡的X理論上可以取任何值，只要不影響數據業務的通信即可。接收電路部分相關處理前，也要預先把P序列變成P′序列，其它的操作步驟與實施例一相同。對產生偽隨機序列的寄存器個數，其計算方式同樣也需要調整一下。設光在光纖中的速度為v，脈衝寬度為T，m為寄存器的個數，每位碼插入連續「0」的個數為n，則最佳優選值為符合不等式的m值。實施例三為了說明與實施例一的區別，此處還以15位的m序列為例，發射端只發送連續的P序列(100010011010111)，即實施例一中的f1(n)，接收端也只接收一種序列，進行累加平均之後再進行相關運算。相關時的另一序列要做一下變換，變成連續的2P-1序列(1-1-1-11-1-111-11-1111)，即實施例1中的f3(n)，其他的方法步驟同實施例一。這種方法測量時，只要發送一種連續的偽隨機序列，簡化了發送和接收器的複雜度。缺點是對接收端引入的額外的直流分量比較敏感，所以實際應用時，要注意儘可能地降低額外的直流分量，當然，也可以通過特定的算法來消除額外的直流分量。本領域普通技術人員可以理解上述方法中的全部或部分步驟可通過程序來指令相關硬體完成，上述程序可以存儲於計算機可讀存儲介質中，如只讀存儲器、磁碟或光碟等。可選地，上述實施例的全部或部分步驟也可以使用一個或多個集成電路來實現。相應地，上述實施例中的各模塊/單元可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能模塊的形式實現。本發明不限制於任何特定形式的硬體和軟體的結合。以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，僅僅參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明。本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。