抗單站失效的光保護裝置的製作方法

2023-12-11 20:42:32 1

專利名稱：抗單站失效的光保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光通訊中的光保護裝置，特別是涉及一種在單站設備失效時可 以實現系統傳輸業務快速恢復的抗單站失效的光保護裝置。
背景技術：
光通訊系統長距離傳輸時，會經過很多中繼站，這些中繼站因為距離和地域的關係， 有些會建立在比較偏僻的位置，特別是移動通訊的基站，這些位置工作環境較為惡劣， 經常會遭遇供電故障或系統設備本身的故障問題。對於缺電故障問題，是不能通過更換 設備盤或維修基站設備等方式，使系統得以恢復，而且這些地點大多比較偏僻，維護人 員很難有奏效的方法。 一般採取現場調纖，跳開該設備，使業務恢復，但耗時費力。掉電問題對通訊設備的可靠性運行造成嚴重影響， 一旦中斷，整個傳輸路段也將中斷。基站設備的部分故障，譬如一端發送光口失效，光功率下降等，特別是該設備處於 環上時，由於有環保護，對系統影響不大，此時可根據該基站的重要性，決定是否將該 基站旁路。還有一類的故障問題是基站接收光口失效或基站設備本身死機，針對這些故障， 如何實現系統傳輸業務的保護也是簡單設備保護所不能解決的。現有的技術有申請號為90100281.X的一種環網光纖接口插入器，發明人清華大學，涉及一種內置的掉電保護設備，該技術採用4個lx2光開關，內置在被保護設備內，通過監控電源的掉電控制光開關切換。目前也存在一些技術採用掉電切換型的光開關， 這種技術過於簡單，無法解決自身因為掉電導致的誤切換問題。現有技術可以實現一些保護功能，但存在以下不足之處一、 它需要和單站設備捆綁在一起使用，只能通過供電電源的掉電來控制光開關的 切換，無法適應已經在用的各種廠家單站設備的光保護。如果作為外置設備來使用，即 使單站設備未掉電，該保護裝置掉電也會誤切換，將單站設備旁路，使該單站的業務丟 失，造成不必要的通訊損失。二、 該技術不是通過光功率的變化來保護單站設備，也就是說，單站設備單個光口 失效，發射無光，或者發射功率過低，都不能得到保護。三、 該技術保護兩個方向的設備需要4個lx2光開關，插入損耗較大。四、 該技術也無法保護單站設備死機導致的系統失效。五、 無法對該設備進行人工的切換和控制。當需要調度到旁路狀態時，譬如更換單 站設備光碟，需要中斷電源和中斷系統傳輸業務。六、 單站設備很多，達上萬個，對網管系統是一個負擔，同時某些簡易單站也不具備網絡接入的條件，都不能提供一個簡單經濟的管理控制方式。綜上所述，現有的技術功能單一，無法保護被保護設備自身的故障問題，無法實現 多樣性的保護需求。發明內容本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種獨立於單站設備的外置式裝置，在單站出現失效情況時，會使傳輸信號跳過該故障單站進行旁路傳輸，從而保證通信系統正 常傳輸的抗單站失效的光保護裝置。本實用新型所採用的技術方案是 一種抗單站失效的光保護裝置，包括有具有八個 光連接接口的光路切換單元、多個光功率監測單元、電路單元，其中，每個光功率監測 單元有兩個輸出端，光路切換單元的各輸入端分別對應與各光功率監測單元的一個輸出 端相連接，光功率監測單元的另一個輸出端與電路單元相連接，光路切換單元的輸出端 分別連接信號發送光纖、以及單站設備的接收埠，多個光功率監測單元的輸入端分別 連接信號接收光纖的信號輸出端和單站設備的輸出埠。所述的光路切換單元採用一個阻塞型4x4光開關，光開關的四個輸入端分別對應連接有一個功率監測單元。所述的阻塞型4x4光開關有兩種工作狀態，第一種是切換直通工作狀態埠l與 埠 4直接連通，埠 2與埠 3直接連通，埠 5與埠 8直接連通，埠 6與埠 7 直接連通；第二種是切換阻塞工作狀態埠 2與埠 4直接連通，埠 6與埠 8直 接連通，而埠 1到埠 3、埠 5到埠 7處於阻塞不通的狀態。所述的每個光功率監測單元是由一個分光器與一個光電探測器串接組成，所述的兩 個分光器的輸入端分別連接信號接收光纖的信號輸出端，兩個分光器的輸入端分別連接 單站設備的輸出埠；所述的各分光器的一個輸出端均連接光路切換單元的四個輸入端； 所述的各光電探測器的輸出端均與電路單元相連接。所述的電路單元包括有中央處理器、放大採樣電路和光開關驅動控制電路組成，中 央處理器、放大採樣電路、光開關驅動控制電路依次相連，其中放大採樣電路同光功率 監測單元中的光電探測器對應相連；光開關驅動控制電路則同阻塞型4x4光開關的驅動引腳相連。所述的放大採樣電路是由四個對數放大器構成，其中，四個對數放大器輸入端分別 對應連接光功率監測單元中四個光電探測器的輸出端，各對數放大器的輸出端連接中央 處理器。所述的光開關驅動控制電路是由兩個場效應管構成，兩個場效應管的柵極G連接中 央處理器的輸出IO，兩個場效應管的漏極D連接阻塞型4x4光開關的驅動引腳，場效應 管的源極S接地。還設置有外部電源，以及內建蓄電電路。還設置有接收單站設備發送出來的電平觸發數位訊號接口和接收單站設備發送過來 的數字電信號通訊接口，電平觸發數位訊號接口與電路單元的中央處理器的中斷接口相 連，數字電信號通訊接口與中央處理器的串口接口相連。還包括有上遊站點k協議發送過來的外部模擬光通訊信號。本實用新型的抗單站失效的光保護裝置具有如下特點-1、 單站設備和光保護裝置同時掉電，整個單站失效，但光保護裝置可持續工作一段 時間，光保護裝置通過判斷單站設備兩發射光口均無光輸出，並將單站設備旁路，雖然 本單站傳輸業務中斷，但整個系統的傳輸業務得以保護。2、 單站設備掉電，光保護裝置沒有掉電，光保護裝置在判斷發射光口均無光輸出後， 將單站設備旁路，傳輸業務得以保護。3、 單站設備沒有掉電，光保護裝置掉電，由於採用掉電保持型光開關技術，而且單 站設備工作正常，光保護裝置無需倒換，也不會無倒換。4、 單站設備一側發光光口輸出故障，根據該站設備的重要性程度，選擇工作在主路 或旁路，通過上遊光信號的光功率變化形成通訊信號，不同的意義定義光保護裝置工作 在主路或旁路。5、 單站設備接收功率正常、接收機故障，單站設備在確認這一點後，通過數位訊號， 不同的通訊協議，告知光保護裝置工作在主路或旁路。6、 單站設備死機故障，單站設備無法獲知自身的狀態，因此無法給出數字通信信號， 監管系統也無法準確判斷該單站的工作狀態，但單站的復位信號或告警信號可以充當觸 發信號，告知光保護裝置，要求切換，使單站設備旁路。


圖1是本實用新型抗單站失效的光保護裝置的內部結構示意圖； 圖2是圖1中電路單元的結構示意圖；圖3是上遊信號控制本實用新型抗單站失效的光保護裝置的實施形式； 圖4是本實用新型抗單站失效的光保護裝置的防止級聯切換的實施形式； 圖5是本實用新型抗單站失效的光保護裝置的具體應用形式。其中:101、103:信號接收光纖102、104:信號發送光纖m、112、 113、 114:分光器121、122、 123、 124:光電探測器131:光路切換單元141:單站設備151:電路單元161、162:外部模擬光通訊信號171:電平觸發數位訊號接口172:數字電信號通訊接口181:裝置的外部供應電源182:裝置內建蓄電電路具體實施方式
以下結合附圖給出具體實施例，進一步說明本實用新型的抗單站失效的光保護裝置。 如圖1所示，本實用新型的抗單站失效的光保護裝置，包括有具有八個光連接接口 的光路切換單元131、 ^個光功率監測單元、電路單元151。其中，所述的每個光功率監 測單元是由一個分光器與一個光電探測器串接而成，所以每個光功率監測單元有兩個輸 出端，即分光器的一輸出端和光電探測器的輸出端。其中的兩個分光器lll、 113的輸入 端分別連接信號接收光纖101、 103的信號輸出端，另兩個分光器112、 114的輸入端分 別連接單站設備141的輸出埠；所述的光路切換單元131採用一個低插損的阻塞型4x4 光開關，阻塞型4x4光開關的四個輸入端分別對應連接有一個功率監測單元，具體是與 光功率監測單元的一個輸出端也就是分光器lll、 112、 113、 114的另一輸出端相連接， 而光功率監測單元的一個輸出端也就是光電探測器121、 122、 123、 124的輸出端與電路 單元151相連接，光路切換單元131的輸出端，即阻塞型4x4光開關的輸出端分別連接 信號發送光纖102、 104，以及單站設備141的接收埠，多個光功率監測單元的輸入端 分別連接信號接收光纖101、 103的信號輸出端和單站設備141的輸出埠。本實用新型的抗單站失效的光保護裝置的工作原理具體如下傳輸信號經光纜線路 信號接收光纖101同光功率監測單元的分光器111相連接， 一路連接至光電探測器121， 然後進入電路單元151進行處理；另一路與一個阻塞型4x4光開關131的埠 2連接， 從埠3出來後輸入到單站設備141接收埠Rx，經單站設備141信號再生後，經輸出 埠 Tx連接至光功率監測單元的分光器112，經分光器112後一路連接至光電探測器 122，然後送入電路單元151進行處理；另一路與一個阻塞型4x4光開關131的埠 1連 接，從埠4出來後發送到光纜線路的信號發送光纖102。另一個方向也一樣傳輸信號 經光纜線路信號接收光纖103與光功率監測單元的分光器113相連接，經分光器113後， 一路連接至光電探測器123，然後進入電路單元151進行處理；另一路與一個阻塞型4x4 光開關131的埠6連接，從埠7出來後輸入到單站設備141接收埠Rx，經單站設 備141信號再生後，經輸出埠 Tx連接至光功率監測單元的分光器114，同樣一路連接 至光電探測器124，然後送入電路單元151進行處理；分光器114另一路與阻塞型4x4 光開關131的埠 5連接，從埠 8出來後發送到光纜線路的信號發送光纖104。上述的阻塞型4x4光開關有兩種工作狀態，第一種是切換直通工作狀態埠l與 埠 4直接連通，埠 2與埠 3直接連通，埠 5與埠 8直接連通，埠 6與埠 7 直接連通；第二種是切換阻塞工作狀態埠2與埠4直接連通，埠6與埠8直 接連通，而埠1到埠3、埠 5到埠 7處於阻塞不通的狀態。如圖2所示，所述的電路單元151包括有中央處理器Ul、放大採樣電路U2和光開關 驅動控制電路U3組成，中央處理器U1、放大採樣電路U2、光開關驅動控制電路U3依次 相連，其中放大採樣電路U2同光功率監測單元中的光電探測器對應相連；光開關驅動控 制電路U3則同阻塞型4x4光開關的驅動引腳K相連。即同阻塞型4x4光開關中的繼電器所述的放大採樣電路U2是由四個對數放大器F1、 F2、 F3、 F4構成，其中，四個對 數放大器F1、 F2、 F3、 F4輸入端分別對應連接光功率監測單元中四個光電探測器121、 122、 123、 124的輸出湘，各對數放大器F1、 F2、 F3、 F4的輸出端連接中央處理器Ul。 所述的光開關驅動控制電路U3是由兩個場效應管T1、 T2構成，兩個場效應管T1、 T2的 柵極G連接中央處理器Ul的輸出IO，兩個場效應管T1、 T2的漏極D連接阻塞型4x4光 開關的驅動引腳K，場效應管的源極S接地。上述的中央處理器Ul採用Silabs公司單片機C8051F020，放大電路採用Analog公 司的對數放大器AD8304，該單片機內建模/數轉換功能，無需另外增加模/數轉換器。所述的電路單元151的工作原理具體如下光電探測器121、 122、 123、 124轉換出 來的電信號對應輸入到對數放大器F1、 F2、 F3、 F4，信號經放大後輸入到中央處理器Ul 的模/數轉換器，轉換成數位訊號，並被中央處理器U1處理。中央處理器U1的數字I/0 接口通過連接兩個場效應管T1、 T2控制阻塞型4x4光開關的驅動引腳，其驅動方式為 其驅動方式為 一個場效應管開，另一個場效應管關，控制光開關工作在切換直通工作 狀態埠2和埠3、埠1和埠4、埠6至埠7、埠5至埠8直接連通；一個場效應管關，另一個場效應管開，控制光開關工作在切換阻塞工作狀態埠 2和埠4、埠6和埠8直連，埠1至埠3、埠5至埠7阻塞不通。本實用新型的抗單站失效的光保護裝置，還設置有外部電源181，以及內建蓄電電路 182。其中，外部電源181與本實用新型的抗單站失效的光保護裝置的外部電源接口相連， 內建蓄電電路182採用的是大容量法拉電容進行蓄電，與本實用新型的抗單站失效的光 保護裝置的內部+5V工作電源直接相連。當外部電源181斷電後，內部蓄電電路182開始工作，單站設備141也掉電失效， 分光器112、光電探測器122組合單元及分光器114、光電探測器124組合單元檢測到單 站設備141輸出無光，輸入至電路單元151，驅動4x4光開關，使之切換至阻塞狀態從 輸入光纖101、 103過來的光信號，因為4x4光開關的埠 2和埠 4、埠6和埠8 直連，直接發送到輸出光纖102、 104，從而達到單站設備141掉電後將其旁路的目的。 當單站設備141上電工作正常後，電路單元151監測到被保護設備輸出光功率正常，通 過光功率檢測，驅動光開關131倒換回到主路狀態。當只有光保護裝置外部電源181掉電，由於判斷單站設備141仍有光輸出，可無需 倒換至旁路狀態，從而不會發生誤切換。因此本實用新型可以設計成外置式，完全獨立 於單站設備141。本實用新型的抗單站失效的光保護裝置，還設置有接收單站設備發送出來的電平觸 發數位訊號接口 171和接收單站設備發送過來的數字電信號通訊接口 172，電平觸發數字 信號接口 171與電路單元151的中央處理器U1的中斷接口相連，數字電信號通訊接口 172 與中央處理器U1的串口接口相連。還包括有上遊站點按協議發送過來的外部模擬光通訊信號161、 162。本實用新型的光功率監測單元111、 121、 113、 123與中央處理器U1的內置模數轉 換器共同連接組成模擬光通訊信號接口。模擬光通訊信號實'際是人工控制上遊單站雷射器發送過的光功率變化的光信號， 那麼光功率監測單元lll、 121、 113、 123就是針對該光功率變化的光信號進行採樣分解 信號的。電平觸發數位訊號主要指"單站的硬體復位或告警電平信號"，數字通訊信號主要 指"單站的與外部通訊的數位訊號"，那麼電平觸發數位訊號接口 171及數字電信號通 訊接口 172主要是光保護裝置提供這樣允許觸發輸入的的硬體接口。如圖3所示，圖3是圖1局部圖，只顯示了與上遊信號控制本光保護裝置的實施形 式有關的結構。方式一當單站工作正常或部分失效，例如其中一個方向的光口失效， 無光輸出，此時可以根據該單站業務的重要性，作出有選擇的切換。如果認為該站點比 較重要，可以選擇不切換，保證本站點的業務不丟失；如果認為下遊站點業務更重要，則可以切換至旁路狀態，保證下遊站點的業務。此時可通過控制上遊單站發射光口的輸出功率變化，如關斷再打開，在設定的時間內形成一組光脈衝，模擬成控制信號161、 162， 光保護裝置通過分光器111和光電探測器121、分光器113和光電探測器123組成模擬通 訊接口，監控設定時間內光功率信號變化的次數，確定控制信號的不同意義，例如1 分鐘內閃斷10次認為是切換至旁路的指令，1分鐘內閃斷15次認為是切換回主路的指令， 超過這個次數或低於這個次數，都認為是無效指令。確認是倒換命令後，即可通過電路 單元151，驅動光路切換單元131、倒換至旁路狀態。這樣不需要網管就可實現對光保護 裝置的控制。方式二當單站設備141死機，可通過單站設備141內部的復位信號或輸 出的告警信號等電平信號，採用外部電纜連接，接入到光保護裝置的模擬通訊接口 171， 再通過模擬通訊接口 171，輸入到光保護裝置電路單元的中央處理器U1的外部中斷接口， 中央處理器U1在響應中斷後，並進行處理，確認是觸發信號，則無條件倒換至旁路狀態， 恢復系統傳輸業務。方式三單站設備141通過常規的數位訊號，譬如RS-232接口，光 保護裝置也提供同樣的數字通訊接口 172與單站設備141的數字接口進行對接，當單站 設備141發現本站的接收機或發射機有故障時，可通過數位訊號通知光保護裝置，要求 切換至旁路狀態。同樣，當單站設備141恢復後，根據不同的信號定義方式，也可實現 光保護裝置由旁路切換至主路的功能，這樣外置式的光保護裝置一樣可實現與單站設備 141互相通訊的功能。如圖4所示，如果單站設備141輸入無光，如站B，某些單站設備141的發射雷射器 將會自動關閉，導致發往站A無光，同時，由於收不到站A的光，也會關閉發向站C的 光，導致整個單站設備141輸出無光，如果不考慮輸入光的約束因素，站B的單站保護 設備將發生切換，但是這種情況屬線路故障，非設備故障，即使倒換至旁路狀態，系統 仍舊無法工作；更為嚴重的是，由於前一段落倒換，導致相鄰單站設備也輸入無光，相鄰單設備站也會發生切換，導致整個線路都發生切換，而不可用。本實用新型內置的中 央處理器通過監測分光器111與光電探測器121、分光器113與光電探測器123的線路輸 入光功率，如果線路輸入光功率無光或低於設定的門限值，中央處理器將鎖定控制4x4 光開關的I/0引腳的輸tB，使4x4光開關不切換，就可以避免級聯倒換。本實用新型的抗單站失效的光保護裝置具體應用如圖5所示，結合圖5進一步說明 單站設備A、單站設備B、單站設備C、單站設備D、單站設備G構成數據環，單站設備D、 單站設備E、單站設備F為單鏈結構。環上任何一個單站設備失效，可以依靠自身的自愈 環來實現對其它站點的數據業務保護；但是如果環上有兩個單站設備失效，將使得業務 的受影響程度加大。鏈上任何一個單站設備失效，數據業務將中斷。採用本實用新型的 抗單站失效的光保護裝置的單站設備141，可以解決因任何單站設備的失效引起的數據業 務中斷問題。例如單站C，單站E失效時，兩個單站外置的光保護設備會轉變為切換至旁 路工作狀態，雖然單站C、單站E業務丟失，但整個環和鏈路的數據業務仍可以得到保護。
權利要求1.一種抗單站失效的光保護裝置，其特徵在於，包括有具有八個光連接接口的光路切換單元(131)、多個光功率監測單元、電路單元(151)，其中，每個光功率監測單元有兩個輸出端，光路切換單元(131)的各輸入端分別對應與各光功率監測單元的一個輸出端相連接，光功率監測單元的另一個輸出端與電路單元(151)相連接，光路切換單元(131)的輸出端分別連接信號發送光纖(102、104)、以及單站設備(141)的接收埠，多個光功率監測單元的輸入端分別連接信號接收光纖(101、103)的信號輸出端和單站設備(141)的輸出埠。
2. 根據權利要求1所述的抗單站失效的光保護裝置，其特徵在於，所述的光路切換 單元(131)採用一個阻塞型4x4光開關，光開關的四個輸入端分別對應連接有一個功率 監測單元。
3. 根據權利要求2所述的抗單站失效的光保護裝置，其特徵在於，所述的阻塞型4x4 光開關有兩種工作狀態，第一種是切換直通工作狀態埠1與埠 4直接連通，埠 2 與埠 3直接連通，埠 5與埠 8直接連通，埠 6與埠 7直接連通；第二種是切 換阻塞工作狀態埠 2與埠 4直接連通，埠 6與埠 8直接連通，而埠 1到端 口 3、埠 5到埠 7處於阻塞不通的狀態。
4. 根據權利要求1所述的抗單站失效的光保護裝置，其特徵在於，所述的每個光功 率監測單元是由一個分光器與一個光電探測器串接組成，所述的兩個分光器(111、 113) 的輸入端分別連接信號接收光纖(101、 103)的信號輸出端，兩個分光器(112、 114) 的輸入端分別連接單站設備(141)的輸出埠；所述的各分光器(111、 112、 113、 114) 的一個輸出端均連接光路切換單元(131)的四個輸入端；所述的各光電探測器(121、 122、 123、 124)的輸出端均與電路單元(151)相連接。
5. 根據權利要求1所述的抗單站失效的光保護裝置，其特徵在於，所述的電路單元 (151)包括有中央處理器(Ul)、放大採樣電路(U2)和光開關驅動控制電路(U3)組成，中央處理器(Ul)、放大採樣電路(U2)、光開關驅動控制電路(U3)依次相連， 其中放大採樣電路(U2)同光功率監測單元中的光電探測器對應相連；光開關驅動控制 電路(U3)則同阻塞型4x4光開關的驅動引腳(K)相連。
6. 根據權利要求5所述的抗單站失效的光保護裝置，其特徵在於，所述的放大採樣 電路(U2)是由四個對數放大器(Fl、 F2、 F3、 F4)構成，其中，四個對數放大器(Fl、 F2、 F3、 F4)輸入端分別對應連接光功率監測單元中四個光電探測器(121、 122、 123、 124)的輸出端，各對數放大器(Fl、 F2、 F3、 F4)的輸出端連接中央處理器(Ul)。
7. 根據權利要求5所述的抗單站失效的光保護裝置，其特徵在於，所述的光開關驅 動控制電路(U3)是由兩個場效應管(Tl、 T2)構成，兩個場效應管(Tl、 T2)的柵極G 連接中央處理器(Ul)的輸出IO，兩個場效應管(Tl、 T2)的漏極D連接阻塞型4x4光 開關的驅動引腳(K)，場效應管的源極S接地2
8. 根據權利要求1所述的抗單站失效的光保護裝置，其特徵在於，還設置有外部電 源(181)，以及內建蓄電電路(182)。
9. 根據權利要求1所述的抗單站失效的光保護裝置，其特徵在於，還設置有接收單 站設備發送出來的電平觸發數位訊號接口 (171)和接收單站設備發送過來的數字電信號 通訊接口 (172)，電平觸發數位訊號接口 (171)與電路單元(151)的中央處理器(Ul) 的中斷接口相連，數字電信號通訊接口 (172)與中央處理器(Ul)的串口接口相連。
10. 根據權利要求1所述的抗單站失效的光保護裝置，其特徵在於，還包括有上遊 站點按協議發送過來的外部模擬光通訊信號(161、 162)。
專利摘要本實用新型公開一種抗單站失效的光保護裝置，其中，每個光功率監測單元有兩個輸出端，光路切換單元的各輸入端分別對應與各光功率監測單元的一個輸出端相連接，光功率監測單元的另一個輸出端與電路單元相連接，光路切換單元的輸出端分別連接信號發送光纖、以及單站設備的接收埠，多個光功率監測單元的輸入端分別連接信號接收光纖的信號輸出端和單站設備的輸出埠。本實用新型結構簡單，在單站設備傳輸業務中斷的情況下可以保證不影響整個系統的傳輸業務；在光保護裝置掉電單站設備工作正常時，無需倒換光保護裝置；單站設備一側發光光口輸出故障，通過上遊光信號的光功率變化形成通訊信號決定光保護裝置工作在主路或旁路。
文檔編號H04B1/74GK201114070SQ20072009712
公開日2008年9月10日 申請日期2007年8月17日 優先權日2007年8月17日
發明者嶺 於, 喻傑奎, 夏曉文, 夏玉青, 楊新建, 清 羅, 越 董, 黃偉開 申請人:武漢光迅科技股份有限公司;中國移動通信集團廣東有限公司佛山分公司