具有光纜監測單元的光線路保護裝置的製作方法
2023-12-11 18:28:57
專利名稱：具有光纜監測單元的光線路保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型輸光通訊領域，涉及一種光線路保護裝置。特別是涉及一種在光纜阻斷 時具有主動跟蹤故障路由，並定位故障點，實現光纜監測功能的具有光纜監測單元的光 線路保護裝置。
背景技術：
隨著密集波分復用系統(DWDM)波數的增多以及光同步數字傳輸設備(SDH)信號速 率提高，越來越多的傳輸業務集中到較少的節點和線路上，因此，每一次光纜阻斷，都 造成巨大經濟損失。光纜阻斷帶來的一個技術問題是傳輸業務中斷，傳統維護上派人 前往故障點進行故障排査和光纜接續，或者採用將系統業務調往其他路徑的光纜的空餘 纖芯上，但需要兩站點維護人員協同工作，業務中斷時間太長，夜間更甚。
針對第一個技術問題，可以採用基於光纜同步切換技術的光線路保護裝置OLP (Optical Line Protector)能夠在50ms時間內，根據光纖運行狀態，實時自動地將光 通信傳輸系統從工作光纖切換至備用光纖，實現光纜線路的同步切換保護，保證光纜網 絡安全可靠的運行，被阻斷的光傳輸系統業務得到恢復。專利申請號為"01125709. 1, 名稱為"自動光通道同步切換方法及其裝置"申請人為"隆磐科技股份有限公司"的專 利申請，提出了一個基於主纖光功率下降的同步切換裝置，但是該裝置沒有備纖監測功 能。專利申請號為"03254764. 1，名稱為"動態光線路同步切換保護裝置"申請人為"武 漢光迅科技有限責任公司"提出在切換裝置內部加入了光發射機、接收機進行通訊，對 備纖進行監控，並可作為判據快速切換。
利用光纜同步切換技術可以解決光纜中斷故障，但存在的一個技術問題是並不是 所有故障點都能找到空閒的光纖資源使業務恢復，而且波分系統對光纖的長度及色散特 性要求更高，即使有空閒的光纜，也由於光纖的長度和色散特性不能滿足系統要求，系 統不能立即得到恢復，就算系統業務恢復，也只能短暫運行，必須儘快地恢復到原路由。 因此光纜必須快速地得到修復，這使光纜的維護面臨嚴重挑戰。光纜阻斷後，再派人維 護，故障點難找，費時耗力。採用光時域發射技術(0TDR)的光纜自動監測系統可對故 障點的進行定位，降低了尋找故障點的時間。專利文獻例如"US5649036 Remote fiber test system using mechanical optical switches" 、 "CN200410031101. l光時域反射儀的 光模塊及光時域反射儀以及光纖測試方法"、"CN99220800.9光纜線路自動監測現場控 制裝置"均是利用OTDR技術、光開關技術對故障點進行偵測。
但是目前採用以上兩方面技術，存在以下不足之處-
一、現有的光保護系統和光纜監測系統都是兩個獨立的系統，分布在各個不同的監測站和被保護站點，分別實現系統的自動倒換保護功能和光纜監測功能。運營商都是從 不同的設備製造商採購，並進行部署，由於都有自己獨立的網絡管理系統，獨自的通訊 協議，產生各自的告警信息，很難實現互聯互通，信息共享。
二、 現有的光保護系統有的雖然內置光源，並能實現對備用光纜的衰耗監測和告警， 但卻無法實現ODTR技術、無法對故障點準確定位的功能。即使內置OTDR，成本太高，結 構太龐大。
三、 現有的光纜監測系統所監測的光纖都是所在光纜的冗餘光纖，實際上不能對在 用的光纜纖芯進行監測。這會帶來三方面問題其一是傳輸系統所在的纖芯發生阻斷， 而光纜監測系統所監測的纖芯沒有發生阻斷，導致維護人員難以得到正確的告警信息、 延誤尋找故障點的時間；其二是不同的纖芯阻斷的位置不同，導致難以判定故障點的準 確位置；其三由於光保護系統已經佔用了一對備纖，為保證監測的準確性，光纜監測系 統需要佔用更多的冗餘纖芯，佔用更多的光纜資源，造成一定的資源浪費。
四、 現有的光纜監測系統若需實現在用纖芯的監測，需增加濾波器，這些光器件會 使系統成本大大增加。同時增加額外的衰耗，降低了系統的餘量，引入故障點，0TDR工 作時對在用業務信號也有直接影響。
五、 建設一套光纜監測系統成本高，需要增加單獨的機架、電源、通訊資源和鏈路。
發明內容
本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種在光纜阻斷時具有主動跟蹤故障路由， 並定位故障點，實現光纜監測功能的具有光纜監測單元的光線路保護裝置。
本實用新型所採用的技術方案是 一種具有光纜監測單元的光線路保護裝置，包括 有中央處理器，以及與中央處理器相連的調製電路、與調製電路相連的內置光發射機、 與內置光發射機相連的光開關，光開關的另一側分別連接主用光纜和備用光纜，還設置 有光纜監測單元，所述的光纜監測單元分別與中央處理器、調製電路、內置光發射機、 光開關相連。
所述的光纜監測單元包括有光脈衝控制單元、分路單元、光電探測器和嚴格時序 電路單元，其中，光脈衝控制單元分別與中央處理器、調製電路、內置光發射機相連； 嚴格時序電路單元與中央處理器相連；分路單元分別與內置光發射機、光開關相連，同 時，分路單元還通過光電探測器連接嚴格時序電路單元。
所述的光脈衝控制單元是內置光收發模塊的光脈衝產生和控制單元。 所述的光脈衝控制單元包括有非門F、或非門0F、或門0，其中，非門F的輸入端連接 中央處理器的關斷信號輸出端，非門F的輸出端連接調製電路的輸入端；或非門0F的輸入 端分別連接中央處理器的關斷信號輸出端和脈衝信號輸出端，或非門OF的輸出端連接或
門0的輸入端；或門O的輸入端還連接調製電路的調製信號輸出端，或門0的輸出端連接內
置光發射機的輸入端。所述的嚴格時序電路單元包括有採樣時鐘電路、存儲器、累加器和地址解碼器、模/ 數轉換器、運算放大器，其中，釆樣時鐘電路、存儲器分別與中央處理器相連接；採樣 時鐘電路還通過累加器和地址解碼器與存儲器相連接；運算放大器的輸入端連接光電探 測器，輸出端通過模/數轉換器連接存儲器。
本實用新型的具有光纜監測單元的光線路保護裝置，具有如下的特點
1、 在硬體成本增加不多的情況下，實現光纜監測系統所具有的光纜監測功能故障 點定位。
2、 能夠實現相鄰跨段不超過120km的在用系統光纜纖芯阻斷位置的準確、實時的監 測，精確度可達到10m範圍內。
3、 用本實用新型不僅對在用系統光纜阻斷實施倒換保護，同時對被阻斷的光纜阻斷 位置實現主動跟蹤的故障點準確定位。
4、 本實用新型不僅適用於l: l型的保護方式，而且通過增加光學部件改裝光路的橋 接方式，還適用於1+1型保護方式。
5、 本實用新型還可以應用於為光傳輸系統中繼器或光放大器中嵌入光纜監測功能。
圖l是含光纜監測功能的l: l型光線路保護裝置總體連接結構示意圖; 圖2是具光纜監測功能的光線路保護裝置內部結構示意圖； 圖3是光脈衝控制單元的電路原理圖； 圖4是嚴格時序電路單元的電路框圖5是採樣譜線示意圖6是在用纖芯的故障點不同的分布形式示意圖。 其中
200:中央處理器 202:光脈衝控制單元 204:分路單元 206:光電探測器 300:採樣時鐘電路 303:存儲器 305:運算放大器
B:光端機
D:主用光纜
F:阻斷地點
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例:
201:調製電路
203:內置光發射機
205:光開關
207:嚴格時序電路單元
302:累加器和地址解碼器
304:模/數轉換器
A:光纜監測單元
C:光傳輸系統發射機 E:阻斷點 G:備用光纜
進一步說明本實用新型的具有光纜監測單元的光線路保護裝置是如何實現的。
如圖1、圖2所示，本實用新型的光線路保護置的改進之處是在原保護系統中增加內 嵌低成本光纜監測單元。本實用新型的具有光纜監測單元的光線路保護裝置，包括有 中央處理器200，以及與中央處理器200相連的調製電路201、與調製電路201相連的內 置光發射機203、與內置光發射機203相連的光開關205，光開關205的另一側分別連接 主用光纜和備用光纜，還設置有光纜監測單元，所述的光纜監測單元分別與中央處理器 200、內置光發射機203、光開關205相連。
所述的光纜監測單元包括有光脈衝控制單元202、分路單元204、光電探測器206 和嚴格時序電路單元207，其中，光脈衝控制單元202分別與中央處理器200、內置光發 射機203相連；嚴格時序電路單元207與中央處理器200相連；分路單元204分別與內 置光發射機203、光開關205相連，同時，分路單元204還通過光電探測器206連接嚴格 時序電路單元207。
即，本實用新型的光纜監測單元在原保護系統的2 X 2光開關205和內置光發射機203 之間嵌入分路單元204，分路單元204埠為三個埠，分路單元204的第三個埠則同 光電探測器206相連，光脈衝控制單元202的功能是重新調製和控制原保護系統的內置 光發射機203，嚴格時序電路單元207則監控光電探測器206輸入的光強信號，並將轉換 後的數位訊號輸入到原保護系統的中央處理器200。原保護系統其光保護原理可以參見專 利申請號為"03254764.1"，名稱為"動態光線路同步切換保護裝置"，申請人為"武 漢光迅科技有限責任公司"的專利申請文件，當被保護系統的傳輸線路中斷後，立即啟 用內嵌的光纜監測單元，實現故障定位。
所述的光脈衝控制單元202是內置光收發模塊的光脈衝產生和控制單元，也即是中 央處理器產生的控制信號與邏輯門電路組合在一起的控制單元。如圖3所示，包括有非 門F、或非門OF、或門0，其中，非門F的輸入端連接中央處理器200的關斷信號輸出端， 非門F的輸出端連接調製電路201的輸入端；或非門OF的輸入端分別連接中央處理器200 的關斷信號輸出端和脈衝信號輸出端，或非門OF的輸出端連接或門O的輸入端；或門O 的輸入端還連接調製電路201的調製信號輸出端，或門0的輸出端連接內置光發射機203 的輸入端。
光脈衝控制單元202的工作過程是當中央處理器200發出高電平關閉內置光發射 機203的關閉信號時，光脈衝控制單元202通過非門將該信號轉為低電平關閉控制信號， 送往調製電路201，調製電路201將平時的通信信號關閉，並輸送給內置光發射機203 低電平信號，內置光發射機203將輸出無光。
中央處理器200發出初始脈衝電信號，與關閉信號一起通過或非門，如果關閉信號 沒有發出，將生成不了脈衝控制信號，接著與調製電路201的通信信號一起通過或門， 輸出信號通過一個引腳控制內置光發射機203，當電脈衝信號經過內置光發射機203電光 轉換生成光脈衝信號，至此光脈衝產生及控制完成。當內置光發射機203需要通訊時，中央處理器200則取消關閉信號，同時使發送脈衝電信號的引腳持續為低電平，中央處 理器200發送的通訊信號經過調製電路201，產生經調製的高頻信號，通過光脈衝控制單 元202的或門後，進入內置光發射機203，發出通訊調製信號。
如上所述，內置光收發模塊的光脈衝產生和控制單元是通過數字邏輯電路直接關斷 內置光發射機，調製好內置光發射機參數後重新打開內置光發射機，發出光脈衝，脈衝 寬度約為l微秒。功率可達到3dBm，按計算瑞利散射發射回來的光最大為-46dBm，最小 -100dBm，可實現27dB的動態監控範圍，完全可實現最小60km的故障點的定位。相對於 光時域反射裝置(OTDR)採用成本高的高功率光源，本專利更經濟實用。其中的內置光 收發模塊在光纜正常時，實現內部通訊，實時進行數據交換；光纜故障時，發送倒換命 令，實現握手協議；執行倒換後，發送脈衝光，通過光電探測器及嚴格時序電路單元， 實現光纜檢測功能，定位故障點，此時雖然不能實現通訊，但可為故障檢測功能提供額 外的支持。
所述的分路單元204和光電探測器206是一組獲取散射和反射信號的光路組合。本 實用新型的獲取散射和反射信號的分路單元及功率監測的光電探測器的光路組合，可採 用高隔離度的光環行器和靈敏度可達-100dBm的APD光探測器，或採用更低成本的光耦合 器和普通光電二極體。
如圖4所示，所述的嚴格時序電路單元207是實現脈衝光信號功率監測及自觸發採 樣，並將採樣信號實時地放入大容量存儲器的電路單元。包括有採樣時鐘電路300、存 儲器303、累加器和地址解碼器302、模/數轉換器304、運算放大器305，其中，採樣時 鍾電路300、存儲器303分別與中央處理器200相連接；採樣時鐘電路300還通過累加器 和地址解碼器302與存儲器303相連接；運算放大器305的輸入端連接光電探測器206， 輸出端通過模/數轉換器304連接存儲器303。
如上所述，本實用新型的嚴格時序電路單元207採用一個高速時鐘， 一組高帶寬的 運算放大器、 一個高速AD轉換器、 一塊累加器和地址解碼器及一塊大容量隨機存儲部分 電路也可以通過自行設計的數字電路完成。
嚴格時序電路單元207的工作過程是當光脈衝控制單元202調製和控制內置光發 射機203，使內置光發射機203發出脈衝光同時，立即啟動嚴格時序電路單元207，中央 處理器200同時發送觸發信號，採樣時鐘電路300開始工作，每產生一個時鐘周期輸入 至累加器和地址解碼器302，產生存儲器的並行地址輸送至存儲器303，同時光電光探測 器收集散射和反射回來的微弱光信號，將其轉換為光電流輸入到運算放大器305進行微 弱信號放大，被放大的信號進入模/數轉換器304開始採樣，採樣時鐘電路300每發送一 個電平，模/數轉換器304即工作一次，採樣結果以並行數據格式輸送到存儲器303，放 入已產生的地址內，如此反覆，需要完成至少1毫秒12000次的採樣數據。中央處理器 200讀取存儲器303中的採樣數據，首先對採樣數據進行定標，轉換為光功率值，再簡單 比較相鄰點的大小，取出各"反常點"，當衰耗變化大於正常範圍(〉2dB)的時候，就可以獲得阻斷的故障點位置。
本實用新型的光纜監測單元工作過程具體如下裝置內的中央處理器200啟動光纜 故障定位工作。首先關斷平時用於通訊切換的內置光發射機203發出的連續光，即關閉 碼型調製電路201，通過光光脈衝控制單元202重新調製和控制，使內置光發射機203 發出脈衝光，經過分路單元204，輸入2X2光開關205進入被阻斷的光纜纖芯，脈衝光 經瑞利散射及阻斷端面反射回來的光信號再次通過2X2光開關205後，並通過分路單元 204，使回來的光信號進入光電光探測器206，轉換出來的光電流信號進入嚴格時序電路 單元207。中央處理器200則進行數據處理，分析數據，確定故障點的位置。 所採得的譜線如圖5所示。
在用纖芯的故障點不同的分布形式如圖6所示。全段路由為120km，當光纜阻斷故 障點在中間60km處，兩端的OLP設備均能探測到故障點；當光纜阻斷故障點在靠近端局 A40km處，那麼端局A的OLP設備能探測到故障點；光纜阻斷故障點在靠近端局B 40km 處，那麼端局B的OLP設備能探測到故障點。
在本實用新型的實施例中，運算放大器305採用低噪聲大跨阻運放0PA656;模/數 轉換器304採用標採樣速率14位AD9244;存儲器303的型號為IS61LV6416-10T;累 加器和地址解碼器302、採樣時鐘電路300採用一塊FPGA來完成，型號是Altera公司 EP1031144C8;中央處理器200採用Analog公司的ADSP2190。
權利要求1.一種具有光纜監測單元的光線路保護裝置，包括有中央處理器(200)，以及與中央處理器(200)相連的調製電路(201)、與調製電路(201)相連的內置光發射機(203)、與內置光發射機(203)相連的光開關(205)，光開關(205)的另一側分別連接主用光纜和備用光纜，其特徵在於，還設置有光纜監測單元，所述的光纜監測單元分別與中央處理器(200)、調製電路(201)、內置光發射機(203)、光開關(205)相連。
2. 根據權利要求1所述的具有光纜監測單元的光線路保護裝置，其特徵在於，所述 的光纜監測單元包括有光脈衝控制單元(202)、分路單元(204)、光電探測器(206) 和嚴格時序電路單元(207)，其中，光脈衝控制單元(202)分別與中央處理器(200)、 調製電路(201)、內置光發射機(203)相連；嚴格時序電路單元(207)與中央處理器(200)相連；分路單元(204)分別與內置光發射機(203)、光開關(205)相連，同 時，分路單元(204)還通過光電探測器(206)連接嚴格時序電路單元(207)。
3. 根據權利要求2所述的具有光纜監測單元的光線路保護裝置，其特徵在於，所述 的光脈衝控制單元(202)是內置光收發模塊的光脈衝產生和控制單元。
4. 根據權利要求2或3所述的具有光纜監測單元的光線路保護裝置，其特徵在於， 所述的光脈衝控制單元(202)包括有非門F、或非門0F、或門0，其中，非門F的輸入 端連接中央處理器(200)的關斷信號輸出端，非門F的輸出端連接調製電路(201)的 輸入端；或非門0F的輸入端分別連接中央處理器(200)的關斷信號輸出端和脈沖信號 輸出端，或非門0F的輸出端連接或門0的輸入端；或門0的輸入端還連接調製電路(201) 的調製信號輸出端，或門O的輸出端連接內置光發射機(203)的輸入端。
5. 根據權利要求2所述的具有光纜監測單元的光線路保護裝置，其特徵在於，所述 的嚴格時序電路單元(207)包括有採樣時鐘電路(300)、存儲器(303)、累加器和 地址解碼器(302)、模/數轉換器(304)、運算放大器(305)，其中，採樣時鐘電路(300)、存儲器(303)分別與中央處理器(200)相連接；採樣時鐘電路(300)還通 過累加器和地址解碼器(302)與存儲器(303)相連接；運算放大器(305)的輸入端連 接光電探測器(206)，輸出端通過模/數轉換器(304)連接存儲器(303)。
專利摘要本實用新型公開一種具有光纜監測單元的光線路保護裝置，包括有依次相連的中央處理器、調製電路、內置光發射機、光開關，光開關的另一側分別連接主用光纜和備用光纜，還設置有分別與中央處理器、內置光發射機、光開關相連的光纜監測單元。光纜監測單元包括有光脈衝控制單元、分路單元、光電探測器和嚴格時序電路單元，其中，光脈衝控制單元分別與中央處理器、內置光發射機相連；嚴格時序電路單元與中央處理器相連；分路單元分別與內置光發射機、光開關相連，同時，分路單元還通過光電探測器連接嚴格時序電路單元。本實用新型具有的光纜監測功能，故障點定位準確，監測精確度可達到10m範圍內。不僅適用於1∶1型的保護方式，而且還適用於1+1型保護方式。
文檔編號H04B10/08GK201150063SQ20072009650
公開日2008年11月12日 申請日期2007年6月25日 優先權日2007年6月25日
發明者斌 萬, 周治柱, 喻傑奎, 孫莉萍, 張傳彬, 睿 楊, 清 羅 申請人:武漢光迅科技股份有限公司