一种光网络监测模块、光通信系统及光网络监测方法

摘要

本发明适用于通信领域，提供了一种光网络监测模块、光通信系统及光网络检测方法。该监测模块包括：第一发射装置，用于发射下行光波；第一接收装置，用于接收下行光波经光网络反射回来的第一反射光；第二发射装置，用于发射与上行光波的波长相同的测试光波；第二接收装置，用于接收上行光波及测试光波经光网络反射回来的第二反射光。本发明将下行光波和测试光波的反射光检测相结合，使测试能力得以提升；测试光波与上行光波的波长相同，对于动态范围有限及大分支比的组网环境尤其适用，可有效解决由于反射能量较弱导致的检测效果不佳的问题，实现对大分支比的光网络进行准确有效的监测，改善通信业务的稳定性。

说明书

技术领域

本发明属于通信领域，尤其涉及一种光网络监测模块、光通信系统及光网 络监测方法。

背景技术

随着用户对带宽需求的不断增长，传统的铜线宽带接入系统越来越面临带 宽瓶颈，与此同时，带宽容量巨大的光纤通信技术日益成熟，应用成本逐年下 降，使得光纤接入网成为下一代宽带接入网的有力竞争者，其中尤其以无源光 网络更具竞争力。

典型的光接入网络的拓扑结构是由一个位于中心机房的OLT（Optical Line  Terminal，光线路终端）和数个位于用户侧的ONU（Optical Network Unit，光 网络单元）组成的点对多点结构，OLT以预定波长（如1490nm）的光作为下 行通信载体，而ONU则以另一预定波长（如1310nm）的光为上行通信载体。 这两种设备之间由经过光分路器的光纤实现连接。

随着网络布局的不断铺开，光网络的覆盖范围不断扩大。在这种大规模的 应用环境下，为了保证通信业务的稳定性，对光纤网络进行的监测变得非常重 要。如何实现对光网络进行低成本且有效的测试监控成为当前的关注热点。

业界通用的监测手段是采用OTDR(Optical Time Domain Refletometer,光 时域反射仪)来对光网络进行故障检测和定位。OTDR的基本原理是利用光波在 光网络中传播时产生的后向反射来检测光网络的故障和故障发生的位置，具体 是将某一波长的光入射到光网络中，然后通过测量对应反射光能量的大小来体 现光网络的状况，不同波长在传输过程中具有不同的反射特性。该检测方式分 为外置和内置两种，如图1-1、1-2所示，顾名思义，外置和内置的不同点在于 所采用的检测装置的差异性，外置方式采用大型独立的OTDR设备通过光分路 器或WDM(波分复用)器件接入光网络来进行测量监控，而内置方式是将检测用 的装置集成到光模块内部，实现小型化集成，虽然内置式OTDR在动态范围等 性能特征上比外置式要逊色，但由于其能够与现有网络完美融合，并且相对于 外置方式，其成本更加低廉，因而成为关注的热点。内置式OTDR通常采用与 光模块共用内部器件的方式，测试介质一般采用OLT下行数据波长，这种测试 方式通过测量下行数据波长的后向反射量来进行网络监测。

现有技术中出现一种集成光时域反射仪功能的OLT光模块结构，如图2 所示，其中，器件F1、F2、F3、F4均为镀膜片，F1、F2起分光作用，F3、F4 起隔离作用，激光器发射的下行光波经过F1和F2进入竖直方向最上端的双向 光波通路而传输至光纤网络，F2反射来自光网络的上行光波，使之被第一光 电探测器接收。同时，F2透过下行光波及其反射波，其中，反射波被F1反射 至第二光电探测器，通过检测该部分光能量来进行光纤网络状况的测试。

此方案基于现有光模块结构，加入新的波分器件和接收机(第二光电探测器) 实现了OTDR的功能。但该方案采用单波长（下行光波的波长）进行测试，由 于系统动态范围的限制，对1:32、1:64等大分支比（OLT与ONU的比例）的 网络环境，后端网络反射回来的光非常微弱，不能很好的实现网络状况的监测。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种光网络监测模块，旨在解决现有内置式 式光时域反射仪在网络监测能力上的不足，以实现大分支比光网络的有效监控。

本发明实施例提供了以下技术方案：

第一方面，

提供一种光网络监测模块，包括：

第一发射装置，用于发射下行光波；

第一接收装置，用于接收所述下行光波经光网络反射回来的第一反射光；

第二发射装置，用于发射与上行光波的波长相同的测试光波；

第二接收装置，用于接收上行光波及所述测试光波经光网络反射回来的第 二反射光。

具体的，所述第一发射装置和第一接收装置通过第一光分路器连接第一波 导，

所述第一波导用于将所述下行光波向光网络输出，并将所述第一反射光通 过第一光分路器向第一接收装置传输；

所述第二发射装置和第二接收装置通过第二光分路器连接第二波导；

所述第二波导用于将所述测试光波向光网络输出，并将所述第二反射光及 上行光波通过第二光分路器向第二接收装置传输。

进一步的，该光网络监测模块还包括第三波导，用于与所述第一波导和第 二波导进行耦合传输，将所述下行光波及测试光波向光网络输出，并将所述第 一反射光耦合至第一波导，将第二反射光及上行光波耦合至第二波导。

进一步的，所述第一波导、第二波导及第三波导的端部均为用于提升耦合 效率的锥形结构。

优选的，所述第一光分路器向所述第一波导输出的下行光波的能量与向第 一接收装置输出的第一反射光的能量之比为9:1；

所述第二光分路器向所述第二接收装置输出的上行光波的能量与向第二波 导输出的测试光波的能量之比为9:1。

进一步的，所述光网络监测模块还包括：

镀膜镜，用于将所述第一波导输出的下行光波向光网络反射或透射，并将 所述第一反射光向第一波导反射或透射；以及

将所述第二波导输出的测试光波向光网络透射或反射，并将所述上行光波 及第二反射光向第二波导透射或反射。

进一步的，所述镀膜镜与所述第一波导和第二波导为一体结构。

或者，所述的光网络监测模块还包括：

衍射光栅，用于将所述第一波导输出的下行光波和第二波导输出的测试光 波耦合至光网络中，以及将所述第一反射光向第一波导耦合，将第二反射光和 上行光波向第二波导耦合。

进一步的，所述光网络监测模块还包括：

第三发射装置，用于发出同下行光波和所述测试光波的波长不同的第三种 光波；

所述第三种光波经光网络反射回来的第三反射光由所述第一接收装置或第 二接收装置接收。

第二方面，

提供一种光通信系统，包括光线路终端和光网络单元，所述光线路终端包 括上述光网络监测模块。

第三方面，

提供一种光网络监测方法，所述方法包括下述步骤：

向光网络发射下行光波；

接收所述下行光波经光网络反射回来的第一反射光；

向光网络发射与上行光波的波长相同的测试光波；

接收所述测试光波经光网络反射回来的第二反射光；

根据经光网络反射回来的光波判断光网络的工作状态。

具体的，所述下行光波的波长为1490nm；所述上行光波的波长为1310nm。

进一步的，在所述根据经光网络反射回来的光波判断光网络的工作状态之 前还包括：

向光网络发射同下行光波和上行光波的波长均不同的第三种光波；

接收所述第三种光波经光网络反射回来的第三反射光。

本发明实施例提供的监测模块采用PLC（Planar Light-wave Circuit，平面光 波导线路）四向（包括：上、下行数据光路以及测试波长的发射光路和反射光 接收光路）结构，将下行光波和测试光波的反射光检测相结合，其测试范围覆 盖两种波长，使测试能力得以提升；并且，本实施例采用的测试光波与上行光 波的波长相同，由于网络末端对与上行光波的波长相同的光反射率较高，因此 将其作为待检测波长，对于动态范围有限及大分支比的组网环境尤其适用，可 以有效解决由于网络后端反射能量较弱导致的检测效果不佳的问题，实现对大 分支比的光网络进行准确有效的监测，进而改善通信业务的稳定性。

附图说明

图1-1是现有技术采用外置式OTDR进行光网络监测的系统结构示意图；

图1-2是现有技术采用内置式OTDR进行光网络监测的系统结构示意图；

图2是现有技术中集成光时域反射仪功能的OLT光模块结构示意图；

图3是本发明第一实施例提供的光网络监测模块的结构示意图（一）；

图4是本发明第一实施例提供的光网络监测模块的结构示意图（二）；

图5是本发明第一实施例提供的光网络监测模块的结构示意图（三）；

图6是本发明第一实施例提供的光网络监测模块的结构示意图（四）；

图7是本发明第二实施例提供的光网络监测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

实施例一：

图3示出了本发明第一实施例提供的光网络监测模块的结构示意图，为了 便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

该光网络监测模块包括第一发射装置101、第一接收装置102、第二发射装 置103，以及第二接收装置104。其中：第一发射装置101向光网络发射下行光 波，该下行光波在向用户端传输的过程中会由于后向散射或发生故障被部分反 射，经光网络反射回来的第一反射光沿原光路回传，由第一接收装置102接收， 该第一反射光作为一种待检测的光波为监测工作提供数据依据。另外，第二发 射装置103向光网络发射测试光波，该测试光波与用户端向网络局端传送的上 行光波的波长相同，测试光波同样会由于后向散射或故障被部分反射，反射回 来的第二反射光由第二接收装置104接收，该第二反射光则作为另一种待检测 的光波为监测工作提供数据。在实际监测工作中，通过检测下行光波和测试光 波的反射波，利用预设的算法对发出的下行光波、测试光波及反射波进行数据 处理，实现对网络故障的实时检测，保证网络状态的稳定。

本发明实施例提供的监测模块采用PLC（Planar Light-wave Circuit，平面光 波导线路）四向结构，将下行光波和测试光波的反射光检测相结合，其测试范 围覆盖两种波长，使测试能力得以提升；并且，本实施例采用的测试光波与上 行光波的波长相同，由于网络末端对与上行光波的波长相同的光反射率较高， 因此将其作为待检测波长，对于动态范围有限及大分支比的组网环境尤其适用， 可以有效解决由于网络后端反射能量较弱导致的检测效果不佳的问题，实现对 大分支比的光网络进行准确有效的监测，进而改善通信业务的稳定性。

本发明实施例中的监测模块可用于下行光波为1490nm，上行光波为 1310nm的光网络，即上述第一发射装置101发出的下行光波的波长为1490nm， 第二发射装置103发出的测试光波的波长为1310nm。

进一步结合附图3，优选的，第一发射装置101、第一接收装置102、第二 发射装置103，以及第二接收装置104均通过波导进行光信号的输入及输出。 具体的，第一发射装置101和第一接收装置102可以通过光分路器（第一光分 路器105）连接一波导（第一波导106），通过第一波导106将第一发射装置 101发出的下行光波向光网络输出，同时通过第一波导106接收光网络反射回 来的第一反射光，并将第一反射光通过第一光分路器105传输给第一接收装置 102。同样的，第二发射装置103和第二接收装置104通过第二光分路器107 连接第二波导108，通过第二波导108将第二发射装置103发出的测试光波向 光网络输出，同时接收光网络反射回来的第二反射光及用户端发射的上行光波， 并将其通过第二光分路器107传输给第二接收装置104。

进一步的，该模块还可以包括第三波导109，与第一波导106和第二波导 108进行耦合，第三波导109是该监测模块与光网络的直接交互通道，一方面 将第一波导106输出的下行光波及第二波导108输出的测试光波直接输出到光 网络，另一方面将光网络反射的第一反射光耦合至第一波导106，将第二反射 光及上行光波耦合至第二波导108。

进一步的，参考附图4，第一发射装置101和第一接收装置102还可以分 别通过第四波导110和第五波导111连接第一光分路器105，下行光波通过第 四波导110输入第一光分路器105，第一反射光经第一光分路器105输出至第 五波导111，进而输入第一接收装置102。同样的，第二发射装置103和第二接 收装置104可以分别通过第六波导112和第七波导113连接第二光分路器107， 测试光波通过第六波导112输入第二光分路器105，第二反射光及上行光波经 第二光分路器107输出至第七波导113，进而输入第二接收装置104。

本发明实施例通过波导传输上行、下行光波和测试光波以及第一、第二反 射光，与传统的采用空间光耦合的方式相比，各器件的安装位置和相对距离的 设计比较灵活，可大幅度减小模块体积；并且，空间光耦合的方式对各器件的 装配精度要求极高，容易导致测试误差，采用波导进行光传输，不必进行复杂 精细的光路控制，便于器件装配，可减小测试误差，进而降低装配成本。

作为本实施例的一种改进，可以对第一波导106、第二波导108和第三波 导109的端部进行处理，将每一波导与其他波导相耦合的端部制作成锥形，其 具体的形态是沿着波导的非端面向端面逐渐变大，以增大端面的入射面积，光 入射面可以根据需要调整，进而实现对入射光的迎合接收，从而提高光波的耦 合效率。

进一步的，可以对上述第一光分路器105和第二光分路器107的分光比进 行设计，优选的，第一光分路器105向第一波导106输出的下行光波的能量与 向第一接收装置102输出的第一反射光的能量之比为9:1，以保证第一反射光的 接收不会对下行光波的传输和质量产生影响，保证下行光波的顺利传输。第二 光分路器107向第二接收装置104输出的上行光波的能量与向第二波导108输 出的测试光波的能量之比为9:1，保证测试光波不会影响上行光波的接收质量。

在本发明实施例中，还可以包括一用于配合光波耦合传输的器件。优选的， 该器件可以为一镀膜镜114，镀膜镜114可以对光波进行选择性的反射和透射， 该镀膜镜114将第一波导106输出的下行光波向光网络反射，可反射至第三波 导109中，由第三波导109输入光网络，同时，将第三波导109传输的第一反 射光反射至第一波导106中，由第一波导106向第一接收装置102输出。并且， 镀膜镜114还将第二波导108输出的测试光波向第三波导109透射，由第三波 导109输入光网络，同时将第三波导109传输的上行光波及第二反射光向第二 波导108透射，由第二波导108传输至第二接收装置104。

具体的，镀膜镜114设置于第一波导106和第二波导108之间，镀膜镜114 与第一、第二、第三波导之间为空气隙。如图3所示，第一发射装置101，第 一接收装置102置于镀膜镜114的左侧-反光侧，第二发射装置103和第二接收 装置104置于镀膜镜114的右侧-透光侧，下行光波经过第一波导106输出后被 镀膜镜114反射，进而耦合进第三波导109，同时将第一反射光反射并耦合进 第一波导106；并且，将第二波导108输出的测试光波透射并耦合进第三波导 109，将第二反射光和上行光波透射并耦合进第二波导108。当然，第一发射装 置101及第一接收装置102与第二发射装置103及第二接收装置104也可以对 调位置。

在本发明实施例中，镀膜镜114可以与第一、第二及第三波导连接为一体， 在实际制造时，可以预先将第一、第二、第三波导的耦合端与镀膜镜114进行 合理的匹配设计，在加工相应波导时采用相同的工艺加工成型并镀膜，使镀膜 镜114与第一、第二、第三波导形成固定的一体结构，这种一体结构与在波导 配置好之后再插入相应镜片的方式相比，可以避免镜片与波导匹配不良的问题， 进而可以保证获取数据的准确性，保证模块的监测精度。当然，该器件不排除 采用TFF（Thin Film Filter，薄膜滤波片）115等具有选择性反射和透射的器 件，如图4，但为了避免出现与波导匹配不佳的问题，本实施例优选采用上述 镀膜片114。

参考附图5，作为另一种优选的实现方式，该配合光波耦合的器件还可以 是一衍射光栅116，同样用于将下行光波和测试光波耦合至光网络中，将第一 反射光耦合至第一接收装置102，将第二反射光和上行光波耦合至第二接收装 置104。该衍射光栅116可以与相应波导一起在同一块材质上面刻蚀加工成型， 同镀膜镜114一样与波导构成一体结构。而与采用镀膜镜不同的是，该衍射光 栅116可以设置于第一波导106、第二波导108及第三波导109的同侧。自第 一波导106输出的下行光波，自第二波导108输出的测试光波均通过衍射光栅 116耦合至第三波导109，经第三波导109输出的第一、第二反射光及上行光波 经衍射光栅116耦合至相应的第一波导106和第二波导108中。采用衍射光栅 116配合光信号的耦合传输，可将各发射装置和接收装置及波导设置于衍射光 栅116的同侧，进而在一定程度上缩短了监测模块的长度。

作为本发明实施例的另一种改进，还可以增设第三发射装置117，发出同 上述的下行光波和测试光波的波长均不同的第三种光波，如图6。该第三种光 波经光网络反射回来的第三反射光可以由第一接收装置102接收。具体的，可 以在第一光分路器105与第一接收装置102之间增设一个第三光分路器118， 使第三发射装置117与第一接收装置102共同连接第三光分路器118，第三反 射光经过第一光分路器105及第三光分路器118传输至第一接收装置102。该 第三光分路器118的分光比可以为1:1，即经第三光分路器118输出的第三种光 波和输入的第三反射光的能量之比为1:1。该第三种光波的波长可以根据实际的 监测情况合理的设置，可以为1650nm或1625nm，还可以选择其他合理的波长。

本发明实施例通过增加第三种测试光波，使该模块的测试能力进一步提升。 并且，还可以根据实际需要继续增加其他测试波长，以进一步扩大监测范围。

在实际的监测工作中，可以根据待检测网络的状况选择测试的波长，可以 单独对下行光波的反射光进行检测，或单独对测试光波的反射光进行检测，或 对第三种光波的反射光进行检测，当然本实施例优选将多种波长检测相结合， 以更加精确的检测网络故障并对其定位。

本发明实施例提供的光网络监测模块适用于光通信系统，通过该监测模块 可以有效的检测出光纤网络中的故障和故障发生的位置等信息，进而保证通信 的稳定性。

实施例二：图7示出了本发明第二实施例提供的光网络监测方法的流程图， 为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

在步骤S201中，向光网络发射下行光波；

在步骤S202中，接收下行光波经光网络反射回来的第一反射光；

在步骤S203中，向光网络发射同上行光波的波长相同的测试光波；

在步骤S204中，接收测试光波经光网络反射回来的第二反射光；

在步骤S205中，根据经光网络反射回来的光波判断光网络的工作状态。

本发明实施例提供的监测方法可依托于上述实施例一提供的光网络监测模 块实现。即通过第一发射装置发射下行光波，通过第一接收装置接收第一反射 光，通过第二发射装置发出测试光波，通过第二接收装置接收第二反射光。并 且，可以通过相应波导及镀膜镜或衍射光栅配合进行光波的耦合及传输，其详 细内容同实施例一所述，此处不再赘述。

该监测方法将下行光波和测试光波的反射光检测相结合，其测试范围覆盖 两种波长，使测试能力得以提升；并且，测试光波与上行光波的波长相同，由 于网络末端对与上行光波的波长相同的光反射率较高，因此将其作为待检测波 长，对于动态范围有限及大分支比的组网环境尤其适用，可以有效解决由于网 络后端反射能量较弱导致的检测效果不佳的问题，实现对大分支比的光网络进 行准确有效的监测，进而改善通信业务的稳定性。

进一步的，本实施例中的下行光波的波长可以为1490nm，上行光波的波长 可以为1310nm。

进一步的，还可以增加第三种光波的测试步骤，具体的：在进行步骤S205 之前，还可以进行下述步骤：

向光网络发射同下行光波和上行光波的波长均不同的第三种光波，并接收 第三种光波经光网络反射回来的第三反射光。

本发明实施例通过增加第三种测试光波，使该模块的测试能力进一步提升。 该第三种光波的波长可以为1650nm或1625nm，还可以是其他合理的波长。并 且，本实施例还可以根据需要和实际的网络状况增加测试光波，以进一步扩大 监测范围，提升通信系统的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。