光时域检测仪光模块及吉比特无源光网络断点检测系统

摘要

本发明公开了一种OTDR光模块及GPON断点检测系统。该系统包括：光线路终端OLT、分光器、光网络单元ONU以及光时域检测仪光模块，OLT与光时域检测仪光模块相连，光时域检测仪光模块与分光器相连；光时域检测仪光模块，用于接收OLT输出的第一波长的光信号，透射至分光器；接收ONU输出的第二波长的光信号，透射至OLT；生成第三波长的光信号，进行输出，接收瑞利散射和菲涅尔反射返回的第三波长的光信号，进行信号处理，根据信号处理结果获取断点信息。应用本发明，可以简化断点检测流程、保障系统网络信号的正常传输。

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信技术，尤其涉及一种光时域检测仪（OTDR，Optical  Time Domain Reflectometer）光模块及吉比特无源光网络（GPON，Gigabit  Passive Optical Network）断点检测系统。

背景技术

目前的国内市场以及国际市场，高带宽、高速率和多种业务融合的光 纤通信方向已经开始应用；在众多的解决方案中，光纤到户（FTTH，Fiber  To The Home）的出现被认为是宽带接入的终极解决方案，国内市场已经 大面积应用。

而在FTTH众多方案中，其中GPON又备受关注，成为了目前主流的 光接入方式。在GPON系统中，光的传输介质，如光纤/光缆，往往铺设在 郊外或者海底，难免由于传输链路断点出现链路故障或者传输设备故障等 问题，为了能够精确定位出现故障或者断点的位置，通常采用光时域反射 仪（OTDR，Optical Time Domain Reflectometer）光模块进行断点检测。其 中，OTDR是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的 背向散射而制成的光电一体化仪表，可以广泛应用于光缆线路的维护、施 工之中，可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测 量。

图1为现有吉比特无源光网络系统结构示意图。参见图1，该系统包 括：光线路终端（OLT，Optical Line Terminator）、分光器（Splitter）以 及光网络单元（ODU，Optical Net Unit），其中，

OLT通常设置在光纤通信系统的接入网系统的中心局，OLT负责将外 部交换机中的电信号数据转化为光信号数据发送至分光器，并且接收分光 器传送来的光信号，将其转化为电信号输送给外部的交换机；

OLT通过Splitter与ONU相连，ONU通常设置在局端，即用户端或 者大楼；Splitter一般有2N个均分接口，如果输入接口的光强为1，则每 个输出接口的光强为1/N。

对于一个吉比特无源光网络系统（光接入系统），一般是一个OLT放 在电信中心局，然后通过分光器，一般至少是1分32，即一个OLT通过 分光器，带32ONU组成吉比特无源光网络系统。

图1中，以ONU数量为三个为例，假设从OLT到spliter之间，有一 段10km长的光纤，spliter到ONU1之间的距离为1km，spliter到ONU2 之间的距离为2km，spilter到ONU3之间的距离为10km。

假设在spilter到ONU3之间的光纤在7km处发生了光纤断裂，则将使 得OLT到ONU3之间的光纤链路出现故障，需要采用OTDR技术进行断 点检测，以便及时检测出故障所在的位置，进行维护。

图2为现有吉比特无源光网络断点检测系统结构示意图。参见图2， 该系统包括：OTDR、分光器（Splitter）以及光网络单元（ODU，Optical Net  Unit），其中，相对于图1所示的吉比特无源光网络系统，在进行光时域 的断点检测时，需要断开OLT与光纤之间的连接，将OTDR接入到GPON 系统中，即以OTDR替代OLT，并通过光纤与spliter相连接。OTDR通过 发射接口发射光脉冲，输出到到光纤内，通过Splitter向ONU传输。

当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质以及连接器、接合 点、弯曲或其它类似的事件而产生散射、反射，其中一部分的散射光和反 射光通过光纤返回到OTDR中，返回的有用信息由OTDR中的探测器来测 量，并作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断，通过时间或曲线片断的 分析，可以确定断点的具体位置。也就是说，OTDR使用瑞利散射和菲涅 尔反射来表征光纤的特性，其中，瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无 规律的散射而形成，这些背向散射信号表明了由光纤而导致的衰减（损耗/ 距离）程度，因而，通过测量返回到OTDR接收接口的一部分散射光，可 以获取光纤的衰减（损耗/距离）程度；菲涅尔反射是离散的反射，它是由 整条光纤中的个别点引起的，这些点是由造成反向系数改变的因素，在这 些点上，会有很强的背向散射光被反射回来。因此，OTDR通过利用瑞利 散射以及菲涅尔反射的信息，可定位连接点，光纤终端或断点。

由上述可见，现有基于光时域检测仪进行光纤断点检测的GPON断点 检测系统，在进行断点检测的过程中，需要先断开现有的GPON系统，然 后将OTDR接入断点检测系统，通过OTDR发射光脉冲进入光纤，利用光 脉冲的瑞利散射以及菲涅尔反射的信息进行检测，断点检测流程较为复杂； 进一步地，在检测期间，需要断开OLT，从而影响到其它没有断点处的网 络信号的正常传输。例如，上述例子中，当spilter到ONU3之间的光纤发 生了光纤断裂，在检测期间，需要将OLT从网络中断开，从而造成了ONU1、 ONU2的信号收发中断，影响GPON系统的正常运行；而且，在GPON系 统经常发生故障的情况下，需要频繁进行断开OLT与插接OLT的操作， 频繁的插接，使得OLT的工作可靠性降低。

综上所述，现有技术的GPON断点检测系统，在进行断点检测过程中， 检测流程较为复杂，且会影响到其它没有断点处的网络信号的正常传输。

发明内容

本发明的实施例提供了一种OTDR光模块，简化断点检测流程、保障系 统网络信号的正常传输。

本发明的实施例还提供了一种GPON断点检测系统，简化断点检测流程、 保障系统网络信号的正常传输。

根据本发明的一个方面，提供了一种OTDR光模块，包括：光路组件、 激光发射器、激光探测器、断点检测模块以及电信号采样电路，其中，

光路组件，用于通过内置的上行光纤接口与外部光线路终端OLT相连 的光纤相连，通过内置的下行光纤接口与外部分光器相连的光纤相连，通 过内置的激光发射接口与激光发射器相连，通过内置的激光接收接口与激 光探测器相连；

激光发射器，用于在进行断点检测时，生成用于检测断点的第三波长 的光信号，输出至光路组件的激光发射接口；

激光探测器，用于接收从光路组件的激光接收接口输出的第三波长的 光信号，将接收的第三波长的光信号转换为相应的电信号输出；

电信号采样电路，用于与激光探测器相连，对激光探测器输出的电信 号进行采样，得到数字信号，并发送给断点检测模块；

断点检测模块，用于接收电信号采样电路发送的数字信号，进行分析， 将分析结果与预先得到的无断点时采样进行分析得到的结果进行比较，获 取断点或故障点位置。

较佳地，

所述光路组件通过上行光纤接口接收外部OLT通过光纤输出的第一波长 的光信号，通过下行光纤接口透射至光纤并传输至外部分光器；通过下行光 纤接口接收外部光网络单元ONU通过光纤输出的第二波长的光信号，通过上 行光纤接口透射至光纤并传输至所述OLT；

通过激光发射接口接收激光发射器发射的第三波长的光信号，输出至下 行光纤接口，并由下行光纤接口输出；通过下行光纤接口接收反射的第三波 长的光信号，输出至激光接收接口，并由激光接收接口输出至激光探测器。

较佳地，所述电信号采样电路在接收到激光探测器输出的电信号后，进 一步用于对接收的电信号进行放大及滤波处理。

较佳地，所述光路组件包括：波分复用器以及环形器，其中，

WDM，通过内置的上行光纤接口接收OLT通过光纤输出的第一波长 的光信号，通过下行光纤接口透射至光纤并传输至分光器；通过下行光纤 接口接收ONU通过光纤输出的第二波长的光信号，通过上行光纤接口透 射至光纤并传输至OLT；

通过内置的反射接口接收环形器输出的第三波长的光信号，输出至下行 光纤接口，并由下行光纤接口输出；通过下行光纤接口接收反射的第三波长 的光信号，输出至反射接口，并由反射接口输出至环形器；

环形器，用于通过内置的第一接口接收激光发射器发射的第三波长的光 信号，通过内置的第二接口输出至WDM的反射接口；通过第二接口接收 WDM的反射接口输出的反射的第三波长的光信号，并通过内置的激光接收接 口输出至激光探测器。

较佳地，所述光路组件进一步包括设置于环形器的激光接收接口与激光 探测器之间的滤光片，所述滤光片用于增透从环形器的激光接收接口输出的 第三波长的光信号。

较佳地，所述激光发射器包括：激光发射单元以及驱动电路单元，其中，

驱动电路单元，用于在启动进行断点检测时，驱动激光发射单元发射第 三波长的激光，输出至环形器的第一接口。

较佳地，所述激光发射器进一步包括：

控制单元，用于在接收到外部设备的断点检测指令后，生成断点检测电 信号，并输出至驱动电路单元，以使驱动电路单元根据接收的断点检测电信 号，驱动激光发射单元发射第三波长的激光。

较佳地，所述激光发射单元为1625nm的分布反馈式激光器发射光源。

较佳地，所述激光探测器包括：光电二极管以及跨阻放大器TIA，其中，

光电二极管，用于接收从激光接收接口输出的光信号后，向TIA输出相 应的响应电流；

TIA，用于接收响应电流，根据接收的响应电流向电信号采样电路输出相 应的差分电信号。

较佳地，所述光电二极管为雪崩光电二极管。

较佳地，所述电信号采样电路包括：

模拟数字转换ADC电路，用于对激光探测器输出的电信号进行采样，并 将采样得到的数字信号发送给断点检测模块进行存储。

较佳地，所述电信号采样电路进一步包括放大电路，放大电路置于激光 探测器与ADC电路之间，对激光探测器输出的电信号进行放大。

较佳地，所述断点检测模块包括：检测信号存储单元、比较单元、正常 运行信号存储单元以及断点位置确定单元，其中，

检测信号存储单元，用于存储ADC电路在检测状态时输出的数字信号；

正常运行信号存储单元，用于存储吉比特无源光网络断点检测系统在正 常运行状态时得到的数字信号；

比较单元，用于比较检测信号存储单元存储的数字信号以及正常运行信 号存储单元存储的数字信号，输出比较结果；

断点位置确定单元，用于对比较单元输出的比较结果进行分析，获取断 点或故障点的位置。

较佳地，所述断点检测模块为现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、单 片机、处理器或微控器。

一种吉比特无源光网络断点检测系统，该系统包括：光线路终端OLT、 分光器以及光网络单元ONU，其中，所述OLT发射第一波长的光信号，并接 收所述ONU发射的第二波长的光信号；所述吉比特无源光网络断点检测系统 还包括：光时域检测仪光模块，

OLT与光时域检测仪光模块相连，光时域检测仪光模块与分光器相连；

光时域检测仪光模块，用于接收OLT输出的第一波长的光信号，透射至 分光器；接收ONU输出的第二波长的光信号，透射至OLT；生成第三波长的 光信号，进行输出，接收瑞利散射和菲涅尔反射返回的第三波长的光信号， 进行信号处理，根据信号处理结果获取断点信息。

较佳地，所述光时域检测仪光模块包括：光路组件、激光发射器、激光 探测器、断点检测模块以及电信号采样电路，其中，

光路组件，用于通过内置的上行光纤接口与OLT相连的光纤相连，通 过内置的下行光纤接口与分光器相连的光纤相连，通过内置的激光发射接 口与激光发射器相连，通过内置的激光接收接口与激光探测器相连；

激光发射器，用于在进行断点检测时，生成用于检测断点的第三波长 的光信号，输出至光路组件的激光发射接口；

激光探测器，用于接收从光路组件的激光接收接口输出的第三波长的 光信号，将接收的第三波长的光信号转换为相应的电信号输出；

电信号采样电路，用于与激光探测器相连，对激光探测器输出的电信 号进行采样，得到数字信号，并发送给断点检测模块；

断点检测模块，用于接收电信号采样电路发送的数字信号，进行分析， 将分析结果与预先得到的无断点时采样进行分析得到的结果进行比较，获 取断点或故障点位置。

较佳地，

所述光路组件通过上行光纤接口接收OLT通过光纤输出的第一波长的光 信号，通过下行光纤接口透射至光纤并传输至分光器；通过下行光纤接口接 收ONU通过光纤输出的第二波长的光信号，通过上行光纤接口透射至光纤并 传输至所述OLT；

通过激光发射接口接收激光发射器发射的第三波长的光信号，输出至下 行光纤接口，并由下行光纤接口输出；通过下行光纤接口接收反射的第三波 长的光信号，输出至激光接收接口，并由激光接收接口输出至激光探测器。

较佳地，所述光路组件包括：波分复用器以及环形器，其中，

WDM，通过内置的上行光纤接口接收OLT通过光纤输出的第一波长 的光信号，通过下行光纤接口透射至光纤并传输至分光器；通过下行光纤 接口接收ONU通过光纤输出的第二波长的光信号，通过上行光纤接口透 射至光纤并传输至OLT；

通过内置的反射接口接收环形器输出的第三波长的光信号，输出至下行 光纤接口，并由下行光纤接口输出；通过下行光纤接口接收反射的第三波长 的光信号，输出至反射接口，并由反射接口输出至环形器；

环形器，用于通过内置的第一接口接收激光发射器发射的第三波长的光 信号，通过内置的第二接口输出至WDM的反射接口；通过第二接口接收 WDM的反射接口输出的反射的第三波长的光信号，并通过内置的激光接收接 口输出至激光探测器。

较佳地，所述光路组件进一步包括设置于环形器的激光接收接口与激光 探测器之间的滤光片，所述滤光片用于增透从环形器的激光接收接口输出的 第三波长的光信号。

较佳地，所述激光发射器包括：激光发射单元以及驱动电路单元，其中，

驱动电路单元，用于在启动进行断点检测时，驱动激光发射单元发射第 三波长的激光，输出至环形器的第一接口。

较佳地，所述激光发射器进一步包括：

控制单元，用于在接收到外部设备的断点检测指令后，生成断点检测电 信号，并输出至驱动电路单元，以使驱动电路单元根据接收的断点检测电信 号，驱动激光发射单元发射第三波长的激光。

较佳地，所述激光探测器包括：光电二极管以及跨阻放大器TIA，其中，

光电二极管，用于接收从激光接收接口输出的光信号后，向TIA输出相 应的响应电流；

TIA，用于接收响应电流，根据接收的响应电流向电信号采样电路输出相 应的差分电信号。

较佳地，所述电信号采样电路包括：

模拟数字转换ADC电路，用于对激光探测器输出的电信号进行采样，并 将采样得到的数字信号发送给断点检测模块进行存储；

放大电路，放大电路置于激光探测器与ADC电路之间，对激光探测器输 出的电信号进行放大。

较佳地，所述断点检测模块包括：检测信号存储单元、比较单元、正常 运行信号存储单元以及断点位置确定单元，其中，

检测信号存储单元，用于存储ADC电路在检测状态时输出的数字信号；

正常运行信号存储单元，用于存储吉比特无源光网络断点检测系统在正 常运行状态时得到的数字信号；

比较单元，用于比较检测信号存储单元存储的数字信号以及正常运行信 号存储单元存储的数字信号，输出比较结果；

断点位置确定单元，用于对比较单元输出的比较结果进行分析，获取断 点或故障点的位置。

由上述可见，本发明实施例的OTDR光模块及GPON断点检测系统，该 系统包括：光线路终端OLT、分光器、光网络单元ONU以及光时域检测仪光 模块，OLT与光时域检测仪光模块相连，光时域检测仪光模块与分光器相连； 光时域检测仪光模块，用于接收OLT输出的第一波长的光信号，透射至分光 器；接收ONU输出的第二波长的光信号，透射至OLT；生成第三波长的光信 号，进行输出，接收瑞利散射和菲涅尔反射返回的第三波长的光信号，进行 信号处理，根据信号处理结果获取断点信息。这样，在进行断点检测时，无 需断开OLT，从而不会影响GPON中正常的业务通信，在保障系统网络信号 正常传输的基础上，简化了断点检测流程；进一步地，由于无需频繁进行断 开OLT与插接OLT的操作，减少了OLT频繁的插接，提高了OLT的工作可 靠性。

附图说明

图1为现有吉比特无源光网络系统结构示意图。

图2为现有吉比特无源光网络断点检测系统结构示意图。

图3为本发明实施例吉比特无源光网络断点检测系统结构示意图。

图4为本发明实施例光时域检测仪光模块的结构示意图。

图5为本发明实施例吉比特无源光网络断点检测系统进行检测的示意图。

图6为存储到断点检测模块中的数字信号波形示意图。

图7为基于图6计算得到的数字信号波形与距离的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举 出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中 列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的 理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本申请使用的“模块”、“系统”等术语旨在包括与计算机相关的实体， 例如但不限于硬件、固件、软硬件组合、软件或者执行中的软件。例如，模 块可以是，但并不仅限于：处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程 序、执行的线程、程序和/或计算机。举例来说，计算设备上运行的应用程序 和此计算设备都可以是模块。一个或多个模块可以位于执行中的一个进程和/ 或线程内，一个模块也可以位于一台计算机上和/或分布于两台或更多台计算 机之间。

现有的GPON断点检测系统，在进行断点检测的过程中，需要先断开 OLT，然后将OTDR接入断点检测系统进行断点检测，在检测完毕后，再 断开OTDR，并将OLT接入系统进行正常通信，使得断点检测流程较为复 杂，并影响到网络信号的正常传输。

本发明实施例中，提出一种在线的OTDR光模块，在不断开OLT的 情况下进行断点检测，通过将该OTDR光模块串联接入吉比特无源光网络 系统，对OLT输出的下行链路光信号以及传输至OLT的上行链路光信号 进行透传，通过发射光信号，并接收OTDR光模块发射的光信号由于散射 和反射返回的OTDR探测光，进行断点分析，将断点分析结果反馈给系统， 并且具有价格低廉，操作简单，支持热插拔，易更换、维护等优点。

图3为本发明实施例吉比特无源光网络断点检测系统结构示意图。参 见图3，该系统包括：光线路终端（OLT）301、分光器（spliter）302、光 时域检测仪光模块303以及光网络单元（ONU）304，其中，OLT301、分 光器302以及光网络单元ONU304，分别与现有技术的PON系统中的OLT、 spliter和ONU相同；

OLT301与光时域检测仪光模块303相连，光时域检测仪光模块303 与分光器302相连，分光器302与一个或多个ONU304相连，即光时域检 测仪光模块303串联接于OLT301与spliter302之间。具体来说，OLT301 通过光纤与光时域检测仪光模块303相连，光时域检测仪光模块303通过 光纤与分光器302相连，分光器302通过光纤与一个或多个ONU304相连。

较佳地，光时域检测仪光模块303在吉比特无源光网络断点检测系统 中的位置更靠近OLT301处。

OLT301，用于发射第一波长的光信号（下行通信光信号），经光纤进 入光时域检测仪光模块303，由光时域检测仪光模块303透射至分光器302； 通过光纤接收光时域检测仪光模块303透射的第二波长的光信号（上行通 信光信号），进行处理；

本发明实施例中，OLT301将发射的第一波长的光信号通过光纤传输 至光时域检测仪光模块303的上行光纤接口，并经光时域检测仪光模块303 的下行光纤接口进入光纤，在光纤中传输后，到达分光器302；通过光纤 接收光时域检测仪光模块303的上行光纤接口透射的第二波长的光信号， 进行处理。

本发明实施例中，OLT301对于光信号的具体处理流程，与现有技术 相同，具体可参见相关技术文献，在此不再赘述。

光时域检测仪光模块303，用于接收OLT301输出的第一波长的光信 号，透射至分光器302；接收ONU304输出的第二波长的光信号，透射至 OLT301；生成第三波长的光信号，进行输出，接收瑞利散射和菲涅尔反射 返回的第三波长的光信号，进行信号处理，根据信号处理结果获取断点信 息；

本发明实施例中，光时域检测仪光模块303对接收的光信号进行判断， 以确定是否为第一波长的光信号、第二波长的光信号或第三波长的光信号， 具体可参见相关技术文献，在此不再赘述。

通过瑞利散射和菲涅尔反射返回的第三波长的光信号，可以是光时域 检测仪光模块303与分光器302之间的通信链路上通过瑞利散射和菲涅尔 反射返回的光信号，也可以是分光器302上通过瑞利散射和菲涅尔反射返 回的光信号，也可以是分光器302与ONU304之间的通信链路上通过瑞利 散射和菲涅尔反射返回的光信号，还可以是ONU304上通过瑞利散射和菲 涅尔反射返回的光信号。

分光器302，用于接收光时域检测仪光模块303输出的光信号，进行 分光处理，分别输出至与自身相连的一个或多个ONU304；接收ONU304 生成的第二波长的光信号，进行合流处理，输出至光时域检测仪光模块 303；接收通过瑞利散射和菲涅尔反射的第三波长的光信号，进行汇流处理， 输出至光时域检测仪光模块303；

本发明实施例中，分光器302用于对发送至ONU304的下行光信号进 行分光处理，以及，对接收的上行光信号进行汇流处理，输出至光时域检 测仪光模块303。

ONU304，用于通过光纤接收第一波长的光信号，进行处理后，生成 第二波长的光信号，输出至分光器302；接收第三波长的光信号，将通过 瑞利散射和菲涅尔反射的第三波长的光信号通过光纤输出至分光器302。

本发明实施例中，ONU304通过光纤接收第一波长的光信号，进行处 理后，生成第二波长的光信号的详细流程，属于现有技术，具体可参见相 关技术文献。

如果ONU304通过光纤接收到第三波长的光信号，表明光时域检测仪 光模块303与ONU304之间的通信链路正常；如果光时域检测仪光模块303 输出第三波长的光信号，而ONU304没有接收到第三波长的光信号，表明 光时域检测仪光模块303与ONU304之间的通信链路发生了异常。

本发明实施例中，OLT301发射第一波长的光信号（下行通信光信号）， 进入OLT301与光时域检测仪光模块303之间的光纤，在光纤中传输后， 到达光时域检测仪光模块303的上行光纤接口，经光时域检测仪光模块303 的透射后，从光时域检测仪光模块303的下行光纤接口进入光时域检测仪 光模块303与分光器302之间的光纤，在光纤中传输后，进入分光器302， 经分光器302的分光处理后，进入分光器302与ONU304之间的光纤，最 后到达ONU304；ONU304对接收的第一波长的光信号进行处理后，发射 第二波长的光信号（上行通信光信号），通过分光器302、分光器302与 光时域检测仪光模块303之间的光纤，进入光时域检测仪光模块303的下 行光纤接口，经光时域检测仪光模块303的透射后，从光时域检测仪光模 块303的上行光纤接口进入光纤，在光纤中传输后，到达OLT301，OLT301 接收第二波长的光信号进行处理，根据光信号处理结果发射第一波长的光 信号（下行通信光信号），如此循环，直至流程结束；

光时域检测仪光模块303在进行断点检测时，通过其下行光纤接口发 射第三波长的光信号，并依序经过光时域检测仪光模块303与分光器302 之间的光纤、分光器302、分光器302与ONU304之间的光纤以及ONU304 的链路进行光信号传输，如果上述链路中发生了断点，则从断点反射第三 波长的光信号，并逆向经过上述链路，到达光时域检测仪光模块303的下 行光纤接口，光时域检测仪光模块303的下行光纤接口接收反射的第三波 长的光信号，将反射的第三波长的光信号转换为电信号后进行采样，模数 转换，得到数字信号，将采样得到的数字信号进行存储、分析，从而判断 出断点或故障点位置。

实际应用中，光时域检测仪光模块303启动进行断点检测，可以是 OLT301在发射第一波长的光信号后，如果在预先设置的时间内没有接收 到响应于第一波长的光信号的第二波长的光信号，通过向光时域检测仪光 模块303发送触发信息，触发启动光时域检测仪光模块303进行断点检测， 也可以是光时域检测仪光模块303定时发射第三波长的光信号，根据反射 的第三波长的光信号进行断点故障检测。当然，还可以是通过其它方式触 发启动进行断点检测。

关于在光时域检测仪光模块303中设置各类检测参数，例如，光纤折 射率n、光脉冲波长等，具体可参见相关技术文献，在此不再赘述。

较佳地，光时域检测仪光模块303根据光纤不同位置的背向散射光反 馈的信息进行分析后，在液晶显示屏上形成波形，并通过该波形进行分析， 从而获知光纤发生故障的位置。

所应说明的是，光时域检测仪光模块303发射的光信号的第三波长只 要不与第一波长的光信号以及第二波长的光信号（上下行光波）相同即可， 例如，常用的10G下行光波长为1577nm,2.5G上行光波长为1270nm；2.5G 下行光波长为1490nm，1G上行光波长为1310nm。为了不影响正常业务， 选择用于OTDR断点检测的光波长为1625nm。

本发明实施例中，透射是指光时域检测仪光模块303作为转发器，对 接收的光信号不作任何处理，转发至下一接收单元。

由上述可以看出，串接于OLT301与分光器302之间的光时域检测仪 光模块303，可以透射GPON系统中的通信信号，例如，第一波长的下行 通信的光信号和第二波长的上行通信的光信号，从而在断点检测的流程中， 实现通信数据的传输，使得光时域检测仪光模块303的存在，不会影响现 有GPON系统的通信。

图4为本发明实施例光时域检测仪光模块的结构示意图。参见图4， 该光模块包括：光路组件401、激光发射器402、激光探测器403、断点检 测模块405、电信号采样电路404，其中，

光路组件401，用于通过内置的上行光纤接口与OLT301相连的光纤 相连，通过内置的下行光纤接口与分光器302相连的光纤相连，通过内置 的激光发射接口与激光发射器402相连，通过内置的激光接收接口与激光 探测器403相连；

具体来说，光路组件401，通过上行光纤接口接收OLT301通过光纤 输出的第一波长的光信号，通过下行光纤接口透射至光纤并传输至分光器 302；通过下行光纤接口接收ONU304通过光纤输出的第二波长的光信号， 通过上行光纤接口透射至光纤并传输至OLT301；

通过激光发射接口接收激光发射器402发射的第三波长的光信号，输 出至下行光纤接口，并由下行光纤接口输出；通过下行光纤接口接收反射 的第三波长的光信号，输出至激光接收接口，并由激光接收接口输出至激 光探测器403。

本发明实施例中，光路组件401包含四个接口，分别为：上行光纤接 口、下行光纤接口、激光发射接口以及激光接收接口，其中，上行光纤接 口与下行光纤接口分别与光纤相连，即上行光纤接口通过光纤与OLT301 相连，下行光纤接口通过光纤与分光器302相连；光路组件401通过激光 发射接口接收激光发射器402发射的第三波长的光信号，进行耦合后将激 光发射器402发射的第三波长的光信号从下行光纤接口输出到光纤进行传 输。

本发明实施例中，第三波长的光信号在GPON系统的光纤中传输，在 光纤的断裂点或设备（例如，分光器以及ONU）的故障处或者其它故障地 方被反射，被反射的第三波长的光信号在光纤中传输，返回到光路组件401 后，光路组件401从下行光纤接口接收反射的第三波长的光信号，经分光 处理后，将反射的第三波长的光信号通过激光接收接口输出到激光探测器 403。

激光发射器402，用于在进行断点检测时，生成用于检测断点的第三 波长的光信号，输出至光路组件401的激光发射接口；

本发明实施例中，激光发射器402在进行断点检测时，可以是将固定 周期的脉冲电信号进行电光转换，生成第三波长的光信号并发射。

激光探测器403，用于接收从光路组件401的激光接收接口输出的第 三波长的光信号，将接收的第三波长的光信号转换为相应的电信号输出；

本发明实施例中，激光探测器403接收的第三波长的光信号为反射信 号，该反射信号可以反映出网络光纤中的断点位置，在将反射的光信号转 换为电信号并进行采样后，对采样的数字信号进行分析即可判断出断点或 故障点位置。

电信号采样电路404，用于与激光探测器403相连，对激光探测器403 输出的电信号进行采样，得到数字信号，并发送给断点检测模块405；

本发明实施例中，电信号采样电路404还可以对激光探测器403输出 的电信号进行放大及滤波处理，并对放大及滤波处理后的电信号再进行采 样，输出采样的数字信号。

断点检测模块405，用于接收电信号采样电路404发送的数字信号， 进行分析，将分析结果与预先得到的无断点时采样进行分析得到的结果进 行比较，获取断点或故障点位置。

本发明实施例中，断点检测模块405还可以用于将接收的电信号采样 电路404发送的数字信号进行存储。

断点检测模块405根据从电信号采样电路404接收并存储的数字信号， 生成第一波形，与预先存储的根据无断点时采样得到的数字信号生成的第 二波形进行比对，根据比对结果判断出断点或故障点位置。当然，实际应 用中，也可以根据接收的数字信号与预先存储的数字信号进行比对，预先 存储的数字信号是在正常情况下，即无断点、无故障点的情况下，对反射 的第三波长的光信号进行采样及模数转换后得到的采样数字信号。

光时域检测仪光模块303的外接引脚具体可以包括：

SDA引脚，即串口通信线数据引脚；

SCL引脚，即串口通信线时钟引脚；

GND和VCC引脚。

具体地，SDA引脚和SCL引脚与断点检测模块405相连，控制单元 1202通过SDA引脚和SCL引脚与外部设备进行通信。

光时域检测仪光模块303的外接引脚的电接口可以采用插针式的4pin 结构。

本发明实施例中，将分析结果与预先得到的无断点时采样进行分析得 到的结果进行比较，获取断点或故障点位置为现有技术，具体可参见相关 技术文献，在此不再赘述。此处仅简单介绍一下原理。

图5为本发明实施例吉比特无源光网络断点检测系统进行检测的示意 图。参见图5，假设光时域检测仪光模块与分光器之间，有一段长10km的 光纤，分光器与ONU1之间的距离为1km，分光器与ONU2之间的距离为 2km，分光器与ONU3之间的距离为10km，但是在7km处发生了光纤断 裂。

在进行断点检测时（通信业务可以正常执行），光时域检测仪光模块 的激光发射器402发射1625nm波长的光信号，输出至光路组件401的激 光发射接口，激光发射接口将接收的1625nm波长的光信号输出至下行光 纤接口，并由下行光纤接口输出至分光器，由分光器进行分光处理后，分 别输出，当1625nm波长的光信号传输至分光器与ONU3之间距离为7km 处，光纤断裂，断裂处反射1625nm波长的光信号，经光纤反射回分光器， 分光器经回流处理后，传输至光时域检测仪光模块，光时域检测仪光模块 的下行光纤接口接收光信号，并确定接收的光信号为1625nm波长的光信 号，输出至激光接收接口，并由激光接收接口输出至激光探测器403；

激光探测器403将接收的光信号转换为电信号，并经电信号采样电路 404采样为数字信号，存储到断点检测模块405中。

图6为存储到断点检测模块中的数字信号波形示意图。参见图6，横 坐标为时间，纵坐标为接收光功率（dbm），假设自光时域检测仪光模块 发光之后，分别在T1～T4时间点接收到各光信号的反射峰，则各反射光 处距离光线路终端光模块的距离根据如下公式计算得到：

$d=\frac{c\times T_2}{2\times n}$

式中，

c=3×10⁸m/s，为光速；

n为光纤纤芯的折射率；

d为计算出来的数值，即反射光处距离光线路终端光模块的距离。

图7为基于图6计算得到的数字信号波形与距离的示意图。参见图7， 横坐标为反射光处距离光线路终端光模块的距离，纵坐标为接收光功率 （dbm），从图7所示的信号波形可以看出，在距离光时域检测仪光模块 10km处，由于分光器的反射，探测到一个菲尼尔反射峰，在距离光时域检 测仪光模块11km处，探测到ONU1的反射峰，在距离光时域检测仪光模 块12km处，探测到ONU2的反射峰，在距离光时域检测仪光模块17km 处，探测到反射光处（光纤断裂处）的反射峰。

对比系统布局，即正常情况的信号波形，也就是预先得到的无断点时 采样进行分析得到的结果：在距离光时域检测仪光模块10km处，由于分 光器的反射，探测到一个反射峰，在距离光时域检测仪光模块11km处， 由于ONU1的反射，探测到ONU1的反射峰，在距离光时域检测仪光模块 12km处，由于ONU2的反射，探测到ONU2的反射峰，在距离光时域检 测仪光模块20km处，由于ONU3的反射，探测到ONU3的反射峰。

由此，可以判定，由于图7所示的信号波形中，未包含ONU3的反射 峰，因而，确定分光器到ONU3之间的链路出现了断点，该断点距离光时 域检测仪光模块17km。

其中，

光路组件401包括：波分复用器（WDM，Wavelength Division  Multiplex）411以及环形器412，其中，

WDM411具有三个接口，分别为公共接口（COM接口）、透射接口 （Pass接口）以及反射接口（Reflect接口）。其中，WDM411的COM接 口作为光路组件401的下行光纤接口接入光纤，WDM411的Pass接口作 为光路组件401的上行光纤接口接入光纤，WDM411的Reflect接口与环 形器412相连；

WDM411，通过上行光纤接口接收OLT301通过光纤输出的第一波长 的光信号，通过下行光纤接口透射至光纤并传输至分光器302；通过下行 光纤接口接收ONU304通过光纤输出的第二波长的光信号，通过上行光纤 接口透射至光纤并传输至OLT301；

通过Reflect接口接收环形器412输出的第三波长的光信号，输出至下 行光纤接口，并由下行光纤接口输出；通过下行光纤接口接收反射的第三 波长的光信号，输出至Reflect接口，并由Reflect接口输出至环形器412；

本发明实施例中，为了将1490nm的下行光、1310nm的上行光以及 1625nm的光波进行光路耦合，引入WDM来实现这种功能。WDM411的 下行光纤接口接收第二波长的光信号以及第三波长的光信号，进行波分复 用的详细处理流程，具体可参见相关技术文献，在此不再赘述。

环形器412具有三个接口，分别为第一接口、第二接口、第三接口；

环形器412的第二接口与WDM411的Reflect接口相连；例如，环形 器412的第二接口与WDM411的Reflect接口可以通过光纤相连，或者， 两个接口直接相连通。

环形器412的第一接口与第三接口，分别作为光路组件401的激光发 射接口和激光接收接口；

环形器412，用于通过激光发射接口接收激光发射器402发射的第三 波长的光信号，通过第二接口输出至WDM411的Reflect接口；通过第二 接口接收WDM411的Reflect接口输出的反射的第三波长的光信号，并通 过激光接收接口输出至激光探测器403。

本发明实施例中，环形器412用于将发射光与反射光进行分离，即由 激光发射器402发出的1625nm的激光，由第一接口输入，由第二接口输 出；由第二接口输入的1625nm的探测光（反射光），由第三接口输出， 输送给激光探测器403。

激光发射器402发射的第三波长的光信号经环形器412的第一接口（第 一接口）进入光路组件401的环形器412，从环形器412的第二接口射出； 从光纤中反射回来的第三波长的光信号，经WDM411的COM接口进入光 路组件401，并从WDM411的Reflect接口输出到环形器412，环形器412 的第二接口接收从WDM411的Reflect接口射入的反射的第三波长的光信 号后，经环形器412的第三接口进入光纤，传输至激光探测器403。

较佳地，由于反射光的光强很小，为了避免系统级杂散波长对OTDR 灵敏度的影响，光路组件401中还可包括设置于环形器412的第三接口与 激光探测器403之间的滤光片413，通过在激光探测器403之前增加滤光 片，增透1625nm的光波长，而对1610nm以下的光波长起阻挡作用。

本发明实施例中，滤光片413为第三波长光信号的增透片，用于增透 从环形器412的第三接口输出的第三波长的光信号，并且隔离系统中的杂 散波长。

实际应用中，为了实现上述的功能，WDM411的COM接口为可以传 输全波段光信号的接口，其Pass接口为可以透射第一、二波长光信号的接 口，其Reflect接口为反射第三波长光信号的接口。例如，上述的第一波长 具体为1490nm；第二波长为1310nm；第三波长为1625nm，则Pass接口 设计为透射1580nm以下波长光信号的接口，Reflect接口设计为反射 1610nm以上的波长光信号的接口。WDM411的具体指标如下表1所示：

表1

表1中，Pass->Com表示光波从PASS口进，COM口出；双向都可以 通过表示光波既可以从PASS口进，COM口出，也可以从COM口进，PASS 口出。

其中，插入损耗要求尽量的小，以最低限度减少系统的损耗；隔离度 要求尽量的高，以减少串扰、提高系统的灵敏度。

激光发射器402包括：激光发射单元以及驱动电路单元（图中未示出）， 其中，

驱动电路单元，用于在启动进行断点检测时，驱动激光发射单元发射 第三波长的激光，输出至环形器的第一接口。

本发明实施例中，激光发射单元具体可以是1625nm的分布反馈式激 光器（DFB，Distribute FeedBack Laser）发射光源，将光脉冲信号转化为 突发发射光信号。

实际应用中，激光发射器402还可以包括：

控制单元，用于在接收到外部设备的断点检测指令后，生成断点检测 电信号，并输出至驱动电路单元，以使驱动电路单元根据接收的断点检测 电信号，驱动激光发射单元发射第三波长的激光。

激光探测器403包括：光电二极管以及跨阻放大器（TIA， Tranimpedance Amplifier）（图中未示出），其中，

光电二极管，用于接收从激光接收接口输出的光信号后，向TIA输出 相应的响应电流；

TIA，用于接收响应电流，根据接收的响应电流向电信号采样电路404 输出相应的差分电信号。

本发明实施例中，光电二极管具体可以是光模块中的雪崩光电二极管 （APD，Avalanche Photo Diode）。

电信号采样电路404包括：模拟数字转换（ADC，Analog to Digital  Converter）电路，

ADC电路，用于对激光探测器403输出的电信号进行采样，并将采样 得到的数字信号发送给断点检测模块405进行存储。

本发明实施例中，较佳地，电信号采样电路404还可以包括放大电路， 放大电路置于激光探测器403与ADC电路之间，对激光探测器403输出 的电信号进行放大，以使ADC电路对放大电路放大后的电信号进行采样， 将采样得到的数字信号发送给断点检测模块405进行存储。

断点检测模块405包括：检测信号存储单元、比较单元、正常运行信 号存储单元以及断点位置确定单元（图中未示出），其中，

检测信号存储单元，用于存储ADC电路在检测状态时输出的数字信 号；

正常运行信号存储单元，用于存储吉比特无源光网络断点检测系统在 正常运行状态时得到的数字信号；

比较单元，用于比较检测信号存储单元存储的数字信号以及正常运行 信号存储单元存储的数字信号，输出比较结果；

断点位置确定单元，用于对比较单元输出的比较结果进行分析，获取 断点或故障点的位置。

本发明实施例中，断点位置确定单元还可以进一步用于将判断出的断 点或故障点的位置信息输出至预先设置的外部设备。

实际应用中，断点检测模块405具体可以是由逻辑阵列电路实现，例 如，现场可编程门阵列（FPGA，Field Programmable Gata Array）、可编程 阵列逻辑（PAL，Programmable Array Logic）等电路实现；或者，也可以 通过如单片机、处理器、微控器等计算芯片来实现。即断点检测模块405 可以为FPGA、PAL、单片机、处理器或微控器。

在进行断点检测时，FPGA安装在闪存（Flash）中的程序，发送用于 断点检测的脉冲信号（图4中虚线所示）给驱动电路单元，驱动电路单元 驱动激光发射单元，将FPGA发送来的电脉冲信号转化为1625nm的光脉 冲信号；系统中反射回的光信号经过APD探测器的光电转化，将光信号转 化为电流信号，进而经过跨阻抗放大器（TIA，Transimpedance Amplifier） 的转化和运放的处理，输入给ADC电路，将模拟信号转化成数字信号之 后输送给FPGA，FPGA对接收的数字信号进行分析和计算，确定断点位 置。

实际应用中，光时域检测仪光模块303的电接口可以采用联合测试行 动小组（JTAG，Joint Test Action Group）接口的10pin结构，其中4pin分 别为用于I²C数据的SDA、I²C时钟的SCL、用于接地线的GND和用于提 供电源的VCC，另外6pin为调试电路用，通过JTAG接口与外部系统分析 设备通信，系统通过I²C总线通讯方式读取FPGA的数据，从而确定光纤 断点位置。

具体来说：

在GPON系统中，位于GPON OLT中1490nm的DFB激光器作为下 行链路的光源使用，发送连续2.488Gbps的信号，位于GPON OLT中 1310nm的APD探测器接收由ONU发送来的上行突发光包，进行数据接 收。

当将OTDR光模块（光时域检测仪光模块）串入系统时，内置的1625nm 的DFB激光器发送一系列突发激光，经过光纤链路中的断点时，由于瑞利 散射和菲涅尔反射，会有一部分回损光反射回光纤，进而返回光时域检测 仪光模块中内置的1625nm的APD探测器。1625nm的APD探测器收到反 射回来的光，经过光电转化，形成电流信号，然后经过运放处理和ADC 采样，作为数字信号传递给FPGA。FPGA将接收到的信号与Flash存放的 正常情况下的信号进行比较，找到发生断点的位置，即相对于正常信号下 多出的信号峰值，该峰值对应的位置为断点的位置，通过I²C总线读取FPGA 的数据，得知断点发生的位置。

由上述可见，本发明实施例的吉比特无源光网络断点检测系统，通过 将光时域检测仪光模块串联进吉比特无源光网络断点检测系统中的OLT 与分光器之间，而光时域检测仪光模块可以透射通信光信号（第一波长的 光信号以及第二波长的光信号），并且发射断点检测光信号（第三波长的 光信号），根据反射的第三波长的光信号进行断点检测，确定断点位置。 使得在进行断点检测时，无需断开现有GPON系统中的OLT，从而不会影 响无源光网络中的正常通信信号，简化了断点检测流程，保障了系统网络信 号的正常传输；进一步，光时域检测仪光模块在断点分析中，可以省掉光 时域反射仪的设备，电路成本较低，与传统的光时域反射仪相比，具有价 格低廉、操作简单、易维护等优点，从而以低成本实现了无源光网络系统 的断点检测；而且，由于无需频繁进行断开OLT与插接OLT的操作，减少 了OLT频繁的插接，提高了OLT的工作可靠性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步 骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机 可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。