專利名稱：一種實(shí)時(shí)光纖故障點(diǎn)位置測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信系統(tǒng)線路維護(hù)測(cè)量領(lǐng)域，涉及雙向通訊系統(tǒng)線路故障位置測(cè)量方法，具體涉及利用雙向光纖系統(tǒng)傳輸信號(hào)實(shí)時(shí)精確測(cè)量?jī)晒?jié)點(diǎn)間光纖故障點(diǎn)位置的方法。
現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)有主流技術(shù)是采用光脈沖時(shí)域反射技術(shù)測(cè)量光纖故障點(diǎn)位置，光時(shí)域反射儀結(jié)構(gòu)如圖一所示。光時(shí)域反射儀測(cè)試通過(guò)發(fā)射光脈沖到光纖內(nèi)，然后在光時(shí)域反射儀端口接收返回的信息來(lái)進(jìn)行。當(dāng)光脈沖在光纖內(nèi)傳輸時(shí)，會(huì)由于光纖本身的性質(zhì)，連接器，接合點(diǎn)， 彎曲或其它類似的事件而產(chǎn)生散射，反射。其中一部分的散射和反射就會(huì)返回到光時(shí)域反射儀中。返回的有用信息由光時(shí)域反射儀的探測(cè)器來(lái)測(cè)量，它們就作為光纖內(nèi)不同位置上的時(shí)間或曲線片斷。從發(fā)射信號(hào)到返回信號(hào)所用的時(shí)間，再確定光在玻璃物質(zhì)中的速度，就可以計(jì)算出距離。以下的公式就說(shuō)明了光時(shí)域反射儀是如何測(cè)量距離的d = (c Xt)/2 (IOR)在這個(gè)公式里，c是光在真空中的速度，而t是信號(hào)發(fā)射后到接收到信號(hào)(雙程) 的總時(shí)間(兩值相乘除以2后就是單程的距離)。光在光纖中的速度和光纖折射率(IOR) 相關(guān)。IOR是由光纖生產(chǎn)商來(lái)標(biāo)明。光時(shí)域反射儀使用瑞利散射和菲涅爾反射來(lái)表征光纖的特性。瑞利散射是由于光信號(hào)沿著光纖產(chǎn)生無(wú)規(guī)律的散射而形成。光時(shí)域反射儀就測(cè)量回到光時(shí)域反射儀端口的一部分散射光。這些背向散射信號(hào)就表明了由光纖而導(dǎo)致的衰減(損耗/距離)程度。形成的軌跡是一條向下的曲線，它說(shuō)明了背向散射的功率不斷減小，這是由于經(jīng)過(guò)一段距離的傳輸后發(fā)射和背向散射的信號(hào)都有所損耗。給定了光纖參數(shù)后，瑞利散射的功率就可以標(biāo)明出來(lái)，如果波長(zhǎng)已知，它就與信號(hào)的脈沖寬度成比例脈沖寬度越長(zhǎng)，背向散射功率就越強(qiáng)。瑞利散射的功率還與發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)較短則功率較強(qiáng)。也就是說(shuō)用1310nm 信號(hào)產(chǎn)生的軌跡會(huì)比1550nm信號(hào)所產(chǎn)生的軌跡的瑞利背向散射要高。在高波長(zhǎng)區(qū)(超過(guò)1500nm)，瑞利散射會(huì)持續(xù)減小，但另外一個(gè)叫紅外線衰減(或吸收)的現(xiàn)象會(huì)出現(xiàn)，增加并導(dǎo)致了全部衰減值的增大。因此，1550nm是最低的衰減波長(zhǎng)； 這也說(shuō)明了為什么它是作為長(zhǎng)距離通信的波長(zhǎng)。很自然，這些現(xiàn)象也會(huì)影響到光時(shí)域反射儀。作為1550nm波長(zhǎng)的光時(shí)域反射儀，它也具有低的衰減性能，因此可以進(jìn)行長(zhǎng)距離的測(cè)試。而作為高衰減的1310nm或1625nm波長(zhǎng)，光時(shí)域反射儀的測(cè)試距離就必然受到限制，因?yàn)闇y(cè)試設(shè)備需要在光時(shí)域反射儀軌跡中測(cè)出一個(gè)尖鋒，而且這個(gè)尖鋒的尾端會(huì)快速地落入到噪音中。瑞利散射是由于光信號(hào)沿著光纖產(chǎn)生無(wú)規(guī)律的散射而形成。光時(shí)域反射儀就測(cè)量回到光時(shí)域反射儀端口的一部分散射光。這些背向散射信號(hào)就表明了由光纖而導(dǎo)致的衰減 (損耗/距離)程度。菲涅爾反射是離散的反射，它是由整條光纖中的個(gè)別點(diǎn)而引起的，這些點(diǎn)是由造成反向系數(shù)改變的因素組成，例如玻璃與空氣的間隙。在這些點(diǎn)上，會(huì)有很強(qiáng)的背向散射光被反射回來(lái)。因此，光時(shí)域反射儀就是利用菲涅爾反射的信息來(lái)定位連接點(diǎn)，光纖終端或斷點(diǎn)。光時(shí)域反射儀的工作原理就類似于一個(gè)雷達(dá)。它先對(duì)光纖發(fā)出一個(gè)信號(hào)，然后觀察從某一點(diǎn)上返回來(lái)的是什么信息。這個(gè)過(guò)程會(huì)重復(fù)地進(jìn)行，然后將這些結(jié)果進(jìn)行平均并以軌跡的形式來(lái)顯示，這個(gè)軌跡就描繪了在整段光纖內(nèi)信號(hào)的強(qiáng)弱。發(fā)明目的光脈沖時(shí)域反射技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能直觀反映出光纖線路中各點(diǎn)的衰減和反射性能， 可以單點(diǎn)測(cè)試。不足主要有兩點(diǎn)首先光時(shí)域反射儀是根據(jù)接收反射的測(cè)試光脈沖信號(hào)工作，如果光纖中同時(shí)傳輸工作光信號(hào)，工作光也將產(chǎn)生發(fā)射，對(duì)光時(shí)域反射儀的測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生干擾，因此測(cè)試時(shí)需改變正常傳輸時(shí)光纖連接，搭建測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行測(cè)量。其次采用光脈沖時(shí)域反射技術(shù)無(wú)法穿透?jìng)鬏斁€路中的光纖放大器。通常光纖放大節(jié)點(diǎn)位于郊區(qū)，沒(méi)有人員和測(cè)試儀表值守。當(dāng)兩個(gè)光纖放大節(jié)點(diǎn)間光纖出現(xiàn)故障，通常需要要維護(hù)人員攜帶光時(shí)域反射儀到放大節(jié)點(diǎn)測(cè)試故障發(fā)生點(diǎn)位置，耗時(shí)一般在數(shù)小時(shí)到數(shù)天，對(duì)光纖故障維護(hù)帶來(lái)很多不便。目前研究領(lǐng)域最新的進(jìn)展也有將時(shí)域反射技術(shù)單獨(dú)設(shè)置波長(zhǎng)，通過(guò)WDM技術(shù)集成到光通訊系統(tǒng)中以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，但由于成本和測(cè)量波長(zhǎng)對(duì)工作波長(zhǎng)的干擾等問(wèn)題沒(méi)有有效解決，未能得到應(yīng)用。同時(shí)這種研究方向仍不能解決測(cè)量穿透光纖放大器的問(wèn)題。本發(fā)明將解決線路故障點(diǎn)位置不能實(shí)時(shí)測(cè)量和測(cè)量時(shí)影響通信傳輸?shù)膯?wèn)題，實(shí)現(xiàn)當(dāng)線路故障出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)維護(hù)人員不僅可以立刻通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)知道發(fā)生了故障，還能知道故障發(fā)生的位置，有效降低通信系統(tǒng)維護(hù)的時(shí)間和成本。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法實(shí)時(shí)測(cè)量光纖故障點(diǎn)位置的缺點(diǎn)，在充分利用現(xiàn)有通訊系統(tǒng)電路、高精度時(shí)間同步功能和高精度告警定時(shí)等功能的基礎(chǔ)上，提供一種對(duì)通信系統(tǒng)自身性能無(wú)影響的低成本，高精度的光纖故障點(diǎn)位置實(shí)時(shí)測(cè)量的方法，降低光纖故障維護(hù)的成本和維護(hù)時(shí)間。本發(fā)明主要包括下列功能模塊高精度時(shí)間同步模塊，高精度告警時(shí)間記錄模塊和故障點(diǎn)位置計(jì)算模塊。高精度時(shí)間同步模塊可利用通信系統(tǒng)自身支持的時(shí)間同步協(xié)議(如1588v2協(xié)議) 以保證兩節(jié)點(diǎn)間時(shí)間周期性同步，并測(cè)量?jī)晒?jié)點(diǎn)間的傳輸延時(shí)，為故障點(diǎn)測(cè)量提供基準(zhǔn)。高精度告警時(shí)間記錄模塊通過(guò)高速計(jì)數(shù)器提供高精度時(shí)間同步模塊同步周期內(nèi)的精確時(shí)間，并支持快速告警觸發(fā)和告警觸發(fā)延時(shí)補(bǔ)償，可準(zhǔn)確記錄受故障點(diǎn)影響的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間。故障點(diǎn)位置計(jì)算模塊通過(guò)兩節(jié)點(diǎn)的高精度時(shí)間同步模塊和高精度告警時(shí)間記錄模塊收集的信息，可計(jì)算得到故障點(diǎn)離該節(jié)點(diǎn)的距離。本發(fā)明原理如下光纖通訊系統(tǒng)正常工作時(shí)，光纖線路中充滿傳輸信號(hào)；當(dāng)光纖線路某點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，已經(jīng)通過(guò)故障點(diǎn)的信號(hào)不受故障影響，仍然能保證信號(hào)質(zhì)量，而故障發(fā)生后通過(guò)故障點(diǎn)的光信號(hào)由于受故障點(diǎn)影響，信號(hào)質(zhì)量將劣化。由于線路故障通常同時(shí)影響正反向通信信號(hào)，通過(guò)接收機(jī)的快速告警報(bào)告機(jī)制和告警延時(shí)補(bǔ)償，可得到正反向劣化信號(hào)到達(dá)接收端精確時(shí)間。通過(guò)兩端節(jié)點(diǎn)接收到劣化信號(hào)到達(dá)的時(shí)間，和光纖中信號(hào)的傳輸速度，可計(jì)算出故障發(fā)生點(diǎn)到兩端節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確距離。


附圖1是現(xiàn)有采用光時(shí)域反射技術(shù)測(cè)量光纖故障位置功能模塊結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖2是本發(fā)明提出的實(shí)時(shí)故障點(diǎn)位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)示意圖。實(shí)施方法如圖2雙向光纖傳輸系統(tǒng)所示說(shuō)明具體工作步驟1. A節(jié)點(diǎn)將自己本地時(shí)間Tal發(fā)送給B節(jié)點(diǎn)，B節(jié)點(diǎn)收到后立刻向A節(jié)點(diǎn)返回響應(yīng)信號(hào)。2.A節(jié)點(diǎn)記錄到接收B節(jié)點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)時(shí)間Ta2，可以得到A到B的傳輸延時(shí) (Ta2-Tal)/2,并將此延時(shí)和A本地時(shí)間再次發(fā)送給B節(jié)點(diǎn)。3. B節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到A節(jié)點(diǎn)發(fā)送的時(shí)間和延時(shí)修改自己本地時(shí)間，和A節(jié)點(diǎn)時(shí)間同
止
少ο4.當(dāng)Td時(shí)刻光纖在D點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，從B節(jié)點(diǎn)向A節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)中，DA段存在正常數(shù)據(jù)流T2，但后續(xù)為受故障影響劣化信號(hào)；從A節(jié)點(diǎn)向B節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)中，DB段存在正常數(shù)據(jù)流T2，但后續(xù)為受故障影響劣化信號(hào)；5.當(dāng)A點(diǎn)接收完T2后，將接收到劣化信號(hào)，A節(jié)點(diǎn)快速記錄接收到劣化信號(hào)，即T2 最后Ibit的時(shí)間點(diǎn)t2，作為本地記錄的故障發(fā)生時(shí)間。6.同理可記錄下B點(diǎn)接收Tl最后Ibit的時(shí)間點(diǎn)tl，作為本地記錄的故障發(fā)生時(shí)間。7.可以得到故障點(diǎn)D點(diǎn)到A點(diǎn)的延時(shí)Tad為Tad = ((t2-tl)+t)/28.可以得到故障點(diǎn)D點(diǎn)到B點(diǎn)的延時(shí)Tad為Tbd = ((tl-t2)+t)/29.由光纖傳輸速度s = 3E8/光纖折射率可以得到10.可以得到故障點(diǎn)D點(diǎn)到A點(diǎn)的距離為L(zhǎng)ad = Tad^s11.可以得到故障點(diǎn)D點(diǎn)到B點(diǎn)的距離為L(zhǎng)bd = Tbd*s對(duì)光纖位于同一條光纜管道的雙纖雙向系統(tǒng)(包括帶光纖放大器系統(tǒng))，由于故障點(diǎn)通常同時(shí)作用于整條光纜管道，上述計(jì)算方法同樣適用。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)光纖傳輸系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)間線路故障點(diǎn)位置的實(shí)時(shí)精確測(cè)量方法，其特征在于在雙向光纖通信系統(tǒng)中，該方法包括有下列步驟(1)通過(guò)時(shí)間同步模塊采用高精度時(shí)間同步技術(shù)同步兩節(jié)點(diǎn)時(shí)間，并得到兩節(jié)點(diǎn)間的傳輸延時(shí)；如采用高精度時(shí)間協(xié)議如1588V2，兩節(jié)點(diǎn)的時(shí)間偏差可小于IOns ；(2)兩端節(jié)點(diǎn)記錄本地節(jié)點(diǎn)接收到受故障影響信號(hào)的時(shí)間，如記錄接收信號(hào)發(fā)生信號(hào)丟失、幀同步丟失或誤碼個(gè)數(shù)越限等信號(hào)劣化狀態(tài)的時(shí)間，作為本地故障發(fā)生時(shí)間；如直接采用信號(hào)告警發(fā)生時(shí)間，通過(guò)節(jié)點(diǎn)本地補(bǔ)償接收機(jī)觸發(fā)告警的保持時(shí)間，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)記錄受該故障影響信號(hào)到達(dá)節(jié)點(diǎn)時(shí)間精度達(dá)ns級(jí)別；(3)根據(jù)信號(hào)在傳輸線路的傳輸速度(S)、兩節(jié)點(diǎn)記錄受故障影響信號(hào)到達(dá)節(jié)點(diǎn)時(shí)間 (tl、t2)和兩節(jié)點(diǎn)間的傳輸延時(shí)(t)，計(jì)算出故障發(fā)生點(diǎn)到兩節(jié)點(diǎn)的距離。故障點(diǎn)D點(diǎn)到A點(diǎn)的延時(shí)Tad為Tad = ((t2-tl)+t)/2故障點(diǎn)D點(diǎn)到B點(diǎn)的延時(shí)Tad為=Tbd = ((tl-t2)+t)/2故障點(diǎn)D點(diǎn)到A點(diǎn)的距離=Lad = Tad*s故障點(diǎn)D點(diǎn)到B點(diǎn)的距離=Ldb = Tdb*s
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于故障發(fā)生前，系統(tǒng)處于正常發(fā)送和接收信號(hào)狀態(tài)；并通過(guò)高精度時(shí)間同步模塊精確同步兩節(jié)點(diǎn)時(shí)間和記錄兩節(jié)點(diǎn)間的傳輸延時(shí)；故障發(fā)生時(shí)，兩端節(jié)點(diǎn)精確記錄受故障影響信號(hào)到達(dá)本地節(jié)點(diǎn)的時(shí)間。并通過(guò)快速故障監(jiān)測(cè)和本地補(bǔ)償保證測(cè)量時(shí)間精度基準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于該測(cè)量方法適合于各種光纜點(diǎn)到點(diǎn)有線傳輸系統(tǒng)，以及部分點(diǎn)到多點(diǎn)光傳輸系統(tǒng)；對(duì)于點(diǎn)到點(diǎn)頻分復(fù)用系統(tǒng)，(波分復(fù)用系統(tǒng))，只需其中一個(gè)頻道(波長(zhǎng))即可有效測(cè)量，且精度和單頻/單波系統(tǒng)完全一樣；對(duì)于點(diǎn)到多點(diǎn)頻分復(fù)用系統(tǒng)(如WDM PON系統(tǒng))，則需將其分解為多個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)傳輸鏈路考慮，且每條點(diǎn)到點(diǎn)傳輸鏈路均需支持本測(cè)量方法；對(duì)于點(diǎn)到多點(diǎn)時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)(如GP0N、ΕΡ0Ν)， 其測(cè)量精度受上行時(shí)隙周期的影響。
全文摘要
本發(fā)明為一種實(shí)時(shí)光纖故障點(diǎn)位置的測(cè)量方法，以降低光纖故障維護(hù)的成本和時(shí)間，涉及光纖通訊領(lǐng)域。本發(fā)明主要包括下列功能模塊高精度時(shí)間同步模塊，高精度告警時(shí)間記錄模塊和故障點(diǎn)位置計(jì)算模塊。工作時(shí)高精度時(shí)間同步模塊時(shí)間同步協(xié)議(如1588v2協(xié)議)以保證兩節(jié)點(diǎn)間時(shí)間周期性同步，并測(cè)量?jī)晒?jié)點(diǎn)間的傳輸延時(shí)；高精度告警時(shí)間記錄模塊通過(guò)快速告警觸發(fā)和告警觸發(fā)延時(shí)補(bǔ)償功能準(zhǔn)確記錄受故障點(diǎn)影響的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間；故障點(diǎn)位置計(jì)算模塊通過(guò)兩節(jié)點(diǎn)的高精度時(shí)間同步模塊和高精度告警時(shí)間記錄模塊收集的信息，計(jì)算得到故障點(diǎn)的具體位置。
文檔編號(hào)H04B10/08GK102480320SQ20101055716
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者黃菊嵐 申請(qǐng)人:黃菊嵐