一種具有光纖故障檢測(cè)功能的onu光模塊的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種具有光纖故障檢測(cè)功能的ONU光模塊，包括信號(hào)處理電路、光耦合單元、通信接口和光時(shí)域反射電路；所述光時(shí)域反射電路用于接收通過信號(hào)處理電路或者客戶系統(tǒng)終端發(fā)出的故障測(cè)試指令，以生成測(cè)試脈沖發(fā)送至光耦合單元，進(jìn)而形成特定波長(zhǎng)的光脈沖，射入光纖并接收通過光纖反饋的光脈沖，進(jìn)行光纖故障的檢測(cè)。本實(shí)用新型通過將OTDR集成設(shè)計(jì)在PON系統(tǒng)客戶端的ONU光模塊中，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)客戶端對(duì)光纖故障的診斷和定位功能。利用每一個(gè)OUN光模塊來檢測(cè)與其連接的光纖是否存在斷點(diǎn)故障，由此在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴(kuò)展時(shí)，只需將需要增加的ONU接入系統(tǒng)即可，有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)客戶端光纖故障定位功能的平滑升級(jí)。
【專利說明】一種具有光纖故障檢測(cè)功能的ONU光模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光纖通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，是涉及一種應(yīng)用在光纖通信系統(tǒng)客戶端的光網(wǎng)絡(luò)單元ONU光模塊的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]在光纖通信系統(tǒng)中，光的傳輸介質(zhì)——光纖/光纜往往鋪設(shè)在郊外或者海底，難免出現(xiàn)鏈路故障或者傳輸設(shè)備故障等問題。為了能夠精確定位出現(xiàn)故障或者斷點(diǎn)的位置，目前通常采用光時(shí)域反射儀OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)進(jìn)行光纖故障的檢測(cè)、定位。
[0003]光時(shí)域反射儀OTDR采用時(shí)域測(cè)量方法，首先發(fā)射具有一定波長(zhǎng)的光脈沖到光纖中，然后在OTDR端口接收返回的信息來進(jìn)行分析。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)生散射和反射，其中一部分散射和反射光就會(huì)返回到OTDR中，返回的有用信息由OTDR的探測(cè)器來測(cè)量，作為光纖內(nèi)不同位置上的時(shí)間或者曲線片斷。利用從發(fā)射信號(hào)到接收到返回信號(hào)所用的時(shí)間以及光信號(hào)在光纖中的傳輸速度，就可以計(jì)算出導(dǎo)致光信號(hào)發(fā)生散射和反射的位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障位置的準(zhǔn)確定位。
[0004]光時(shí)域反射儀OTDR使用瑞利散射和菲涅爾反射來表征光纖的特性。瑞利散射是由于光纖的不均勻性，光信號(hào)沿著光纖產(chǎn)生無規(guī)律的散射而形成的。OTDR測(cè)量返回到OTDR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)由造成反向系數(shù)改變的因素組成，例如纖芯與空氣的間隙。在這些點(diǎn)上，會(huì)有很強(qiáng)的背向散射光被反射回來。因此，OTDR就是利用菲涅爾反射的信息來定位連接點(diǎn)、光纖終端或斷點(diǎn)的。
[0005]在目前的無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)部署中，光時(shí)域反射儀OTDR大多布設(shè)在系統(tǒng)局端，要么內(nèi)置于系統(tǒng)局端的光線路終端OLT中，要么與所述的OLT相外接。無論采用哪種設(shè)計(jì)方式，在系統(tǒng)局端增加光時(shí)域反射儀OTDR的同時(shí)，都需要再增設(shè)一個(gè)多路光開關(guān)，連接所述的0TDR，并且在局端的每一個(gè)PON 口下還需要再分別增加一個(gè)光合波器，連接所述的多路光開關(guān)。利用所述的多路光開關(guān)和光合波器將OTDR發(fā)射的光脈沖與OLT發(fā)射的下行業(yè)務(wù)光數(shù)據(jù)合并在一起，傳輸至光分配網(wǎng)絡(luò)0DN。
[0006]隨著無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)部署規(guī)模的日益擴(kuò)大，在系統(tǒng)局端引入光纖故障檢測(cè)功能，不僅會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變得異常復(fù)雜，而且對(duì)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商來說，還會(huì)導(dǎo)致其維護(hù)管理成本的大幅提升，并且對(duì)操作人員的專業(yè)技術(shù)水平也會(huì)提出更高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有光纖故障檢測(cè)功能的ONU光模塊，通過將OTDR測(cè)試模塊設(shè)置在光網(wǎng)絡(luò)單元ONU光模塊中，從而在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)光纖故障檢測(cè)功能的同時(shí)，簡(jiǎn)化了無源光網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了客戶端系統(tǒng)對(duì)光纖故障檢測(cè)定位功能的平滑升級(jí)。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0009]—種具有光纖故障檢測(cè)功能的ONU光模塊,包括
[0010]信號(hào)處理電路，用于傳輸常規(guī)的上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)；
[0011]光耦合單元，用于光信號(hào)與電信號(hào)之間的雙向轉(zhuǎn)換，并與光纖耦合連接；
[0012]通信接口，用于外接客戶系統(tǒng)終端，傳輸數(shù)據(jù)和指令；
[0013]光時(shí)域反射電路，用于接收通過信號(hào)處理電路或者客戶系統(tǒng)終端發(fā)出的故障測(cè)試指令，以生成測(cè)試脈沖發(fā)送至光耦合單元，進(jìn)而形成特定波長(zhǎng)的光脈沖，射入光纖并接收通過光纖反饋的光脈沖，進(jìn)行光纖故障的檢測(cè)。
[0014]進(jìn)一步的，在所述光時(shí)域反射電路中設(shè)置有OTDR測(cè)試電路和OTDR數(shù)據(jù)處理電路；所述OTDR數(shù)據(jù)處理電路生成測(cè)試脈沖序列電信號(hào)，發(fā)送至OTDR測(cè)試電路；所述OTDR測(cè)試電路在接收到所述的故障測(cè)試指令后，根據(jù)測(cè)試脈沖序列電信號(hào)生成測(cè)試脈沖發(fā)送至所述的光耦合單元。
[0015]優(yōu)選的，在所述OTDR測(cè)試電路中設(shè)置有微處理器、光接收機(jī)和光發(fā)射機(jī)；所述微處理器在接收到所述的故障測(cè)試指令后，控制光發(fā)射機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，并將測(cè)試脈沖序列電信號(hào)發(fā)送至光發(fā)射機(jī)，通過光發(fā)射機(jī)生成測(cè)試脈沖，發(fā)送至所述的光耦合單元；所述光耦合單元將通過光纖反饋的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，發(fā)送至光接收機(jī)進(jìn)行放大處理后，輸出至OTDR數(shù)據(jù)處理電路。
[0016]進(jìn)一步的，在所述光發(fā)射機(jī)中設(shè)置有電平轉(zhuǎn)換電路和脈沖發(fā)生電路；所述電平轉(zhuǎn)換電路連接微處理器，接收微處理器輸出的測(cè)試脈沖序列電信號(hào)，并進(jìn)行電平格式的轉(zhuǎn)換處理后，輸出至脈沖發(fā)生電路，通過脈沖發(fā)生電路生成所述的測(cè)試脈沖發(fā)送至光耦合單元。
[0017]進(jìn)一步的，在所述光接收機(jī)中設(shè)置有跨阻放大器、低噪聲模擬差分放大器和升壓電路；所述升壓電路連接微處理器，輸出直流高壓至所述的光耦合單元；所述光耦合單元將通過光纖反饋的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，發(fā)送至跨阻放大器轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)，所述差分信號(hào)經(jīng)由低噪聲模擬差分放大器進(jìn)行放大處理后，輸出至OTDR數(shù)據(jù)處理電路。
[0018]優(yōu)選的，在所述OTDR數(shù)據(jù)處理電路中設(shè)置有數(shù)模轉(zhuǎn)換器和FPGA芯片；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收光接收機(jī)反饋的電信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出至FPGA芯片，經(jīng)FPGA芯片處理后，通過所述的通信接口傳送至外部的客戶系統(tǒng)終端。
[0019]對(duì)于采用不同總線協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?hào)處理電路和光時(shí)域反射電路來說，在所述ONU光模塊中還可以進(jìn)一步設(shè)置總線管理模塊，分別連接所述的信號(hào)處理電路和光時(shí)域反射電路，對(duì)各路總線進(jìn)行切換控制。
[0020]優(yōu)選的，所述總線管理模塊通過I2C總線分別連接所述的信號(hào)處理電路和OTDR測(cè)試電路，通過SPI總線連接所述的OTDR數(shù)據(jù)處理電路，并通過I2C和SPI復(fù)用總線連接所述的通信接口。
[0021]為了降低系統(tǒng)功耗，在所述ONU光模塊中還設(shè)置有電源管理模塊，連接所述的總線管理模塊，通過總線管理模塊接收所述的故障測(cè)試指令，對(duì)光時(shí)域反射電路進(jìn)行供電控制。通過控制光時(shí)域反射電路僅在需要進(jìn)行光纖故障測(cè)試時(shí)啟動(dòng)運(yùn)行，從而避免了能源浪費(fèi)，節(jié)約了電能。
[0022]再進(jìn)一步的，在所述光耦合單元中設(shè)置有用于發(fā)射上行光信號(hào)的通信用激光器、用于接收下行光信號(hào)的通信用探測(cè)器、用于發(fā)射所述光脈沖的測(cè)試用激光器和用于接收反饋光脈沖的測(cè)試用探測(cè)器；所述通信用激光器、通信用探測(cè)器、測(cè)試用激光器和測(cè)試用探測(cè)器各自通過一個(gè)封裝管體封裝后，布設(shè)在光模塊中圓方管體的側(cè)面。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:本實(shí)用新型通過將光時(shí)域反射電路OTDR集成設(shè)計(jì)在無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)客戶端的ONU光模塊中，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)客戶端對(duì)光纖故障的診斷和故障點(diǎn)的定位功能。采用這種設(shè)計(jì)方式，一方面可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)局端的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的光纖故障檢測(cè)功能時(shí)，無需再對(duì)局端的光線路終端OLT進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，方便了系統(tǒng)局端的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；另一方面，通過在客戶端的ONU光模塊中集成OTDR測(cè)試功能，利用每一個(gè)OUN光模塊來檢測(cè)與其連接的光纖是否存在斷點(diǎn)故障，由此在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴(kuò)展時(shí)，只需將需要增加的ONU光模塊接入系統(tǒng)即可，操作簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，無需操作人員具備較高的專業(yè)技術(shù)水平，有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)客戶端光纖故障定位功能的平滑升級(jí)，在大大降低光網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商管理和維護(hù)成本的同時(shí)，能夠很好地支持后期無源光網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的擴(kuò)展。
[0024]結(jié)合附圖閱讀本實(shí)用新型實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本實(shí)用新型的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本實(shí)用新型所提出的具有光纖故障檢測(cè)功能的ONU光模塊的一種實(shí)施例的整體架構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是圖1所示ONU光模塊的一種實(shí)施例的具體電路原理框圖；
[0027]圖3是圖1中光耦合單元的一種實(shí)施例的外形結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0029]PON是Passive Optical Network的簡(jiǎn)稱，即無源光網(wǎng)絡(luò)。PON技術(shù)是一種典型的點(diǎn)到多點(diǎn)的接入技術(shù)，由局端的光線路終端0LT、用戶端的光網(wǎng)絡(luò)單元ONU以及光分配網(wǎng)絡(luò)ODN組成。在一個(gè)PON系統(tǒng)中，一般僅包括一個(gè)光線路終端0LT，安裝于中心控制站內(nèi)，即局端，發(fā)射下行光信號(hào)，通過ODN分成多路光信號(hào)后，通過光纖分別傳輸至各級(jí)光網(wǎng)絡(luò)單元ONUs中。所述光網(wǎng)絡(luò)單元ONU安裝于用戶場(chǎng)所，即客戶端，一個(gè)用戶場(chǎng)所需要安裝一個(gè)0NU，接收OLT發(fā)送的下行光信號(hào)，并向OLT回傳上行光信號(hào)。
[0030]無論是OLT還是ONU都需要使用光模塊來實(shí)現(xiàn)電信號(hào)與光信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換，本實(shí)用新型通過在現(xiàn)有ONU光模塊中集成光時(shí)域反射電路0TDR，實(shí)現(xiàn)了上行光信號(hào)、下行光信號(hào)和光時(shí)域檢測(cè)信號(hào)的單纖雙向傳輸，在確保光信號(hào)正常通信的前提下，通過讓ONU光模塊代替OLT光模塊執(zhí)行光纖故障測(cè)試任務(wù)，同樣實(shí)現(xiàn)了 PON系統(tǒng)的在線檢測(cè)、監(jiān)控和故障點(diǎn)定位功能。并且，采用ONU光模塊代替OLT光模塊執(zhí)行光纖故障測(cè)試任務(wù)，還有利于系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴(kuò)展，方便PON系統(tǒng)的大規(guī)模部署。
[0031]下面以應(yīng)用在GPON系統(tǒng)中的ONU光模塊為例，通過一個(gè)具體的實(shí)施例，來對(duì)本實(shí)用新型所提出的具有光纖故障檢測(cè)功能的ONU光模塊的具體電路組建結(jié)構(gòu)及其工作原理進(jìn)行詳細(xì)地闡述。[0032]實(shí)施例一,參見圖1所不，本實(shí)施例在ONU光模塊中內(nèi)置信號(hào)處理電路100、光f禹合單元200、通信接口 700和光時(shí)域反射電路800等主要組成部分。其中，信號(hào)處理電路100是常規(guī)光模塊中的既有電路，主要用于對(duì)常規(guī)的上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和處理，以完成GPON系統(tǒng)中客戶端與局端之間的基本數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù),并實(shí)時(shí)采集上報(bào)ONU光模塊的光電性能指標(biāo)。所述信號(hào)處理電路100連接光耦合單元200，一方面將需要上傳至局端的上行數(shù)據(jù)發(fā)送至光耦合單元200，利用光耦合單元200中集成的激光器將電信號(hào)形式的上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)(上行光信號(hào))，耦合射入光纖，例如圖1所示的單模光纖SMF，通過光纖SMF發(fā)送至局端的OLT ;另一方面，通過局端下發(fā)的光信號(hào)(下行光信號(hào))通過光纖SMF傳輸至客戶端的ONU光模塊，經(jīng)由光耦合單元200中集成的探測(cè)器將下行光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，即下行數(shù)據(jù)，發(fā)送至所述的信號(hào)處理電路100，經(jīng)由信號(hào)處理電路100進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，傳輸至客戶系統(tǒng)終端900。所述客戶系統(tǒng)終端900為用戶提供人機(jī)交互接口，通過通信接口 700與所述的ONU光模塊連接通信。所述通信接口 700用于傳輸上行數(shù)據(jù)、下行數(shù)據(jù)、控制指令以及OTDR測(cè)試數(shù)據(jù)，包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸接口和總線接口等。
[0033]為了使ONU光模塊具備光纖故障檢測(cè)功能,本實(shí)施例在所述ONU光模塊中內(nèi)置光時(shí)域反射電路800，基于OTDR技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖故障的診斷以及故障點(diǎn)的定位功能。將光時(shí)域反射電路800通過總線管理模塊500連接至所述的信號(hào)處理電路100，并通過通信接口700連接客戶系統(tǒng)終端900，接收通過信號(hào)處理電路100或者客戶系統(tǒng)終端900發(fā)出的故障測(cè)試指令，以生成測(cè)試脈沖發(fā)送至光耦合單元200，進(jìn)而形成特定波長(zhǎng)的光脈沖，即形成波長(zhǎng)獨(dú)立于GPON業(yè)務(wù)光信號(hào)所用波長(zhǎng)區(qū)間之外的測(cè)試光脈沖信號(hào)(例如波長(zhǎng)為1625nm的光脈沖信號(hào))，射入到光纖SMF中。所述光脈沖在光纖SMF中傳輸?shù)倪^程中，當(dāng)遇到連接器、接合點(diǎn)、光纖斷點(diǎn)或其它類似的事件時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生散射和反射，其中一部分散射和反射光通過光纖SMF返回到所述的ONU光模塊，經(jīng)由光耦合單元200接收并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖信號(hào)后，發(fā)送至光時(shí)域反射電路800，通過光時(shí)域反射電路800計(jì)算出光脈沖在光纖SMF中發(fā)生散射和反射的位置，進(jìn)而通過總線管理模塊500發(fā)送至客戶系統(tǒng)終端900。所述客戶系統(tǒng)終端900根據(jù)接收到的測(cè)試位置查找GPON系統(tǒng)中各連接頭的位置信息，比如分光器和OLT光模塊的位置信息等，根據(jù)各連接頭的位置信息自動(dòng)排查該測(cè)試位置是否為斷點(diǎn)位置，進(jìn)而生成測(cè)試結(jié)果，提供給維護(hù)人員監(jiān)測(cè)，完成光纖故障的檢測(cè)任務(wù)。
[0034]在本實(shí)施例中，所述總線管理模塊500是針對(duì)信號(hào)處理電路100和光時(shí)域反射電路800所使用的總線模式不一致的情況專門提出的，例如當(dāng)信號(hào)處理電路100使用I2C總線、光時(shí)域反射電路800使用SPI總線傳輸總線數(shù)據(jù)時(shí)，可以將所述總線管理模塊500分別通過I2C總線連接至信號(hào)處理電路100，通過SPI總線連接至光時(shí)域反射電路800，并通過I2C與SPI復(fù)用總線連接至通信接口 700，具體可連接至其內(nèi)部的總線接口，采用I2C總線傳輸或者SPI總線傳輸方式與外部的客戶系統(tǒng)終端900通信，傳輸故障測(cè)試指令和測(cè)試數(shù)據(jù)等相關(guān)信息，完成光纖故障的檢測(cè)過程。
[0035]在本實(shí)施例的光時(shí)域反射電路800中可以具體設(shè)置OTDR測(cè)試電路300和OTDR數(shù)據(jù)處理電路400，參見圖1所示。其中，OTDR數(shù)據(jù)處理電路通過SPI總線連接總線管理模塊500，在接收信號(hào)處理電路100或者客戶系統(tǒng)終端900發(fā)來的故障測(cè)試指令時(shí)，生成測(cè)試脈沖序列電信號(hào)，發(fā)送至OTDR測(cè)試電路400。所述OTDR測(cè)試電路400在接收所述的故障測(cè)試指令后，生成測(cè)試脈沖發(fā)送至光耦合單元200，生成用于OTDR測(cè)試的光脈沖。[0036]對(duì)于光纖故障的檢測(cè)，可以僅在ONU光模塊啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行，或者在感覺到系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)進(jìn)行，亦或者在常規(guī)的系統(tǒng)維護(hù)過程中進(jìn)行，由于這種故障檢測(cè)過程不需實(shí)時(shí)進(jìn)行，因此在無需進(jìn)行光纖故障檢測(cè)時(shí)，可以采用關(guān)閉光時(shí)域反射電路800的方式來避免能源無謂浪費(fèi)，達(dá)到降低系統(tǒng)功耗的設(shè)計(jì)目的。出于這一設(shè)計(jì)考慮，本實(shí)施例優(yōu)選在所述ONU光模塊中設(shè)置一電源管理模塊600，如圖1所示，分別連接所述的信號(hào)處理電路100、光耦合電路200、總線管理電路500和光時(shí)域反射電路800，對(duì)模塊中各功能電路的供電電源進(jìn)行分配管理，使光時(shí)域反射電路800和信號(hào)處理電路100分開獨(dú)立工作或者同時(shí)工作。
[0037]圖2為本實(shí)施例所提出的OUN光模塊的一種具體電路組建方式。其中，在所述信號(hào)處理電路100中具體設(shè)置有處理器(例如單片機(jī)MCU-1)140、升壓電路120、電流鏡像電路130,2.5G連續(xù)模式數(shù)字接收電路和1.25G突發(fā)模式數(shù)字激光器驅(qū)動(dòng)電路110等主要組成部分。通過客戶系統(tǒng)終端900發(fā)出的上行數(shù)據(jù)通過通信接口中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸接口首先傳輸至MCU-1 J^MCU-1處理后，控制1.25G突發(fā)模式數(shù)字激光器驅(qū)動(dòng)電路對(duì)光耦合單元200中的激光器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，進(jìn)而將上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成上行光信號(hào)，耦合射入光纖SMF。
[0038]光耦合單元200是光模塊內(nèi)光接口的光鏈路模塊，其作用是引導(dǎo)上下行光信號(hào)和OTDR光脈沖互不干擾地沿著各自的光鏈路傳輸。在本實(shí)施例的光耦合單元200中集成設(shè)置有用于將上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)為1310nm的發(fā)射光信號(hào)的通信用激光器220、用于將接收到波長(zhǎng)為1490nm的接收光信號(hào)轉(zhuǎn)換成下行數(shù)據(jù)的通信用APD探測(cè)器210、用于將光時(shí)域反射電路800發(fā)出的測(cè)試脈沖轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)為1625nm的光脈沖的測(cè)試用激光器240、用于將通過光纖SMF返回的1625nm光脈沖轉(zhuǎn)換成測(cè)試脈沖的測(cè)試用APD探測(cè)器230以及對(duì)各路光信號(hào)進(jìn)行傳輸鏈路分配的光耦合分配單元250，如圖2所示。
[0039]圖3為所述光耦合單元200的外形結(jié)構(gòu)圖，主要由兩個(gè)圓方管體260、270連接而成。在圓方管體260、270外部的四個(gè)側(cè)面上對(duì)應(yīng)設(shè)置有四個(gè)封裝管體TO(Transistor-Outline,圓柱式封裝管體)，分別用于封裝所述的通信用激光器220、通信用探測(cè)器210、測(cè)試用激光器240和測(cè)試用探測(cè)器230。將光耦合分配單元250內(nèi)置于圓方管體260、270中，將四個(gè)TO光路以同軸方式耦合至光纖適配器，將上行下行光信號(hào)以及測(cè)試用的發(fā)射和接收光脈沖按照各自光鏈路的傳輸要求，引導(dǎo)至各自對(duì)應(yīng)的光接口和光器件上。
[0040]通過OLT下發(fā)的1490nm的下行光信號(hào)經(jīng)由通信用探測(cè)器210接收后，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，傳輸至2.5G連續(xù)模式數(shù)字接收電路，進(jìn)而生成下行數(shù)據(jù)通過通信接口中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸接口發(fā)送至外部的客戶系統(tǒng)終端，完成常規(guī)的數(shù)字通信業(yè)務(wù)。
[0041]對(duì)于通信用探測(cè)器210工作過程中所需的直流高壓，由升壓電路120輸出提供。電流鏡像電路130對(duì)通信用探測(cè)器210產(chǎn)生的響應(yīng)電流進(jìn)行鏡像采集和縮放處理后，輸出至MCU-1，完成接收 光功率的檢測(cè)功能。
[0042]在本實(shí)施例的OTDR數(shù)據(jù)處理電路400中主要設(shè)置有現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA芯片410和模數(shù)轉(zhuǎn)換器420。所述FPGA芯片410通過SPI總線連接總線管理模塊500和通信接口，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器420連接OTDR測(cè)試電路300。在所述OTDR測(cè)試電路300中主要設(shè)置有微處理器(例如單片機(jī)MCU-2) 350、光接收機(jī)和光發(fā)射機(jī)，所述MCU-2通過I2C總線連接總線管理模塊500，接收故障測(cè)試指令以及通過FPGA芯片410輸出的測(cè)試脈沖序列電信號(hào)，控制光接收機(jī)和光發(fā)射機(jī)完成OTDR測(cè)試。[0043]本實(shí)施例的ONU光模塊采用主動(dòng)測(cè)試和外部控制兩種方式實(shí)施OTDR測(cè)試功能，判斷客戶端OUN至局端OLT光纖是否存在故障。
[0044]當(dāng)采用主動(dòng)測(cè)試方式時(shí)，在ONU光模塊上電后，首先進(jìn)行OTDR測(cè)試，通過MCU-1輸出故障測(cè)試指令經(jīng)由I2C總線傳輸至總線管理模塊500，總線管理模塊500 —方面接通MCU-1與MCU-2之間的I2C總線鏈路，將所述故障測(cè)試指令傳送至所述MCU-2 ;另一方面控制電源管理模塊600利用其內(nèi)部設(shè)置的電源管理芯片610切斷信號(hào)處理電路100中除MCU-1以外各功能電路的供電，并為光時(shí)域反射電路800中的各功能電路供電，啟動(dòng)光時(shí)域反射電路800運(yùn)行，完成對(duì)光纖故障的檢測(cè)任務(wù)。若存在故障，可以通過復(fù)用總線上報(bào)；若沒有故障，則可以開啟ONU的正常數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。
[0045]當(dāng)采用外部控制方式時(shí)，客戶系統(tǒng)終端900可以在ONU光模塊運(yùn)行的過程中隨時(shí)生成故障測(cè)試指令，通過通信接口 700發(fā)送至ONU光模塊，啟動(dòng)OTDR測(cè)試功能。在本實(shí)施例中，客戶系統(tǒng)終端900可以通過SPI總線下發(fā)使能信號(hào)SEN (LVTTL電平，可以選擇高電平使能或低電平使能)，傳輸至總線管理模塊500，控制總線管理模塊500中的模擬總線開關(guān)510將MCU-1與MCU-2之間的I2C總線鏈路斷開，I2C通信接口被硬件關(guān)閉，以防止與FPGA芯片410的SPI通信接口時(shí)序沖突。同時(shí)，控制電源管理模塊600為OTDR測(cè)試電路300和OTDR數(shù)據(jù)處理電路400供電，啟動(dòng)光時(shí)域反射電路800運(yùn)行。此外，所述使能信號(hào)SEN同時(shí)傳輸至FPGA芯片410，控制FPGA芯片410的軟件接口由慢速的I2C接口切換為快速的SPI接口，以滿足FPGA芯片410與客戶系統(tǒng)終端900之間的通信要求。
[0046]無論采用主動(dòng)測(cè)試方式還是外部控制方式，當(dāng)光時(shí)域反射電路800啟動(dòng)運(yùn)行后，OTDR測(cè)試電路300和OTDR數(shù)據(jù)處理電路400開始執(zhí)行初始化過程，待初始化完成后，即可按照設(shè)定好的時(shí)序開始執(zhí)行OTDR測(cè)試。
[0047]在執(zhí)行OTDR測(cè)試過程中，首先通過FPGA芯片410產(chǎn)生測(cè)試脈沖序列電信號(hào)，單脈沖的寬度和序列的長(zhǎng)度可以根據(jù)具體的OTDR測(cè)試條件要求(如被測(cè)光纖長(zhǎng)度、檢測(cè)精度、盲區(qū)大小等)由客戶系統(tǒng)終端900設(shè)置，最短的單脈沖寬度可支持50ns。與此同時(shí)，MCU-2產(chǎn)生突發(fā)使能控制信號(hào)，控制光發(fā)射機(jī)工作于突發(fā)模式，僅在需要發(fā)射測(cè)試脈沖時(shí)開啟，其余時(shí)間關(guān)閉，以減少對(duì)光接收機(jī)噪聲的反射。
[0048]在所述光發(fā)射機(jī)中設(shè)置有電平轉(zhuǎn)換電路360和脈沖發(fā)生電路330，如圖2所示。MCU-2通過總線管理模塊500接收FPGA芯片410發(fā)出的測(cè)試脈沖序列電信號(hào)，傳輸至電平轉(zhuǎn)換電路360，將信號(hào)格式LVTTL轉(zhuǎn)換成LVPECL，輸入至脈沖發(fā)生電路330，通過脈沖發(fā)生電路330生成測(cè)試所需的測(cè)試脈沖發(fā)送至光耦合單元200，通過測(cè)試用激光器240轉(zhuǎn)換成光脈沖，耦合入射至光纖SMF。
[0049]所述光脈沖在光纖SMF中傳輸?shù)倪^程中，在遇到斷點(diǎn)時(shí)，會(huì)在斷點(diǎn)位置發(fā)生反射和散射，由此形成的反射光脈沖和反向散射光脈沖會(huì)沿著入射光相反的方向返回至光耦合單元200，并由光耦合分配單元250按照比例分配后，傳送至測(cè)試用探測(cè)器230進(jìn)行接收，進(jìn)而經(jīng)由測(cè)試用探測(cè)器230轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)，發(fā)送至OTDR測(cè)試電路300中的光接收機(jī)。
[0050]在所述光接收機(jī)中設(shè)置有升壓電路320、跨阻放大器310和低噪聲模擬差分放大器340，如圖2所示。所述升壓電路320連接M⑶-2，接收MCU-2輸出的PWM信號(hào)，控制升壓電路320生成測(cè)試用探測(cè)器230工作所需的直流高壓。跨阻放大器310接收通過測(cè)試用探測(cè)器230發(fā)出的電流信號(hào)，轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)輸出至低噪聲模擬差分放大器340。所述低噪聲模擬差分放大器340工作在負(fù)反饋模式，輸出放大處理后的差分信號(hào)至OTDR數(shù)據(jù)處理電路400中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器420。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器420對(duì)接收到的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并行輸出數(shù)字信號(hào)傳輸至FPGA芯片410的對(duì)應(yīng)IO 口。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器420和FPGA芯片410共用外部IOOMHz參考時(shí)鐘，F(xiàn)PGA芯片410根據(jù)接收到的數(shù)字信號(hào)確定出光脈沖發(fā)生反射和散射的位置，并通過SPI總線發(fā)送至外部的客戶系統(tǒng)終端900，最終生成OTDR測(cè)試結(jié)果，完成光纖故障的診斷任務(wù)。
[0051]如果無需進(jìn)行OTDR測(cè)試，MCU-1或者客戶系統(tǒng)終端900可以通過總線管理模塊500輸出指令給MCU-2，使其控制升壓電路320和脈沖發(fā)生電路330不工作；同時(shí)，通過電源管理模塊600控制跨阻放大器310、低噪聲模擬差分放大器340、模數(shù)轉(zhuǎn)換器420和FPGA芯片410的工作電壓關(guān)斷，使光時(shí)域反射電路800中除MCU-2以外的其他功能模塊均處于不工作狀態(tài)，以降低功耗。將MCU-2設(shè)置于待機(jī)狀態(tài)，一旦需要工作，可以通過總線管理模塊500及時(shí)喚醒。
[0052]本實(shí)用新型的ONU光模塊性能優(yōu)良，工作穩(wěn)定可靠，OTDR測(cè)試精度高，對(duì)GPON業(yè)務(wù)系統(tǒng)光電性能指標(biāo)基本無影響，與GPON業(yè)務(wù)兼容性高，能夠很好的支持后期GPON業(yè)務(wù)的擴(kuò)展。
[0053]當(dāng)然，上述說明并非是對(duì)本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型也并不僅限于上述舉例，本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種具有光纖故障檢測(cè)功能的ONU光模塊,包括 信號(hào)處理電路，用于傳輸常規(guī)的上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)； 光耦合單元，用于光信號(hào)與電信號(hào)之間的雙向轉(zhuǎn)換，并與光纖耦合連接； 通信接口，用于外接客戶系統(tǒng)終端，傳輸數(shù)據(jù)和指令； 其特征在于，還設(shè)置有 光時(shí)域反射電路，用于接收通過信號(hào)處理電路或者客戶系統(tǒng)終端發(fā)出的故障測(cè)試指令，以生成測(cè)試脈沖發(fā)送至光耦合單元，進(jìn)而形成特定波長(zhǎng)的光脈沖，射入光纖并接收通過光纖反饋的光脈沖，進(jìn)行光纖故障的檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光纖故障檢測(cè)功能的ONU光模塊，其特征在于:在所述光時(shí)域反射電路中設(shè)置有OTDR測(cè)試電路和OTDR數(shù)據(jù)處理電路；所述OTDR數(shù)據(jù)處理電路生成測(cè)試脈沖序列電信號(hào)，發(fā)送至OTDR測(cè)試電路；所述OTDR測(cè)試電路在接收到所述的故障測(cè)試指令后，根據(jù)測(cè)試脈沖序列電信號(hào)生成測(cè)試脈沖發(fā)送至所述的光耦合單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有光纖故障檢測(cè)功能的ONU光模塊，其特征在于:在所述OTDR測(cè)試電路中設(shè)置有微處理器、光接收機(jī)和光發(fā)射機(jī)；所述微處理器在接收到所述的故障測(cè)試指令后，控制光發(fā)射機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，并將測(cè)試脈沖序列電信號(hào)發(fā)送至光發(fā)射機(jī)，通過光發(fā)射機(jī)生成測(cè) 試脈沖，發(fā)送至所述的光耦合單元；所述光耦合單元將通過光纖反饋的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，發(fā)送至光接收機(jī)進(jìn)行放大處理后，輸出至OTDR數(shù)據(jù)處理電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有光纖故障檢測(cè)功能的ONU光模塊，其特征在于:在所述光發(fā)射機(jī)中設(shè)置有電平轉(zhuǎn)換電路和脈沖發(fā)生電路；所述電平轉(zhuǎn)換電路連接微處理器，接收微處理器輸出的測(cè)試脈沖序列電信號(hào)，并進(jìn)行電平格式的轉(zhuǎn)換處理后，輸出至脈沖發(fā)生電路，通過脈沖發(fā)生電路生成所述的測(cè)試脈沖發(fā)送至光耦合單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有光纖故障檢測(cè)功能的ONU光模塊，其特征在于:在所述光接收機(jī)中設(shè)置有跨阻放大器、低噪聲模擬差分放大器和升壓電路；所述升壓電路連接微處理器，輸出直流高壓至所述的光耦合單元；所述光耦合單元將通過光纖反饋的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，發(fā)送至跨阻放大器轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)，所述差分信號(hào)經(jīng)由低噪聲模擬差分放大器進(jìn)行放大處理后，輸出至OTDR數(shù)據(jù)處理電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有光纖故障檢測(cè)功能的ONU光模塊，其特征在于:在所述OTDR數(shù)據(jù)處理電路中設(shè)置有數(shù)模轉(zhuǎn)換器和FPGA芯片；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器接收光接收機(jī)反饋的電信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出至FPGA芯片，經(jīng)FPGA芯片處理后，通過所述的通信接口傳送至外部的客戶系統(tǒng)終端。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的具有光纖故障檢測(cè)功能的ONU光模塊，其特征在于:在所述ONU光模塊中還設(shè)置有總線管理模塊，分別連接所述的信號(hào)處理電路和光時(shí)域反射電路，對(duì)各路總線進(jìn)行切換控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有光纖故障檢測(cè)功能的ONU光模塊，其特征在于:所述總線管理模塊通過I2C總線分別連接所述的信號(hào)處理電路和OTDR測(cè)試電路，通過SPI總線連接所述的OTDR數(shù)據(jù)處理電路，并通過I2C和SPI復(fù)用總線連接所述的通信接口。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有光纖故障檢測(cè)功能的ONU光模塊，其特征在于:在所述ONU光模塊中還設(shè)置有電源管理模塊，連接所述的總線管理模塊，通過總線管理模塊接收所述的故障測(cè)試指令，對(duì)光時(shí)域反射電路進(jìn)行供電控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的具有光纖故障檢測(cè)功能的ONU光模塊，其特征在于:在所述光耦合單元中設(shè)置有用于發(fā)射上行光信號(hào)的通信用激光器、用于接收下行光信號(hào)的通信用探測(cè)器、用于發(fā)射所述光脈沖的測(cè)試用激光器和用于接收反饋光脈沖的測(cè)試用探測(cè)器；所述通信用激光器、通信用探測(cè)器、測(cè)試用激光器和測(cè)試用探測(cè)器各自通過一個(gè)封裝管體封裝后，布設(shè)在光模塊中圓方管體的側(cè)面。
【文檔編號(hào)】H04B10/071GK203747825SQ201420099480
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】鄭龍 申請(qǐng)人:青島海信寬帶多媒體技術(shù)有限公司