МОНИТОРИНГ ВОЛОКНА В ОПТИЧЕСКИХ СЕТЯХ Российский патент 2013 года по МПК H04B10/07 

Область техники

Данная заявка относится к мониторингу волокна в оптических сетях и, в частности, но не только, к устройствам и способам для обнаружения и определения местоположения разрывов волокна в рамках оптической сети.

Уровень техники

Оптическая сеть обычно состоит из множества узлов, соединенных между собой посредством участков оптического волокна, известных как «сегменты». Типичная оптическая сеть проиллюстрирована схематично на фиг.1. Сеть 50 содержит множество узлов 20, соединенных посредством сегментов 30 волокна. Только три узла 20 показаны для ясности. Тем не менее, следует принимать во внимание, что сеть обычно содержит гораздо больше узлов. Каждый сегмент может содержать два (или более) волокна, например, исходящее волокно, чтобы осуществлять передачу трафика (в форме модулированного оптического сигнала) из узла, и обратное волокно, чтобы переносить трафик в узел. Хотя показанные сегменты соединяют два соседних узла, следует принимать во внимание, что «сегмент» может в равной степени упоминаться как соединение между двумя несмежными узлами, если имеются промежуточные узлы.

Сеть 50 может содержать много различных типов узлов, каждый из которых имеет одну или более функций. Например, узлы 20a и 20c являются узлами добавления/извлечения, в которых оптические сигналы трафика добавляются или извлекаются из сети 50. Такие узлы содержат источники лазерного оптического излучения, на выходе которых модулируется электрический сигнал, чтобы создавать сигнал трафика, а также оборудование для демодуляции, которое позволяет восстанавливать информацию в форме электрического сигнала из принимаемого оптического излучения. Узел 20b является узлом повторителя, который не добавляет и не извлекает сигналы из сети 50, а вместо этого перенаправляет принимаемые оптические сигналы далее, обычно с дополнительным усилением, чтобы повышать мощность сигнала. Другие узлы могут выполнять обе из этих функций узла и могут иметь возможность добавлять/удалять сигналы из трафика, а также усиливать и повторно передавать принимаемые сигналы трафика.

Передача сигналов по сети управляется из центральной станции 40. Центральная станция 40 наблюдает за маршрутизацией сигналов и обнаружением повреждений в рамках сети.

Когда оптическое волокно в рамках сети повреждается, обычно можно обнаруживать сегмент, в котором возникает разрыв, из того факта, что узел/усилитель приемного устройства не принимает оптическую мощность из узла удаленного передающего устройства (иногда также называемого линейным усилителем). Когда используется термин «разрыв», подразумевается то, что волокно повреждено так, что оптические сигналы вообще не передаются по волокну в приемное устройство, удаленное от источника оптических сигналов.

Каждый сегмент в рамках сети может иметь протяженность во множество километров (обычно до 100 км). Таким образом, когда разрыв волокна возникает, желательно обнаруживать позицию разрыва волокна вдоль сегмента с подходящей точностью, чтобы давать персоналу, который должен восстанавливать сбой, максимально возможно точную информацию о позиции разрыва, чтобы не допускать необходимости выполнять поиск разрыва по всему сегменту. Тем не менее, хотя, как пояснено выше, довольно просто определять то, какой сегмент волокна поврежден, нелегко точно обнаруживать место, в котором повреждено волокно.

Наиболее распространенные способы предшествующего уровня техники для определения разрывов волокна запускают оптическую мощность на конце связанного сегмента и затем обрабатывают сигнал обратного рассеяния. Некоторые способы используют OTDR (оптический рефлектометр временной области), интегрированный по-разному в систему связи или используемый как автономный инструментарий, с которым оперирует персонал. Оптическое измерение коэффициента отражения во временной области требует отправки кратковременных импульсов с высоким уровнем мощности излучения в тестируемое волокно и обнаружения сигнала, который обратно рассеивается из разрыва или дефекта в волокне. Расстояние до разрыва может быть определено посредством обработки сигнала известным способом.

Такие способы OTDR могут быть разделены на способы, подходящие для работающих систем, и способы, которые подходят только для бездействующих систем. Например, рассмотрим систему, которая содержит узел добавления/извлечения сразу после линейного усилителя, когда имеется разрыв после узла добавления/извлечения. Разрыв не оказывает влияния на трафик, извлеченный в узле добавления/извлечения, но на него может оказывать влияние любой диагностический тест, выполняемый из линейного усилителя, который пытается находить разрыв. В случае теста без прерывания связи тест (практически) не оказывает влияния на извлекаемый трафик. В случае теста с прерыванием связи, тем не менее, извлекаемый трафик может серьезно нарушаться, и узел добавления/извлечения и другое оборудование еще ниже может повреждаться, если трафик не прерывается в то время, когда тест выполняется.

В случае бездействующих систем OTDR-сигнал передается в связанную волоконную линию связи при длинах волн трафика. Этот сигнал обратно рассеивается из разрыва волокна и затем обнаруживается и обрабатывается подходящим способом. Такие системы могут использоваться только тогда, когда вся линия связи в обоих направлениях считается бездействующей, поскольку использование внутриполосного сигнала (т.е. сигнала с идентичной или аналогичной трафику длиной волны) может создавать помехи и нарушать трафик, присутствующий в рассматриваемом сегменте и в сегментах в нисходящем направлении. Необходимо следить за тем, чтобы не допускать выгорания контактов оптики приемного устройства посредством OTDR-сигнала, поскольку внутриполосный OTDR-сигнал усиливается посредством оптических повторителей способом, аналогичным каналам трафика, и поэтому есть риск его демультиплексирования и отправки в дорогую и чувствительную оптику приемного устройства.

Работающие системы преодолевают эти проблемы посредством использования тестового сигнала с отличной от трафика длиной волны, например, внеполосного тона или оптического контрольного канала, для OTDR (так, что этот сигнал не усилен или демультиплексирован). Тем не менее, такие системы являются более дорогими, поскольку они требуют дополнительного оборудования, чтобы осуществлять тестирование волокна, в форме дополнительного линейного усилителя и иногда даже дополнительного «резервного» волокна.

Необходимость установки дорогого дополнительного оборудования в каждом узле может преодолеваться при помощи автономного инструментария OTDR. Тем не менее, недостаток этого заключается в том, что он требует использования персонала, который должен сначала обнаруживать местоположение разрыва с одного конца волокна, отправляться к месту разрыва волокна, чтобы восстанавливать разрыв, что приводит к повышению трудовых затрат и вероятности дополнительных неисправностей вследствие того факта, что персонал должен носить оборудование в станции/узле линии связи.

Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы облегчать некоторые или все вышеуказанные проблемы.

Сущность изобретения

Согласно первому аспекту изобретения предусмотрен способ мониторинга оптического волокна, при этом способ содержит: модуляцию оптического сигнала с помощью сигнала трафика; модуляцию оптического сигнала с помощью тестового сигнала на основе некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, IOFDR; передачу дважды модулированного оптического сигнала в оптическое волокно в первом конце волокна; обнаружение рассеянного излучения, выводимого из первого конца волокна; и анализ обнаруженного рассеянного излучения с использованием некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, чтобы определять расстояние до разрыва в оптическом волокне.

С помощью этого способа местоположение разрыва волокна может быть определено в то время, когда волокно используется, без нарушения трафика в волокне или в волокнах в нисходящем направлении и без риска повреждения оптики приемного устройства в нисходящем направлении.

Обычно оптический сигнал должен иметь заданную длину волны или диапазон длин волн. Этот диапазон длин волн может центрироваться вокруг 1550 нм.

IOFDR-сигнал предпочтительно модулируется в оптический сигнал в усилителе посредством модуляции выходного сигнала лазера, используемого для того, чтобы накачивать активную среду усилителя. Таким образом, IOFDR-сигнал может модулироваться в оптический сигнал с использованием усилителя, идентичного усилителю, который используется для того, чтобы усиливать и/или инициировать сигнал трафика, и при длине волны, идентичной длине волны сигнала трафика. Таким образом, только один усилитель/лазер необходим, чтобы формировать сигнал трафика и IOFDR-сигнал.

Сигнал трафика может модулироваться в оптический сигнал перед тестовым IOFDR-сигналом (например, в случае, если IOFDR введено в оптический сигнал в усилителе повторителя, который выполнен с возможностью усиливать входящий оптический сигнал и повторно передавать усиленный оптический сигнал). Следует принимать во внимание, что, альтернативно, сигнал трафика может модулироваться в оптический сигнал после тестового IOFDR-сигнала (например, в случае, если оптический сигнал, включающий в себя тестовый IOFDR-сигнал, сформирован посредством линейного усилителя/лазера, причем этот сигнал затем модулируется с помощью сигнала трафика).

IOFDR-сигнал может быть синусоидальным сигналом, имеющим известную частоту и амплитуду. Этапы модуляции выходного сигнала лазера, передачи дважды модулированного оптического сигнала и обнаружения рассеянного излучения могут повторяться многократно, причем частота тестового IOFDR-сигнала изменяется, по меньшей мере, в одном из этих случаев и предпочтительно в каждом из множества случаев, при этом частота увеличивается с шагами с первого раза до последнего раза.

Анализ обнаруженного рассеянного излучения может содержать сравнение обнаруженного рассеянного излучения с дважды модулированным оптическим сигналом. Сравнение включает в себя комбинирование обнаруженного рассеянного сигнала со сдвинутой по фазе копией дважды модулированного оптического сигнала, чтобы формировать комбинированный сигнал, и фильтрацию этого комбинированного сигнала с помощью фильтра нижних частот. Вышеуказанная обработка может выполняться для того, чтобы определять частоту (f_max), которая соответствует максимуму комбинированного сигнала.

Анализ обнаруженного рассеянного излучения дополнительно может включать в себя определение длины волокна или набора длин волокна, ассоциированных с отражениями, из частоты (f_max). В случае, если набор длин волокна соответствует частоте (f_max), этап анализа дополнительно может включать в себя различение реального расстояния до разрыва волокна из набора длин.

Длина волокна или набор длин волокна предпочтительно определяется посредством решения уравнения

В случае если набор длин волокна соответствует частоте (f_max), чтобы различать реальное расстояние до разрыва волокна из набора длин, решения уравнения f(L), которые не касаются абсолютного максимума уравнения

,

могут быть исключены.

Способ мониторинга оптического волокна дополнительно может содержать: модуляцию второго оптического сигнала с помощью второго тестового сигнала на основе некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, IOFDR; передачу модулированного второго оптического сигнала в оптическое волокно или ассоциированное оптическое волокно на втором конце этого оптического волокна; обнаружение второго рассеянного излучения, выводимого из второго конца оптического волокна; и анализ второго рассеянного излучения, а также первого рассеянного излучения с помощью некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, чтобы определять расстояние до разрыва в оптическом волокне.

Под «ассоциированным волокном» подразумевается волокно, которое следует физическому маршруту, идентичному маршруту первого оптического волокна, например волокно, которое находится в одном кабелепроводе или канале с первым волокном. Одним примером ассоциированных волокон является пара волокон, идущих между двумя сетевыми узлами, причем пара содержит исходящее волокно для переноса трафика между узлами в первом направлении и обратное волокно для переноса трафика между узлами во втором направлении, противоположном первому направлению.

Такой модифицированный способ фактически требует осуществления способа первого аспекта изобретения дважды с противоположных концов волокна. С помощью этого модифицированного способа может быть возможным более точно определять местоположение разрыва волокна, в частности, в случае более длинных волокон. В частности, анализ может содержать сравнение набора возможных расстояний до разрыва, которые определены из первого рассеянного излучения, с набором возможных расстояний до разрыва, которые определены из второго рассеянного излучения, чтобы определять реальное расстояние до разрыва.

Обнаруженный рассеянный сигнал может быть фильтрован, чтобы уменьшать содержимое шума сигнала.

Согласно второму аспекту изобретения предусмотрен усилитель для оптической сети связи, выполненный с возможностью усиливать оптический сигнал, модулируемый с помощью сигнала трафика, принимаемого из выхода первого оптического волокна, и повторно передавать усиленный сигнал в первый конец второго оптического волокна. Усилитель содержит модулятор, выполненный с возможностью дополнительно модулировать оптический сигнал с помощью тестового сигнала на основе некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, IOFDR, и первый детектор, выполненный с возможностью обнаруживать рассеянное излучение, принимаемое, по меньшей мере, из одного из первого конца второго оптического волокна или выхода первого оптического волокна.

Согласно третьему аспекту изобретения предусмотрено передающее устройство для оптической сети связи. Передающее устройство содержит оптический источник, выполненный с возможностью формировать оптический сигнал для передачи в первый конец оптического волокна, первый модулятор, выполненный с возможностью модулировать оптический сигнал с помощью тестового сигнала на основе некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, IOFDR, второй модулятор, выполненный с возможностью дополнительно модулировать оптический сигнал с помощью сигнала трафика, и детектор, выполненный с возможностью обнаруживать рассеянное излучение, принимаемое из первого конца оптического волокна. Оптическим источником может быть лазер и/или усилитель.

С помощью устройства в соответствии со вторым или третьим аспектом тестовый IOFDR-сигнал может передаваться с использованием физического оборудования, идентичного оборудованию, которое используется для того, чтобы усиливать сигнал трафика, в случае второго аспекта, или формировать оптический сигнал, к которому сигнал трафика должен применяться, в случае третьего аспекта. Эта компоновка снижает сложность и, следовательно, затраты, возникающие при предоставлении средства для определения местоположения разрыва волокна. IOFDR-сигнал может передаваться одновременно с сигналом трафика без нарушения сигнала трафика. Предпочтительно, IOFDR-сигнал передается при длине волны, идентичной длине волны сигнала трафика (например, при длине волны, равной точно или примерно 1550 нм).

Модулятор (или первый модулятор) может содержать лазер накачки усилителя, так что IOFDR-сигнал применяется к оптическому сигналу, идентичному сигналу трафика.

Усилитель/передающее устройство дополнительно может содержать второй детектор, выполненный с возможностью обнаруживать сигнал, который должен передаваться посредством усилителя/передающего устройства, причем этот сигнал модулируется с помощью тестового IOFDR-сигнала. Сигнал также может модулироваться с помощью сигнала трафика.

Вывод из детектора или детекторов может предоставляться в анализатор на основе некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, IOFDR, который выполнен с возможностью определять расстояние до разрыва в оптическом волокне посредством анализа выхода детектора(ов) с использованием некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области. Анализатор может быть выполнен с возможностью комбинировать вывод первого детектора со сдвинутой по фазе копией второго выхода второго детектора, чтобы формировать комбинированный сигнал, и фильтровать этот комбинированный сигнал с помощью фильтра нижних частот.

Усилитель/передающее устройство дополнительно может содержать микропроцессор, программируемый, чтобы управлять работой лазера накачки. Микропроцессор может содержать анализатор, упоминаемый выше.

В случае второго аспекта изобретения усилитель дополнительно может содержать третий детектор, выполненный с возможностью обнаруживать рассеянное излучение, принимаемое из выхода первого оптического волокна. Это дает возможность усилителю обнаруживать разрыв в первом оптическом волокне (т.е. волокне, из которого он принимает сигнал, который должен быть усилен), а также (или вместо этого) дает возможность усилителю обнаруживать разрыв во втором оптическом волокне (т.е. волокне, в которое он передает усиленный оптический сигнал).

Согласно пятому аспекту изобретения предусмотрен усилитель для оптической сети связи, причем усилитель содержит лазер накачки, выполненный с возможностью при использовании накачивать активную среду усилителя, и микропроцессор для управления работой усилителя, при этом микропроцессор выполнен с возможностью модулировать выход лазера накачки с помощью тестового сигнала на основе некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, IOFDR, и при этом усилитель дополнительно содержит детектор, выполненный с возможностью обнаруживать рассеянное излучение, принимаемое в усилителе, причем это излучение модулировано с помощью тестового IOFDR-сигнала.

Усилитель дополнительно может содержать входной разъем для приема оптического сигнала, который должен быть усилен, при этом детектор выполнен с возможностью обнаруживать рассеянное излучение, принимаемое во входном разъеме.

Согласно другому аспекту изобретения предусмотрена оптическая сеть связи, содержащая усилитель и/или передающее устройство по любому из второго, третьего или четвертого аспектов изобретения.

Оптическая сеть связи может содержать первый такой усилитель/передающее устройство, расположенный в первом конце оптического волокна, и второй усилитель/передающее устройство, расположенный во втором конце оптического волокна или в ассоциированном оптическом волокне (как задано выше). Оптическая сеть связи дополнительно может содержать менеджера сети, выполненного с возможностью принимать данные из детекторов первого и второго усилителей/передающих устройств и определять расстояние до разрыва в оптическом волокне или волокнах посредством анализа данных, предоставленных посредством первого и второго усилителей/передающих устройств, с использованием некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 является схематическим представлением оптической сети.

Фиг.2 показывает один вариант осуществления усилителя в соответствии с изобретением.

Фиг.2a является блок-схемой последовательности операций способа, схематично излагающей этапы способа определения местоположения разрыва в оптическом волокне в одном варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2b является блок-схемой последовательности операций способа, схематично излагающей этапы способа определения местоположения разрыва в оптическом волокне в одном варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2c показывает один вариант осуществления передающего устройства в соответствии с изобретением.

Фиг.3 показывает постобработанную оптическую мощность, проиллюстрированную в зависимости от частоты для (1) теоретических данных, (2) измеренных данных и (3) фильтрованных измеренных данных.

Фиг.4 показывает график уравнения 1.

Фиг.5 показывает (a) как ложные, так и допустимые решения функции f(L) (уравнение 2), и (b) крупно показывает в деталях график (a) между длинами волокна в 40 км и 100 км.

Фиг.6 показывает (a) взаимосвязь между частотой, в которой максимальная оптическая мощность обратного рассеяния обнаруживается, и расстоянием до разрыва волокна для множества коэффициентов затухания волокна, и (b) варьирование порогового значения X расстояния с коэффициентом затухания.

Фиг.7 является схематическим представлением части оптической сети связи.

Фиг.8 показывает взаимосвязь между амплитудой рассеянного сигнала (после обработки в соответствии с этапами по фиг.2a) и частотой для двух выбранных расстояний.

Фиг.9 является графиком, аналогичным фиг.5, показывающим ложные и допустимые решения функции f(L).

Фиг.10 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей один способ отличать реальное решение от ложных и/или нескольких допустимых решений.

Фиг.11 является графиком, аналогичным фиг.6, и иллюстрирует максимальный сегмент волокна, для которого изобретение может выполняться, согласно одному варианту осуществления для множества различных оптических коэффициентов затухания волокна.

Фиг.12 иллюстрирует «мертвые точки», в которых невозможно быть уверенным в расстоянии до разрыва волокна без дополнительного анализа рассеянного оптического сигнала.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение использует оптическое измерение коэффициента отражения в частотной области и, в частности, некогерентное оптическое измерение коэффициента отражения в частотной области (IOFDR), чтобы обнаруживать наличие разрыва волокна и определять местоположение разрыва посредством измерения расстояния до разрыва. Способ работает как для работающих, так и для бездействующих систем.

В IOFDR, при использовании в данном документе, тестовый IOFDR-сигнал передается вдоль оптического волокна в диапазоне частот. Для каждой частоты запускаемая (т.е. передаваемая) оптическая мощность IOFDR-сигнала обнаруживается (или иным образом определяется, например, из мощности, при которой лазер накачки возбуждается, если лазер является простым лазером, который не вводит сдвиг фаз в выходную мощность, как в EDFA), как и оптическая мощность обратного рассеяния (возвращаемая из волокна после отражения вдоль всего остаточного сегмента волокна). Сам разрыв волокна отражает небольшую оптическую мощность (таким образом, если нет разрыва, способ IOFDR должен обнаруживать длину всего неразорванного сегмента волокна). Оптическая мощность обратного рассеяния обычно примерно на 40-45 дБ ниже падающей оптической мощности.

Вышеуказанные измерения преобразуются в электрические сигналы и заключительно обрабатываются, как подробно поясняется ниже. Зная коэффициент затухания волокна и эффективный показатель преломления волокна, информация о расстоянии разрыва из усилителя может извлекаться из измерения разности фаз мощности запускаемого сигнала и мощности сигнала обратного рассеяния.

В варианте осуществления изобретения, поясненном ниже, тестовый IOFDR-сигнал является синусоидальным сигналом с очень небольшим индексом амплитудной модуляции (также известным как глубина модуляции). IOFDR-сигнал передается при длине волны, идентичной длине волны сигнала трафика, предпочтительно с использованием лазера, идентичного лазеру, который используется для того, чтобы формировать сигнал трафика. Тестовый сигнал передается одновременно с сигналом трафика в форме небольшой модуляции сигнала трафика.

Синусоидальная форма сигнала обеспечивает, что сигнал обратного рассеяния также является синусоидальным (хотя сдвинутым по фазе относительно исходного IOFDR-сигнала). Этого не будет происходить, если IOFDR имеет другую (несинусоидальную) форму. Под «небольшим» коэффициентом модуляции подразумевается «достаточно небольшой для того, чтобы не возмущать прием сигнала трафика посредством транспондеров или оптики приемного устройства». Например, в случае типичного усилителя, имеющего вывод приблизительно 10-20 дБм, надлежащим образом небольшой коэффициент модуляции может быть сигналом с варьированием 0,5 дБ по полному размаху. Следует принимать во внимание, что в вариантах осуществления, в которых способ должен использоваться, когда сегмент бездействует, вышеуказанное требование «небольшой» глубины модуляции не обязательно должно соблюдаться.

Фиг.2 показывает схематично внутреннюю структуру усилителя 1, который может находиться на карте 10, установленной в узле в рамках оптической сети. В этом примере узел является узлом повторителя типа, показанного на фиг.1 как узел 20b. В таком узле 20b повторителя усилитель 1 выполнен с возможностью усиливать оптический сигнал 19, который принимается из первого оптического волокна 12 во входном разъеме 21 усилителя, до повторной передачи этого усиленного сигнала во второе оптическое волокно 11 через выходной разъем 23.

Усилитель 1 содержит активную среду 3, такую как волокно, легированное эрбием, которая накачивается из лазера 5 накачки, управляемого посредством микропроцессора 7. Любой сигнал 19, принимаемый во входном разъеме 21, усиливается в активной среде 3 таким образом, что модуляция, присутствующая в сигнале (например, сигнале трафика), сохраняется в выводимом усиленном сигнале.

Усилитель дополнительно содержит первый, второй и третий оптические делители (расщепители), соответственно, номера 9, 15 и 17 на фиг.2, а также первый, второй и третий фотодетекторы (например, фотодиоды), соответственно, номера 8, 14 и 18. Третий делитель и третий фотодетектор могут служить в качестве альтернативы или дополнения ко второму делителю и второму фотодетектору.

Небольшая часть (к примеру, 1-10%) усиленного светового выхода из активной среды 3 направляется в первый фотодиод 8 посредством первого делителя 9. Таким образом, первый фотодиод 8 формирует электрический сигнал, который является пропорциональным оптической мощности усиленного сигнала, который выводится из усилителя. Этот электрический сигнал подается в микропроцессор 7.

Аналогично, практически весь свет, обратно рассеянный из волокна 11, направляется во второй фотодиод 14 посредством второго делителя 15, так что второй фотодиод формирует электрический сигнал, пропорциональный оптической мощности света обратного рассеяния. Вывод из этого второго фотодиода 14 также подается в микропроцессор 7.

Когда присутствует, третий делитель 17 направляет небольшую часть (например, 1%, 5%, 10%) света, поступающего в усилитель, в третий фотодиод 18 и подает вывод третьего фотодиода в микропроцессор 7.

Оптическая мощность, обратно рассеянная из волокна 11, главным образом обусловлена рэлеевским обратным рассеянием. Направленность делителя 15 должна выбираться в зависимости от обратных потерь волокна (которые обычно указываются производителем волокна). В общем, разность между направленностью делителя и обратными потерями волокна должна составлять, по меньшей мере, 10 дБ. Например, для волокна G652 (которое в настоящее время обычно используется в данной области техники), поскольку обратные потери составляют приблизительно 30 дБ, хорошее значение для направленности составляет, по меньшей мере, 40 дБ. По идентичной причине способ работает корректно, если обратные потери разрыва волокна составляют приблизительно 40 дБ. Это имеет место для всех видов волокон, используемых в области техники связи (поверхность разрыва является нерегулярной, так что она имеет плохие характеристики отражения), за исключением случая обреза, выполненного с помощью очень острого и твердого лезвия, применяемого для сращивания двух волокон: но в этом случае зачастую инженер уже находится в месте разрыва волокна и восстанавливает его, и в этом случае зачастую нет причины измерять расстояние до разрыва.

При использовании лазер 5 накачки формирует сигнал непрерывных волн (CW), чтобы накачивать активную среду 3. Оптический сигнал 19, принимаемый во входном разъеме усилителя 21, усиливается в рамках активной среды 3 и передается в волокно 11 через выходной разъем 23 усилителя. Как пояснено выше, когда система связи передает информацию, оптический сигнал 19 должен содержать трафик в форме модуляции для этого сигнала. Эта модуляция должна сохраняться, когда сигнал усиливается, аналогично традиционному усилителю.

Тем не менее, в отличие от традиционного усилителя микропроцессор управляет лазером накачки так, чтобы вводить синусоидальную модуляцию в CW-сигнал, так что (в отсутствие сигналов трафика) выходная мощность усилителя, измеренная из первого фотодиода 8, имеет обычный компонент CW плюс синусоидальный сигнал в несколько десятых частей дБ. В случае если сигнал содержит трафик, сигнал, выводимый из усилителя 1, содержит усиленный сигнал трафика, а также содержит дополнительный синусоидальный тестовый сигнал: тестовый IOFDR-сигнал.

В альтернативном варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.2c, изобретение используется в линейном передающем устройстве (усилителе) 102, когда IOFDR-сигнал модулируется в оптический сигнал перед сигналом трафика. Передающее устройство 102 содержит оптический источник 104, который формирует оптический сигнал для передачи в первый конец оптического волокна 106, и первый модулятор 108 модулирует оптический сигнал с помощью тестового IOFDR-сигнала. Передающее устройство 102 также содержит второй модулятор 110, дополнительно модулирующий оптический сигнал с помощью сигнала трафика, и детектор 112 для обнаружения рассеянного излучения, принимаемого из первого конца оптического волокна 106.

Способ 200 IOFDR в соответствии с изобретением проиллюстрирован схематично на фиг.2a. Способ включает в себя модуляцию оптического сигнала с помощью сигнала трафика (этап 210) и модуляцию оптического сигнала с помощью тестового сигнала на основе некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области (IOFDR) (этап 220). Как сигнал трафика, так и оптический сигнал модулируются в один оптический сигнал, так что оба сигнала передаются в сеть по одному каналу. Этапы 210 и 220 могут выполняться в любом порядке. Таким образом, IOFDR-сигнал может модулироваться в оптический сигнал, который уже модулирован с помощью сигнала трафика (как пояснено выше), или, альтернативно, IOFDR может модулироваться на «пустой» оптический сигнал, и сигнал трафика затем может модулироваться в этот сигнал поверх IOFDR-сигнала.

Дважды модулированный оптический сигнал затем передается в оптическое волокно на первом конце волокна (этап 230). Излучение, которое выводится из первого конца волокна, обнаруживается на этапе 240. Если имеется разрыв в волокне, то значение рассеянного излучения, которое принимается, должно служить признаком расстояния до разрыва (остаточной длины сегмента волокна). В завершении на этапе 250 обнаруженное рассеянное излучение анализируется с использованием некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, чтобы определять расстояние до разрыва в оптическом волокне.

Способ 200 в предпочтительном варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.2b, дополнительно содержит модуляцию 260 второго оптического сигнала с помощью второго тестового IOFDR-сигнала и передачу 270 модулированного второго оптического сигнала в оптическое волокно или ассоциированное оптическое волокно на втором конце этого оптического волокна. Второе рассеянное излучение, выводимое из второго конца оптического волокна, обнаруживается 280, и на заключительном этапе этот вариант осуществления содержит этап анализа 290 второго рассеянного излучения. В результате, как первое, так и второе рассеянное излучение анализируются с использованием некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, чтобы определять расстояние до разрыва в оптическом волокне.

Способ IOFDR и то, как сигнал обратного рассеяния обрабатывается для того, чтобы определять местоположение разрыва волокна, далее подробнее описывается со ссылкой на чертежи.

Чтобы получать информацию о местоположении разрыва волокна, операции, которые должны осуществляться (в цифровой форме или посредством эквивалентных аналоговых схем, либо в усилителе посредством микропроцессора, либо в удаленном местоположении, таком как центральная станция), следующие:

1) Сдвиг фаз на 90 градусов вводится в исходящий сигнал (измеряемый в первом фотодиоде 8). Он требуется для того, чтобы иметь четкую измеримую максимальную мощность обратного рассеяния в интересующем частотном диапазоне.

2) Сдвинутый по фазе сигнал точки 1) умножается на показание второго фотодиода 14 (представляющее оптическую мощность обратного рассеяния). Результат фильтруется с помощью фильтра нижних частот (например, шириной 100 Гц), чтобы удалять двойной частотный спектр, являющийся результатом умножения (демодуляции).

3) Операции в пунктах 1) и 2) повторяются с диапазоном различных частот синусоидального тестового сигнала, разделяемых посредством надлежащего шага частоты (например, 100 Гц) в подходящем диапазоне частот (например, с увеличением от 300 до 10000 Гц или наоборот). Глубина модуляции и мощность тестового сигнала сохраняются постоянными для каждой из различных частот.

4) Результатом операции в пункте 3) является схема, показанная схематично на фиг.3 (для сегмента протяженностью 25 км). На фиг.3 принимаемая оптическая мощность, после обработки согласно этапу 2, иллюстрируется в зависимости от передаваемой частоты для теоретических данных (график 1) и измеренных данных (показанных на графике 2). График 3 показывает измеренные данные графика 2 после фильтрации с помощью подходящего фильтра нижних частот, чтобы очищать шум из измеренных данных, чтобы делать максимум более очевидным.

Хотя амплитуда мощности обратного рассеяния имеет некоторое изменение вместе с длиной сегмента, оно является очень небольшим для того, чтобы обнаруживаться. Числовая обработка в вышеуказанных пунктах 1) и 2) выполнена с возможностью также (и особенно) принимать во внимание изменение фазы мощности обратного рассеяния. Оба этих изменения вместе с остаточной длиной сегмента способствуют тому, чтобы создавать измеримый максимум по фиг.3.

Частота (f_max), при которой возникает эта максимальная оптическая мощность, зависит от расстояния до разрыва, эффективного показателя преломления волокна и коэффициента затухания волокна остаточного сегмента. При знании коэффициента затухания и эффективного показателя преломления волокна (которые обычно указываются для данного типа волокна или которые могут быть определены экспериментально традиционным способом) можно вычислять остаточную длину волокна (т.е. расстояние до разрыва) после того, как f_max определена.

5) Чтобы вычислять остаточную длину сегмента, используется отношение, которое существует между частотой тестового сигнала, оптической мощностью обратного рассеяния и длиной сегмента. Эта взаимосвязь управляется посредством следующего уравнения, которое иллюстрируется в трехмерном представлении на фиг.4:

уравнение 1

- где G(f, L, a) - это нормализованная оптическая мощность обратного рассеяния,

L - это расстояние до разрыва волокна, a - это коэффициент затухания в непер/км и k - это волновой вектор, соответствующий частоте синусоидального IOFDR-сигнала (k связан с частотой f традиционным способом с использованием отношения k=2nf/v, где v - это фазовая скорость тестового сигнала).

Чтобы находить расстояние до разрыва, необходимо находить расстояние, которое соответствует максимальной частоте, f_max. Чтобы выполнять это, находится нуль следующей нелинейной функции:

уравнение 2

- где k_max - это волновой вектор, соответствующий частоте максимума по фиг.3, f_max.

Эта функция f(L) является пропорциональной первой производной трехмерной функции G(f, L, a), показанной на фиг.4, относительно частотной оси, где L и a фиксированы.

Решение уравнения f(L)=0 для L дает расстояние до разрыва (или набор возможных расстояний, как пояснено ниже).

Следует отметить, что нуль функции f(L) (который соответствует максимуму постобработанной принимаемой оптической мощности, показанной на фиг.3) перемещается к более высоким частотам по мере того, как остаточная длина сегмента уменьшается. Это означает, что имеется минимальная остаточная длина сегмента L, которая может быть определена из усилителя, что означает то, что имеется «мертвая зона» рядом с усилителем, в которой разрывы не могут обнаруживаться из этого усилителя. Протяженность мертвой зоны зависит от динамического диапазона усилителя (который ограничен, в общем, несколькими десятками кГц) и от параметров волокна. Например, при использовании максимальной частоты в 10 кГц мертвая зона имеет протяженность в несколько километров. В случае если разрыв возникает в рамках мертвой зоны, может быть возможным определять местоположение этого разрыва из другого усилителя, подключенного к этому сегменту, например, из усилителя на противоположном конце сегмента.

Точность измерения расстояния также ограничена посредством оптического и электрического шума во время измерения. Тем не менее, использование двух фильтров нижних частот (одного после умножителя на этапе 2 и другого, который фильтрует набор показателей, показанных на фиг.3) и использование нескольких частот дает возможность получения достаточно точного измерения расстояния до разрыва волокна.

Измерение является независимым от полной выходной мощности усилителя (таким образом, IOFDR-сигнал может иметь меньший уровень мощности, чем сигнал трафика), а также от глубины модуляции синусоидального сигнала. Если между качаниями частоты (т.е. между тестами, а не в рамках одного теста) синусоидальный сигнал или полная оптическая мощность изменяет свою амплитуду, эффект состоит в том, что схема, показанная на фиг.3, сдвигается вдоль оси ординат, но форма схемы остается неизменной и является частотой максимума, так что по прежнему можно определять местоположение разрыва с использованием вышеописанного способа. Тем не менее, глубина модуляции и мощность должны сохраняться постоянными в рамках качания частоты (т.е. в ходе операции по вышеприведенному пункту 3), чтобы не допускать искажение внешнего вида графика, показанного на фиг.3, и, в частности, не допускать возможности того, что на этом графике могут появляться другие максимумы, которые могут вносить путаницу в определение местоположения разрыва.

Способ, поясненный выше, предполагает, что функция f(L) имеет только один нуль, но на практике это не всегда так. Определено то, что для данного волокна имеется пороговое расстояние X, которое зависит от коэффициента затухания волокна. Ниже порогового значения X функция f(L) имеет только один нуль. Тем не менее, выше порогового значения X функция f(L) может иметь несколько нулей. Таким образом, решение f(L)=0 зачастую должно давать несколько ответов, один - ниже X и один или более - выше X.

Фиг.5(a) показывает все решения уравнения f(L)=0 для каждой f_max (на оси ординат). Эти решения могут быть разделены на два набора: допустимые решения (показанные посредством сплошной линии 55) и недопустимые решения (или ложные решения, точки из сплошной линии, обведенной кругом в 60). Ложные решения должны обнаруживаться и исключаться, поскольку они не имеют физической релевантности. Помимо этого для данной f_max набор допустимых решений (каждое из которых соответствует возможному реальному расстоянию до разрыва) не всегда является однозначным: иногда он содержит несколько решений. Это означает то, что, как показано на нижнем подграфике (b), для некоторых частот f_max может быть несколько возможных допустимых расстояний до разрыва.

Пороговое значение X показывается на фиг.6 и получается посредством взятия точек, в которых схема допустимых нулей f(L) имеет минимум, помеченный с помощью линии 70 на фиг.6(a).

Конечно, расстояние до разрыва не известно, следовательно, только тогда, когда общая длина сегмента меньше X, можно достоверно определять расстояние до разрыва с помощью этого способа. В таком случае, если совокупная длина сегмента меньше порогового значения X, показанного на фиг.6, можно просто брать минимальное решение (L_min), поскольку только это решение меньше X. Таким образом, только это решение будет физически возможным. Это автоматически исключает все ложные решения (поскольку они имеют большую длину, чем L_min), а также автоматически разрешает неоднозначность в случае нескольких допустимых решений (в том смысле, что если общая длина сегмента меньше X, (L) имеет только допустимое решение, как показано на фиг.6).

Если общая длина сегмента превышает пороговое значение X, следует предположить, что функция f(L)=0 может иметь несколько допустимых решений. В этом случае необходимо применять модифицированный способ, чтобы определять однозначно корректную остаточную длину сегмента посредством выбора между двумя потенциально допустимыми решениями и/или отклонения ложных решений уравнения f(L)=0, как описано в следующих параграфах.

Если общая длина сегмента превышает пороговое значение X, критерий минимальной длины является недостаточным для того, чтобы предоставлять надежные решения, и требуется некоторый другой критерий для того, чтобы обнаруживать ложные решения и различать допустимые решения, как показано в следующих подразделах. Например, это ограничение означает, что на фиг.6 для волокна с коэффициентом затухания a=0,2 дБ/км пороговое значение X составляет приблизительно 50 км, что означает то, что максимальный полный сегмент должен быть меньше приблизительно 50 км, чтобы надежно вычислять единственное решение.

Чтобы преодолевать это ограничение, модифицированный способ может быть реализован одним или более, по меньшей мере, из трех способов:

a) В общем, линия оптической связи является двунаправленной, т.е. состоит из двух ассоциированных волокон (каждое из которых предназначено только для одного направления), помещенных в уникальный кабель. Таким образом, если разрыв волокна возникает в одном таком волокне, очень вероятно, что весь кабель поврежден, и в таком случае оба волокна повреждены, как показано на фиг.7.

Усовершенствованный способ содержит вычисление возможных расстояний до разрыва с обеих сторон сегмента (т.е. расстояния(й), измеряемого посредством линейных усилителей 1 и 4, как показано на фиг.7) и последующее сравнение этих двух наборов измеренных расстояний, чтобы определять фактическое местоположение разрыва. Таким образом, можно покрывать более 100 км полного сегмента для волокна с коэффициентом затухания 0,2 дБ/км (и до 140-150 км для волокон с более низким коэффициентом затухания) при формировании только одного решения.

Чтобы реализовывать способ при общих длинах сегмента, превышающих пороговое значение X, сначала необходимо обнаруживать ложные решения, а далее различать допустимые решения уравнения f(L)=0. На следующих двух этапах это осуществляется.

Чтобы обнаруживать ложные решения, необходимо понимать причину их возникновения. Как описано выше, решение уравнения f(L)=0 дает в результате все точки, где первая производная среза f=constant=f_max функции G(f, L, a) (показана на фиг.4) является нулем, включающим в себя все максимумы и минимумы, локальные и абсолютные. Пример возникновения ложного решения приведен на фиг.8, на котором показаны две теоретические схемы, полученные согласно процедуре, описанной в пятиэтапном способе, приведенном выше, для двух расстояний до разрыва, 11 км и 35 км. В случае пунктирной трассы (35 км), помеченной 80, частота максимума f_max составляет 3700 Гц. Решение уравнения f(L, f_max, a)=0 дает в результате L=35 км, но также и L=11 км, поскольку схема для 11 км (показана с помощью сплошной линии, помеченной 90) имеет локальный максимум на частоте 3700 Гц. Таким образом, можно обнаруживать и исключать это ложное решение с учетом того, что максимум, который отыскивается, является абсолютным для каждого среза f(L)=constant функции G(f, L, a). Дополнительно, этот абсолютный максимум также имеет свойство нахождения при минимальной частоте, как показано на фиг.8 и на фиг.9.

На практике при обращении к блок-схеме последовательности операций способа на фиг.10, если L=L(x) (где x=1, 2, 3...) обозначает набор всех решений, ложные решения легко обнаруживаются посредством решения идентичного уравнения f(L, f_max, a)=0, где теперь L фиксирована (наряду с a), а частота f не известна. Решение для каждого L(x) может быть одной или несколькими частотами, обозначенными с помощью f_max(x, y), где y=1,2, 3... Если y=1 и частота f_max(x,1) не равна реальному измеренному f_max, решение L(x) исключается. Если y>1, L(x) исключено, если в наборе f_max(x, y) имеется частота ниже f_max (поскольку это означает, что f_max является локальным минимумом или максимумом для среза L(x)=constant функции G(f, L, a)). Таким образом, ложные решения могут находиться и исключаться.

Например, если остаточный сегмент равен 35 км, посредством осуществления способа IOFDR, поясненного выше, определяется то, что максимальная постобработанная принимаемая оптическая мощность соответствует передаваемой частоте f=f_max=3700 Гц. Тем не менее, когда решаются уравнения f(L, f_max, a)=0, в качестве решений находятся 35 км и также 11 км. Таким образом, набор возможных решений - это 35 и 11 км. Чтобы определять то, какое из тех решений является корректным, решается уравнение f(35 км, f, a)=0, f(11 км, f, a)=0, где неизвестной теперь является частота f. Для первого уравнения в качестве решений находятся

f=f_max=3700 Гц и f=10 кГц, тогда как для второго уравнения находятся три решения,

f=1400 Гц, f=f_max=3700 Гц и f=7100 Гц. Поскольку для первого уравнения (f(35 км, f, a)=0), f=f_max является решением при минимальной частоте, известно то, что 11 км должны быть ложным решением и могут исключаться.

Вторая проблема состоит в том, чтобы различать истинное решение в случае, что f(L)=0 имеет несколько допустимых решений. Тем не менее, перед выполнением этого поясняется диапазон, в котором может применяться способ.

Можно отметить (например, на фиг.6), что функция f(L) более не изменяется за пределами определенной длины L, т.е. дополнительная информация о состоянии сегмента не может получаться за пределами этого расстояния. Например, для волокна с a=0,2 дБ/км f(L) не изменяется, если L превышает приблизительно 70-80 км. Кроме того, на фиг.6 можно находить подходящий диапазон для L и f_max, в котором функция f(L) имеет одно или не более двух допустимых решений. Этот диапазон показывается на фиг.11, и поскольку он только немного меньше диапазона, если информация более не поступает из волокна, удобно устанавливать в качестве допустимого диапазона применения для каждого измерения это пороговое значение, показанное на фиг.11. Таким образом, общая длина сегмента, с которой способ может использоваться для того, чтобы получать одно решение, может получаться посредством простого увеличения вдвое максимального расстояния разрыва волокна, показанного на фиг.6, при этом максимальное расстояние до разрыва, измеримого из усилителя, показывается на фиг.11. Следует отметить, что этот выбор гарантирует перекрывающуюся зону, которая дает возможность идентификации реального решения в случае нескольких допустимых решений (как описано ниже).

Следует отметить, что в этих диапазонах может быть не более двух допустимых решений (ложное, обнаруженное и исключенное согласно этапам, показанным на фиг.10). Предусмотрено три возможных случая:

1) В диапазонах применения имеется только одно допустимое решение.

2) В диапазонах применения имеется два допустимых решения.

3) Допустимое решение/решения находится за пределами диапазонов применения. Очевидно, если расстояние разрыва находится за пределами допустимых диапазонов, то измерение IOFDR также находится за пределами диапазонов, и, таким образом, вариант 3) может сразу отклоняться. Таким образом, может быть одно или не более двух допустимых расстояний. Таким образом, чтобы различать возможные два решения, в качестве истинного измерения берутся измерения из двух противостоящих усилителей, которые дополняют друг друга, относительно общей длины сегмента. Таким образом, процедура предоставляет значение расстояния разрыва (из любого усилителя).

Например, на фиг.7, если a=0,2 дБ/км и общая длина сегмента равна 100 км, и разрыв волокна возникает в 70 км от усилителя 1, усилитель 1 должен измерять 50 км и 70 км в качестве двух возможных допустимых расстояний до разрыва. Усилитель на другом конце кабеля, например, усилитель 4, должен измерять 30 км и 90 км в качестве допустимых расстояний до разрыва. При сравнении измерений, проведенных посредством обоих усилителей, расстояния в 50 км и 90 км могут легко отклоняться, поскольку они не являются дополнением общей длины сегмента в 100 км.

Эта улучшенная процедура дает возможность определения реальной длины сегмента. Тем не менее, она требует определенного обмена данными между двумя усилителями и удаленным объектом, например, друг с другом, так что измерения могут комбинироваться, по меньшей мере, посредством одного из микропроцессоров усилителей. Альтернативно или дополнительно, каждый усилитель может предоставлять свои измерения (или даже только свои показания датчика) в центральную станцию, которая определяет местоположение разрыва.

Предусмотрен один случай, когда вышеуказанная процедура сама не предоставляет достаточно информации для того, чтобы определять местоположение разрыва. Это происходит, когда сумма двух решений, определенных посредством одного усилителя, равна длине сегмента (поскольку другой усилитель определяет идентичные два решения, так что невозможно различать их между собой). Таким образом, для сегмента с общей длиной, равной Z=(A+B), если разрыв возникает точно в одной из этих двух точек A или B, два решения, определенные посредством обоих усилителей, являются абсолютно идентичными (A и B). Таким образом, в этом случае предыдущий усовершенствованный способ завершается неудачно. Очевидно, что эта общая длина Z сегмента превышает уже упомянутое пороговое значение X, показанное на фиг.6 (иначе f(L) должна иметь только допустимое решение, которое является физически возможным).

Например, обращаясь к фиг.12 и 7, 60 км и 40 км являются неразличимыми точками для сегмента протяженностью 100 км. Если разрыв волокна возникает в 40 км от усилителя 1, и общая длина сегмента составляет 100 км, то усилитель 1 должен измерять в качестве допустимых решений уравнения f(L)=0 40 км и 60 км, и усилитель 4 также должен измерять эти два решения (поскольку разрыв составляет 60 км от усилителя 4).

Вероятность того, что разрыв возникает точно в одной из этих неразличимых точек, является очень небольшой. Тем не менее, при необходимости можно также преодолевать это ограничение, чтобы находить правильное расстояние разрыва, посредством анализа амплитуды сигнала обратного рассеяния: если усилители 1 и 4 по фиг.7 запускаются с абсолютно идентичной оптической мощностью, и рэлеевский коэффициент обратного рассеяния является идентичным для двух остаточных сегментов A и B, то оптическая мощность обратного рассеяния максимума по фиг.3 выше для меньшего остаточного сегмента. Это дает возможность системе определять то, какой усилитель находится ближе к разрыву (поскольку именно он принимает большую рассеянную мощность), и, следовательно, различать эти два решения. Тем не менее, эта модификация приводит к более сложной измерительной системе, с ассоциированными более высокими затратами.

b) Альтернативный способ различать два допустимых решения может достигаться посредством проведения измерений в одном оптическом волокне (например, волокне между усилителями 1 и 2 на фиг.7). Таким образом, этот способ может быть реализован даже в однонаправленном волокне.

Большинство усилителей выводит некоторую оптическую мощность из входного разъема (номер 21 на фиг.2) в форме усиленного спонтанного излучения (ASE). Часть этой оптической мощности должна обратно рассеиваться от любого разрыва, предшествующего усилителю, и может обнаруживаться в усилителе с использованием третьего фотодиода 18 (см. фиг.2). Можно использовать эту остаточную мощность, которая поступает из входного разъема усилителя, при этом следует отметить, что ASE также должно включать в себя тестовый IOFDR-сигнал в качестве небольшой модуляции, поскольку ASE формируется в рамках усилителя, который накачан посредством лазера, модулируемого с помощью тестового IOFDR-сигнала.

Таким образом, процедура, абсолютно идентичная процедуре, поясненной выше, может применяться, чтобы определять местоположение разрыва, но при проведении измерений с использованием третьего фотодиода 18 усилителя 2 вместо использования второго фотодиода 14 усилителя 4. Дополнительные изменения не требуются в процедуре, показанной выше.

Измерения осуществляются одновременно из двух концов неисправного сегмента, из выходного разъема линейного усилителя 1 и из входного разъема усилителя 2 приемного устройства. В этом случае, допущение о разрыве волокна не делается в том смысле, что в этом случае способ является допустимым в случае разрыва только в одном из волокон в кабеле, вместо обязательности разрыва обоих волокон, как в способе, поясненном в пункте (a).

Следует отметить, что расстояние до разрыва волокна может быть определено посредством использования ASE, испускаемого из входного разъема, как пояснено выше, в случаях, когда сегмент меньше порогового значения X, так что расстояние до разрыва волокна может быть определено посредством микропроцессора усилителя, в рамках усилителя, без необходимости для усилителя обмениваться данными с другим объектом в системе связи, таким как центральная станция. Усилитель может содержать второй и третий фотодиоды, чтобы предоставлять возможность усилителю обнаруживать разрывы волокна выше и ниже себя или только с помощью одного из второго или третьего фотодиодов.

c) Другой вариант способа может заключаться в том, чтобы модифицировать структуру усилителя так, что некоторая выделенная оптическая выходная мощность (в противоположность ASE) испускается из входного разъема. С другой стороны, все соображения, указанные для вышеприведенного пункта a), также являются допустимыми для этого пункта с заменой линейного усилителя 4 на усилитель 2 приемного устройства (ссылаясь на фиг.7). Аналогично случаю в пункте (b), допущение о разрыве волокна не делается в том смысле, что в этом случае способ является допустимым в случае разрыва только одного из волокон кабеля.

Вышеописанные способы предоставляют экономически эффективное и безопасное решение по обнаружению и измерению разрыва волокна в оптических сетях. Способ может использоваться как для работающих, так и для бездействующих систем. В случае базовой реализации (если рассматриваемый сегмент меньше порогового значения X) один усилитель имеет возможность предоставлять расстояние до разрыва волокна. В случае если сегмент имеет длину, превышающую пороговое значение X, как пояснено в вариантах a), b) и c), требуются измерения от двух усилителей в противостоящих концах сегмента в вопросах.

Следует принимать во внимание, что в любом из способов, описанных выше, расстояние до разрыва волокна необязательно должно определяться в самом сетевом узле, а может определяться посредством другого системного объекта, такого как центральная станция или менеджер сети.

Как описано выше, изобретение требует передачи тестового IOFDR-сигнала (который является синусоидальной амплитудной модуляцией) по волокну в канале (т.е. длина волны или набор длин волн), который также модулируется с помощью сигнала трафика, например WDM- или TDM-сигнала трафика. Тем не менее, специалисты в данной области техники должны принимать во внимание, что сигнал трафика является необязательным для работы изобретения: IOFDR-сигнал может модулироваться, например, в несущий сигнал или сигнал «удержания», который не передает информации, за исключением того, чтобы подтверждать, что усилитель, запускающий этот сигнал, работает. В некоторых случаях IOFDR-сигнал может передаваться по волокну в дополнение к сигналу трафика при длине волны, отличной от длины волны сигнала трафика. Тем не менее, это невыгодно, поскольку аналогично предшествующему уровню техники, поясненному выше, это требует использования выделенного канала, чтобы переносить тестовый сигнал, что повышает затраты в системе обнаружения.

Как пояснено выше, тестовый IOFDR-сигнал может модулироваться в выходную мощность лазера накачки усилителя, который вообще не принимает сигналов, и в этом случае тестовый IOFDR-сигнал должен присутствовать как модуляция ASE усилителя (усиленное спонтанное излучение), которое формируется в рамках большинства усилителей, даже когда сигнал не усиливается, до тех пор пока усилитель накачивается. Следует принимать во внимание, что ASE должно испускаться из выходного разъема усилителя (а также входного разъема, как пояснено в случае (b) выше). Поэтому такое модулированное ASE может использоваться для того, чтобы определять расстояние до разрыва после усилителя, посредством использования оптической мощности обратного рассеяния, записанной во втором фотодиоде 14 способом, идентичным способу, поясненному первоначально, даже когда сигнал трафика отсутствует. Это может быть полезным в случае нескольких разрывов волокна в различных сегментах, когда трафик вообще не может передаваться в усилитель.

Следует принимать во внимание, что усилитель 1 может быть включен в узел передающего устройства, такой как узел добавления/извлечения 20a, 20c, а не узел повторителя. В этом случае усилитель может принимать форму оптического источника излучения известной длины волны, такой как лазер, в который может модулироваться сигнал трафика. Как указано выше, лазер накачки такого оптического источника может модулироваться с помощью небольшого синусоидального тестового сигнала, чтобы формировать выходной сигнал, который является по существу незатухающей волной, имеющей небольшую амплитудную модуляцию. Сигнал трафика затем может модулироваться в этот выходной сигнал посредством модулятора (не показан) традиционным способом. Альтернативно, лазер накачки может модулироваться непосредственно как с помощью сигнала трафика, так и с помощью тестового сигнала. В любом случае сигнал, выводимый из узла, должен содержать несущую, модулируемую с помощью как сигнала трафика, так и синусоидального тестового IOFDR-сигнала.

Хотя изобретение описано, главным образом, относительно WDM-сети (или другой оптической сети, которая, в общем, использует EDFA (оптические усилители в волокне, легированном эрбием) в качестве усилителей повторителя, следует принимать во внимание, что изобретение также может использоваться в других типах оптической сети. Например, изобретение может использоваться в пассивной оптической сети (PON) или в общегородской оптической сети с применением другого типа усилителя, к примеру, полупроводникового усилителя. Фактически предполагается, что изобретение может использоваться в любой оптической сети, которая использует лазеры, чтобы передавать переносящие трафик оптические сигналы.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в оптических системах связи. Технический результата состоит в повышении точности определения местоположения неисправности оптического тракта. Для этого способ мониторинга (200) оптического волокна содержит модуляцию (210) оптического сигнала с помощью сигнала трафика; модуляцию (220) оптического сигнала с помощью тестового сигнала на основе некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, IOFDR; передачу (230) дважды модулированного оптического сигнала в оптическое волокно в первом конце волокна; обнаружение (240) рассеянного излучения, выводимого из первого конца волокна; и анализ (250) обнаруженного рассеянного излучения с использованием некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, чтобы определять расстояние до разрыва в оптическом волокне. Также описывается устройство, подходящее для осуществления способа, как и оптическая сеть связи с применением данного способа. 4 н. и 27 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Способ мониторинга оптического волокна, содержащий этапы, на которых
модулируют оптический сигнал с помощью сигнала трафика;
модулируют оптический сигнал с помощью тестового сигнала на основе некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, IOFDR;
передают дважды модулированный оптический сигнал в оптическое волокно в первом конце волокна;
обнаруживают рассеянное излучение, выводимое из первого конца волокна; и
анализируют обнаруженное рассеянное излучение с использованием некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, чтобы определить расстояние до разрыва в оптическом волокне.

2. Способ по п.1, в котором оптический сигнал имеет заданную длину волны или диапазон длин волн.

3. Способ по п.1 или 2, в котором сигнал трафика модулируется в оптический сигнал перед тестовым IOFDR-сигналом.

4. Способ по любому из п.1 или 2, в котором IOFDR-сигнал модулируется в оптический сигнал в усилителе посредством модуляции выходного сигнала лазера, используемого для того, чтобы накачивать активную среду усилителя.

5. Способ по п.4, в котором выходной сигнал лазера модулируют с помощью синусоидального сигнала, имеющего известную частоту и амплитуду.

6. Способ по п.5, в котором этапы модуляции выходного сигнала лазера, передачи дважды модулированного оптического сигнала и обнаружения рассеянного излучения повторяют многократно, причем частота тестового IOFDR-сигнала изменяется, по меньшей мере, в один из этих раз.

7. Способ по п.6, в котором частота тестового IOFDR-сигнала изменяется в каждый из множества раз, при этом частота пошагово увеличивается с первого раза до последнего раза.

8. Способ по п.1 или 2, в котором этап анализа (250) обнаруженного рассеянного излучения содержит этап, на котором сравнивают обнаруженное рассеянное излучение с дважды модулированным оптическим сигналом.

9. Способ по п.8, в котором сравнение включает в себя этап, на котором комбинируют обнаруженный рассеянный сигнал со сдвинутой по фазе копией дважды модулированного оптического сигнала, чтобы сформировать комбинированный сигнал, и фильтруют этот комбинированный сигнал с помощью фильтра нижних частот.

10. Способ по п.9, в котором анализ дополнительно содержит этап, на котором определяют передаваемую частоту (f_max), которая соответствует максимуму комбинированного сигнала.

11. Способ по п.10, в котором этап анализа дополнительно включает в себя этап, на котором определяют длину волокна или набор длин волокна, ассоциированных с частотой (f_max).

12. Способ по п.11, в котором если набор длин волокна соответствует частоте (f_max), этап анализа дополнительно включает в себя этап, на котором различают реальное расстояние до разрыва волокна из набора длин.

13. Способ по п.11 или 12, в котором длину волокна или набор длин волокна определяют посредством решения уравнения

14. Способ по п.13, в котором решения уравнения f(L), которые не касаются абсолютного максимума уравнения

исключают.

15. Способ по п.1 или 2, дополнительно содержащий этапы, на которых
модулируют второй оптический сигнал с помощью второго тестового сигнала на основе некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, IOFDR;
передают модулированный второй оптический сигнал в оптическое волокно или ассоциированное оптическое волокно на втором конце этого оптического волокна;
обнаруживают второе рассеянное излучение, выводимое из второго конца оптического волокна; и
анализируют второе рассеянное излучение, а также первое рассеянное излучение с использованием некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, чтобы определить расстояние до разрыва в оптическом волокне.

16. Способ по п.15, в котором этап анализа содержит этап, на котором сравнивают набор возможных расстояний до разрыва, определенный из первого рассеянного излучения, с набором возможных расстояний до разрыва, определенным из второго рассеянного излучения, чтобы определить реальное расстояние до разрыва.

17. Способ по п.1 или 2, дополнительно содержащий этап, на котором фильтруют обнаруженный рассеянный сигнал, чтобы уменьшить содержимое шума сигнала.

18. Усилитель для оптической сети связи, выполненный с возможностью усиливать оптический сигнал, модулируемый с помощью сигнала трафика, принимаемого из выхода первого оптического волокна, и повторно передавать усиленный сигнал в первый конец второго оптического волокна, причем усилитель содержит модулятор, выполненный с возможностью дополнительно модулировать оптический сигнал с помощью тестового сигнала на основе некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, IOFDR, и первый детектор, выполненный с возможностью обнаруживать рассеянное излучение, принимаемое по меньшей мере из одного из первого конца второго оптического волокна или выхода первого оптического волокна.

19. Усилитель по п.18, в котором оптический сигнал имеет заданную длину волны или диапазон длин волн.

20. Усилитель по п.18 или 19, в котором модулятор содержит лазер накачки усилителя.

21. Усилитель по п.18 или 19, в котором тестовый IOFDR-сигнал является синусоидальным сигналом, имеющим известную частоту и амплитуду.

22. Усилитель по п.18 или 19, дополнительно содержащий второй детектор, выполненный с возможностью обнаруживать сигнал, который должен передаваться усилителем, причем этот сигнал модулируется с помощью как сигнала трафика, так и тестового IOFDR-сигнала.

23. Усилитель по п.18 или 19, в котором первый детектор выполнен с возможностью обнаруживать излучение из первого конца второго оптического волокна, и в котором усилитель дополнительно содержит третий детектор, выполненный с возможностью обнаруживать рассеянное излучение, принимаемое из выхода первого оптического волокна.

24. Усилитель по п.18 или 19, в котором выходной сигнал из детектора или детекторов вводится в анализатор на основе некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, IOFDR, выполненный с возможностью определять расстояние до разрыва в оптическом волокне посредством анализа выходного сигнала детектора(ов) с использованием некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области.

25. Усилитель по п.22, в котором выходной сигнал из детектора или детекторов вводится в анализатор на основе некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, IOFDR, выполненный с возможностью определять расстояние до разрыва в оптическом волокне посредством анализа выходного сигнала детектора(ов) с использованием некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области.

26. Усилитель по п.25, в котором анализатор выполнен с возможностью комбинировать сигнал, обнаруживаемый первым детектором, со сдвинутой по фазе копией сигнала, обнаруживаемого вторым детектором, чтобы формировать комбинированный сигнал и фильтровать этот комбинированный сигнал с помощью фильтра нижних частот.

27. Усилитель по п.20, дополнительно содержащий микропроцессор, программируемый, чтобы управлять работой лазера накачки, при этом микропроцессор содержит анализатор по любому из пп.24-25.

28. Усилитель по п.18 содержащий лазер накачки, выполненный с возможностью при использовании накачивать активную среду усилителя, микропроцессор для управления работой усилителя и входной разъем для приема оптического сигнала, который должен быть усилен, при этом микропроцессор выполнен с возможностью модулировать выход лазера накачки с помощью тестового сигнала на основе некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, IOFDR, при этом усилитель дополнительно содержит детектор, выполненный с возможностью обнаруживать рассеянное излучение, принимаемое во входном разъеме, причем это излучение модулировано с помощью тестового IOFDR-сигнала.

29. Передающее устройство для оптической сети связи, содержащее оптический источник, выполненный с возможностью формировать оптический сигнал для передачи в первый конец оптического волокна, первый модулятор, выполненный с возможностью модулировать оптический сигнал с помощью тестового сигнала на основе некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области, IOFDR, второй модулятор, выполненный с возможностью дополнительно модулировать оптический сигнал с помощью сигнала трафика, и детектор, выполненный с возможностью обнаруживать рассеянное излучение, принимаемое из первого конца оптического волокна.

30. Оптическая сеть связи, содержащая усилитель по любому из пп.18-28 или передающее устройство по п.29.

31. Оптическая сеть связи по п.30, содержащая первый усилитель по любому из пп.18-28 или передающее устройство по п.29, расположенное в первом конце оптического волокна, и второй усилитель по любому из пп.18-28 или передающее устройство по п.29, расположенное во втором конце оптического волокна или ассоциированного оптического волокна, и менеджера сети, выполненного с возможностью принимать данные из детекторов первого и второго усилителей и определять расстояние до разрыва в оптическом волокне или волокнах посредством анализа данных, обеспеченных первым и вторым усилителями с использованием некогерентного оптического измерения коэффициента отражения в частотной области.