本发明涉及一种无源光网络的光纤故障检测系统及方法，该系统包括OLT、OTDR仪、WDM滤波器、分光器及若干ONU，主干光纤与分光器间设有分路耦合器，分支光纤与分光器间设有分路路由器，各分路路由器与分路耦合器间通过多模耦合器连接。本发明将上下行光分开，下行光走原来的光路，检测光也走全程的光路，而上行光除了分支光纤和主干光纤的原有光路外，绕过分光器走多模耦合器的旁路，大大减少其光路的损耗，使得上行光的功率预算大为减低，提高了ONU的使用寿命，降低了制造成本，且分支光纤的检测反射光由于绕过了分光器，减少了损耗，并可抵达位于OLT处的OTDR仪上，实现了在OLT处检测分支光纤故障的目的。
1.一种无源光网络的光纤故障检测系统，包括光线路终端OLT、光时域反射仪OTDR仪、波分复用WDM滤波器、分光器以及若干光网络单元ONU，所述WDM滤波器与分光器之间形成主干光纤，所述分光器与各ONU之间形成分支光纤，其特征在于，所述主干光纤上设有分路耦合器，所述分支光纤上设有分路路由器，各分路路由器与所述分路耦合器之间通过多模耦合器连接；
其中，下行业务光和光程检测光分别从OLT和OTDR仪发出，经WDM滤波器同时进入主干光纤，之后依次经ODN的分路耦合器、分光器到达每个分路路由器，进入相应的分支光纤到达每个ONU；
从ONU发出的上行光以及在每个分支光纤上的光程检测光的反射光沿分支光纤经各路分路路由器进入多模耦合器，经多模耦合器耦合到分路耦合器后进入主干光纤，经主干光纤传输至WDM滤波器；若OLT的光模块具有OTDR的功能，则从WDM滤波器出来的上行光和光程检测光的反射光均被导向OLT；否则，从WDM滤波器出来的上行光被导向OLT，光程检测光的反射光被导向OTDR仪。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多模耦合器一端为多模通道或多模光纤形成的多模光纤接口，另一端为多个单模通道或多个单模光纤组成的多个单模光纤分支接口，中间通过透镜或耦合通道将两端耦合；所述分路耦合器与所述多模耦合器的多模光纤接口相连，所述分路路由器与所述多模耦合器的单模光纤分支接口相连。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述分路耦合器为一个三接口的光环行器，其第一接口与多模耦合器的多模光纤接口相连，第二接口与主干光纤相连，第三接口与分光器的通用接口相连。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述分路耦合器的第一接口与多模耦合器的多模光纤接口之间设有一透镜，用于将多模光纤接口的光耦合进分路耦合器的第一接口中。
5.根据权利要求2、3或4所述的系统，其特征在于，所述分路路由器为一个三接口的光环行器，其第一接口与分光器的分支接口相连，第二接口与分支光纤相连，其第三接口与多模耦合器的单模光纤分支接口相连。
6.一种无源光网络的光纤故障检测方法，其特征在于，包括：
下行业务光和光程检测光分别从OLT和OTDR仪发出，经WDM滤波器同时进入主干光纤，之后依次经ODN的分路耦合器、分光器到达每个分路路由器，进入相应的分支光纤到达每个ONU；
从ONU发出的上行光以及在每个分支光纤上的光程检测光的反射光沿分支光纤经各路分路路由器进入多模耦合器，经多模耦合器耦合到分路耦合器后进入主干光纤，经主干光纤传输至WDM滤波器；若OLT的光模块具有OTDR的功能，则从WDM滤波器出来的上行光和光程检测光的反射光均被导向OLT；否则，从WDM滤波器出来的上行光被导向OLT，光程检测光的反射光被导向OTDR仪。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述下行业务光和光程检测光分别从OLT和OTDR仪发出，经WDM滤波器同时进入主干光纤，之后依次经ODN的分路耦合器、分光器到达每个分路路由器，进入相应的分支光纤到达每个ONU的步骤包括：下行业务光和光程检测光分别从OLT和OTDR仪发出，经WDM滤波器同时进入主干光纤到达位于ODN的分路耦合器的第二接口，出分路耦合器的第三接口进入分光器，出分光器后到达每个分路路由器的第一接口，出分路路由器的第二接口进入相应的分支光纤，最后经分支光纤到达每个ONU。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，若OLT的光模块不具有OTDR的功能，则所述从ONU发出的上行光以及在每个分支光纤上的光程检测光的反射光沿分支光纤经各路分路路由器进入多模耦合器，经多模耦合器耦合到分路耦合器后进入主干光纤，经主干光纤传输至WDM滤波器后，上行光被导向OLT，光程检测光的反射光被导向OTDR仪的步骤包括：从ONU发出的上行光以及在每个分支光纤上的光程检测光的反射光沿分支光纤到达分路路由器的第二接口，出分路路由器的第三接口进入多模耦合器的单模光纤分支接口，经多模耦合器耦合后出其多模光纤接口到达分路耦合器的第一接口，出分路耦合器的第二接口进入主干光纤，经主干光纤传输后到达WDM滤波器上，然后上行光被导向OLT，检测反射光被导向OTDR仪。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，若OLT的光模块具有OTDR的功能，则所述从ONU发出的上行光以及在每个分支光纤上的光程检测光的反射光沿分支光纤经各路分路路由器进入多模耦合器，经多模耦合器耦合到分路耦合器后进入主干光纤，经主干光纤传输至WDM滤波器后，上行光被导向OLT，光程检测光的反射光被导向OTDR仪的步骤包括：从ONU发出的上行光以及在每个分支光纤上的光程检测光的反射光沿分支光纤到达分路路由器的第二接口，出分路路由器的第三接口进入多模耦合器的单模光纤分支接口，经多模耦合器耦合后出其多模光纤接口到达分路耦合器的第一接口，出分路耦合器的第二接口进入主干光纤，经主干光纤传输后到达WDM滤波器上，然后上行光和检测反射光均被导向OLT。
无源光网络的光纤故障检测系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及光接入网络技术领域，尤其涉及一种无源光网络的光纤故障检测系统及方法。
背景技术
[0002] 随着光纤通信技术的快速发展和低成本化以及绿色环保的要求，通讯网络从核心网、城域网到接入网，全部使用光纤组成网络已经成为基本共识。
[0003] 对于接入网采用无源光网络（PON，Passive Optical Network）已经成为运营商的首选。无源光网络是一种点到多点（P2MP，Point to Multipoint）的网络，大量的PON的铺设，其运行和维护已经成为运营商首要考虑的问题，为了提高故障检测的效率以及减低成本，运营商迫切需要实现在局方OLT（optical line terminal，光线路终端）处能够检测整个无源光网络的故障。
[0004] 常用的OTDR（Optical Time Domain Reflectometer，光时域反射仪）光纤故障检测方法对点到点（P2P，Point to Point)的光网络非常有效，但直接把它移植到P2MP的无源光网络上，则存在困难，其原因在于ODN（optical distribution network，光配线网络）中的分光器是一个高损耗的光器件，它每分一次光就有3分贝的损耗，对于一个1:2N的分光器，其实际损耗一般是3*(N+1)分贝左右，如：1:32的分光器其典型的损耗在17.5分贝左右。而OTDR的光程检测的方法是发射检测光，探测其反射光，其检测的精度取决于其动态范围，即发射检测光的功率减去探测到的反射光的功率，大多数OTDR仪的测量范围在40到45分贝，而对一个20公里的无源光网络，其传输损耗一般为8分贝，而反射光一般最大为探测光的4%，即13分贝，这样对于1:32的无源光网络在OLT处OTDR仪能探测到的分支光纤的反射光功率是探测光的功率减去（2*17.5+2*8+13），即其动态范围可达64分贝，这远远超出现有的所有OTDR仪的测量精度和范围。
[0005] 实际上对于1:8及以上的ODN无源光网络，其分支光纤的故障信号已经不能检测，通常的做法是用在OLT处的OTDR仪或OLT的光模带有OTDR的功能来检测主干光纤，如图1所示，OTDR的检测光通过WDM滤波片耦合进入主干光纤，而反射光也通过该光路沿着与检测光相反的方向进入OTDR仪上，而分支光纤的故障只是从用户侧用OTDR仪进行检测，这就大大增加了运营商运维成本。因此，如何在OLT处来检测无源光网络的所有光纤故障是运营商迫切需要解决的问题。
发明内容
[0006] 本发明的主要目的在于提供一种无源光网络的光纤故障检测系统及方法，旨在实现在OLT处检测无源光网络的所有光纤特别是分支光纤的故障。
[0007] 为了达到上述目的，本发明提出一种无源光网络的光纤故障检测系统，包括OLT、OTDR仪、WDM滤波器、分光器以及若干ONU，所述WDM滤波器与分光器之间形成主干光纤，所述分光器与各ONU之间形成分支光纤，所述主干光纤上设有分路耦合器，所述分支光纤上设有分路路由器，各分路路由器与所述分路耦合器之间通过多模耦合器连接。
[0008] 优选地，所述多模耦合器一端为多模通道或多模光纤形成的多模光纤接口，另一端为多个单模通道或多个单模光纤组成的多个单模光纤分支接口，中间通过透镜或耦合通道将两端耦合；所述分路耦合器与所述多模耦合器的多模光纤接口相连，所述分路路由器与所述多模耦合器的单模光纤分支接口相连。
[0009] 优选地，所述分路耦合器为一个三接口的光环行器，其第一接口与多模耦合器的多模光纤接口相连，第二接口与主干光纤相连，第三接口与分光器的通用接口相连。
[0010] 优选地，在所述分路耦合器的第一接口与多模耦合器的多模光纤接口之间设有一透镜，用于将多模光纤接口的光耦合进分路耦合器的第一接口中。
[0011] 优选地，所述分路路由器为一个三接口的光环行器，其第一接口与分光器的分支接口相连，第二接口与分支光纤相连，其第三接口与多模耦合器的单模光纤分支接口相连。
[0012] 优选地，下行业务光和光程检测光分别从OLT和OTDR仪发出，经WDM滤波器同时进入主干光纤，之后依次经ODN的分路耦合器、分光器到达每个分路路由器，进入相应的分支光纤到达每个ONU；
[0013] 从ONU发出的上行光以及在每个分支光纤上的光程检测光的反射光沿分支光纤经各路分路路由器进入多模耦合器，经多模耦合器耦合到分路耦合器后进入主干光纤，经主干光纤传输至WDM滤波器；若OLT的光模块具有OTDR的功能，则从WDM滤波器出来的上行光和光程检测光的反射光均被导向OLT；否则，从WDM滤波器出来的上行光被导向OLT，光程检测光的反射光被导向OTDR仪。
[0014] 本发明还提出一种无源光网络的光纤故障检测方法，包括：
[0015] 下行业务光和光程检测光分别从OLT和OTDR仪发出，经WDM滤波器同时进入主干光纤，之后依次经ODN的分路耦合器、分光器到达每个分路路由器，进入相应的分支光纤到达每个ONU；
[0016] 从ONU发出的上行光以及在每个分支光纤上的光程检测光的反射光沿分支光纤经各路分路路由器进入多模耦合器，经多模耦合器耦合到分路耦合器后进入主干光纤，经主干光纤传输至WDM滤波器；若OLT的光模块具有OTDR的功能，则从WDM滤波器出来的上行光和光程检测光的反射光均被导向OLT；否则，从WDM滤波器出来的上行光被导向OLT，光程检测光的反射光被导向OTDR仪。
[0017] 优选地，所述下行业务光和光程检测光分别从OLT和OTDR仪发出，经WDM滤波器同时进入主干光纤，之后依次经ODN的分路耦合器、分光器到达每个分路路由器，进入相应的分支光纤到达每个ONU的步骤包括：
[0018] 下行业务光和光程检测光分别从OLT和OTDR仪发出，经WDM滤波器同时进入主干光纤到达位于ODN的分路耦合器的第二接口，出分路耦合器的第三接口进入分光器，出分光器后到达每个分路路由器的第一接口，出分路路由器的第二接口进入相应的分支光纤，最后经分支光纤到达每个ONU。
[0019] 优选地，若OLT的光模块不具有OTDR的功能，则所述从ONU发出的上行光以及在每个分支光纤上的光程检测光的反射光沿分支光纤经各路分路路由器进入多模耦合器，经多模耦合器耦合到分路耦合器后进入主干光纤，经主干光纤传输至WDM滤波器后，上行光被导向OLT，光程检测光的反射光被导向OTDR仪的步骤包括：
[0020] 从ONU发出的上行光以及在每个分支光纤上的光程检测光的反射光沿分支光纤到达分路路由器的第二接口，出分路路由器的第三接口进入多模耦合器的单模光纤分支接口，经多模耦合器耦合后出其多模光纤接口到达分路耦合器的第一接口，出分路耦合器的第二接口进入主干光纤，经主干光纤传输后到达WDM滤波器上，然后上行光被导向OLT，检测反射光被导向OTDR仪。
[0021] 优选地，若OLT的光模块具有OTDR的功能，则所述从ONU发出的上行光以及在每个分支光纤上的光程检测光的反射光沿分支光纤经各路分路路由器进入多模耦合器，经多模耦合器耦合到分路耦合器后进入主干光纤，经主干光纤传输至WDM滤波器后，上行光被导向OLT，光程检测光的反射光被导向OTDR仪的步骤包括：
[0022] 从ONU发出的上行光以及在每个分支光纤上的光程检测光的反射光沿分支光纤到达分路路由器的第二接口，出分路路由器的第三接口进入多模耦合器的单模光纤分支接口，经多模耦合器耦合后出其多模光纤接口到达分路耦合器的第一接口，出分路耦合器的第二接口进入主干光纤，经主干光纤传输后到达WDM滤波器上，然后上行光和检测反射光均被导向OLT。
[0023] 本发明提出的一种无源光网络的光纤故障检测系统及方法，通过在主干光纤上设置分路耦合器，在分支光纤上设置分路路由器，各分路路由器与分路耦合器之间通过多模耦合器连接，由此将上下行光分开，下行光走原来的光路，检测光也走全程的光路，而上行光除了分支光纤和主干光纤的原有光路外，绕过分光器走多模耦合器的旁路，大大减少其光路的损耗，使得上行光的功率预算大为减低，提高了ONU的使用寿命，并降低了制造成本，而且分支光纤的检测反射光由于绕过了分光器，也减少了损耗，使得它能抵达位于OLT处的OTDR仪上，从而实现了在OLT处检测分支光纤故障的目的。
附图说明
[0024] 图1是现有的用OTDR进行光程检测的无源光网络的结构示意图；
[0025] 图2是本发明无源光网络的光纤故障检测系统一实施例的结构示意图；
[0026] 图3 是本发明无源光网络的光纤故障检测系统一实施例中多模耦合器的结构示意图；
[0027] 图4是本发明无源光网络的光纤故障检测系统一实施例中分路耦合器的结构示意图；
[0028] 图5是本发明无源光网络的光纤故障检测系统一实施例中分路路由器的结构示意图；
[0029] 图6是本发明无源光网络的光纤故障检测方法一实施例的流程示意图。
[0030] 为了使本发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。
具体实施方式
[0031] 本发明实施例的解决方案主要是：在主干光纤上设置分路耦合器，在分支光纤上设置分路路由器，各分路路由器与分路耦合器之间通过多模耦合器连接，由此将上下行光分开，下行光走原来的光路，检测光也走全程的光路，而上行光除了分支光纤和主干光纤的原有光路外，绕过分光器走多模耦合器的旁路，大大减少其光路的损耗，使得上行光的功率预算大为减低，以提高ONU（Optical Network Unit，光网络单元）的使用寿命，降低制造成本，而且分支光纤的检测反射光由于绕过了分光器，也减少了损耗，使得它能抵达位于OLT处的OTDR仪上，从而实现了在OLT处检测分支光纤故障的目的。
[0032] 如图2所示，本发明一实施例提出一种无源光网络的光纤故障检测系统，包括OLT101、OTDR仪102、WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分复用）滤波器103、分光器104以及若干ONU105，OLT101、OTDR仪102分别与WDM滤波器103连接，WDM滤波器103通过光纤与分光器104连接，分光器104通过光纤与各ONU105连接，所述WDM滤波器103与分光器104之间形成主干光纤，所述分光器104与各ONU105之间形成分支光纤，本实施例在原有的无源光网络中的ODN的分光器104处增加了几个导光模块，具体在主干光纤上与分光器104之间增设有分路耦合器106，其作用是对所需要的光进行分路及耦合，在分支光纤上与分光器104之间增设有分路路由器107，其主要作用也是对进入分支光纤的光进行分路及耦合，同时在分路耦合器106与分路路由器107之间连接一个多模耦合器108，即各分路路由器107与所述分路耦合器106之间通过多模耦合器108连接，多模耦合器108的主要作用是在分光器
104旁搭建一个分支旁路，使得有需要的光能够绕过高损耗的分光器104，而走低损耗的多模耦合器108。
[0033] 具体地，结合图3所示，所述多模耦合器108一端为多模通道或多模光纤1081形成的多模光纤接口，另一端为多个单模通道或多个单模光纤1082组成的多个单模光纤分支接口，中间通过透镜1083或耦合通道将两端耦合；所述分路耦合器106与所述多模耦合器108的多模光纤接口相连，所述分路路由器107与所述多模耦合器108的单模光纤分支接口相连。在本实施例中，主要应用多模耦合器108的单模通道到多模通道的光路，根据现有技术该方向的光路只有一个分贝的损耗，因此可以满足该旁路是低损耗的需求。
[0034] 结合图4所示，所述分路耦合器106为一个三接口的光环行器，其第一接口（如图中1所示）与多模耦合器108的多模光纤接口相连，第二接口（如图中2所示）与主干光纤相连，第三接口（如图中3所示）与分光器104的通用接口相连。由于多模光纤的光斑比较大，需要一个透镜在分路耦合器106的第一接口与多模耦合器108的多模光纤接口之间，调整它们之间的距离，使得从第一接口进来的光能绝大部分出第二接口进入主干光纤，以降低上行光绕路的总损耗。
[0035] 结合图5所示，所述分路路由器107为一个三接口的光环行器，其第一接口（如图中1所示）与分光器104的分支接口相连，第二接口（如图中2所示）与分支光纤相连，其第三接口（如图中3所示）与多模耦合器108的单模光纤分支接口相连。
[0036] 本实施例进行无源光网络的光纤故障检测的基本原理如下：
[0037] 首先从OLT101发出的下行业务光以及从OTDR仪102发出的光程检测光同时经主干光纤到达位于ODN的分路耦合器106的第二接口，出第三接口进入分光器104，出分光器104后到达每个分路路由器107的第一接口，出分路路由器107的第二接口进入相应的分支光纤，最后经分支光纤到达每个ONU105上。
[0038] 而从ONU105发出的上行光以及在每个分支光纤上的光程检测光的反射光沿分支光纤到达分路路由器107的第二接口，出分路路由器107的第三接口进入多模耦合器108的单模光纤分支接口，经多模耦合器108耦合后出其多模光纤接口到达分路耦合器106的第一接口，出分路耦合器106的第二接口进入主干光纤，经主干光纤传输后到达WDM滤波器103上，然后上行光被导向OLT101，而检测反射光被导向OTDR仪102上，如果OLT101的光模块具有OTDR的功能，那么所有的上行光经光模块直接到达OLT101上，由OLT101直接对这些光进行处理。
[0039] 本实施例通过上述方案，在主干光纤上与分光器104之间增设分路耦合器106，在分支光纤上与分光器104之间增设分路路由器107，各分路路由器107与分路耦合器106之间通过多模耦合器108连接，其中，分路耦合器106以及分路路由器107选择光环行器即可，由此将上下行光分开，下行光走原来的光路，其中检测光也走全程的光路，而上行光除了分支光纤和主干光纤的原有光路外，绕过分光器104走多模耦合器108的旁路，从而大大减少其光路的损耗，使得上行光的功率预算大为减低，提高了ONU105的使用寿命，并降低了制造成本，也符合现代人的节能环保理念，而且分支光纤的检测反射光由于绕过了分光器104，减少了损耗，使得检测反射光能抵达位于OLT101处的OTDR仪102上，实现了在OLT101处检测分支光纤故障的目的。
[0040] 如图6所示，本发明一实施例提出一种无源光网络的光纤故障检测方法，基于上述无源光网络的光纤故障检测系统而实施，该方法包括：
[0041] 步骤S201，下行业务光和光程检测光分别从OLT和OTDR仪发出经WDM滤波器同时进入主干光纤，之后依次经ODN的分路耦合器、分光器到达每个分路路由器，进入相应的分支光纤到达每个ONU；
[0042] 步骤S202，从ONU发出的上行光以及在每个分支光纤上的光程检测光的反射光沿分支光纤经各路分路路由器进入多模耦合器，经多模耦合器耦合进分路耦合器后进入主干光纤，经主干光纤传输至WDM滤波器；若OLT的光模块具有OTDR的功能，则从WDM滤波器出来的上行光和光程检测光的反射光均被导向OLT；否则，从WDM滤波器出来的上行光被导向OLT，光程检测光的反射光被导向OTDR仪。
[0043] 具体地，本实施例进行无源光网络的光纤故障检测的基本原理如下：
[0044] 首先从OLT发出的下行业务光以及从OTDR仪发出的光程检测光同时经主干光纤到达位于ODN的分路耦合器的第二接口，出第三接口进入分光器，出分光器后到达每个分路路由器的第一接口，出分路路由器的第二接口进入相应的分支光纤，最后经分支光纤到达每个ONU上。
[0045] 而从ONU发出的上行光以及在每个分支光纤上的光程检测光的反射光沿分支光纤到达分路路由器的第二接口，出分路路由器的第三接口进入多模耦合器的单模光纤分支接口，经多模耦合器耦合后出其多模光纤接口到达分路耦合器的第一接口，出分路耦合器的第二接口进入主干光纤，经主干光纤传输后到达WDM滤波器上，若OLT的光模块不具有OTDR的功能，则上行光被导向OLT，而检测反射光被导向OTDR仪上，如果OLT的光模块具有OTDR的功能，那么从WDM滤波器出来的上行光和检测反射光均经光模块直接到达OLT上，由OLT直接对这些光进行处理。
[0046] 本实施例通过上述方案，在主干光纤上与分光器之间增设分路耦合器，在分支光纤上与分光器之间增设分路路由器，各分路路由器与分路耦合器之间通过多模耦合器连接，其中，分路耦合器以及分路路由器选择光环行器即可，由此将上下行光分开，下行光走原来的光路，其中检测光也走全程的光路，而上行光除了分支光纤和主干光纤的原有光路外，绕过分光器走多模耦合器的旁路，从而大大减少其光路的损耗，使得上行光的功率预算大为减低，提高了ONU的使用寿命，并降低了制造成本，也符合现代人的节能环保理念，而且分支光纤的检测反射光由于绕过了分光器，减少了损耗，使得检测反射光能抵达位于OLT处的OTDR仪上，实现了在OLT处检测分支光纤故障的目的。
[0047] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
