用于检查光纤通信路径的方法和系统与流程

用于检查光纤通信路径的方法和系统
1.交叉引用
2.本技术要求于2021年2月2日递交的发明名称为“method and system inspecting fibered optical communication paths”的第17/165,027号美国非临时专利申请的权益和优先权，该美国非临时专利申请的全部内容以引入的方式并入本文。
技术领域
3.本公开内容大体上涉及光通信网络领域，尤其涉及用于检查光网络中的通信路径的方法和系统。


背景技术：

4.光网络(例如，密集波分复用(dense wavelength division multiplex，dwdm)网络)的典型实现方式涉及提供工作路径和保护路径，以便提供无缝通信。在工作路径上的光纤链路发生故障的情况下，流量可以通过保护路径来路由。这种路径保护通常要求工作路径和保护路径的光纤链路独立并且物理上分离，以降低保护路径和工作路径因特定物理位置故障而同时中断的概率。
5.然而，光层有时会违反工作路径的光纤链路独立并且与保护路径分离的要求。这种违反包括至少一部分工作路径和一部分保护路径共享同一光纤、或同一光缆中的不同光纤、或空间上彼此靠近的不同光缆。
6.为此，人们仍然对能够识别具有不够独立或分开的部分的光纤通信路径感兴趣。


技术实现要素：

7.通过介绍，本发明的目的(即，本发明的一个总体目标)是提供一种用于检查光通信系统的方法和系统。检查来自光纤通信路径的一个或多个光脉冲的后向散射信号，以确定是否存在对应于在一个或多个光纤通信路径附近(例如，在光缆附近)发射的单频或窄带声信号的相位振荡。根据相位振荡的存在(或不存在)，可以确定光纤通信路径在(或不在)声信号源附近。与依赖自然噪声或宽带信号的类似方法相比，窄带声信号的使用允许更大的滤波，因此允许高信噪比和更大的距离检测。
8.根据本发明技术的一个方面，提供了一种用于检查至少一个光纤通信路径的方法。所述方法的步骤包括：控制器使声信号发生器产生声信号，所述声信号发生器设置在所述至少一个光纤路径附近；所述控制器使激光器向所述至少一个光纤路径中发射至少一个光脉冲，其中，所述至少一个光脉冲在发射时间发射；与所述控制器通信耦合并且与所述至少一个光纤路径在操作时连接的至少一个探测器检测多个反射光信号，其中，每个反射光信号具有到达时间；所述控制器确定所述多个反射光信号中的每一个反射光信号所行进的距离，其中，至少部分根据给定的反射信号的所述到达时间和所述至少一个光脉冲的所述发射时间，确定所述给定的反射信号所行进的距离；所述控制器针对所述给定的反射信号所行进的至少一个距离，检测至少部分地由所述声信号引起的相位振荡。
9.在包括前面提到的实现方式在内的一些实现方式中，所述至少一个探测器为第一探测器；所述至少一个光纤路径为第一光纤路径；所述多个反射光信号为第一多个反射光信号。所述方法还包括：与所述控制器通信耦合并且与第二光纤路径在操作时连接的第二探测器检测来自所述第二光纤路径的第二多个反射光信号；所述控制器检测所述相位振荡；所述控制器确定所述第二光纤路径的至少一部分与所述第一光纤路径的至少一部分设置在同一光缆中。
10.在包括前面提到的实现方式在内的一些实现方式中，所述方法还包括确定所述第二多个反射光信号中具有所述相位振荡的部分所行进的第二距离，其中，所述第二距离指示所述第二探测器和所述声信号发生器之间的距离。
11.在包括前面提到的实现方式在内的一些实现方式中，所述方法还包括：使所述声信号发生器在第二位置产生所述声信号，其中，所述第二位置靠近所述至少一个光纤路径的不同部分；检测第二多个反射光信号，其中，所述多个光脉冲中的每一个光脉冲在所述光纤路径上的反射产生所述多个反射光信号中的一些反射光信号，所述第二多个反射光信号中的每一个反射光信号具有第二到达时间；确定所述第二多个反射光信号中的每一个反射光信号所行进的第二距离；针对所述第二多个反射光信号中的至少一部分，检测至少部分地由在所述第二位置的所述声信号引入的所述相位振荡，其中，所述第二多个反射光信号中具有所述振荡的所述部分所行进的所述第二距离指示沿着所述光纤路径从所述探测器到在所述第二位置处的所述声信号发生器的距离。
12.在包括前面提到的实现方式在内的一些实现方式中，该方法还包括：接收所述声信号发生器的第一位置和第二位置的物理位置的至少一个指示；至少部分根据所述第一位置和所述第二位置的所述物理位置的所述至少一个指示，测绘所述至少一个光纤路径的物理定位。
13.在包括前面提到的实现方式在内的一些实现方式中，使所述激光器发射所述至少一个光脉冲包括使所述激光器发射多对由预定的时间延迟分隔的两个光脉冲；确定所述多个反射光信号中的每一个反射光信号的所述到达时间包括在所述至少一个探测器处检测每对两个光脉冲的反射的干涉。
14.在包括前面提到的实现方式在内的一些实现方式中，使所述声信号发生器产生所述声信号包括使所述声信号发生器产生窄带声信号。
15.在包括前面提到的实现方式在内的一些实现方式中，检测所述相位振荡包括抑制具有与所述窄带声信号不对应的相位振荡的信号。
16.在包括前面提到的实现方式在内的一些实现方式中，检测所述相位振荡包括执行所述多个反射光信号的辐照度的快速傅里叶变换(fast fourier transform，fft)，其中，所述辐照度是所述第二多个反射光信号的部分的所述到达时间的函数。
17.在包括前面提到的实现方式在内的一些实现方式中，通过沿着所述至少一个光纤路径在多个距离上进行瑞利后向散射，产生所述多个反射光信号。
18.在包括前面提到的实现方式在内的一些实现方式中，确定所述多个反射光信号中的给定的反射信号通过所述至少一个光纤路径所行进的距离包括：确定所述给定的反射信号的所述到达时间与给定的源脉冲的所述发射时间之间的时间差；根据所述至少一个光纤通信路径中的所述时间差和光速，计算所述距离。
19.在包括前面提到的实现方式在内的一些实现方式中，所述至少一个光脉冲至少包括第一光脉冲和第二光脉冲；所述多个反射光信号至少包括源自所述第一光脉冲的第一多个反射光信号和源自所述第二光脉冲的第二多个反射光信号。
20.根据本发明技术的又一方面，提供了一种用于确定光纤通信路径的系统。所述系统包括：控制器；与所述控制器通信耦合的激光源，其中，所述激光源用于与光纤通信路径可操作耦合；与所述控制器通信耦合的至少一个探测器，其中，所述至少一个探测器用于从所述光纤通信路径接收信号；与所述控制器通信耦合的声信号发生器。所述控制器用于：所述控制器使所述声信号发生器在至少一个光纤路径附近产生声信号；所述控制器使所述激光源向所述至少一个光纤路径中发射至少一个光脉冲，其中，所述至少一个光脉冲在发射时间发射；所述至少一个探测器检测多个反射光信号，所述多个反射光信号中的每一个反射光信号具有到达时间；所述控制器确定所述多个反射光信号中的每一个反射光信号所行进的距离，其中，至少部分根据给定的反射信号的所述到达时间和所述至少一个光脉冲的所述发射时间，确定所述给定的反射信号所行进的距离；所述控制器针对所述给定的反射信号所行进的至少一个距离，检测至少部分地由所述声信号产生的相位振荡。
21.在包括前面提到的实现方式在内的一些实现方式中，使所述激光器发射所述至少一个光脉冲包括使所述激光器发射多对由预定的时间延迟分隔的两个光脉冲；所述控制器还用于通过在所述至少一个探测器处检测每对两个光脉冲的反射的干涉，从而确定所述多个反射光信号中的每一个反射光信号的所述到达时间。
22.在包括前面提到的实现方式在内的一些实现方式中，所述控制器用于通过使所述声信号发生器产生窄带声信号，从而使所述声信号发生器产生所述声信号。
23.在包括前面提到的实现方式在内的一些实现方式中，所述控制器用于通过抑制具有与所述窄带声信号不对应的相位振荡的信号，从而检测所述相位振荡。
24.在包括前面提到的实现方式在内的一些实现方式中，所述控制器用于通过执行所述多个反射信号的辐照度的快速傅里叶变换(fast fourier transform，fft)，从而检测所述相位振荡，其中，所述辐照度是所述多个反射信号的所述到达时间的函数。
25.在包括前面提到的实现方式在内的一些实现方式中，通过沿着所述至少一个光纤路径在多个距离上进行瑞利后向散射，产生所述多个反射光信号。
26.根据本发明技术的又一方面，提供了一种用于检查光纤通信路径的方法。所述方法包括：在所述光纤通信路径附近发射单频声信号；将由预定的时间间隔分隔的前两个光脉冲发送到所述光纤通信路径中；在经过的时间内接收反射光功率；对于预定的总脉冲数，重复发送由所述预定的时间间隔分隔的另外两个光脉冲，并在所述经过的时间内接收所述光功率；至少部分根据所述单频声信号，对所述接收到的光功率执行频检测。
27.在一些实现方式中，执行频检测包括在所述经过的时间内接收到的反射光功率中检测对应于所述单频声信号的相位振荡。
附图说明
28.结合附图，通过以下详细描述，本发明的特征和优点将变得明显，在附图中：
29.图1描述了光网络的概念图；
30.图2示出了根据本发明的各种实施例的包括用于检查光纤通信路径的系统的光网
络的高级示意图；
31.图3示出了根据本发明的各种实施例的图2的系统的处理单元的代表性组件的高级框图；
32.图4示出了根据本发明的各种实施例的图2的系统的声信号发生器的非限制性示例；
33.图5描述了根据本发明技术的各种实施例的一种检查光纤通信路径的方法的流程图；
34.图6描述了根据本发明技术的各种实施例的一系列示例测量；
35.图7描述了根据本发明技术的各种实施例的另一种检查光纤通信路径的方法的流程图；
36.图8示意性地描绘了在图7的方法中使用的双脉冲传播；
37.图9示出了根据本发明的各种实施例的由探测器提取的频谱的实验结果。
38.应当理解，遍及附图和对应的描述，相同的特征由相同的附图标记标识。此外，还应当理解，附图和以下的描述仅用于说明目的，并且这些公开内容并不旨在限制权利要求的范围。
具体实施方式
39.下文将参考示出了代表性实施例的附图更全面地描述所描述技术的各种代表性实施例。但是，本发明技术构思可以以许多不同的形式体现，并且不应解释为限于本文所述的代表性实施例。实际上，提供这些代表性实施例是为了使本发明透彻和完整，并将本发明技术的范围充分传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清楚起见，可能夸大了层和区域的尺寸和相对尺寸。在整个说明书中，相似数字是指相似元件。
40.应当理解，尽管术语第一、第二、第三等在本文中可以用于描述各种元件，但这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语用于将一个元件与另一个元件区分。因此，在不脱离本发明技术的教导的情况下，下面讨论的第一元件可以被称为第二元件。本文中使用的术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任意和所有组合。
41.应当理解，当一个元件称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合至另一个元件，也可以存在中间元件。相反，当一个元件称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间关系的其它词语(例如，“在
……
之间”与“直接在
……
之间”，“相邻”与“直接相邻”等)应以类似的方式解释。
42.本文使用的术语仅用于描述特定的代表性实施例，并不用于限制本发明技术。除非上下文清楚说明，否则本文所用的单数形式“一”和“所述”也包括复数形式。还应当理解，本说明书中所使用的术语“包括”用于说明存在所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
43.此外，本文中描述本发明技术的原理、方面和实现方式的所有说明以及其具体示例都旨在包括其结构和功能同等物，无论它们是目前已知的还是未来开发的。因此，例如，本领域技术人员将理解，本文中任何框图都表示体现本发明技术的原理的说明性电路的概念视图。类似地，应当理解，任何流程图、流程图表、状态转换图、伪代码等表示可以基本上
在计算机可读介质中表示并因此由计算机或处理器执行的各种过程，无论这种计算机或处理器是否被显式示出。
44.可以通过使用专用硬件以及能够与适当软件相关联地执行软件的硬件并根据本文描述的方法，来提供图中所示的各种元件的功能，包括标记为“控制器”、“处理器”或“处理单元”的任何功能块。当由处理器提供时，这些功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独处理器提供，其中一些处理器可以共用。在本发明技术的一些实施例中，处理器可以是通用处理器(例如，中央处理单元(central processing unit，cpu))或专用于特定用途的处理器(例如，数字信号处理器(digital signal processor，dsp))。此外，术语“处理器”的显式使用不应解释为专门指能够执行软件的硬件，并且可以隐式地包括但不限于专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，fpga)、用于存储软件的只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)和非易失性存储器。也可以包括其它传统和/或定制硬件。
45.软件模块或简单地暗示为软件的模块在本文中可以表示为流程图元素或指示过程步骤和/或文本描述的性能的其它元素的任意组合。这类模块可以由显式或隐式示出的硬件执行，硬件适于(被制造为、设计为或用于)执行这些模块。此外，应当理解，模块可以包括例如但不限于提供所需能力的计算机程序逻辑、计算机程序指令、软件、堆栈、固件、硬件电路或其组合。
46.基于这些基本原理，现在将考虑一些非限制性的示例来说明本发明各个方面的各种实现方式。
47.现在参考附图，图1描述了可以由本文提出的系统和方法寻址的光网络100的概念图。如图所示，光网络100通常包括多个光节点102、104、106、108，这些光节点可以包括光复用段(optical multiplexing section，oms)，这些光复用段包括光分插复用器，例如，可重新配置的光分插复用器(reconfigurable optical add-drop multiplexer，roadm)，每个光分插复用器包含至少一个波长选择开关(wavelength selective switch，wss)。每个节点可用于添加、删除和/或重新路由波长。每个基于oms的节点还可以包括多个光传输段(optical transport section，ots)，其中，在每个ots上，波长保持相同。
48.可以设想，光网络中的节点可以借助包括光缆的链路通信连接，其中，每条光缆可以包括多个光纤。光纤可以是任何合适的类型，例如，单模光纤、多模光纤、标准单模光纤(standard single mode fiber，ssmf)、大有效面积光纤(large effective area fiber，leaf)等。链路还包括多个光放大器，例如，edfa。两个节点之间的链路还包括光放大器。
49.作为示例，光网络100的实现方式通常包括多根光纤，例如，体现在节点之间延伸或者在位置之间延伸的工作路径和保护路径。虽然仅示出了四个节点和三根光纤，但应当理解，光网络100通常包括形成网络100的更多节点和光纤(在各种更复杂或较不复杂的配置中)。
50.任何给定的工作路径和保护路径对可以在光纤或光缆方面分离。例如，在所示的示例中，光纤120穿过光缆110从节点102延伸至节点104，光纤122穿过光缆112从节点106延伸至节点108。至少在所示的范围内，这两根光纤120、122是分离的且地理上分开；通俗地讲，光纤120和光纤122不共享空间，使得一根光纤上发生的情况通常不会影响另一根光纤。
为此，如果光缆110或光缆中的光纤由于任何原因发生故障，则可以将节点102和104之间的流量重定向到节点106和108之间的路径。应当注意，对于实际的工作/保护对，节点102/106和104/108通常将彼此靠近设置(图中没有按比例绘制)。在一些非限制性实现方式中，光纤120、122、125可以连接在相同的节点(例如，节点102和104)之间，包括同时设置成工作/保护对配置。
51.然而，在任何给定的节点对之间，不同路径(例如，工作路径和保护路径)的光纤可能分组在同一光缆或光纤束中。例如，出于实际考虑，可能希望或需要将较大的光纤束(即一个物理分组中的许多光纤)分成较小的光纤束(即不止一个物理分组中的较少光纤)，或将较小的光纤束重新组合成相对较大的光纤束。在长距离的情况下，任何给定的光纤都可能与相邻光纤分离或与相邻光纤重新组合一次或多次。
52.在所示的示例中，虽然光纤125在节点102和104之间延伸，并假定该光纤属于光缆110，但光纤125的一部分实际上经由两个连接通道115(例如，线缆110、112之间的分流器)延伸穿过光缆112的一部分。作为一个非限制性示例，出于光缆110的布局的实际考虑，可能需要将从节点102延伸的大光纤束分成较小的分组(包括部分115)，然后该分组与由线缆112表示的光纤束重新组合。然后，包括光纤125在内的光纤组随后与线缆110重新组合。应当注意，虽然光纤125以锐角弯头示出，但这仅仅是为了便于说明，从一个分组进入另一个分组的这种光纤将稍微弯曲，以限制诸如断裂和信号泄漏之类的风险。
53.在这种情况下，光缆112的损坏，特别是在节点106和108之间的光缆的损坏，可能会影响光纤125。因此，在所示的示例中，光纤125并非光纤122的适当保护路径。类似地，如果光纤125设置在同一导管中的不同光缆中，或设置在靠近工作路径光纤122的不同导管中，则光纤125可能并非适当保护路径。
54.因此，在光通信网络(例如，光网络100)上实现工作路径和保护路径时，兴趣关键点是检查不同的光纤通信路径，以研究两个路径的物理接近性和/或测绘一个或多个通信路径的实际物理定位。
55.参考图2，描述用于检查光通信系统以检测不同光纤通信路径的接近性的系统300。根据所公开的实施例，系统300可用于通过使用声信号发生器206来发现共享光缆的工作路径和保护路径的缺陷，声信号发生器在本文也称为声源206。
56.广义上，系统300的功能如下：为了检查光通信网络200，声信号发生器206可以放置在光纤通信路径(例如，光缆)附近，以便确定多少路径被引导在该路径之间或该路径附近。作为一个非限制性示例，如图2所示，声信号发生器206放置在光缆250附近，例如，放置在光缆旁边。普通技术人员将容易理解，在声信号发生器206和光纤通信路径(例如，光缆250)之间设置一定距离，使得来自声信号发生器206的声音能够有效地在光纤路径的光纤材料内引起相位调制。声信号发生器和光纤通信路径之间的确切距离可以根据实施例而变化；不同的因素将决定信号发生器206需要靠近光缆250的程度，包括例如声音信号强度和围绕光缆250的介质。
57.如下面将更详细地描述的，声信号发生器206用于生成窄频带声信号，通常是单频，以便在声信号发生器206附近的光纤通信路径的光纤中引起局部扰动。一般而言，局部扰动是由声信号对光纤材料的光声效应引起的对一部分光纤路径的修改。该效应通常位于声信号发生器206周围的小范围，光声效应具有在声信号发生器206周围的有限影响区域。
根据实现方式，声信号可以在0至1000hz的频率范围内产生，优选地低于100hz。
58.这种局部扰动在穿过其中或从其反射的光信号中引起随时间推移的振荡相位图案，在本文也称为振荡相移。因此，从光路的具有局部扰动的部分反向散射的光脉冲可以用于通过检测与声信号的频率相对应的相位振荡频率，来识别声信号发生器206附近的光纤通信路径。可以确定检测到相位图案的任何光纤通信路径都在声信号发生器206附近穿过。在图2所示的实现方式中，例如，在光纤290和光纤292这两者中检测到相位图案，因此指示光纤290、292都穿过光缆250。
59.利用上面阐述的一般原理，将更详细地描述系统300。作为一个非限制性示例，示出了根据所公开的实施例的用于检查光纤通信路径的系统300，如检查光纤通信路径290(特别是如上所述的光纤290)所实现的。如下面将进一步描述的，另一个光纤通信路径292的部分位于路径290的部分附近。
60.系统300包括控制器302，用于执行检查光纤通信路径290的方法，并用于总体操作与该控制器连接的组件。应当注意，控制器302可以包括能够执行本文所述的任务和方法的一个或多个计算设备，表示为单个服务器302。尽管控制器表示为单个服务器，但控制器302可以作为一个或多个真实或虚拟服务器来实现。此外，应当理解，尽管控制器302被示出为在光网络200的外部，但在某些实施例中，控制器302可以与系统200的每个光节点包含在处理单元306中。
61.光纤290与节点202光耦合，用于根据本领域通常已知的方法通过该节点传输信息。节点202包括处理单元306，用于控制发射到光纤通信路径290中的光并检测从该光纤通信路径接收的光，并且用于总体操作与该处理单元连接的组件。应当注意，处理单元306可以包括一个或多个计算设备，表示为单个服务器306。虽然表示为单个服务器，但处理单元306可以作为一个或多个真实或虚拟服务器来实现。
62.光纤292类似地与节点204光耦合，用于根据本领域通常已知的方法通过节点传输信息。节点204包括处理单元356，用于控制发射到光纤通信路径290中的光并检测从该光纤通信路径接收的光，并且用于总体操作与该处理单元连接的组件。应当注意，可以至少以上述用于处理单元306的方式不同地配置处理单元356。
63.尽管可以设想，可以使用处理单元306、356的各种实现方式，但是下面将参考图3更详细地描述处理单元306、356的一个非限制性实施例的附加实现细节。
64.每个节点202、204还包括与相应处理单元306、356通信连接的激光源310。激光源310用于与相应的光纤通信路径290、292在操作时耦合。每个节点202、204可以包含用于产生、发射或辐射具有特定脉冲持续时间的光脉冲的一个或多个激光光源。在某些实施例中，一个或多个脉冲激光光源可以包括一个或多个激光二极管，例如但不限于：法布里-珀罗(fabry-perot)激光二极管、量子阱激光器、分布式布拉格反射器(distributed bragg reflector，dbr)激光器、分布式反馈(distributed feedback，dfb)激光器，或垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting laser，vcsel)。例如，给定的激光二极管可以是铝-镓-砷化(aluminum-gallium-arsenide，algaas)激光二极管、铟-镓-砷化(indium-gallium-arsenide，ingaas)激光二极管，或铟-镓-砷化-磷化(indium-gallium-arsenide-phosphide，ingaasp)激光二极管，或任何其它合适的激光二极管。
65.还可以设想，发射的光可以是单偏振的、双偏振的或随机偏振的，可以具有特定的
偏振(例如，线性偏振、椭圆偏振或圆偏振)。
66.此外，光网络200中的每个节点202、204可以包括多个光放大器，例如，掺铒光纤放大器(erbium-doped fiber amplifier，edfa)，用于放大光信号。光网络200还可以采用一个或多个光网络元件和模块(这些光网络元件和模块可以包括有源和无源元件/模块中的任一者或两者)，例如，光滤波器、wss、阵列波导光栅、光发射器、光接收器、处理器和其他合适的组件。然而，出于简单和易处理的目的，已从图2中省略了这些元件。
67.每个节点202、204还包括与相应的处理单元306、356通信连接的探测器312。探测器312被设置为并且用于从相应的光纤通信路径290、292接收光信号。每个节点202、204还包括循环器314，该循环器在操作时将激光源310和探测器312连接至相应的光纤路径290、292，使得来自激光源310的光被引导到光纤路径290、292，并且从光纤路径290、292反射回来的光信号被引导到探测器312。在一些实现方式中，循环器314可以用不同的光学器件(包括光纤耦合器)替换。探测器312通常作为光电探测器312来实现，该光电探测器用于将相应的光强转换为电信号，并将电信号转发到处理单元306、356。还可以设想，可以不同地实现探测器312。
68.系统300还包括与控制器302通信连接的声信号发生器206。下面结合图4描述声信号发生器206的一些实现方式的细节，但是可以设想，各种形式的声信号发生器(例如，声源和通用扬声器)可以用于实现声信号发生器206。根据本文描述的实施例提供的系统和方法，声信号发生器206用于生成窄带声信号，在本文中也称为单频声信号。通过根据特定声信号发生器的能力使用单个频率(“频”)或几乎单个频率，所引起的具有与声信号的频率相对应的频率的振荡相位效应将是可检测的，并可与产生大为不同的相位调制频率的随机噪声源分离。
69.虽然将在下面参考图5和图7更详细地描述利用系统300的方法600、700，但是通常如下执行系统300的操作：通常，为了开始检查光纤通信路径290和通信系统200，声信号发生器206在光纤通信路径290附近产生单频声信号。在所示的示例中，声信号发生器206特别设置在光缆250旁边。由于光声效应，声信号在光纤通信路径290中产生局部扰动291。局部扰动291产生相位调制，该相位调制在遇到局部扰动291的光脉冲中以声频率振荡，这有助于确定沿着光纤路径290到声信号发生器206的距离。
70.具体而言，为了确定从某个预定点(例如，激光源310或探测器312)到局部扰动291的距离，将一个或多个激光脉冲发射并引导到光纤路径290中。通常，将根据许多脉冲(例如，10,000或100,000)确定距离，但可以设想，本文描述的系统300和方法可以用较少的脉冲运行。由于瑞利后向散射，每个脉冲的一小部分沿着光纤路径290从多个位置反射回来。在图2中示出了多个后向散射信号305。如后向散射脉冲信号307所示，来自光纤路径290的具有局部扰动291的部分的后向散射信号相对于来自光纤路径290的未扰动部分的后向散射信号305具有相位调制。通过在探测器312(t)处获得一个或多个相位调制信号307的脉冲发射和接收之间的时间，在激光源310和局部扰动291之间沿着光纤路径290的距离z可以由下面的等式(1)确定，其中，υ是光纤路径290中的光速。
[0071][0072]
在一些非限制性示例性实现方式中，系统300因此可以确定和/或测绘光纤通信路径290的一个或多个部分的未知物理位置，其中，到局部扰动291的距离可以与声信号发生
器206的物理位置进行比较。
[0073]
为了绘制出光纤通信路径290的多个或不同部分，声信号发生器206可以是移动的，使得该声信号发生器可以定位在多个不同的测试点。在这样的实现方式中，声信号发生器206还可以包括其他组件，例如，全球定位系统(global positioning system，gps)、通信发射器/接收器等。为此，当移动声信号发生器206传输声信号时，如上所述，声信号发生器206还与控制器302通信，以便提供定时信息、gps坐标、精确的声信号频率等。然后，控制器302可以确定根据如上所述的声信号检测的沿着光纤路径290的距离以及声信号发生器206相对于包含光纤路径290的未知部分的通信系统的已知部分的物理定位。
[0074]
然后，可以至少根据激光器310和/或探测器312与声信号发生器206之间确定的距离以及声信号发生器206的不同测试点gps位置，来确定和测绘光纤通信路径290的物理分布。
[0075]
在一些非限制性示例性实现方式中，控制器302和/或处理单元306还可以连接至附加的探测器和/或不同的光纤通信路径，用于检测非独立的路径，如参考图2所述。在图2的非限制性示例中，控制器302与两个节点202、204通信耦合，以便能够访问关于两个光纤路径290、292的信息。在一些非限制性实现方式中，可以设想，处理单元306、356可以在没有单独控制器的情况下通信耦合在一起，以便执行本文所述的方法。
[0076]
在所示的示例中，控制器302接收与节点204的激光源310发射的激光脉冲和由相应探测器312接收的后向散射信号有关的信息。因此，控制器302可以检查后向散射信号，以确定存在由光纤路径292中的声信号引起的相位调制。这样，可以验证路径290、292的可能独立性，因为在路径292中出现相位振荡效应，表明路径292的至少一部分进入声信号发生器206附近，从而进入路径290附近。
[0077]
在声信号发生器206还向控制器302和/或处理单元356传送其物理位置的情况下，光纤路径292的至少该部分也可以测绘至如上参考光纤路径290描述的近似位置。
[0078]
应当理解，探测器312、控制器302和/或处理单元306、356识别遇到局部扰动291的光信号中的相位调制的方式不应限制本发明的范围。
[0079]
图3描述了根据本发明的各种实施例的处理单元306的代表性组件的高级框图。应当理解，图3仅提供了处理单元306的一个实现方式的说明，并不意味着对可以实现不同实施例的环境的任何限制。在不偏离本文所呈现的实施例的原理的情况下，可以对所描绘的环境进行许多修改，以实现处理单元306。
[0080]
如所示，处理单元306使用一个或多个处理器410、一个或多个计算机可读随机存取存储器(random access memory，ram)412、一个或多个计算机可读只读存储器(read only memory，rom)414、一个或多个计算机可读存储介质416、设备驱动器422、读/写(read/write，r/w)接口424、网络接口426，所有这些都通过通信结构120互连。通信结构428可以用设计用于在处理器(例如微处理器、通信和网络处理器等)、存储器、外围设备和系统内的任何其它硬件组件之间传递数据和/或控制信息的任何架构来实现。
[0081]
一个或多个操作系统418和一个或多个应用程序420存储在一个或多个计算机可读存储介质416上，以供一个或多个处理器410通过一个或多个相应的ram 412(其通常包括高速缓存存储器)执行。在所示的实施例中，计算机可读存储介质416中的每一个可以是内部硬盘驱动器、cd-rom、dvd、记忆棒、磁带、磁盘、光盘的磁盘存储设备、诸如ram、rom、
eprom、闪存之类的半导体存储设备、或可以存储计算机程序和数字信息的计算机可读有形存储设备。
[0082]
处理单元306还可以包括r/w驱动器或接口424，以从一个或多个便携式计算机可读存储介质436读取以及向一个或多个便携式计算机可读存储介质写入。所述设备上的应用程序420可以存储在一个或多个便携式计算机可读存储介质436上，经由相应的r/w驱动器或接口424读取，并加载到相应的计算机可读存储介质416中。
[0083]
应当理解，在某些实施例中，根据本发明的各种实施例，存储在一个或多个便携式计算机可读存储介质436上的应用程序420可以配置处理单元306，以提供各种功能。
[0084]
处理单元306上的应用程序420可以经由通信网络(例如，互联网、局域网或其他广域网或无线网络)和网络接口426从外部计算机或外部存储设备下载到处理单元306。这些程序可以从网络接口426加载到计算机可读存储介质416上。
[0085]
处理单元306还可以包括显示屏430、键盘或小键盘432以及计算机鼠标或触摸板434。设备驱动器422可以连接至用于成像的显示屏430、连接至键盘或小键盘432、连接至计算机鼠标或触摸板434，和/或连接至(在触摸屏显示的情况下)用于对字母数字字符输入和用户选择进行压力感测的显示屏430。设备驱动器422、r/w接口424和网络接口426可以包括硬件和软件(存储在计算机可读存储介质416和/或rom 414上)。可以设想，在一些非限制性实现方式中，显示屏430、键盘或小键盘432和/或计算机鼠标或触摸板434可以用控制器302实现，该控制器替代或补充处理单元306。
[0086]
本文描述的程序是基于在本发明的特定实施例中实现它们的应用来标识的。但是，应当理解，在本文中使用任何特定程序命名仅是为了方便，因此，本发明不应仅限于仅在这种命名法所标识和/或暗指的任何特定应用中使用。
[0087]
应当理解，处理单元306和/或控制器302可以是服务器、台式计算机、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、个人数字助理或任何可用于实现本发明技术的设备，如本领域技术人员应当理解的。
[0088]
图4示出了根据本发明的各种实施例的声信号发生器206的非限制性示例。应当注意，在本发明技术的不同实现方式中，可以以各种方式实现声信号发生器。可以设想，如何生成和传输声信号不应限制本公开内容的范围。
[0089]
如所示，声信号发生器206包括控制单元207、处理器209、数模转换器(digital to analog convertor，dac)211、放大器213和扬声器215。应当注意，出于简单和易处理的目的，可能存在但尚未示出的其他组件。
[0090]
在某些实施例中，控制单元207可用于执行各种功能，例如，与系统300的其他元件同步、指示处理器209生成窄带信号、向其他组件提供诸如频率信息或定时信息之类的某些关联信息等。在一些非限制性情况下，可以由处理单元306实现控制单元207和处理器209。处理器209可以用于根据从控制单元207接收的指令生成窄频带信号。所生成的信号是在0到1000hz的频率范围内的窄带，通常是单频。在一些非限制性实现方式中，可以以通常低于100hz的频率生成声信号，例如，在研究埋在地下的通信网络和光缆时，因为低频通常具有更好的穿透性。
[0091]
将数字信号提供给dac 211，以便将数字信号转换为模拟信号。可以设想，在某些实施例中，与模拟信号相关联的功率可能不足以驱动扬声器215。因此，可以将模拟信号馈
送到放大器213，以将模拟信号的功率增加到足够的电平，使得这些模拟信号可以充分驱动扬声器215。
[0092]
参考图5，现在将描述用于使用上述系统300检查光纤通信路径的方法600。下面将方法600描述为由控制器302执行，但在一些实现方式中，可以设想，方法600可以由处理单元306或处理单元356执行。
[0093]
方法600在步骤610开始，其中，控制器302使声信号发生器206产生声信号。如上所述，声信号发生器206设置在至少一个光纤路径290附近，使得声信号在光纤路径290中引起局部扰动291。
[0094]
方法600在步骤620继续，其中，控制器302使激光器310向光纤路径290发射至少一个光脉冲。如上所述，根据所需的信噪比(signal-to-noise，snr)和其他特定实现细节，可以使用从一个或几个脉冲到许多脉冲(例如，10,000或100,00个脉冲)。应当注意，执行方法600所需的脉冲的确切数量可以取决于系统的各种技术细节。
[0095]
然后，方法600在步骤630继续，其中，与控制器302通信连接的探测器312检测具有多个不同到达时间的多个反射光信号。如上所述，多个反射光信号是来自沿着光纤路径290的不同点的瑞利后向散射信号，其中，从与激光源310/探测器312相距的不同距离散射的信号以不同的到达时间到达探测器312。
[0096]
方法600在步骤640继续，其中，控制器302确定每个反射光信号所行进的距离。根据每个反射信号在探测器312的到达时间和源脉冲从激光源310的的发射时间，确定每个反射信号所行进的距离，其中，源脉冲仅仅是特定后向散射/反射信号中的光所源自的光脉冲。在确定了每个脉冲的行进距离和到达时间之后，形成了作为到达时间和行进距离的函数的后向散射辐照度的数据集。在某些实现方式中，该数据集可以形成为发射时间而不是到达时间的函数。
[0097]
在图6中示出这种数据集680的一个非限制性示例，其中，为每个脉冲(沿着y轴绘制的发射时间)绘制后向散射辐照度(z轴)，作为每个脉冲(x轴)所行进的距离的函数。
[0098]
方法600在步骤650终止，其中，控制器302针对脉冲所行进的至少一个距离检测由局部扰动291引入的相位振荡。例如，图表680的辐照度函数的切片685示出了特定子组的作为时间函数的辐照度函数。可以设想，可以使用不同的方法来检测相位振荡/调制，在本文也称为频检测。通常，通过对时域信号进行频谱分析来确定声频。在至少一些非限制性实现方式中，通过光谱分析检测相位振荡可以执行一个或多个(或所有)信号子组的随时间变化的辐照度函数的快速傅里叶变换(fast fourier transform，fft)。在使用fft处理方法时，可以容易地隔离和检测与声信号相对应的相位振荡频率。
[0099]
根据对一个或多个光纤路径中的相位振荡的检测，可以采取各种不同的措施，措施的确切选择通常不在本发明描述的范围之内。例如，光网络200的操作者可以使用该确定来标记、识别或以其他方式用信令通知在声信号发生器206的某个特定位置的范围内的所有光纤路径的协同定位。作为另一个非限制性示例，在一个或多个位置(例如，通过移动声信号发生器206)的相位振荡检测可以用于组织或重新组织工作路径和保护路径对，使得这些路径对足够分离和分开，以作为光纤通信路径的工作和保护对操作。
[0100]
参考图7，现在将描述用于使用上述系统300检查光纤通信路径的另一种方法700。如上简述，还可以根据发射一对脉冲用于研究光纤通信路径的原理来操作系统300。在下文
将方法700类似地描述为由控制器302执行，但在一些实现方式中，可以设想，方法700可以由处理单元306或处理单元356执行。
[0101]
方法700在步骤710开始，其中，声信号发生器206在被测试的光纤通信路径(例如，图2的路径290)附近发射单频声信号。
[0102]
方法700在步骤720继续，其中，激光源310发送具有预定的时间间隔δt的两个光脉冲。根据所需的空间分辨率选择预定的时间间隔，其中，两个脉冲的时间间隔确定同时返回探测器312的两个脉冲所行进的距离差。在一些非限制性实现方式中，应当注意，具有足够脉冲持续时间的单个脉冲可以用于代替方法700中的脉冲对。时间间隔δt是在步骤720之前的某个时间以某种方式确定、决定或解决的意义上预先确定的。
[0103]
在图8中示出了两个后向散射信号与同时到达探测器312的两个脉冲的物理分离。在下面的等式(2)中具体阐述这种关系，其中，z是距离，υ是被检查的光纤中的光速。应当注意，等式(2)是等式(1)的一个稍加修改的版本。
[0104][0105]
然后，方法700在步骤730继续，其中，在探测器312处接收的反射光功率达给定的时间段。对于给定的预定时间间隔δt，从位置(z)反射的第一脉冲和从位置(z+δz)反射的第二脉冲同时到达探测器312，因此具有干涉。因此，到达探测器312的光功率(即辐照度i(z))由两个脉冲的叠加确定，如下面等式(3)中所阐述的。辐照度包括部分由两个脉冲中的每一个脉冲在通过光纤传播期间所经历的相位差确定的干涉项。
[0106][0107]
然后，控制器302和/或处理单元306记录光纤中的辐照度di(z)在距离上的变化(确定第一脉冲的反射点和第二脉冲的反射点之间的相位差)以及脉冲发射的时间。
[0108]
然后，对于选定数量的脉冲样本，重复步骤720和730，以便建立足够的数据，信噪比通常随着脉冲样本大小的增加而降低。
[0109]
一旦发送了预定数量的脉冲，并且建立了足够的光功率与时间的关系的数据集，方法700在步骤740继续，其中，对脉冲对所行进的每个距离执行声信号频率的频检测，如上文参考方法600所述。否则，在步骤740，处理单元306至少部分根据反射信号的到达时间，来确定反射信号在哪些距离上具有由声信号引起的局部扰动291引入的相位调制。在一些实现方式中，方法700可以终止，其中，仅仅确定到局部扰动291的距离，从而确定光纤路径290的部分相对于声信号发生器206的位置。
[0110]
在一些非限制性实现方式中，方法700可以在步骤750终止，其中，绘制频振幅与距离的关系。由于声信号发生器206设置在沿着光纤通信路径290、292的一个位置处，所以在沿着路径290、292的位置处应该有一个强峰，并且具有某种低电平噪声，主要通过排除声信号以外的频率的相位变化来抑制该低电平噪声。虽然如下所述，沿着光纤的多个位置模拟声信号，但是在图中9包括这种图表的一个示例。
[0111]
图9示出了根据本发明技术的某些实施例的频检测的数值模拟的结果500。所显示的结果是对可以检测到声信号引起的相位振荡的距离的模拟。模拟双脉冲方法的实现方式(上文参考图7所示的方法700描述)，以获得0.25db/km光纤衰减系数、100,00个总脉冲，其中，沿着该光纤以规则间隔模拟声信号。从模拟结果可以看出，可以在距离源长达80km的背
景噪声上方检测到单频/窄带声信号。在现有技术中，反射信号通常可以隔离长达40-45km的距离。与现有技术相比的改进是因为部分使用了单频/窄带声信号，该信号可以针对反射信号中的背景噪声并与该背景噪声隔离。
[0112]
因此，通过在一些实现方式中的系统300和方法600、700，可以以成本效益和高效的方式确定光纤通信路径的物理位置或两个名义上独立的光纤通信路径之间的可能交互，而不会增加太多硬件复杂性。
[0113]
应当理解，系统200、300、组成组件和关联过程的操作和功能可以通过基于硬件、基于软件和基于固件的元素中的任何一个或多个元素来实现。这类操作替代方案并不以任何方式限制本公开内容的范围。
[0114]
还应当理解，尽管本文中提出的实施例已经参考特定的特征和结构描述，但很明显，可以在不脱离这些公开内容的情况下进行各种修改和组合。因此，说明书和附图仅被视为所附权利要求书限定的对论述的实现方式或实施例和其原理的说明，并且预期覆盖属于本公开内容的范围内的任何和所有修改、变化、组合或等同物。

技术特征：
1.一种用于检查至少一个光纤通信路径的方法，其特征在于，所述方法包括：控制器使声信号发生器产生声信号，所述声信号发生器设置在所述至少一个光纤路径附近；所述控制器使激光器向所述至少一个光纤路径中发射至少一个光脉冲，所述至少一个光脉冲在发射时间发射；与所述控制器通信耦合并且与所述至少一个光纤路径在操作时连接的至少一个探测器检测多个反射光信号，每个反射光信号具有到达时间；所述控制器确定所述多个反射光信号中的每一个反射光信号所行进的距离，其中，至少部分根据给定的反射信号的所述到达时间和所述至少一个光脉冲的所述发射时间，确定所述给定的反射信号所行进的距离；所述控制器针对所述给定的反射信号所行进的至少一个距离，检测至少部分由所述声信号引起的相位振荡。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述至少一个探测器为第一探测器；所述至少一个光纤路径为第一光纤路径；所述多个反射光信号为第一多个反射光信号；以及所述方法还包括：与所述控制器通信耦合并且与第二光纤路径在操作时连接的第二探测器检测来自所述第二光纤路径的第二多个反射光信号；所述控制器检测所述相位振荡；以及所述控制器确定所述第二光纤路径的至少一部分与所述第一光纤路径的至少一部分设置在同一光缆中。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括确定所述第二多个反射光信号中具有所述相位振荡的部分所行进的第二距离，其中，所述第二距离指示所述第二探测器和所述声信号发生器之间的距离。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：使所述声信号发生器在第二位置产生所述声信号，所述第二位置靠近所述至少一个光纤路径的不同部分；检测第二多个反射光信号，所述多个光脉冲中的每一个光脉冲在所述光纤路径中的反射产生所述多个反射光信号中的一些反射光信号，所述第二多个反射光信号中的每一个反射光信号具有第二到达时间；确定所述第二多个反射光信号中的每一个反射光信号所行进的第二距离；针对所述第二多个反射光信号中的至少一部分，检测至少部分地由在所述第二位置的所述声信号引入的所述相位振荡，其中，所述第二多个反射光信号中具有所述振荡的部分所行进的所述第二距离指示沿着所述光纤路径从所述探测器到所述第二位置处的所述声信号发生器的距离。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：接收所述声信号发生器的所述第一位置和所述第二位置的物理位置的至少一个指示；至少部分根据所述第一位置和所述第二位置的所述物理位置的所述至少一个指示，测
绘所述至少一个光纤路径的物理定位。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，使所述激光器发射所述至少一个光脉冲包括使所述激光器发射多对由预定的时间延迟分隔的两个光脉冲；确定所述多个反射光信号中的每一个反射光信号的所述到达时间，包括：在所述至少一个探测器处检测每对两个光脉冲的反射的干涉。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，使所述声信号发生器产生所述声信号包括使所述声信号发生器产生窄带声信号。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，检测所述相位振荡包括抑制具有与所述窄带声信号不对应的相位振荡的信号。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，检测所述相位振荡包括执行所述多个反射光信号的辐照度的快速傅里叶变换(fft)，所述辐照度是所述第二多个反射光信号的部分的所述到达时间的函数。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，通过沿着所述至少一个光纤路径在多个距离上进行瑞利后向散射，产生所述多个反射光信号。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述多个反射光信号中的给定的反射信号通过所述至少一个光纤路径所行进的距离包括：确定所述给定的反射信号的所述到达时间与给定的源脉冲的所述发射时间之间的时间差；根据所述至少一个光纤通信路径中的所述时间差和光速，计算所述距离。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个光脉冲至少包括第一光脉冲和第二光脉冲；所述多个反射光信号至少包括源自所述第一光脉冲的第一多个反射光信号和源自所述第二光脉冲的第二多个反射光信号。13.一种用于确定光纤通信路径的系统，其特征在于，包括：控制器；与所述控制器通信耦合的激光源，所述激光源用于与光纤通信路径在操作时耦合；与所述控制器通信耦合的至少一个探测器，所述至少一个探测器用于从所述光纤通信路径接收信号；与所述控制器通信耦合的声信号发生器，所述控制器用于：所述控制器使所述声信号发生器在至少一个光纤路径附近产生声信号；所述控制器使所述激光源向所述至少一个光纤路径中发射至少一个光脉冲，所述至少一个光脉冲在发射时间发射；所述至少一个探测器检测多个反射光信号，所述多个反射光信号中的每一个反射光信号具有到达时间；所述控制器确定所述多个反射光信号中的每一个反射光信号所行进的距离，其中，至少部分根据给定的反射信号的所述到达时间和所述至少一个光脉冲的所述发射时间，确定所述给定的反射信号所行进的距离；以及
所述控制器针对所述给定的反射信号所行进的至少一个距离，检测至少部分地由所述声信号产生的相位振荡。14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，使所述激光器发射所述至少一个光脉冲包括使所述激光器发射多对由预定的时间延迟分隔的两个光脉冲；所述控制器还用于通过在所述至少一个探测器处检测每对两个光脉冲的反射的干涉，从而确定所述多个反射光信号中的每一个反射光信号的所述到达时间。15.根据权利要求13或14所述的系统，其特征在于，所述控制器用于通过使所述声信号发生器产生窄带声信号，从而使所述声信号发生器产生所述声信号。16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述控制器用于通过抑制具有与所述窄带声信号不对应的相位振荡的信号，从而检测所述相位振荡。17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述控制器用于通过执行所述多个反射信号的辐照度的快速傅里叶变换(fft)，从而检测所述相位振荡，所述辐照度是所述多个反射信号的所述到达时间的函数。18.根据权利要求13至17中任一项所述的系统，其特征在于，通过沿着所述至少一个光纤路径在多个距离上进行瑞利后向散射，产生所述多个反射光信号。19.一种用于检查光纤通信路径的方法，其特征在于，所述方法包括：在所述光纤通信路径附近发射单频声信号；将由预定的时间间隔分隔的前两个光脉冲发送到所述光纤通信路径中；在经过的时间内接收反射光功率；对于预定的总脉冲数，重复发送由所述预定的时间间隔分隔的另外两个光脉冲，并在所述经过的时间内接收所述光功率；至少部分根据所述单频声信号，对所述接收到的光功率执行频检测。20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，执行频检测包括在所述经过的时间内接收到的反射光功率中检测对应于所述单频声信号的相位振荡。

技术总结
本发明提供了一种用于检查光纤通信路径的方法。该方法包括：使光纤路径附近的声信号发生器产生声信号；使激光器在发射时间向至少一个光纤路径中发射至少一个光脉冲；检测多个反射光信号，每个反射光信号具有到达时间；确定所述多个反射光信号中的每一个反射光信号所行进的距离，其中，至少部分根据给定的反射信号的到达时间和至少一个光脉冲的发射时间，确定给定的反射信号所行进的距离；以及针对给定的反射信号所行进的至少一个距离，检测至少部分地由声信号引起的相位振荡。部分地由声信号引起的相位振荡。部分地由声信号引起的相位振荡。


技术研发人员：蒋志平
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：2022.01.20
技术公布日：2023/9/16