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基于OTDR原理的光网络智能测试技术方案

基于OTDR原理的光网络智能测试技术方案,随着光通信行业的大力发展,光缆大规模部署,光网络如何全面地测试成了运营商面临的主要问题。传统的测试方式有两种:光损测试和-测试测量电路图

随着光通信行业的大力发展,光缆大规模部署,光网络如何全面地测试成了运营商面临的主要问题。传统的测试方式有两种:光损测试和OTDR测试法。光损测试采用光源和光功率计相结合来测试光链路的损耗,其优点是设备价格低廉,使用简单,但是需要两名技术人员才能完成,并且无法准确定位光链路的故障点及其原因。OTDR测试可以测量光纤长度、传输衰减、接头衰减和故障定位,具有测试时间短、速度快和精度高等优点,但是使用OTDR测试,测试人员对测试结果有不同的解读,很大程度上取决于使用者的经验和能力,只有专家级的测试人员才能准确完成测试。这两种测量方式都已经无法满足快速简单、准确全面的测试要求。目前,业界提出一种智能测试技术,它以OTDR原理为基础,采用链路感知技术,快速确定光链路的元件组成,分析光链路的状态,诊断光链路的故障原因。测试人员不需要专业的技术知识即可快速、准确的完成光网络的测试。


1链路感知技术原理

链路感知技术的基本原理是:基于OTDR技术,采用不同的脉宽对光网络进行多次数据采集,使用短脉宽检测光纤近距离部分,用长脉宽检测光纤远端部分,最后合并、综合分析采集的数据,得出光纤链路的元件组成,诊断光纤链路的状态及故障原因。通常,利用OTDR技术测量光纤链路时,需要使用合适的脉宽,然而单一脉宽的选择会带来一定的问题,用长脉宽(大于320ns)测量时,会丢失很多器件的信息,很多接头的衰减无法准确计算;用短脉宽(小于80ns)测量时,虽然能获得光纤链路中较小的细节,但是在PON网络中难以穿透分光器,无法获得端到端的损耗值。链路感知技术同时集成了长脉宽与短脉宽的优势,可充分感知光链路的状态。

2光网络智能测试技术方案

光网络智能测试技术的实现需要向光纤链路注入一定的光脉冲信号,通过接收光纤的后向散射和反射信号来分析光链路的组成。在硬件上,包括激光脉冲发射电路,光信号的接收光路和电路,信号采集电路,软件上包括数据处理与分析以及最终的结果显示。总体方案如图1所示。



图1总体方案框图

 

通常,激光器的波长选择1310nm或者1550nm.激光脉冲发射电路使用高速FPGA来控制激光器,通过FPGA的严格精确的时序来产生精确的脉冲宽度,并能根据脉宽的大小自适应地控制激光器的发射功率。接收光路采用APD光电探测器,将接收到的光信号转换成电信号,同时在电路上使用高性能运算放大器,将信号无失真放大,提高信噪比。数据采集电路使用高速并行的AD芯片,保证采样精度和空间分辨率。同时,采用高速FPGA来做数据的预处理,对采集的数据进行多次累加。MCU中对采集数据进行综合、智能地分析,判断出光纤链路的组成及状态。

3光网络智能测试关键技术

实现对光网络的智能测试,涉及到两个关键技术点:对光信号精确的采集和对采集数据的智能分析。

3.1光信号的接收技术

对光信号精确的接收是实现智能测试的关键。由于要对光纤链路进行不同脉宽的多次采集,接收电路也要求同时适应不同脉宽的返回信号。在对信号的放大处理上,长脉宽的返回信号盲区过大,容易造成信息丢失,而短脉宽信号常常由于信噪比不足不容易被接收到。单一的接收机制无法同时满足不同强度信号的要求。针对接收电路对返回光信号强度的敏感性,对信号的接收采用并联接收机制,放大电路上设计两套电路,具有不同的带宽,分别接收长脉宽信号和短脉宽信号,二者通过继电器选择接收机,这样既可以满足小信号信噪比的要求,又可以避免大信号盲区过大而造成的信息丢失。光信号的并联接收机制如图2所示。
 



图2光信号并联接收原理框图

 


光信号并联接收电路中继电器的开关由FPGA控制,FPGA根据光信号功率的大小决定使用的放大电路,并且在同一时间内只能是一路连通。放大电路采用两级放大,确保信号的放大倍数足够,提高信号的信噪比。

3.2智能分析算法

智能分析算法是实现智能测试的核心,其数据处理的基本思想是:基于采集到不同脉宽的数据,通过合并、综合分析,智能判断出光网络的链路组成以及链路故障原因。智能分析算法的数据流图如图3所示。


                                                            图3智能分析算法的数据流图

 

在智能分析算法中,首先要确定脉宽的选择,根据链路的实际情况动态选择脉宽。在开始测试时,以一固定脉宽做一次试探测量,初步估计出链路的长度,再根据链路的长度选择比较合适的3~5个脉宽完成整个测量过程。然后,对不同的脉宽数据进行合并、取舍。取舍的原则依据各脉宽数据查找出的元件位置。例如,测试过程中采用的脉宽有40ns、80ns、160ns和320ns,在光纤链路中存在两个元件,分别位于距离测试点5km处和30km处,则5km处元件采用80ns脉宽的测试数据,30km处元件采用320ns脉宽的测试数据。这样实现了用短脉宽测试光纤的近距离部分,用长脉宽测试光纤的远距离部分的原理。最后,判断出链路的元件组成以及故障原因。依据计算出的元件的插入损耗和回波损耗,可辨别元件的类型和故障原因。通常,光纤链路中的元件有接头、连接器和分光器,三者在光纤链路中引入的插入损耗和回波损耗有明显的区别,根据插入损耗和回波损耗的差别可分辨出元件的类型及故障原因。


另外,光网络的智能测试是一个复杂的过程,智能分析算法需要不断地完善,并且根据每次测量的实际经验建立智能决策分析库,这样才能做到更加准确无误地分析和判断。

4结束语

相比于传统的测试技术,采用链路感知技术的智能测试技术能确定光网络的链路组成,分析判断光纤链路的故障原因,便于测试人员更好地解决光网络的各种问题,帮助测试人员快速准确地完成测试任务。同时,应用这一技术降低了对操作人员的技术要求,可提高光网络测试的效率,大大降低光网络,特别是PON网络的维护成本。

 

 


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THE END
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