[发明专利]一种光时域探测信号的检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光时域探测信号的检测方法及装置。

背景技术

光时域反射仪(OTDR，Optical Time-Domain Reflectometry)根据光的背向散射与反射原理制作，利用光在光纤中传播时产生的背向散射光来获取衰减的信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等。由于光纤材料密度不均匀、掺杂成分不均匀以及光纤本身的缺陷，当光在光纤中传输时，沿光纤长度上的每一点均会引起散射。光时域反射仪记录下每个时间点采集到的散射光强度。因为光速是固定的，采集信号的时间与光在光纤中传输距离具有对应关系，因此可以将时间转换为光纤的长度。如图1所示为OTDR探测信号曲线的典型表现形式，横坐标表示光纤长度(单位为km)，纵坐标为散射光信号的相对强度(单位为dB)。可以看出，该曲线100随着光纤长度的增加高度在逐渐降低，但其变化趋势是很平缓的，104表示这种由于光纤长度的不同导致的两点间OTDR探测信号强度的变化。曲线100在熔接点(Splice)101、光纤接续盒(Connection)102、、断裂点(break)或光纤终点(End of fiber)103处出现显著变化，这表示光在这些地方会发生反射或散射，散射光及反射光有一部分可背向传输回到光时域反射仪。。所述在图1曲线中的显著变化区域(105、106、107)称之为反射事件及衰减事件。从所接收的光的强弱变化，可以判断光纤各个位置的传输特性。

传统的OTDR测量原理：将宽度可控的脉冲光信号耦合进光纤中，脉冲光在光纤中传输的过程，伴随着散射的发生，与脉冲传输方向相反的部分散射信号最终回到OTDR处。OTDR通过耦合器将信号接收，并做模数转换转化为数字信号。该数字信号转化为以光纤长度(单位为km)为横坐标，相对强度(单位为dB)为纵坐标的曲线，该曲线是一条从光纤始端起，随着光纤长度增加逐渐衰减的直线。但由于光纤中存在熔接、断裂现象，在这些位置的产生了额外的损耗和反射，它的表现形式就如图1中反射事件、衰减事件。OTDR测量就是依靠这条带有反射和衰减事件的曲线100，来分析光纤链路的状态。如果某些位置反射过强、损耗过大说明有异常，而曲线的横轴是光纤长度，所以可以推算出这些反射、衰减事件的位置。

OTDR测量的是光的散射信号。光的散射信号与探测脉冲光的峰值功率、脉冲宽度有关系，且随着传输距离增大而减小。这种光的散射信号的强度是很弱的，很容易湮没在噪声中，这就限制了OTDR探测距离，该探测距离与指标“动态范围”对应。“动态范围”用于表征OTDR探测的最大距离。一种对“动态范围”常见的定义是取初始端后向散射电平与噪声峰值电平间的dB差。常见的提高动态范围的方法有：增加平均次数、加大探测脉冲宽度和采用数字滤波技术。

为了获得更好的信噪比(也就是提高动态范围及延长可探测距离)，通常采用多次累加技术(也叫平均)。多次累加技术的实现过程如下：OTDR控制激光器发送一个脉冲信号进入光纤，脉冲信号在光纤传输过程中不断产生背向散射信号，并随耦合器返回OTDR。OTDR从发送脉冲的时刻起就不断地接收背向散射信号。OTDR对所接收的背向散射信号做光电转换、信号放大、模数转换并存储，这一过程一般情况下持续到探测的脉冲信号在光纤末端时产生的散射信号回到OTDR仪表中时截止，也就是探测脉冲在整个光纤中传输时间的两倍(背向散射信号还有一个返回传输的过程，因此是前向传输用时的两倍)。这一过程称之为一次OTDR采样。重复这一过程，将多次采样得到的数据进行累加平均，可以抑制白噪声，提高OTDR信号的信噪比。图2a为平均次数较小时的OTDR测量结果，图2b为平均次数较大时的OTDR测量结果。这两幅图的横坐标表示光纤长度(单位为km)，纵坐标为采样数据的相对强度(单位为dB)。图2a和图2b的对比可以看出，图2a和图2b中剧烈变化的区域出现的位置基本相同，但是图2b中剧烈变化的区域与其他部分的差距更为明显，这说明动态范围在平均次数增加后有所提升。