CN102158280A - 在传输数据的光信号中调制叠加otdr测试信号的方法和otdr的测试方法 - Google Patents
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Abstract
在传输数据的光信号中调制叠加OTDR测试信号的方法是，专用数字电路产生OTDR测试信号码型，OTDR测试信号控制高速电流开关产生小幅电流变化，叠加到激光器偏置电流上，使发射光功率按照OTDR测试信号的变化进行小幅度波动。OTDR的测试方法是，专用的光耦合器把待测光纤散射或反射回来的光信号耦合出来，经光电转换和放大采样后，反射光功率推算出光纤的传输衰减，按OTDR测试信号源时钟频率从采样数据中提取波动值交流成分，这组交流成分包含OTDR测试信号源在光纤中反射回来的信号，反射测试信号与OTDR测试信号源进行多次对比计算得到两组信号的延时，延时值可以推算出对应反射点的距离，距离信息用来定位光纤连接点、光纤终端或断点。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术，特别涉及光通信中光传输模块和光时域反射仪的测试技术。
背景技术
目前，市场上存在各种类型的光通信网络，比如：无源光网络（PON）、同步数字体系光网络（SDH）、准同步数字体系光网络（PDH）、专用光网络等等。这些光网络内部各节点之间用光纤连接，为保证通信质量，重要光纤线路需要用光时域反射仪（OTDR）来测试和监控。
光时域反射仪（OTDR）的英文全称是Optical Time Domain Reflectometer。OTDR是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。
在现场应用中，光通信设备组网时需要采购专用的OTDR和配套测试装置，对连接的光纤进行测试和监控。光时域反射仪（OTDR）通过直连光纤或利用特定波长光脉冲插入光纤进行测试，测试组网方案复杂，OTDR设备价格高昂。以上因素导致带监测光纤功能的光网络维护的复杂性高、成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种在传输数据的光信号中调制叠加OTDR测试信号的方法和OTDR的测试方法，使光传输模块或光通信设备附加OTDR功能，可以省掉为监测光纤专用的OTDR设备和配套测试装置，降低了带监测光纤功能的光网络维护的复杂性和成本。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一种在传输数据的光信号中调制叠加OTDR测试信号的方法和OTDR的测试方法。包括激光器驱动电路、OTDR测试信号调制叠加到发射光功率的电路、光信号接收电路、光电转换信号的放大采样和数据分析电路等。以上四个部分的说明如下：
1. 激光器驱动电路的组成部分包括：调节平均发射光功率的偏置电流控制电路、调制瞬时发射光功率的调制电流控制电路。
2. OTDR测试信号调制叠加到发射光功率的方法如下：专用数字电路产生OTDR测试信号码型（包括单脉冲、伪随机二进制序列PRBS码型、专用测试码型等）；OTDR测试信号调制电路把OTDR测试信号转换成小幅电流变化，叠加到激光器偏置电流上，使发射光功率按照OTDR测试信号的变化进行小幅度波动。
3. 光信号接收电路的组成部分包括：接收反射光专用的光耦合器和光电转换电路。接收反射光专用的光耦合器的功能是把待测光纤散射或反射回来的光信号耦合出来，并具有隔离激光器发射光的作用（隔离度大于40dB）；光电转换电路的作用是实现接收光功率到电信号的转换。
4. 光电转换信号的放大采样和数据分析电路的组成部分包括：可变增益放大电路、采样和模数转换电路、采样数据的存储和分析电路。
本发明的有益效果是，通过在传输数据的光信号中调制叠加OTDR测试信号的方法和OTDR的测试方法，在光传输模块或光通信设备内部已有电路基础上，增加少量元件使之增加OTDR功能，简化了监测光纤的方案，降低了光网络维护的复杂性；通过省掉为监测光纤专用的OTDR设备和配套测试装置，降低了光网络维护中监测光纤的成本。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的具体实施例的示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施例是带OTDR功能的光传输模块，参见图1。
带OTDR功能的光传输模块包括以下部分：激光器和驱动电路、OTDR测试信号调制叠加到发射光功率的电路、光信号接收电路、光电转换的信号放大采样和数据分析电路等等。以下对各部分作详细的说明。
1. 激光器和驱动电路的组成部分包括：光发射次模块TOSA（内含激光器）、调节平均发射光功率的偏置电流控制电路、调制瞬时发射光功率的调制电流控制电路。以下分别说明。
光发射次模块TOSA中的激光器在电流的驱动下可以发光，发射光功率在一定范围内与电流值成正比例关系。
调节平均发射光功率的偏置电流控制电路的组成部分包括：D/A数模转换电路、运算放大器、NPN三极管和电阻Ri。其中运算放大器、NPN三极管和电阻Ri组成一个可调电流源，它的工作原理是：D/A数模转换电路输出一个模拟电压给运算放大器‘＋’极，运算放大器‘＋’极高于‘－’极则输出电平Vo控制使 NPN三极管（c与e极之间）电流增加；电流增加导致Ri的压降增加（即运算放大器‘－’极电压增加），当运算放大器‘－’极电压增加到与‘＋’极相等时，运算放大器的输出电平Vo控制停止 NPN三极管（c与e极之间）电流继续增加，这样流过三极管c极的电流维持在恒定值。D/A数模转换电路输出的模拟电压值可调节电流源的电流值，此电流经过激光器并决定了平均发射光功率值。
激光器调制电流控制电路主要由芯片MAX3656内部实现，其原理是：差分发送数据（TD+/TD-）值的变化控制芯片内部两个MOS管(MOS1和MOS2)轮流打开，在OUT+管脚产生高速大电流变化，这个较大的电流变化是经过激光器的，因此瞬时发送光功率会随着发送数据值变化而大幅高速变化，瞬时光功率可以反映传输数据值的变化。
2. OTDR测试信号调制叠加到发射光功率的方法如下所述。
现场可编程门阵列（FPGA）或专用芯片产生OTDR测试信号码型（包括单脉冲、伪随机二进制序列PRBS码型、专用测试码型等）；差分OTDR测试信号Sotdr+/ Sotdr-输入芯片MAX3656的BEN+/BEN-管脚，这两个管脚电平变化控制芯片内部两个MOS管(MOS3和MOS4)轮流打开，在BIAS+管脚产生低速小电流变化，这个小的电流变化是经过激光器的，因此发送光功率也会随着差分OTDR测试信号值变化而小幅低速波动。通过以上方法，就可以把OTDR测试信号调制叠加到传输数据的光信号上。一般而言，传输数据的速率是OTDR测试信号速率的10到几百倍，传输数据导致的大电流变化幅度是OTDR测试信号导致的小电流变化幅度的10倍以上，可以保证叠加OTDR测试信号不会影响到传输数据信号。
3. 光信号接收电路的组成部分包括：光接收次模块ROSA、接收数据信号的限幅放大电路、接收反射光信号专用的光耦合器、反射光信号的光电转换电路。
光接收次模块ROSA接收对端光模块发送的光信号并完成光电转换，再由限幅放大电路对信号进行放大整形，输出接收数据信号。
双纤双向的光模块TOSA和ROSA是独立的，单纤双向的光模块TOSA和ROSA是集成在一起的（合称BOSA）。接收反射光专用的光耦合器一般与TOSA集成在一起。
接收反射光专用的光耦合器的功能是把待测光纤散射或反射回来的光信号耦合出来，并具有隔离激光器发射光的作用（隔离度大于40dB）。
反射光信号的光电转换电路的作用是实现接收反射光功率到电信号的转换，反射光照射光电二极管产生的光电流流过电阻形成电压值Vr。
4. 光电转换信号的放大采样和数据分析电路的组成部分包括：可变增益放大电路、采样和模数转换电路、采样数据的存储和分析电路等。以下分别说明。
可变增益放大电路可以根据反射光产生的电压Vr值的大小选择合适放大倍数进行放大。
采样和模数转换电路对放大后的信号进行采样，实现模拟信号到数字信号的转换，同步采样的时钟频率为OTDR测试信号频率的整数倍（倍数大于等于1）。
采样数据的存储和分析由现场可编程门阵列（FPGA）或专用芯片完成，数据分析的原理如下所述。
根据测得的散射/反射光平均接收光功率值与发射光功率值的比例关系，可以等比例地换算出待测光纤的传输衰减。
按OTDR测试信号源时钟频率从代表接收光功率的采样数据中提取波动值（即交流成分），这组交流成分由以下部分组成：OTDR测试信号源在光纤中反射回来的信号（1点或多点反射信号的叠加）、杂波干扰信号。通过多次测试平均的方法可以有效滤除杂波干扰，滤除杂波的反射测试信号与OTDR测试信号源进行多次对比，可以分析计算找到两组信号的延时t。根据以下公式，测得延时t值可以推算出对应反射点的距离d，距离d信息用来定位光纤连接点、光纤终端或断点。
d=(c×t)/2(IOR)
在这个公式里，c是光在真空中的速度，而t是信号发射后到接收到信号（双程）的总时间（两值相乘再除以2后就是单程的距离）。因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以为了精确地测量距离，被测的光纤必须要指明折射率（IOR）。IOR是由光纤生产商来标明。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施方式对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.在传输数据的光信号中调制叠加OTDR测试信号的方法和OTDR的测试方法，其特征在于，通过在光传输模块或光通信设备内部已有电路基础上，增加少量元件使之增加OTDR功能，低成本地提供了带OTDR功能的光传输模块和带OTDR功能的光通信设备；简化了监测光纤的方案，降低了带监测光纤功能的光网络维护的复杂性；通过省掉为监测光纤专用的OTDR设备和配套测试装置，降低了光网络维护中监测光纤的成本。
2.在传输数据的光信号中调制叠加OTDR测试信号的方法和OTDR的测试方法，其特征在于，组成部分包括但不限于：激光器驱动电路、OTDR测试信号调制叠加到发射光功率的电路、光信号接收电路、光电转换信号的放大采样和数据分析电路等。
3.在传输数据的光信号中调制叠加OTDR测试信号的方法和OTDR的测试方法，其特征在于，OTDR测试信号调制叠加到发射光功率的方法是，专用数字电路（FPGA或专用芯片）产生OTDR测试信号码型（包括单脉冲、伪随机二进制序列PRBS码型、专用测试码型等）；OTDR测试信号控制（MOS管）高速电流开关进行开合操作，把OTDR测试信号转换成小幅电流变化，叠加到激光器偏置电流上，使发射光功率按照OTDR测试信号的变化进行小幅度波动，这样就把OTDR测试信号调制叠加到传输数据的光信号上；一般而言，传输数据的速率是OTDR测试信号速率的10到几百倍，传输数据导致的光功率瞬时变化幅度是OTDR测试信号导致的光功率变化幅度的10倍以上，可以保证叠加OTDR测试信号不会影响到传输数据信号。
4. 在传输数据的光信号中调制叠加OTDR测试信号的方法和OTDR的测试方法，其特征在于，反射光信号接收电路的组成部分包括接收反射光专用的光耦合器和光电转换电路；接收反射光专用的光耦合器的功能是把待测光纤散射或反射回来的光信号耦合出来，并具有隔离激光器发射光的作用（隔离度大于40dB）；光电转换电路的作用是实现接收光功率到电信号的转换。
5. 在传输数据的光信号中调制叠加OTDR测试信号的方法和OTDR的测试方法，其特征在于，光电转换信号的放大采样和数据分析电路的组成部分包括可变增益放大电路、采样和模数转换电路、采样数据的存储和分析电路等；采样和模数转换电路对放大后的信号进行采样，实现模拟信号到数字信号的转换，同步采样的时钟频率为OTDR测试信号频率的整数倍（倍数大于等于1）；采样数据的存储和分析由现场可编程门阵列（FPGA）或专用芯片完成，数据分析的原理是，根据测得的散射/反射光平均接收光功率值与发射光功率值的比例关系，可以等比例地换算出待测光纤的传输衰减；按OTDR测试信号源时钟频率从代表接收光功率的采样数据中提取波动值（即交流成分），这组交流成分内部包括OTDR测试信号源在光纤中反射回来的信号（1点或多点反射信号的叠加）、杂波干扰信号，通过多次测试平均的方法可以有效滤除杂波干扰，滤除杂波的反射测试信号与OTDR测试信号源进行多次对比，可以分析计算找到两组信号的延时，测得延时值可以推算出对应反射点的距离，距离信息用来定位光纤连接点、光纤终端或断点。
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