專利名稱：在傳輸數(shù)據(jù)的光信號(hào)中調(diào)制疊加otdr測(cè)試信號(hào)的方法和otdr的測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信技術(shù)，特別涉及光通信中光傳輸模塊和光時(shí)域反射儀的測(cè)試技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，市場(chǎng)上存在各種類型的光通信網(wǎng)絡(luò)，比如無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(Ρ0Ν)、同步數(shù)字體系光網(wǎng)絡(luò)(SDH)、準(zhǔn)同步數(shù)字體系光網(wǎng)絡(luò)(PDH)、專用光網(wǎng)絡(luò)等等。這些光網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)之間用光纖連接，為保證通信質(zhì)量，重要光纖線路需要用光時(shí)域反射儀(OTDR)來(lái)測(cè)試和監(jiān)控。光時(shí)域反射儀(OTDR)的英文全稱是Optical Time Domain Reflectometer。OTDR 是利用光線在光纖中傳輸時(shí)的瑞利散射和菲涅爾反射所產(chǎn)生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表，它被廣泛應(yīng)用于光纜線路的維護(hù)、施工之中，可進(jìn)行光纖長(zhǎng)度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測(cè)量。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，光通信設(shè)備組網(wǎng)時(shí)需要采購(gòu)專用的OTDR和配套測(cè)試裝置，對(duì)連接的光纖進(jìn)行測(cè)試和監(jiān)控。光時(shí)域反射儀(OTDR)通過(guò)直連光纖或利用特定波長(zhǎng)光脈沖插入光纖進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試組網(wǎng)方案復(fù)雜，OTDR設(shè)備價(jià)格高昂。以上因素導(dǎo)致帶監(jiān)測(cè)光纖功能的光網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的復(fù)雜性高、成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種在傳輸數(shù)據(jù)的光信號(hào)中調(diào)制疊加OTDR測(cè)試信號(hào)的方法和OTDR的測(cè)試方法，使光傳輸模塊或光通信設(shè)備附加OTDR功能，可以省掉為監(jiān)測(cè)光纖專用的OTDR設(shè)備和配套測(cè)試裝置，降低了帶監(jiān)測(cè)光纖功能的光網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的復(fù)雜性和成本。本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，提供一種在傳輸數(shù)據(jù)的光信號(hào)中調(diào)制疊加OTDR測(cè)試信號(hào)的方法和OTDR的測(cè)試方法。包括激光器驅(qū)動(dòng)電路、OTDR測(cè)試信號(hào)調(diào)制疊加到發(fā)射光功率的電路、光信號(hào)接收電路、光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的放大采樣和數(shù)據(jù)分析電路等。以上四個(gè)部分的說(shuō)明如下
1.激光器驅(qū)動(dòng)電路的組成部分包括調(diào)節(jié)平均發(fā)射光功率的偏置電流控制電路、調(diào)制瞬時(shí)發(fā)射光功率的調(diào)制電流控制電路。2. OTDR測(cè)試信號(hào)調(diào)制疊加到發(fā)射光功率的方法如下專用數(shù)字電路產(chǎn)生OTDR測(cè)試信號(hào)碼型(包括單脈沖、偽隨機(jī)二進(jìn)制序列PRBS碼型、專用測(cè)試碼型等)；OTDR測(cè)試信號(hào)調(diào)制電路把OTDR測(cè)試信號(hào)轉(zhuǎn)換成小幅電流變化，疊加到激光器偏置電流上，使發(fā)射光功率按照OTDR測(cè)試信號(hào)的變化進(jìn)行小幅度波動(dòng)。3.光信號(hào)接收電路的組成部分包括接收反射光專用的光耦合器和光電轉(zhuǎn)換電路。接收反射光專用的光耦合器的功能是把待測(cè)光纖散射或反射回來(lái)的光信號(hào)耦合出來(lái)， 并具有隔離激光器發(fā)射光的作用(隔離度大于40dB)；光電轉(zhuǎn)換電路的作用是實(shí)現(xiàn)接收光功率到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。4.光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的放大采樣和數(shù)據(jù)分析電路的組成部分包括可變?cè)鲆娣糯箅娐?、采樣和模?shù)轉(zhuǎn)換電路、采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析電路。本發(fā)明的有益效果是，通過(guò)在傳輸數(shù)據(jù)的光信號(hào)中調(diào)制疊加OTDR測(cè)試信號(hào)的方法和OTDR的測(cè)試方法，在光傳輸模塊或光通信設(shè)備內(nèi)部已有電路基礎(chǔ)上，增加少量元件使之增加OTDR功能，簡(jiǎn)化了監(jiān)測(cè)光纖的方案，降低了光網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的復(fù)雜性；通過(guò)省掉為監(jiān)測(cè)光纖專用的OTDR設(shè)備和配套測(cè)試裝置，降低了光網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中監(jiān)測(cè)光纖的成本。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明的具體實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體實(shí)施例是帶OTDR功能的光傳輸模塊，參見(jiàn)圖1。帶OTDR功能的光傳輸模塊包括以下部分激光器和驅(qū)動(dòng)電路、OTDR測(cè)試信號(hào)調(diào)制疊加到發(fā)射光功率的電路、光信號(hào)接收電路、光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)放大采樣和數(shù)據(jù)分析電路等等。以下對(duì)各部分作詳細(xì)的說(shuō)明。1.激光器和驅(qū)動(dòng)電路的組成部分包括光發(fā)射次模塊TOSA (內(nèi)含激光器)、調(diào)節(jié)平均發(fā)射光功率的偏置電流控制電路、調(diào)制瞬時(shí)發(fā)射光功率的調(diào)制電流控制電路。以下分別說(shuō)明。光發(fā)射次模塊TOSA中的激光器在電流的驅(qū)動(dòng)下可以發(fā)光，發(fā)射光功率在一定范圍內(nèi)與電流值成正比例關(guān)系。調(diào)節(jié)平均發(fā)射光功率的偏置電流控制電路的組成部分包括D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、 運(yùn)算放大器、NPN三極管和電阻Ri。其中運(yùn)算放大器、NPN三極管和電阻Ri組成一個(gè)可調(diào)電流源，它的工作原理是D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出一個(gè)模擬電壓給運(yùn)算放大器‘ + ’極，運(yùn)算放大器‘ + ’極高于‘一’極則輸出電平Vo控制使NPN三極管(c與e極之間)電流增加；電流增加導(dǎo)致Ri的壓降增加(即運(yùn)算放大器‘一’極電壓增加)，當(dāng)運(yùn)算放大器‘一’極電壓增加到與‘ + ’極相等時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出電平Vo控制停止NPN三極管(c與e極之間)電流繼續(xù)增加，這樣流過(guò)三極管c極的電流維持在恒定值。D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出的模擬電壓值可調(diào)節(jié)電流源的電流值，此電流經(jīng)過(guò)激光器并決定了平均發(fā)射光功率值。激光器調(diào)制電流控制電路主要由芯片MAX3656內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，其原理是差分發(fā)送數(shù)據(jù)(TD+/TD-)值的變化控制芯片內(nèi)部?jī)蓚€(gè)MOS管(M0S1和M0S2)輪流打開(kāi)，在OUT+管腳產(chǎn)生高速大電流變化，這個(gè)較大的電流變化是經(jīng)過(guò)激光器的，因此瞬時(shí)發(fā)送光功率會(huì)隨著發(fā)送數(shù)據(jù)值變化而大幅高速變化，瞬時(shí)光功率可以反映傳輸數(shù)據(jù)值的變化。2. OTDR測(cè)試信號(hào)調(diào)制疊加到發(fā)射光功率的方法如下所述?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)或?qū)Ｓ眯酒a(chǎn)生OTDR測(cè)試信號(hào)碼型(包括單脈沖、偽隨機(jī)二進(jìn)制序列PRBS碼型、專用測(cè)試碼型等);差分OTDR測(cè)試信號(hào)Sotdr+/ Sotdr-輸入芯片MAX3656的BEN+/BEN-管腳，這兩個(gè)管腳電平變化控制芯片內(nèi)部?jī)蓚€(gè)MOS管(M0S3和M0S4) 輪流打開(kāi)，在BIAS+管腳產(chǎn)生低速小電流變化，這個(gè)小的電流變化是經(jīng)過(guò)激光器的，因此發(fā)送光功率也會(huì)隨著差分OTDR測(cè)試信號(hào)值變化而小幅低速波動(dòng)。通過(guò)以上方法，就可以把 OTDR測(cè)試信號(hào)調(diào)制疊加到傳輸數(shù)據(jù)的光信號(hào)上。一般而言，傳輸數(shù)據(jù)的速率是OTDR測(cè)試信號(hào)速率的10到幾百倍，傳輸數(shù)據(jù)導(dǎo)致的大電流變化幅度是OTDR測(cè)試信號(hào)導(dǎo)致的小電流變化幅度的10倍以上，可以保證疊加OTDR測(cè)試信號(hào)不會(huì)影響到傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。3.光信號(hào)接收電路的組成部分包括光接收次模塊ROSA、接收數(shù)據(jù)信號(hào)的限幅放大電路、接收反射光信號(hào)專用的光耦合器、反射光信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換電路。光接收次模塊ROSA接收對(duì)端光模塊發(fā)送的光信號(hào)并完成光電轉(zhuǎn)換，再由限幅放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大整形，輸出接收數(shù)據(jù)信號(hào)。雙纖雙向的光模塊TOSA和ROSA是獨(dú)立的，單纖雙向的光模塊TOSA和ROSA是集成在一起的(合稱B0SA)。接收反射光專用的光耦合器一般與TOSA集成在一起。接收反射光專用的光耦合器的功能是把待測(cè)光纖散射或反射回來(lái)的光信號(hào)耦合出來(lái)，并具有隔離激光器發(fā)射光的作用(隔離度大于40dB)。反射光信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換電路的作用是實(shí)現(xiàn)接收反射光功率到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，反射光照射光電二極管產(chǎn)生的光電流流過(guò)電阻形成電壓值Vr。4.光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的放大采樣和數(shù)據(jù)分析電路的組成部分包括可變?cè)鲆娣糯箅娐贰⒉蓸雍湍?shù)轉(zhuǎn)換電路、采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析電路等。以下分別說(shuō)明?？勺?cè)鲆娣糯箅娐房梢愿鶕?jù)反射光產(chǎn)生的電壓Vr值的大小選擇合適放大倍數(shù)進(jìn)行放大。采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行采樣，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，同步采樣的時(shí)鐘頻率為OTDR測(cè)試信號(hào)頻率的整數(shù)倍(倍數(shù)大于等于1)。采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析由現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)或?qū)Ｓ眯酒瓿?，?shù)據(jù)分析的原理如下所述。根據(jù)測(cè)得的散射/反射光平均接收光功率值與發(fā)射光功率值的比例關(guān)系，可以等比例地?fù)Q算出待測(cè)光纖的傳輸衰減。按OTDR測(cè)試信號(hào)源時(shí)鐘頻率從代表接收光功率的采樣數(shù)據(jù)中提取波動(dòng)值(即交流成分)，這組交流成分由以下部分組成0TDR測(cè)試信號(hào)源在光纖中反射回來(lái)的信號(hào)(1點(diǎn)或多點(diǎn)反射信號(hào)的疊加)、雜波干擾信號(hào)。通過(guò)多次測(cè)試平均的方法可以有效濾除雜波干擾，濾除雜波的反射測(cè)試信號(hào)與OTDR測(cè)試信號(hào)源進(jìn)行多次對(duì)比，可以分析計(jì)算找到兩組信號(hào)的延時(shí)t。根據(jù)以下公式，測(cè)得延時(shí)t值可以推算出對(duì)應(yīng)反射點(diǎn)的距離d，距離d信息用來(lái)定位光纖連接點(diǎn)、光纖終端或斷點(diǎn)。d= (c Xt)/2 (IOR)
在這個(gè)公式里，c是光在真空中的速度，而t是信號(hào)發(fā)射后到接收到信號(hào)(雙程)的總時(shí)間(兩值相乘再除以2后就是單程的距離)。因?yàn)楣庠诓Ａе幸仍谡婵罩械乃俣嚷?，所以為了精確地測(cè)量距離，被測(cè)的光纖必須要指明折射率(I0R)。IOR是由光纖生產(chǎn)商來(lái)標(biāo)明。最后所應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.在傳輸數(shù)據(jù)的光信號(hào)中調(diào)制疊加OTDR測(cè)試信號(hào)的方法和OTDR的測(cè)試方法，其特征在于，通過(guò)在光傳輸模塊或光通信設(shè)備內(nèi)部已有電路基礎(chǔ)上，增加少量元件使之增加OTDR 功能，低成本地提供了帶OTDR功能的光傳輸模塊和帶OTDR功能的光通信設(shè)備；簡(jiǎn)化了監(jiān)測(cè)光纖的方案，降低了帶監(jiān)測(cè)光纖功能的光網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的復(fù)雜性；通過(guò)省掉為監(jiān)測(cè)光纖專用的 OTDR設(shè)備和配套測(cè)試裝置，降低了光網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中監(jiān)測(cè)光纖的成本。
2.在傳輸數(shù)據(jù)的光信號(hào)中調(diào)制疊加OTDR測(cè)試信號(hào)的方法和OTDR的測(cè)試方法，其特征在于，組成部分包括但不限于激光器驅(qū)動(dòng)電路、OTDR測(cè)試信號(hào)調(diào)制疊加到發(fā)射光功率的電路、光信號(hào)接收電路、光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的放大采樣和數(shù)據(jù)分析電路等。
3.在傳輸數(shù)據(jù)的光信號(hào)中調(diào)制疊加OTDR測(cè)試信號(hào)的方法和OTDR的測(cè)試方法，其特征在于，OTDR測(cè)試信號(hào)調(diào)制疊加到發(fā)射光功率的方法是，專用數(shù)字電路(FPGA或?qū)Ｓ眯酒?產(chǎn)生OTDR測(cè)試信號(hào)碼型(包括單脈沖、偽隨機(jī)二進(jìn)制序列PRBS碼型、專用測(cè)試碼型等)；OTDR 測(cè)試信號(hào)控制(M0S管)高速電流開(kāi)關(guān)進(jìn)行開(kāi)合操作，把OTDR測(cè)試信號(hào)轉(zhuǎn)換成小幅電流變化，疊加到激光器偏置電流上，使發(fā)射光功率按照OTDR測(cè)試信號(hào)的變化進(jìn)行小幅度波動(dòng)， 這樣就把OTDR測(cè)試信號(hào)調(diào)制疊加到傳輸數(shù)據(jù)的光信號(hào)上；一般而言，傳輸數(shù)據(jù)的速率是 OTDR測(cè)試信號(hào)速率的10到幾百倍，傳輸數(shù)據(jù)導(dǎo)致的光功率瞬時(shí)變化幅度是OTDR測(cè)試信號(hào)導(dǎo)致的光功率變化幅度的10倍以上，可以保證疊加OTDR測(cè)試信號(hào)不會(huì)影響到傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。
4.在傳輸數(shù)據(jù)的光信號(hào)中調(diào)制疊加OTDR測(cè)試信號(hào)的方法和OTDR的測(cè)試方法，其特征在于，反射光信號(hào)接收電路的組成部分包括接收反射光專用的光耦合器和光電轉(zhuǎn)換電路; 接收反射光專用的光耦合器的功能是把待測(cè)光纖散射或反射回來(lái)的光信號(hào)耦合出來(lái)，并具有隔離激光器發(fā)射光的作用(隔離度大于40dB);光電轉(zhuǎn)換電路的作用是實(shí)現(xiàn)接收光功率到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
5.在傳輸數(shù)據(jù)的光信號(hào)中調(diào)制疊加OTDR測(cè)試信號(hào)的方法和OTDR的測(cè)試方法，其特征在于，光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的放大采樣和數(shù)據(jù)分析電路的組成部分包括可變?cè)鲆娣糯箅娐贰⒉蓸雍湍?shù)轉(zhuǎn)換電路、采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析電路等；采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行采樣，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，同步采樣的時(shí)鐘頻率為OTDR測(cè)試信號(hào)頻率的整數(shù)倍(倍數(shù)大于等于1)；采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析由現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)或?qū)Ｓ眯酒瓿?，?shù)據(jù)分析的原理是，根據(jù)測(cè)得的散射/反射光平均接收光功率值與發(fā)射光功率值的比例關(guān)系，可以等比例地?fù)Q算出待測(cè)光纖的傳輸衰減；按OTDR測(cè)試信號(hào)源時(shí)鐘頻率從代表接收光功率的采樣數(shù)據(jù)中提取波動(dòng)值(即交流成分)，這組交流成分內(nèi)部包括OTDR測(cè)試信號(hào)源在光纖中反射回來(lái)的信號(hào)(1點(diǎn)或多點(diǎn)反射信號(hào)的疊加)、雜波干擾信號(hào)，通過(guò)多次測(cè)試平均的方法可以有效濾除雜波干擾，濾除雜波的反射測(cè)試信號(hào)與OTDR測(cè)試信號(hào)源進(jìn)行多次對(duì)比，可以分析計(jì)算找到兩組信號(hào)的延時(shí)，測(cè)得延時(shí)值可以推算出對(duì)應(yīng)反射點(diǎn)的距離，距離信息用來(lái)定位光纖連接點(diǎn)、光纖終端或斷點(diǎn)。
全文摘要
在傳輸數(shù)據(jù)的光信號(hào)中調(diào)制疊加OTDR測(cè)試信號(hào)的方法是，專用數(shù)字電路產(chǎn)生OTDR測(cè)試信號(hào)碼型，OTDR測(cè)試信號(hào)控制高速電流開(kāi)關(guān)產(chǎn)生小幅電流變化，疊加到激光器偏置電流上，使發(fā)射光功率按照OTDR測(cè)試信號(hào)的變化進(jìn)行小幅度波動(dòng)。OTDR的測(cè)試方法是，專用的光耦合器把待測(cè)光纖散射或反射回來(lái)的光信號(hào)耦合出來(lái)，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換和放大采樣后，反射光功率推算出光纖的傳輸衰減，按OTDR測(cè)試信號(hào)源時(shí)鐘頻率從采樣數(shù)據(jù)中提取波動(dòng)值交流成分，這組交流成分包含OTDR測(cè)試信號(hào)源在光纖中反射回來(lái)的信號(hào)，反射測(cè)試信號(hào)與OTDR測(cè)試信號(hào)源進(jìn)行多次對(duì)比計(jì)算得到兩組信號(hào)的延時(shí)，延時(shí)值可以推算出對(duì)應(yīng)反射點(diǎn)的距離，距離信息用來(lái)定位光纖連接點(diǎn)、光纖終端或斷點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B10/12GK102158280SQ20111008382
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者王健 申請(qǐng)人:王健