本申請是國際申請日為2011年5月26日、于2012年11月26日進(jìn)入中國國家階段、國家申請?zhí)枮?01180026169.9、名稱為“多采集OTDR方法及裝置”的中國發(fā)明專利申請的分案申請。

相關(guān)申請的交叉引用

本專利申請要求于2011年5月27日提交的美國臨時(shí)專利申請第61/349,013號和2011年5月4日提交的第61/482,234號的優(yōu)先權(quán)，這些申請的內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光時(shí)域反射技術(shù)(OTDR)領(lǐng)域，并且更具體地是涉及利用在不同采集條件下進(jìn)行多次采集的方法和裝置以表征光纖鏈路中的事件。

背景技術(shù)：

光時(shí)域反射技術(shù)(OTDR，也用來指代相應(yīng)的裝置)是一種用于光纖網(wǎng)絡(luò)的診斷技術(shù)，在光纖網(wǎng)絡(luò)中光脈沖沿著光纖鏈路發(fā)射并檢測和分析返回的光。通過在時(shí)域上對返回光進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治?，可以檢測并表征沿著光鏈路的不同事件。

利用傳統(tǒng)的OTDR進(jìn)行測量需要用戶指定設(shè)置，例如脈沖特征、采集范圍(即光在光纖中傳輸?shù)木嚯x)以及平均時(shí)間。一次單一的采集通常在所選用戶設(shè)置下進(jìn)行?；蛘?，可以在指定的采集時(shí)間之內(nèi)由OTDR來進(jìn)行多于一次的采集，所有采集的用戶設(shè)置相同，因此使用相同的脈沖寬度，但例如增益設(shè)置、接收器帶寬或脈沖功率是不同的。然后，將每次子采集的獲取數(shù)據(jù)根據(jù)它們各自的噪聲電平和飽和度拼接在一起，以建立反向散射光的一個(gè)單一圖形化的x-y圖示，這稱之為“軌跡”。

大部分OTDR還提供自動(dòng)模式，在這種模式中儀器自動(dòng)選擇一個(gè)適合的脈沖、采集范圍和平均時(shí)間。為了選擇用于最后一次采集的適合設(shè)置，儀器發(fā)起一次或很多次短“調(diào)查采集”，這些調(diào)查采集提供了被測鏈路的快速概覽。通常，調(diào)查采集對用戶是隱藏的，并且只有最有一次采集可以利用。

對于手動(dòng)設(shè)置和自動(dòng)設(shè)置而言，最終結(jié)果是利用一個(gè)單一脈沖執(zhí)行的OTDR軌跡。通常，要選擇脈沖寬度以允許表征完整的鏈路。例如，用長脈沖測試具有較大損耗的鏈路。然而，使用長脈沖會(huì)在表征短光纖區(qū)段以及緊密間隔事件的能力上帶來一定的限制。

單脈沖方法已經(jīng)得到了改進(jìn)，通過該方法設(shè)備將使用連續(xù)采集，這種連續(xù)采集是利用逐漸增大的脈沖來執(zhí)行的。這種方法是Tektronix公司(http://www.tek.com，還可以參見美國專利號5,155,439(HOLMBO等人)以及5,528,356(HARCOURT))的Intellitrace PlusTM技術(shù)的基礎(chǔ)。短脈沖用于表征待測光纖的近端。然后，以更大脈沖進(jìn)行第二次采集，以表征待測鏈路的更遠(yuǎn)部分。以更長脈沖進(jìn)行一次新采集的過程一直重復(fù)，直到發(fā)現(xiàn)待測光纖的端部。從不同采集中獲取的信息被組合在一起以產(chǎn)生一個(gè)單一結(jié)果；也就是說，一個(gè)單一的合成OTDR軌跡和/或單一事件表，該事件表中每個(gè)事件是利用以最小可能脈沖進(jìn)行的采集來測量的(即，該采集提供了足夠的信噪比(SNR)以便在目標(biāo)精度內(nèi)執(zhí)行損耗/定位/反射率測量)。應(yīng)當(dāng)注意的是，所使用的脈沖數(shù)量依賴于待測鏈路(對于短鏈路，只有一個(gè)脈沖，對于長鏈路，有很多脈沖)。連續(xù)采集可以采用動(dòng)態(tài)方式進(jìn)行，或采用“固定處方”進(jìn)行，也就是說始終利用給定的脈沖序列進(jìn)行測試。實(shí)際上，增益設(shè)置、濾波、帶寬等方面的差異可能出現(xiàn)在每次采集中。

“順序脈沖”方法為傳統(tǒng)單脈沖方法帶來了極大的改進(jìn)，因?yàn)槊總€(gè)事件可以通過一個(gè)“最佳”脈沖來表征。然而，某些不足仍然存在：例如，用于測量損耗的最佳脈沖不一定是測量反射率或執(zhí)行事件定位的同一個(gè)最佳脈沖。而且，存在一個(gè)單一脈沖不能表征一個(gè)事件的情況。因此，需要一種改進(jìn)的OTDR方法和裝置。

發(fā)明概述

根據(jù)一個(gè)方面，提供了一種表征光纖鏈路中的事件的OTDR方法。該方法包括以下步驟：

執(zhí)行多次光采集。每次光采集包括在該光纖鏈路中傳播至少一個(gè)測試光脈沖并為該至少一個(gè)測試光脈沖中的每一個(gè)檢測來自該光纖鏈路的一個(gè)返回光信號。這些光采集在不同采集條件下執(zhí)行，其中相應(yīng)的測試光脈沖具有不同脈沖寬度和不同波長中的至少一項(xiàng)；

利用從該多次光采集中的至少兩次中檢測的返回信號來推導(dǎo)表征該事件的至少一個(gè)參數(shù)。

以上方法可以利用兩次、三次或更多次光采集來執(zhí)行。有利地、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，組合不同條件下進(jìn)行的多次采集的信息可以比一個(gè)單一“最佳”脈沖恢復(fù)更多的給定事件的信息，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)目前以一個(gè)單一“最佳”脈沖不可能完成的測量。

在本發(fā)明的實(shí)施方案中，不同采集條件可以包括測試光脈沖的不同脈沖寬度、或不同波長、或不同脈沖寬度和不同波長的混合形式。

表征事件的這個(gè)參數(shù)或這些參數(shù)例如可以是損耗參數(shù)、位置參數(shù)以及反射率參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)。在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，可以考慮利用多次采集來獲取這些參數(shù)的值的不同方式。

根據(jù)另一個(gè)方面，還提供了一種通過多采集OTDR裝置來表征光纖鏈路中的事件的OTDR方法。該方法包括以下步驟：

執(zhí)行多次光采集。每次光采集包括通過一個(gè)光發(fā)生組件在該光纖鏈路中傳播至少一個(gè)測試光脈沖并通過一個(gè)檢測模塊為該至少一個(gè)測試光脈沖中的每一個(gè)檢測來自所述光纖鏈路的一個(gè)返回光信號。這些光采集在不同采集條件下執(zhí)行，其中相應(yīng)的測試光脈沖具有不同脈沖寬度和不同波長中的至少一項(xiàng)；

利用從該多次光采集中的至少兩次中檢測的返回信號來推導(dǎo)表征該事件的至少一個(gè)參數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種在光纖鏈路中表征事件的多采集OTDR裝置。

該多采集OTDR裝置包括用于執(zhí)行多次光采集的一個(gè)光采集模塊。

該光采集模塊包括連接至該光纖鏈路的一個(gè)光發(fā)生組件，以便為每一次光采集產(chǎn)生并在該光纖鏈路中傳輸至少一個(gè)測試光脈沖。該光采集模塊進(jìn)一步包括一個(gè)檢測模塊，該檢測模塊用于為每個(gè)測試光脈沖檢測來自該光纖鏈路的返回光信號。該光采集模塊在不同采集條件下執(zhí)行光采集，其中相應(yīng)的測試光脈沖具有不同脈沖寬度和不同波長中的至少一項(xiàng)。

該多采集OTDR裝置進(jìn)一步包括一個(gè)分析模塊，該分析模塊用于分析該檢測的返回光信號并利用從該多次光采集中的至少兩次中檢測的返回信號來推導(dǎo)表征該事件的至少一個(gè)參數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的方法和裝置提供了組合不同采集的信息以表征一個(gè)單一事件的能力。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易理解的是，并非沿著給定光纖鏈路的所有事件都需要這些方法和裝置的這種能力，并且所得到的對這種光纖鏈路的OTDR分析可以包括利用多次不同采集表征的事件以及利用一次單一采集表征的其他事件。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在參考附圖閱讀其優(yōu)選實(shí)施方案時(shí)得到更好的理解。

附圖說明

圖1a、1b和1c根據(jù)一種實(shí)施方案的第一實(shí)例展示了在一個(gè)事件出現(xiàn)在返回信號或“軌跡”中時(shí)沿著光鏈路的該事件，該返回信號或“軌跡”是利用不同脈沖寬度的測試光脈沖進(jìn)行的三次采集而獲得的。

圖2a、2b和2c根據(jù)一種實(shí)施方案的第二實(shí)例展示了在一個(gè)事件出現(xiàn)在軌跡中時(shí)沿著光鏈路的該事件，該軌跡是利用不同脈沖寬度的測試光脈沖進(jìn)行的三次采集而獲得的。圖3a、3b和3c根據(jù)一種實(shí)施方案的第三實(shí)例展示了在兩個(gè)事件出現(xiàn)在軌跡中時(shí)沿著光鏈路的這些事件，該軌跡是利用不同脈沖寬度的測試光脈沖進(jìn)行的三次采集而獲得的。

圖4a、4b和4c根據(jù)一種實(shí)施方案的第四實(shí)例展示了在兩個(gè)事件出現(xiàn)在軌跡中時(shí)沿著光鏈路的這些事件，該軌跡是利用不同脈沖寬度的測試光脈沖進(jìn)行的三次采集而獲得的；圖4d展示了圖4a、4b和4c的軌跡的疊加。

圖5a和5b根據(jù)一種實(shí)施方案的第五實(shí)例展示了在若干事件出現(xiàn)在軌跡中時(shí)沿著光鏈路的這些事件，該軌跡是利用不同脈沖寬度的測試光脈沖進(jìn)行的三次采集而獲得的。

圖6a和6b根據(jù)一種實(shí)施方案的第六實(shí)例展示了通過利用不同波長和相同脈沖寬度的測試光脈沖進(jìn)行的采集而測得的一個(gè)事件。

圖7a和7b根據(jù)一種實(shí)施方案的第七實(shí)例展示了通過利用不同波長和不同脈沖寬度的測試光脈沖進(jìn)行的采集而測得的一個(gè)事件。

圖8a和8b根據(jù)一種實(shí)施方案的第八實(shí)例展示了通過利用不同波長和相同脈沖寬度的測試光脈沖進(jìn)行的采集而測得的兩個(gè)事件。

圖9a和9b根據(jù)一種實(shí)施方案的第九實(shí)例還展示了通過利用不同波長和相同脈沖寬度的測試光脈沖進(jìn)行的采集而測得的兩個(gè)事件。

圖10是根據(jù)一種實(shí)施方案的OTDR裝置的示意圖示。

具體實(shí)施方式

優(yōu)選實(shí)施方案的說明

如上所提，OTDR的順序脈沖方法為傳統(tǒng)單脈沖方法帶來了極大改進(jìn)，因?yàn)槊總€(gè)事件由一個(gè)“最佳”脈沖進(jìn)行表征。然而，決定一個(gè)參數(shù)(表征一個(gè)給定的事件)的最佳脈沖不一定是測量該事件的其他參數(shù)的最佳脈沖；例如，測量損耗的最佳脈沖在測量反射率或進(jìn)行事件定位時(shí)可能是不理想的或不適合的。而且，存在單脈沖完全無法表征一個(gè)事件的情況。

根據(jù)一種實(shí)施方案的方法

根據(jù)一個(gè)方面，提供了一種表征光纖鏈路中的事件的OTDR方法。優(yōu)選地，這種方法通過一個(gè)多采集OTDR裝置來執(zhí)行，這種裝置將在以下進(jìn)一步解釋。

應(yīng)理解的是，首字母縮寫OTDR表示“光時(shí)域反射技術(shù)(Optical Time-Domain Reflectometry)”。與本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的普遍理解相一致的是，OTDR通常包括沿著光纖鏈路發(fā)射光脈沖并檢測返回的光，對返回的光進(jìn)行分析以表征沿著光鏈路上的各種“事件”。將會(huì)容易理解的是，OTDR的若干變化形式是存在的并可以設(shè)想，而且使用本文所指的這種形式不意味著將本說明書的范圍限制于這種變化形式。

光纖鏈路優(yōu)選地由光纖電信網(wǎng)絡(luò)來實(shí)例化，例如遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)、無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)或局域網(wǎng)(LAN)。然而，OTDR還可以用在其他環(huán)境中，例如光學(xué)組件生產(chǎn)測試等。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)進(jìn)一步理解的是，盡管在一個(gè)單一光纖鏈路的簡化環(huán)境中給出了以下實(shí)例，但本發(fā)明的實(shí)施方案可以適用于點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，例如該網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)中的高反射率劃分(HRD)技術(shù)。

沿著光纖鏈路傳播的光將通過反向散射或反射返回至它的起始點(diǎn)。隨時(shí)間變化的返回光信號的采集樣本稱為OTDR軌跡，其中時(shí)間尺度代表OTDR裝置和沿光纖鏈路的一個(gè)點(diǎn)之間的距離?！胺聪蛏⑸洹笔侵競鞑サ墓馀c所有沿著光纖鏈路的光纖介質(zhì)之間的相互作用而產(chǎn)生的瑞利散射，結(jié)果在OTDR軌跡上產(chǎn)生了通常為斜坡的背景光，其強(qiáng)度在傳播脈沖的距離的末端上消失。沿著光纖出現(xiàn)的事件通常會(huì)導(dǎo)致OTDR軌跡上反向散射光的更為局部下降(這歸因于局部損耗)和/或?qū)е路瓷浼夥?。將要理解的是，本文描述的OTDR方法所表征的“事件”可以由沿著光纖鏈路的任意擾動(dòng)(它影響返回光脈沖)來實(shí)例化。典型地，事件可由沿著光纖鏈路的光纖接頭實(shí)例化，該接頭的特征是具有少量反射或無反射的局部損耗。配套連接件也可以產(chǎn)生通常代表反射率的事件，盡管在一些實(shí)例中不可能檢測到反射率。OTDR方法和裝置還可以提供事件的識(shí)別，例如光纖破損(特征是基本為局部損耗，經(jīng)常出現(xiàn)伴生的反射波峰)以及由光纖中的彎曲產(chǎn)生的損耗。最后，沿著光纖鏈路的組件(例如分路器等)也可以被認(rèn)為是產(chǎn)生局部損耗的“事件”。

OTDR方法首先包括執(zhí)行多次背反射/反向散射光采集(下文中的“光采集”)的步驟。應(yīng)當(dāng)理解，每次光采集是指在光纖鏈路中傳播一個(gè)或多個(gè)測試光脈沖并檢測該光纖鏈路的返回光信號的動(dòng)作。該方法進(jìn)一步包括在不同采集條件下執(zhí)行這些光采集中的一些。應(yīng)當(dāng)理解，表示語“不同采集條件”在本說明書的語境中是指從一次光采集到下一次光采集的測試光信號的變化參數(shù)，即它們的脈沖寬度、波長或這兩者。因此，對應(yīng)于給定事件(該事件可以源自不同采集)的信息不一定相同。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易理解的是，在OTDR方法和裝置環(huán)境中，每次光采集通常包括在光纖鏈路中傳播大量光脈沖并對結(jié)果進(jìn)行平均。而且，在不背離本申請范圍的情況下，本方法可以包括在給定采集條件下進(jìn)行附加的光采集。例如，本方法的一個(gè)實(shí)施方案可以包括兩個(gè)或三個(gè)不同的采集條件，并且可以針對每個(gè)采集條件執(zhí)行若干次光采集來實(shí)現(xiàn)。還將理解的是，在光采集過程中或從一次光采集到下一次光采集的過程中可能需要控制其他因素，例如增益設(shè)置、脈沖功率等，這對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是熟知的。

OTDR方法進(jìn)一步包括利用檢測到的返回信號(來自于所執(zhí)行的不同光采集中的至少兩次)來推導(dǎo)表征事件的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。因此，與為每個(gè)事件選擇最佳脈沖相反的是，本發(fā)明和裝置將從多個(gè)脈沖獲得的返回信號進(jìn)行組合以提取與每個(gè)事件相關(guān)的盡可能多的信息。

在本領(lǐng)域中通過為以下三個(gè)不同參數(shù)賦值來表征沿著光纖出現(xiàn)的事件是常見的：與該事件相關(guān)的信號損失、該事件沿著光纖出現(xiàn)的位置以及事件上的反射率尖峰(當(dāng)出現(xiàn)時(shí))。根據(jù)環(huán)境狀況，可以為一個(gè)給定事件評估這些參數(shù)中的一個(gè)或不同組合。

在一個(gè)實(shí)施方案中，采用適合的方式執(zhí)行以上方法，即進(jìn)行第一次采集并檢測和分析相應(yīng)的返回光信號以獲得對應(yīng)于被表征事件的第一組信息。然后，進(jìn)行第二次采集，并且從其獲得的信息與第一次采集所得的分析一起用于完成該事件的表征。當(dāng)然，如果必要的話，這個(gè)順序可以重復(fù)用于附加的采集。在一個(gè)實(shí)施方案中，基于先前采集的返回信號的分析來確定脈沖寬度和/或與第一次采集之后的光采集的測試脈沖相關(guān)的其他設(shè)置。在另一個(gè)實(shí)施方案中，基于預(yù)定程序來執(zhí)行每次采集的測試脈沖序列。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，以上分析步驟可以僅在所有測試脈沖已經(jīng)在光纖中發(fā)射并且已經(jīng)檢測了相應(yīng)的返回光信號時(shí)進(jìn)行。

通過以下提供的具體示例性實(shí)例的幫助，使用或組合從不同光采集檢測的返回信號以推導(dǎo)表征事件的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的不同形式將得到更好的理解。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易理解的是，本方法可以采用很多不同的方式來實(shí)例化并且從未考慮限制于所給出的實(shí)例。

以下給出的前五個(gè)實(shí)例將基于兩次或三次采集，這些采集利用脈沖寬度不同但波長相同的脈沖進(jìn)行。不同的光采集稱為脈沖1、2和3，且分別對應(yīng)于利用最短、中等和最長脈沖進(jìn)行的采集。每個(gè)事件將命名為A、B、C等。對于每個(gè)事件，可能需要選取損耗參數(shù)、位置參數(shù)和反射率參數(shù)中的至少一項(xiàng)。在一些軌跡中，來自很多事件的信息混合在一起是有可能的(例如，無法測量A和B的各自損耗，但A和B的總損耗是可以測量的)。對于這種實(shí)例，將考慮A+B損耗。實(shí)際上，本發(fā)明不限于以不同脈沖進(jìn)行的兩次或三次采集；它可以擴(kuò)展至更多的采集次數(shù)。另外，將要理解的是，除了利用多個(gè)不同的測試脈沖，對于具有給定脈沖寬度的給定測試脈沖，可以利用例如不同的增益設(shè)置來進(jìn)行多于一次的測量。

在一些實(shí)施方案中，對于每一次光采集，OTDR方法可以包括將一個(gè)質(zhì)量因子與被評估的參數(shù)相關(guān)聯(lián)。這種質(zhì)量因子可以允許比較不同光采集的結(jié)果。

質(zhì)量因子通?；谝韵驴剂恐械囊粋€(gè)或多個(gè)：脈沖寬度、SNR、采樣分辨率等。質(zhì)量因子還可以隨著所觀察的事件的類型(反射還是非反射，小損耗還是大損耗)而變化。

這里給出了一些簡單的質(zhì)量因子，僅作為示例性實(shí)例：

損耗：最短脈沖采集，它提供了高于損耗閾值的信噪比(SNR)，例如10dB；

位置：提供最小采樣分辨率的采集，信噪比(SNR)高于位置閾值，例如8dB。通常，最小采樣分辨率與短脈沖采集相關(guān)。

反射率：最短脈沖采集，它提供高于反射率閾值的信噪比(SNR)，例如7dB。

通常，對于反射事件，位置和反射率閾值比損耗閾值更小。為SNR所選的閾值依賴于應(yīng)用并且依賴于所要求的精度。為了進(jìn)行說明，給出了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的這些實(shí)例，并且不應(yīng)認(rèn)為這些實(shí)例限制本發(fā)明的范圍。

為簡單起見，在以下實(shí)例中，為每次測量的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分配一個(gè)范圍從1至3的值(1＝差，2＝可接受，3＝最佳)。當(dāng)無法進(jìn)行測量時(shí)，將顯示--。這種縮放比例和表示形式也是僅僅是示例性的，絕不限制保護(hù)范圍。

應(yīng)當(dāng)注意的是，OTDR脈沖通常在持續(xù)時(shí)間(典型地從幾納秒到很多微秒)內(nèi)進(jìn)行測量。另一種考慮OTDR脈沖的便捷方法是根據(jù)光纖中光的速率和光在反射應(yīng)用中雙向傳播的事實(shí)進(jìn)行時(shí)間到距離的轉(zhuǎn)換來指定脈沖的長度(例如，單位為米)脈沖的長度對應(yīng)于OTDR軌跡上的脈沖的顯示寬度。它還對應(yīng)于要求能夠觀察到有效反向散射等級的光纖的最小長度。例如，10微秒的脈沖大概對應(yīng)于1公里的脈沖長度。所有這些表示方式包含在表達(dá)語“脈沖寬度”的范圍內(nèi)。

實(shí)例1

當(dāng)利用不同脈沖進(jìn)行多次采集時(shí)，通過多于一次的采集就有可能觀察到這些事件中的一些。在這種情況中，確定哪次采集在最終結(jié)果中會(huì)提供參數(shù)值是有利的。參見圖1a至1c，示出了一種實(shí)施方案的第一實(shí)例，其中漸增脈沖寬度的測試脈沖1、2和3用于表征事件，例如光纖中的連接器。三個(gè)所示軌跡的每一個(gè)示出了與位置A上的測試脈沖相似寬度的尖峰20。這些尖峰20與沿著光纖反向散射的光相重疊，因此在軌跡中顯示為一個(gè)斜坡22。質(zhì)量因子的相應(yīng)值顯示在以下表1中。

表1

可以看出，事件A的位置和反射率可以從脈沖1中確定，脈沖1為這種參數(shù)提供了“最佳”質(zhì)量。然而，背景反向散射信號中沒有過多的噪聲以利用脈沖1正確地測量損耗。損耗是從脈沖2提取的，脈沖2給出了更好的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(更高的SNR)。這種簡單的實(shí)例說明并不是所有的測量值都從相同的采集中提取。

實(shí)例2

在一些實(shí)施方案中，多個(gè)目標(biāo)參數(shù)的推導(dǎo)可以包括利用多次光采集中的一次采集來計(jì)算第一目標(biāo)參數(shù)的值，以及利用多次光采集中的另一次采集來計(jì)算第二目標(biāo)參數(shù)的值。例如，當(dāng)一個(gè)質(zhì)量因子(例如，反射率值)非常小(類似于或小于最短脈沖上的反向散射等級)時(shí)，它有可能只在最短脈沖上是可見的。這就是圖2a至2c實(shí)例的情況，其中只能從圖2a上的脈沖1的軌跡上觀察到反射尖峰24。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，只可能在最短脈沖上進(jìn)行測量。在此情況中，如圖2a至2c以及表2可見，脈沖1的信息將用于確定事件A的位置和反射率值，而相應(yīng)的損耗值最好由脈沖2來確定。

表2

當(dāng)然，此步驟不限于如以上實(shí)例2中的位置和損耗確定，而是可以應(yīng)用于參數(shù)的其他組合。

實(shí)例3

參見圖3a至3c以及表3，所示的第三實(shí)例展示了在一些情況中最好如何使用兩次不同的采集來提取一個(gè)單一事件的損耗。

表3

在此實(shí)例中，兩個(gè)事件A和B出現(xiàn)在光纖鏈路中。事件A的位置最好從脈沖1獲得，而事件B的位置最好從脈沖2獲得。在損耗值方面，脈沖2的信息可用于確定與事件A相關(guān)的損耗。然而，所得軌跡中沒有一個(gè)提供足夠的數(shù)據(jù)以便以令人滿意的方式確定與事件B相關(guān)的損耗。事件B的損耗最好通過獲得脈沖3的A+B損耗并減去脈沖2的A損耗來估計(jì)。在脈沖2上直接測量B損耗將產(chǎn)生不太穩(wěn)健的測量，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量較差。

因此，在一些情況中，一個(gè)目標(biāo)參數(shù)的推導(dǎo)可以包括通過組合光采集中多于一次的采集的信息來計(jì)算該目標(biāo)參數(shù)的值。這可以進(jìn)一步包括使用表征所述光纖鏈路中不同事件的信息，如同以上實(shí)例。

實(shí)例4

圖4a至4d以及表4展示了類似于圖3的情況。事件B的損耗最好通過獲取A+B的損耗并減去A的損耗來估計(jì)。然而本實(shí)例不同于前一個(gè)實(shí)例，因?yàn)锳+B損耗從脈沖3上并不是直接可見的：在事件A之前脈沖3并未顯示反向散射等級。

這種情況可能由很多原因而引起，例如：

使用高接收器增益來測量OTDR軌跡末端的弱信號，而該軌跡的開端是飽和的；

事件A之前的光纖部分比脈沖3的脈沖寬度更短；

表4

當(dāng)這種情況出現(xiàn)時(shí)，可以通過在采集之間實(shí)施歸一化來解決。歸一化包括標(biāo)定不同采集之間的功率等級尺度(Y軸)。參見圖4d，可以看出一旦在同一個(gè)功率尺度上歸一化所有的軌跡，就可以評估功率等級(它本應(yīng)該在脈沖3的軌跡的飽和部分可見)，推斷與A+B相關(guān)的損耗以及計(jì)算B的損耗所采用的方式與例3相同。

兩個(gè)采集之間的歸一化可以通過不同的方式進(jìn)行：通過設(shè)計(jì)(理論上，基于知曉電子增益和脈沖寬度)，通過工廠標(biāo)定、通過軌跡比較(當(dāng)光纖的公共部分在兩個(gè)軌跡上可見時(shí))、或通過附加的專門采集(這些采集將在兩個(gè)最佳脈沖之間建立聯(lián)系)。當(dāng)然，在不背離本發(fā)明范圍的情況下，可以考慮其他歸一化方法。

實(shí)例5

在一些情況中，無法測量兩個(gè)緊密間隔事件的各自損耗，但有可能確定它們的位置。而且，還有可能通過組合從兩次采集獲得的信息來測量單個(gè)事件反射率，如本文所示。

參見圖5a和5b以及表5，在所示的實(shí)例中，在脈沖1中可以定位反射事件C和D。與C+D相關(guān)的損耗可以在脈沖2上測量。

表5

在以脈沖1或脈沖2進(jìn)行的獨(dú)立采集中無法測量C和D的反射率。然而，可以組合來自這兩次采集的信息以便測量反射率。

如圖5a和5b中可見，沿著B和C之間延伸的光纖部分的損耗信息取自脈沖2?；谝悦}沖1和脈沖2進(jìn)行的采集的歸一化，這種信息用于估計(jì)脈沖1上B和C之間的反向散射信號。接著，可以測量尖峰C相對于反向散射等級的高度，并計(jì)算反射率(應(yīng)當(dāng)注意的是，反射率測量要求測量出現(xiàn)事件之前的高于散射等級的尖峰高度)。相似的過程可用于測量事件D的反射率。然而，不能以相同的精度來預(yù)測事件D之前的反向散射等級，因?yàn)槭录﨏的損耗是未知的(只有C+D的損耗是已知的)。通過假設(shè)C的損耗是C+D的損耗的一半，可以最小化反向散射預(yù)測誤差。尖峰D高度的附加不確定度是+/-(C+D損耗/2)。

如以上提及，獲得不同采集條件的另一種方法是改變測試光脈沖的波長。本發(fā)明的這方面的實(shí)施方案在以下實(shí)例中提供。

實(shí)例6

一個(gè)事件可能已經(jīng)被檢測到并由兩次采集來表征，一次采集以第一波長λ1進(jìn)行，而另一次采集以第二波長λ2進(jìn)行。即使以相同的脈沖寬度執(zhí)行這兩次采集，給定波長上的事件的定位精度要好于另一個(gè)，這兩個(gè)波長中的一個(gè)具有更大的SNR。因此，評估每個(gè)波長所獲得的信息質(zhì)量并決定哪個(gè)信息更為可靠是有利的(這種做法可應(yīng)用于定位，在每個(gè)波長上位置應(yīng)該是相同的，但并不應(yīng)用于損耗和反射率，它們可能是不同的)。

在圖6a和6b的實(shí)例中，可以看出以λ1執(zhí)行的采集提供了具有低噪聲(高SNR)的樣本，而λ2上的信號特征具有更高的噪聲級別(低SNR)。即使在兩個(gè)軌跡上獨(dú)立地檢測到事件A，但該事件的位置在λ1上更為精確。因此，OTDR方法使用在λ1上發(fā)現(xiàn)的事件A位置的值，該值施加到λ1和λ2上事件A的位置。

實(shí)際上，給定事件的物理位置應(yīng)當(dāng)獨(dú)立于測試波長。然而，由于軌跡上的噪聲和所使用的事件檢測算法的精度，在每個(gè)波長上發(fā)現(xiàn)的事件位置可能稍微發(fā)生變化。因此，OTDR裝置吸引人的是，即使OTDR以很多波長進(jìn)行多次采集，也上報(bào)一個(gè)單一的位置值。

實(shí)例7

實(shí)例6的變化形式可以通過以波長λ1和λ2(具有不同的脈沖寬度)執(zhí)行光采集來獲得。在這種情況中，在兩個(gè)采集條件下所產(chǎn)生的返回光中可能存在很大的差異，因?yàn)槔珂溌窊p耗是依賴于波長的，并且激光功率可能完全不同。圖7a和7b展示了以具有短脈沖的λ1進(jìn)行的第一采集和以具有長脈沖的λ2進(jìn)行的第二采集。

有利地是，為從每次光采集獲得的位置的精度建立一個(gè)質(zhì)量因子并使用最可靠的位置信息以表征該事件位置。實(shí)例6中的質(zhì)量因子是SNR；然而，可以使用更為復(fù)雜的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)使用不同脈沖寬度時(shí)，這是尤為重要的，因?yàn)檩^短脈沖通常提供更加精確的位置信息。

如上所提及，質(zhì)量因子利用以下數(shù)據(jù)中的一項(xiàng)或很多項(xiàng)的組合而推導(dǎo)：軌跡上的噪聲、SNR、采樣分辨率、脈沖寬度、帶寬、事件損耗等。還有可能基于所有位置(利用依賴于質(zhì)量因子的權(quán)重因子而發(fā)現(xiàn))的加權(quán)平均數(shù)來定義位置參數(shù)的最終值。當(dāng)然，在不背離本發(fā)明范圍的情況下，可以考慮其他算法或標(biāo)準(zhǔn)。

因此在實(shí)例7中，由于損耗是依賴于波長的，第一波長λ1上與事件A相關(guān)聯(lián)的損耗源自利用脈沖1進(jìn)行的采集，而第二波長λ2上的損耗源自利用脈沖2進(jìn)行的采集。然而，事件A的位置(通常獨(dú)立于波長)對于波長λ1和波長λ2而言仍然可以取決于脈沖1。

實(shí)例8

參見圖8a和8b，給出了使用多次采集(這些采集以不同波長執(zhí)行)的另一個(gè)實(shí)例，該實(shí)例用于在兩個(gè)不同波長上測試兩個(gè)緊密間隔事件(A和B)的情況。一個(gè)波長能夠區(qū)分兩個(gè)事件，而另一個(gè)波長僅觀察到組合的損耗。通過合并兩個(gè)波長的信息，而不是將它們留在存儲(chǔ)器中，增加所獲取的信息的數(shù)量是可能的，尤其對于使用較長脈沖的波長。

表6

在λ2上的測量僅會(huì)檢測一個(gè)事件(該事件位于事件A的位置上)，并測量證明是A+B損耗的損耗。OTDR的用戶將永遠(yuǎn)不會(huì)知道實(shí)際上存在兩個(gè)事件。通過利用從波長1抽取的信息，可以改進(jìn)λ2的結(jié)果以顯示兩個(gè)獨(dú)立的事件A和B，并且清晰地示出損耗(該損失是A+B的損耗)。

實(shí)例9

參見圖9a和9b，示出了使用多次采集(這些采集以不同波長執(zhí)行)的另一個(gè)實(shí)例，該實(shí)例用于在λ1上而不是在λ2上檢測的給定事件。當(dāng)λ2上的SNR低于檢測閾值時(shí)這種情況通常出現(xiàn)，并且由于噪聲等級，檢測算法并未發(fā)現(xiàn)該事件。一個(gè)方面是已知在λ1上發(fā)現(xiàn)的事件允許OTDR測量λ2采集上的事件A，甚至是在最初未檢測到事件A的情況下。

在圖9a和9b中，可以看出在λ1上檢測到(并且表征)事件A；然而，最初在λ2上并未檢測到它。知道在λ1上存在事件A可用于促進(jìn)λ2上事件A的損耗和反射率的測量。

有利地，通過利用不同波長上進(jìn)行的多次采集來表征單一事件或多個(gè)事件，實(shí)施方案提供了以下益處：

-選擇具有最佳質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(像SNR、分辨率)的采集以定位事件(而不是具有在每此采集上獨(dú)立測量的位置)；

-允許在所有波長上表征一個(gè)事件，即使該事件最初并未在所有波長上檢測到；

-當(dāng)一個(gè)波長比其他波長具有更好分辨率時(shí)，檢測到一些事件實(shí)際上由很多子事件組成。

根據(jù)一種實(shí)施方案的裝置

根據(jù)另一個(gè)方面，還提供了一種用于測試光纖鏈路的多采集OTDR裝置。

參見圖10，展示了裝置30的一個(gè)實(shí)例，該裝置可用于執(zhí)行上述的方法。OTDR裝置30包括光發(fā)生組件32，本文將該組件實(shí)例化為由脈沖發(fā)生器36驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生具有所需特征的光脈沖的激光器34。在一個(gè)實(shí)施方案中，光發(fā)生組件32被適配為通過例如適當(dāng)控制脈沖發(fā)生器36產(chǎn)生的模型來生成具有不同脈沖寬度的多個(gè)測試光脈沖。在另一個(gè)實(shí)施方案中，光發(fā)生組件32被適配為利用例如可調(diào)諧激光器或類似裝置來產(chǎn)生具有不同脈沖長度的多個(gè)測試光脈沖。光發(fā)生組件還可以組合脈沖寬度和波長控制能力。當(dāng)然，可以在光發(fā)生組件中提供不同的和/或附加的組件，例如調(diào)制器、透鏡、反光鏡、波長選擇器等。

在所示的實(shí)施方案中，激光器34通過具有三個(gè)或更多分支的定向耦合器38(例如像循環(huán)器或50/50耦合器)連接至待測的光纖鏈路36。第一分支40連接至激光器34以便從其接收光脈沖，耦合器38將這些脈沖輸出至第二分支42，第二分支連接至光纖鏈路36。第二分支42還從光纖鏈路36接收返回光信號，返回光信號被循環(huán)并輸出至第三分支44。第三分支44連接至適合的檢測模塊，例如雪崩光電二極管46，該檢測模塊檢測每個(gè)測試光脈沖的返回光信號。在所示的實(shí)施方案中，檢測的信號由放大器48進(jìn)行放大并由轉(zhuǎn)換器50從模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)換。

在一些實(shí)施方案(未示出)中，在定向耦合器的第四分支中可以使用內(nèi)基準(zhǔn)反射器。這種基準(zhǔn)反射器允許跟蹤由于老化或熱效應(yīng)而在OTDR功率電平中產(chǎn)生的波動(dòng)并通過在多次采集之間執(zhí)行歸一化而進(jìn)行補(bǔ)償，從而提供更為精確的測量(參見美國專利第5,754,284號(LEBLANC等人))。

進(jìn)一步提供了一種用于分析檢測的返回光信號的分析模塊52。分析模塊可以由組件、軟件等來實(shí)例化，并且可以整合到OTDR裝置30中或位于該裝置之外。分析模塊執(zhí)行必要的計(jì)算以表征沿著光纖鏈路出現(xiàn)的事件。因此通過控制光發(fā)生組件從一次采集到下一次采集產(chǎn)生具有不同脈沖寬度、不同波長或兩者都不同的測試光脈沖，分析模塊能夠控制每次光采集的采集條件。

通過執(zhí)行適合的數(shù)據(jù)處理和分析，分析模塊可以進(jìn)一步推導(dǎo)表征事件的損耗參數(shù)、位置參數(shù)和反射率參數(shù)中的至少一個(gè)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)容易地理解這一點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，分析模塊可以將一個(gè)質(zhì)量因子關(guān)聯(lián)至每個(gè)參數(shù)(該參數(shù)被考慮用于光采集中的每一個(gè))。接著它可以比較與光采集中每一次的目標(biāo)參數(shù)相關(guān)的質(zhì)量因子，根據(jù)相關(guān)質(zhì)量因子為該目標(biāo)參數(shù)選擇這些光采集中的一個(gè)，并根據(jù)所選光采集來計(jì)算目標(biāo)參數(shù)的值。在一種實(shí)施方案中，分析模塊可以利用光采集中的一個(gè)來計(jì)算第一目標(biāo)參數(shù)的值并利用光采集中的另一個(gè)來計(jì)算第二目標(biāo)參數(shù)的值。在一種實(shí)施方案中，分析模塊還可以通過組合光采集中多于一個(gè)的采集的信息來計(jì)算目標(biāo)參數(shù)的值。而且，分析模塊可以使用表征光纖鏈路中不同事件的信息來獲得考慮中的事件的目標(biāo)參數(shù)。

在所示的實(shí)施方案中，分析模塊整合在信號處理和軌跡分析硬件和軟件中，這些硬件和軟件還控制脈沖發(fā)生器。

應(yīng)當(dāng)注意的是，本文描述的方法和裝置可以根據(jù)前續(xù)采集的軌跡上發(fā)現(xiàn)的事件迭代地，即自適應(yīng)地選擇脈沖?？商娲?，可以使用“固定處方”(例如10-100-1000納秒)。

當(dāng)然，在不背離本發(fā)明范圍的情況下，可以對以上實(shí)施方案做出很多修改。