專利名稱：在傳輸數(shù)據(jù)的光信號中調(diào)制疊加otdr測試信號的方法和otdr的測試方法
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域反射儀的測試技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，市場上存在各種類型的光通信網(wǎng)絡(luò)，比如無源光網(wǎng)絡(luò)(Ρ0Ν)、同步數(shù)字體系光網(wǎng)絡(luò)(SDH)、準同步數(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域反射儀(OTDR)來測試和監(jiān)控。光時域反射儀(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、施工之中，可進行光纖長度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測量。在現(xiàn)場應(yīng)用中，光通信設(shè)備組網(wǎng)時需要采購專用的OTDR和配套測試裝置，對連接的光纖進行測試和監(jiān)控。光時域反射儀(OTDR)通過直連光纖或利用特定波長光脈沖插入光纖進行測試，測試組網(wǎng)方案復(fù)雜，OTDR設(shè)備價格高昂。以上因素導(dǎo)致帶監(jiān)測光纖功能的光網(wǎng)絡(luò)維護的復(fù)雜性高、成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種在傳輸數(shù)據(jù)的光信號中調(diào)制疊加OTDR測試信號的方法和OTDR的測試方法，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)測光纖專用的OTDR設(shè)備和配套測試裝置，降低了帶監(jiān)測光纖功能的光網(wǎng)絡(luò)維護的復(fù)雜性和成本。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，提供一種在傳輸數(shù)據(jù)的光信號中調(diào)制疊加OTDR測試信號的方法和OTDR的測試方法。包括激光器驅(qū)動電路、OTDR測試信號調(diào)制疊加到發(fā)射光功率的電路、光信號接收電路、光電轉(zhuǎn)換信號的放大采樣和數(shù)據(jù)分析電路等。以上四個部分的說明如下
1.激光器驅(qū)動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)制瞬時發(fā)射光功率的調(diào)制電流控制電路。2. OTDR測試信號調(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測試信號碼型(包括單脈沖、偽隨機二進制序列PRBS碼型、專用測試碼型等)；OTDR測試信號調(diào)制電路把OTDR測試信號轉(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測試信號的變化進行小幅度波動。3.光信號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光纖散射或反射回來的光信號耦合出來， 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)換電路的作用是實現(xiàn)接收光功率到電信號的轉(zhuǎn)換。4.光電轉(zhuǎn)換信號的放大采樣和數(shù)據(jù)分析電路的組成部分包括可變增益放大電路、采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、采樣數(shù)據(jù)的存儲和分析電路。本發(fā)明的有益效果是，通過在傳輸數(shù)據(jù)的光信號中調(diào)制疊加OTDR測試信號的方法和OTDR的測試方法，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，簡化了監(jiān)測光纖的方案，降低了光網(wǎng)絡(luò)維護的復(fù)雜性；通過省掉為監(jiān)測光纖專用的OTDR設(shè)備和配套測試裝置，降低了光網(wǎng)絡(luò)維護中監(jiān)測光纖的成本。以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明。


圖1是本發(fā)明的具體實施例的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的具體實施例是帶OTDR功能的光傳輸模塊，參見圖1。帶OTDR功能的光傳輸模塊包括以下部分激光器和驅(qū)動電路、OTDR測試信號調(diào)制疊加到發(fā)射光功率的電路、光信號接收電路、光電轉(zhuǎn)換的信號放大采樣和數(shù)據(jù)分析電路等等。以下對各部分作詳細的說明。1.激光器和驅(qū)動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)制瞬時發(fā)射光功率的調(diào)制電流控制電路。以下分別說明。光發(fā)射次模塊TOSA中的激光器在電流的驅(qū)動下可以發(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、 運算放大器、NPN三極管和電阻Ri。其中運算放大器、NPN三極管和電阻Ri組成一個可調(diào)電流源，它的工作原理是D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出一個模擬電壓給運算放大器‘ + ’極，運算放大器‘ + ’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(即運算放大器‘一’極電壓增加)，當運算放大器‘一’極電壓增加到與‘ + ’極相等時，運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)部兩個MOS管(M0S1和M0S2)輪流打開，在OUT+管腳產(chǎn)生高速大電流變化，這個較大的電流變化是經(jīng)過激光器的，因此瞬時發(fā)送光功率會隨著發(fā)送數(shù)據(jù)值變化而大幅高速變化，瞬時光功率可以反映傳輸數(shù)據(jù)值的變化。2. OTDR測試信號調(diào)制疊加到發(fā)射光功率的方法如下所述。現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或?qū)Ｓ眯酒a(chǎn)生OTDR測試信號碼型(包括單脈沖、偽隨機二進制序列PRBS碼型、專用測試碼型等);差分OTDR測試信號Sotdr+/ Sotdr-輸入芯片MAX3656的BEN+/BEN-管腳，這兩個管腳電平變化控制芯片內(nèi)部兩個MOS管(M0S3和M0S4) 輪流打開，在BIAS+管腳產(chǎn)生低速小電流變化，這個小的電流變化是經(jīng)過激光器的，因此發(fā)送光功率也會隨著差分OTDR測試信號值變化而小幅低速波動。通過以上方法，就可以把 OTDR測試信號調(diào)制疊加到傳輸數(shù)據(jù)的光信號上。一般而言，傳輸數(shù)據(jù)的速率是OTDR測試信號速率的10到幾百倍，傳輸數(shù)據(jù)導(dǎo)致的大電流變化幅度是OTDR測試信號導(dǎo)致的小電流變化幅度的10倍以上，可以保證疊加OTDR測試信號不會影響到傳輸數(shù)據(jù)信號。3.光信號接收電路的組成部分包括光接收次模塊ROSA、接收數(shù)據(jù)信號的限幅放大電路、接收反射光信號專用的光耦合器、反射光信號的光電轉(zhuǎn)換電路。光接收次模塊ROSA接收對端光模塊發(fā)送的光信號并完成光電轉(zhuǎn)換，再由限幅放大電路對信號進行放大整形，輸出接收數(shù)據(jù)信號。雙纖雙向的光模塊TOSA和ROSA是獨立的，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光纖散射或反射回來的光信號耦合出來，并具有隔離激光器發(fā)射光的作用(隔離度大于40dB)。反射光信號的光電轉(zhuǎn)換電路的作用是實現(xiàn)接收反射光功率到電信號的轉(zhuǎn)換，反射光照射光電二極管產(chǎn)生的光電流流過電阻形成電壓值Vr。4.光電轉(zhuǎn)換信號的放大采樣和數(shù)據(jù)分析電路的組成部分包括可變增益放大電路、采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、采樣數(shù)據(jù)的存儲和分析電路等。以下分別說明。可變增益放大電路可以根據(jù)反射光產(chǎn)生的電壓Vr值的大小選擇合適放大倍數(shù)進行放大。采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對放大后的信號進行采樣，實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，同步采樣的時鐘頻率為OTDR測試信號頻率的整數(shù)倍(倍數(shù)大于等于1)。采樣數(shù)據(jù)的存儲和分析由現(xiàn)場可編程門陣列(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，可以等比例地換算出待測光纖的傳輸衰減。按OTDR測試信號源時鐘頻率從代表接收光功率的采樣數(shù)據(jù)中提取波動值(即交流成分)，這組交流成分由以下部分組成0TDR測試信號源在光纖中反射回來的信號(1點或多點反射信號的疊加)、雜波干擾信號。通過多次測試平均的方法可以有效濾除雜波干擾，濾除雜波的反射測試信號與OTDR測試信號源進行多次對比，可以分析計算找到兩組信號的延時t。根據(jù)以下公式，測得延時t值可以推算出對應(yīng)反射點的距離d，距離d信息用來定位光纖連接點、光纖終端或斷點。d= (c Xt)/2 (IOR)
在這個公式里，c是光在真空中的速度，而t是信號發(fā)射后到接收到信號(雙程)的總時間(兩值相乘再除以2后就是單程的距離)。因為光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以為了精確地測量距離，被測的光纖必須要指明折射率(I0R)。IOR是由光纖生產(chǎn)商來標明。最后所應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實施方式對本發(fā)明作了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解依然可以對本發(fā)明進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)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.在傳輸數(shù)據(jù)的光信號中調(diào)制疊加OTDR測試信號的方法和OTDR的測試方法，其特征在于，通過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；簡化了監(jiān)測光纖的方案，降低了帶監(jiān)測光纖功能的光網(wǎng)絡(luò)維護的復(fù)雜性；通過省掉為監(jiān)測光纖專用的 OTDR設(shè)備和配套測試裝置，降低了光網(wǎng)絡(luò)維護中監(jiān)測光纖的成本。
2.在傳輸數(shù)據(jù)的光信號中調(diào)制疊加OTDR測試信號的方法和OTDR的測試方法，其特征在于，組成部分包括但不限于激光器驅(qū)動電路、OTDR測試信號調(diào)制疊加到發(fā)射光功率的電路、光信號接收電路、光電轉(zhuǎn)換信號的放大采樣和數(shù)據(jù)分析電路等。
3.在傳輸數(shù)據(jù)的光信號中調(diào)制疊加OTDR測試信號的方法和OTDR的測試方法，其特征在于，OTDR測試信號調(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測試信號碼型(包括單脈沖、偽隨機二進制序列PRBS碼型、專用測試碼型等)；OTDR 測試信號控制(M0S管)高速電流開關(guān)進行開合操作，把OTDR測試信號轉(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測試信號的變化進行小幅度波動， 這樣就把OTDR測試信號調(diào)制疊加到傳輸數(shù)據(jù)的光信號上；一般而言，傳輸數(shù)據(jù)的速率是 OTDR測試信號速率的10到幾百倍，傳輸數(shù)據(jù)導(dǎo)致的光功率瞬時變化幅度是OTDR測試信號導(dǎo)致的光功率變化幅度的10倍以上，可以保證疊加OTDR測試信號不會影響到傳輸數(shù)據(jù)信號。
4.在傳輸數(shù)據(jù)的光信號中調(diào)制疊加OTDR測試信號的方法和OTDR的測試方法，其特征在于，反射光信號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光纖散射或反射回來的光信號耦合出來，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)換電路的作用是實現(xiàn)接收光功率到電信號的轉(zhuǎn)換。
5.在傳輸數(shù)據(jù)的光信號中調(diào)制疊加OTDR測試信號的方法和OTDR的測試方法，其特征在于，光電轉(zhuǎn)換信號的放大采樣和數(shù)據(jù)分析電路的組成部分包括可變增益放大電路、采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、采樣數(shù)據(jù)的存儲和分析電路等；采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對放大后的信號進行采樣，實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，同步采樣的時鐘頻率為OTDR測試信號頻率的整數(shù)倍(倍數(shù)大于等于1)；采樣數(shù)據(jù)的存儲和分析由現(xiàn)場可編程門陣列(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，可以等比例地換算出待測光纖的傳輸衰減；按OTDR測試信號源時鐘頻率從代表接收光功率的采樣數(shù)據(jù)中提取波動值(即交流成分)，這組交流成分內(nèi)部包括OTDR測試信號源在光纖中反射回來的信號(1點或多點反射信號的疊加)、雜波干擾信號，通過多次測試平均的方法可以有效濾除雜波干擾，濾除雜波的反射測試信號與OTDR測試信號源進行多次對比，可以分析計算找到兩組信號的延時，測得延時值可以推算出對應(yīng)反射點的距離，距離信息用來定位光纖連接點、光纖終端或斷點。
全文摘要
在傳輸數(shù)據(jù)的光信號中調(diào)制疊加OTDR測試信號的方法是，專用數(shù)字電路產(chǎn)生OTDR測試信號碼型，OTDR測試信號控制高速電流開關(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測試信號的變化進行小幅度波動。OTDR的測試方法是，專用的光耦合器把待測光纖散射或反射回來的光信號耦合出來，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測試信號源時鐘頻率從采樣數(shù)據(jù)中提取波動值交流成分，這組交流成分包含OTDR測試信號源在光纖中反射回來的信號，反射測試信號與OTDR測試信號源進行多次對比計算得到兩組信號的延時，延時值可以推算出對應(yīng)反射點的距離，距離信息用來定位光纖連接點、光纖終端或斷點。
文檔編號H04B10/12GK102158280SQ20111008382
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者王健 申請人:王健