基于OTDR原理的光網(wǎng)絡智能測試技術方案

 隨著光通信行業(yè)的大力發(fā)展，光纜大規(guī)模部署，光網(wǎng)絡如何全面地測試成了運營商面臨的主要問題。傳統(tǒng)的測試方式有兩種：光損測試和OTDR測試法。光損測試采用光源和光功率計相結合來測試光鏈路的損耗，其優(yōu)點是設備價格低廉，使用簡單，但是需要兩名技術人員才能完成，并且無法準確定位光鏈路的故障點及其原因。OTDR測試可以測量光纖長度、傳輸衰減、接頭衰減和故障定位，具有測試時間短、速度快和精度高等優(yōu)點，但是使用OTDR測試，測試人員對測試結果有不同的解讀，很大程度上取決于使用者的經(jīng)驗和能力，只有專家級的測試人員才能準確完成測試。這兩種測量方式都已經(jīng)無法滿足快速簡單、準確全面的測試要求。目前，業(yè)界提出一種智能測試技術，它以OTDR原理為基礎，采用鏈路感知技術，快速確定光鏈路的元件組成，分析光鏈路的狀態(tài)，診斷光鏈路的故障原因。測試人員不需要專業(yè)的技術知識即可快速、準確的完成光網(wǎng)絡的測試。

1鏈路感知技術原理

鏈路感知技術的基本原理是：基于OTDR技術，采用不同的脈寬對光網(wǎng)絡進行多次數(shù)據(jù)采集，使用短脈寬檢測光纖近距離部分，用長脈寬檢測光纖遠端部分，最后合并、綜合分析采集的數(shù)據(jù)，得出光纖鏈路的元件組成，診斷光纖鏈路的狀態(tài)及故障原因。通常，利用OTDR技術測量光纖鏈路時，需要使用合適的脈寬，然而單一脈寬的選擇會帶來一定的問題，用長脈寬(大于320ns)測量時，會丟失很多器件的信息，很多接頭的衰減無法準確計算;用短脈寬(小于80ns)測量時，雖然能獲得光纖鏈路中較小的細節(jié)，但是在PON網(wǎng)絡中難以穿透分光器，無法獲得端到端的損耗值。鏈路感知技術同時集成了長脈寬與短脈寬的優(yōu)勢，可充分感知光鏈路的狀態(tài)。

2光網(wǎng)絡智能測試技術方案

光網(wǎng)絡智能測試技術的實現(xiàn)需要向光纖鏈路注入一定的光脈沖信號，通過接收光纖的后向散射和反射信號來分析光鏈路的組成。在硬件上，包括激光脈沖發(fā)射電路，光信號的接收光路和電路，信號采集電路，軟件上包括數(shù)據(jù)處理與分析以及最終的結果顯示?？傮w方案如圖1所示。

圖1總體方案框圖

通常，激光器的波長選擇1310nm或者1550nm.激光脈沖發(fā)射電路使用高速FPGA來控制激光器，通過FPGA的嚴格精確的時序來產(chǎn)生精確的脈沖寬度，并能根據(jù)脈寬的大小自適應地控制激光器的發(fā)射功率。接收光路采用APD光電探測器，將接收到的光信號轉換成電信號，同時在電路上使用高性能運算放大器，將信號無失真放大，提高信噪比。數(shù)據(jù)采集電路使用高速并行的AD芯片，保證采樣精度和空間分辨率。同時，采用高速FPGA來做數(shù)據(jù)的預處理，對采集的數(shù)據(jù)進行多次累加。MCU中對采集數(shù)據(jù)進行綜合、智能地分析，判斷出光纖鏈路的組成及狀態(tài)。

3光網(wǎng)絡智能測試關鍵技術

實現(xiàn)對光網(wǎng)絡的智能測試，涉及到兩個關鍵技術點：對光信號精確的采集和對采集數(shù)據(jù)的智能分析。

3.1光信號的接收技術

對光信號精確的接收是實現(xiàn)智能測試的關鍵。由于要對光纖鏈路進行不同脈寬的多次采集，接收電路也要求同時適應不同脈寬的返回信號。在對信號的放大處理上，長脈寬的返回信號盲區(qū)過大，容易造成信息丟失，而短脈寬信號常常由于信噪比不足不容易被接收到。單一的接收機制無法同時滿足不同強度信號的要求。針對接收電路對返回光信號強度的敏感性，對信號的接收采用并聯(lián)接收機制，放大電路上設計兩套電路，具有不同的帶寬，分別接收長脈寬信號和短脈寬信號，二者通過繼電器選擇接收機，這樣既可以滿足小信號信噪比的要求，又可以避免大信號盲區(qū)過大而造成的信息丟失。光信號的并聯(lián)接收機制如圖2所示。

圖2光信號并聯(lián)接收原理框圖

光信號并聯(lián)接收電路中繼電器的開關由FPGA控制，F(xiàn)PGA根據(jù)光信號功率的大小決定使用的放大電路，并且在同一時間內(nèi)只能是一路連通。放大電路采用兩級放大，確保信號的放大倍數(shù)足夠，提高信號的信噪比。

3.2智能分析算法

智能分析算法是實現(xiàn)智能測試的核心，其數(shù)據(jù)處理的基本思想是：基于采集到不同脈寬的數(shù)據(jù)，通過合并、綜合分析，智能判斷出光網(wǎng)絡的鏈路組成以及鏈路故障原因。智能分析算法的數(shù)據(jù)流圖如圖3所示。

圖3智能分析算法的數(shù)據(jù)流圖

在智能分析算法中，首先要確定脈寬的選擇，根據(jù)鏈路的實際情況動態(tài)選擇脈寬。在開始測試時，以一固定脈寬做一次試探測量，初步估計出鏈路的長度，再根據(jù)鏈路的長度選擇比較合適的3~5個脈寬完成整個測量過程。然后，對不同的脈寬數(shù)據(jù)進行合并、取舍。取舍的原則依據(jù)各脈寬數(shù)據(jù)查找出的元件位置。例如，測試過程中采用的脈寬有40ns、80ns、160ns和320ns，在光纖鏈路中存在兩個元件，分別位于距離測試點5km處和30km處，則5km處元件采用80ns脈寬的測試數(shù)據(jù)，30km處元件采用320ns脈寬的測試數(shù)據(jù)。這樣實現(xiàn)了用短脈寬測試光纖的近距離部分，用長脈寬測試光纖的遠距離部分的原理。最后，判斷出鏈路的元件組成以及故障原因。依據(jù)計算出的元件的插入損耗和回波損耗，可辨別元件的類型和故障原因。通常，光纖鏈路中的元件有接頭、連接器和分光器，三者在光纖鏈路中引入的插入損耗和回波損耗有明顯的區(qū)別，根據(jù)插入損耗和回波損耗的差別可分辨出元件的類型及故障原因。

另外，光網(wǎng)絡的智能測試是一個復雜的過程，智能分析算法需要不斷地完善，并且根據(jù)每次測量的實際經(jīng)驗建立智能決策分析庫，這樣才能做到更加準確無誤地分析和判斷。

4結束語

相比于傳統(tǒng)的測試技術，采用鏈路感知技術的智能測試技術能確定光網(wǎng)絡的鏈路組成，分析判斷光纖鏈路的故障原因，便于測試人員更好地解決光網(wǎng)絡的各種問題，幫助測試人員快速準確地完成測試任務。同時，應用這一技術降低了對操作人員的技術要求，可提高光網(wǎng)絡測試的效率，大大降低光網(wǎng)絡，特別是PON網(wǎng)絡的維護成本。