基于OTDR原理的光網(wǎng)絡(luò)智能測(cè)試技術(shù)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(luò)如何全面地測(cè)試成了運(yùn)營(yíng)商面臨的主要問(wèn)題。傳統(tǒng)的測(cè)試方式有兩種：光損測(cè)試和OTDR測(cè)試法。光損測(cè)試采用光源和光功率計(jì)相結(jié)合來(lái)測(cè)試光鏈路的損耗，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備價(jià)格低廉，使用簡(jiǎn)單，但是需要兩名技術(shù)人員才能完成，并且無(wú)法準(zhǔn)確定位光鏈路的故障點(diǎn)及其原因。OTDR測(cè)試可以測(cè)量光纖長(zhǎng)度、傳輸衰減、接頭衰減和故障定位，具有測(cè)試時(shí)間短、速度快和精度高等優(yōu)點(diǎn)，但是使用OTDR測(cè)試，測(cè)試人員對(duì)測(cè)試結(jié)果有不同的解讀，很大程度上取決于使用者的經(jīng)驗(yàn)和能力，只有專(zhuān)家級(jí)的測(cè)試人員才能準(zhǔn)確完成測(cè)試。這兩種測(cè)量方式都已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足快速簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確全面的測(cè)試要求。目前，業(yè)界提出一種智能測(cè)試技術(shù)，它以O(shè)TDR原理為基礎(chǔ)，采用鏈路感知技術(shù)，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(cè)試人員不需要專(zhuān)業(yè)的技術(shù)知識(shí)即可快速、準(zhǔn)確的完成光網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試。

1鏈路感知技術(shù)原理

鏈路感知技術(shù)的基本原理是：基于OTDR技術(shù)，采用不同的脈寬對(duì)光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多次數(shù)據(jù)采集，使用短脈寬檢測(cè)光纖近距離部分，用長(zhǎng)脈寬檢測(cè)光纖遠(yuǎn)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(shù)測(cè)量光纖鏈路時(shí)，需要使用合適的脈寬，然而單一脈寬的選擇會(huì)帶來(lái)一定的問(wèn)題，用長(zhǎng)脈寬(大于320ns)測(cè)量時(shí)，會(huì)丟失很多器件的信息，很多接頭的衰減無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算;用短脈寬(小于80ns)測(cè)量時(shí)，雖然能獲得光纖鏈路中較小的細(xì)節(jié)，但是在PON網(wǎng)絡(luò)中難以穿透分光器，無(wú)法獲得端到端的損耗值。鏈路感知技術(shù)同時(shí)集成了長(zhǎng)脈寬與短脈寬的優(yōu)勢(shì)，可充分感知光鏈路的狀態(tài)。

2光網(wǎng)絡(luò)智能測(cè)試技術(shù)方案

光網(wǎng)絡(luò)智能測(cè)試技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要向光纖鏈路注入一定的光脈沖信號(hào)，通過(guò)接收光纖的后向散射和反射信號(hào)來(lái)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(hào)的接收光路和電路，信號(hào)采集電路，軟件上包括數(shù)據(jù)處理與分析以及最終的結(jié)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(zhǎng)選擇1310nm或者1550nm.激光脈沖發(fā)射電路使用高速FPGA來(lái)控制激光器，通過(guò)FPGA的嚴(yán)格精確的時(shí)序來(lái)產(chǎn)生精確的脈沖寬度，并能根據(jù)脈寬的大小自適應(yīng)地控制激光器的發(fā)射功率。接收光路采用APD光電探測(cè)器，將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，同時(shí)在電路上使用高性能運(yùn)算放大器，將信號(hào)無(wú)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(shí)，采用高速FPGA來(lái)做數(shù)據(jù)的預(yù)處理，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行多次累加。MCU中對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)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(luò)智能測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)

實(shí)現(xiàn)對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的智能測(cè)試，涉及到兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)：對(duì)光信號(hào)精確的采集和對(duì)采集數(shù)據(jù)的智能分析。

3.1光信號(hào)的接收技術(shù)

對(duì)光信號(hào)精確的接收是實(shí)現(xiàn)智能測(cè)試的關(guān)鍵。由于要對(duì)光纖鏈路進(jìn)行不同脈寬的多次采集，接收電路也要求同時(shí)適應(yīng)不同脈寬的返回信號(hào)。在對(duì)信號(hào)的放大處理上，長(zhǎng)脈寬的返回信號(hào)盲區(qū)過(guò)大，容易造成信息丟失，而短脈寬信號(hào)常常由于信噪比不足不容易被接收到。單一的接收機(jī)制無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足不同強(qiáng)度信號(hào)的要求。針對(duì)接收電路對(duì)返回光信號(hào)強(qiáng)度的敏感性，對(duì)信號(hào)的接收采用并聯(lián)接收機(jī)制，放大電路上設(shè)計(jì)兩套電路，具有不同的帶寬，分別接收長(zhǎng)脈寬信號(hào)和短脈寬信號(hào)，二者通過(guò)繼電器選擇接收機(jī)，這樣既可以滿(mǎn)足小信號(hào)信噪比的要求，又可以避免大信號(hào)盲區(qū)過(guò)大而造成的信息丟失。光信號(hào)的并聯(lián)接收機(jī)制如圖2所示。

圖2光信號(hào)并聯(lián)接收原理框圖

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

3.2智能分析算法

智能分析算法是實(shí)現(xiàn)智能測(cè)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(guò)合并、綜合分析，智能判斷出光網(wǎng)絡(luò)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(shí)際情況動(dòng)態(tài)選擇脈寬。在開(kāi)始測(cè)試時(shí)，以一固定脈寬做一次試探測(cè)量，初步估計(jì)出鏈路的長(zhǎng)度，再根據(jù)鏈路的長(zhǎng)度選擇比較合適的3~5個(gè)脈寬完成整個(gè)測(cè)量過(guò)程。然后，對(duì)不同的脈寬數(shù)據(jù)進(jìn)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(cè)試過(guò)程中采用的脈寬有40ns、80ns、160ns和320ns，在光纖鏈路中存在兩個(gè)元件，分別位于距離測(cè)試點(diǎn)5km處和30km處，則5km處元件采用80ns脈寬的測(cè)試數(shù)據(jù)，30km處元件采用320ns脈寬的測(cè)試數(shù)據(jù)。這樣實(shí)現(xiàn)了用短脈寬測(cè)試光纖的近距離部分，用長(zhǎng)脈寬測(cè)試光纖的遠(yuǎn)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(jì)算出的元件的插入損耗和回波損耗，可辨別元件的類(lèi)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(lèi)型及故障原因。

另外，光網(wǎng)絡(luò)的智能測(cè)試是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，智能分析算法需要不斷地完善，并且根據(jù)每次測(cè)量的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)建立智能決策分析庫(kù)，這樣才能做到更加準(zhǔn)確無(wú)誤地分析和判斷。

4結(jié)束語(yǔ)

相比于傳統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)，采用鏈路感知技術(shù)的智能測(cè)試技術(shù)能確定光網(wǎng)絡(luò)的鏈路組成，分析判斷光纖鏈路的故障原因，便于測(cè)試人員更好地解決光網(wǎng)絡(luò)的各種問(wèn)題，幫助測(cè)試人員快速準(zhǔn)確地完成測(cè)試任務(wù)。同時(shí)，應(yīng)用這一技術(shù)降低了對(duì)操作人員的技術(shù)要求，可提高光網(wǎng)絡(luò)測(cè)試的效率，大大降低光網(wǎng)絡(luò)，特別是PON網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)成本。