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隨著(zhù)光通信行業(yè)的大力發(fā)展，光纜大規模部署，光網(wǎng)絡(luò )如何全面地測試成了運營(yíng)商面臨的主要問(wèn)題。傳統的測試方式有兩種：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(lái)測試光鏈路的損耗，其優(yōu)點(diǎn)是設備價(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)法準確定位光鏈路的故障點(diǎn)及其原因。OTDR 測試可以測量光纖長(cháng)度、傳輸衰減、接頭衰減和故障定位，具有測試時(shí)間短、速度快和精度高等優(yōu)點(diǎn)，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(zhuān)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(wú)法滿(mǎn)足快速簡(jiǎn)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(shù)，它以OTDR 原理為基礎，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。測試人員不需要專(zhuān)業(yè)的技術(shù)知識即可快速、準確的完成光網(wǎng)絡(luò )的測試。 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)，采用不同的脈寬對光網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行多次數據采集，使用短脈寬檢測光纖近距離部分，用長(cháng)脈寬檢測光纖遠端部分，最后合并、綜合分析采集的數據，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(cháng)脈寬（大于320ns）測量時(shí)，會(huì )丟失很多器件的信息，很多接頭的衰減無(wú)法準確計算；用短脈寬（小于80ns）測量時(shí)，雖然能獲得光纖鏈路中較小的細節，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(cháng)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(luò )智能測試技術(shù)方案 光網(wǎng)絡(luò )智能測試技術(shù)的實(shí)現需要向光纖鏈路注入一定的光脈沖信號，通過(guò)接收光纖的后向散射和反射信號來(lái)分析光鏈路的組成。在硬件上，包括激光脈沖發(fā)射電路，光信號的接收光路和電路，信號采集電路，軟件上包括數據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(cháng)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的嚴格精確的時(shí)序來(lái)產(chǎn)生精確的脈沖寬度，并能根據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(shí)在電路上使用高性能運算放大器，將信號無(wú)失真放大，提高信噪比。數據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)做數據的預處理，對采集的數據進(jìn)行多次累加。MCU 中對采集數據進(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 )智能測試關(guān)鍵技術(shù) 實(shí)現對光網(wǎng)絡(luò )的智能測試，涉及到兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)：對光信號精確的采集和對采集數據的智能分析。 3.1 光信號的接收技術(shù) 對光信號精確的接收是實(shí)現智能測試的關(guān)鍵。由于要對光纖鏈路進(jìn)行不同脈寬的多次采集，接收電路也要求同時(shí)適應不同脈寬的返回信號。在對信號的放大處理上，長(cháng)脈寬的返回信號盲區過(guò)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(wú)法同時(shí)滿(mǎn)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(cháng)脈寬信號和短脈寬信號，二者通過(guò)繼電器選擇接收機，這樣既可以滿(mǎn)足小信號信噪比的要求，又可以避免大信號盲區過(guò)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(kāi)關(guān)由FPGA 控制，FPGA 根據光信號功率的大小決定使用的放大電路，并且在同一時(shí)間內只能是一路連通。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(shí)現智能測試的核心，其數據處理的基本思想是：基于采集到不同脈寬的數據，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。智能分析算法的數據流圖如圖3 所示。 圖3 智能分析算法的數據流圖 在智能分析算法中，首先要確定脈寬的選擇，根據鏈路的實(shí)際情況動(dòng)態(tài)選擇脈寬。在開(kāi)始測試時(shí)，以一固定脈寬做一次試探測量，初步估計出鏈路的長(cháng)度，再根據鏈路的長(cháng)度選擇比較合適的3~5 個(gè)脈寬完成整個(gè)測量過(guò)程。然后，對不同的脈寬數據進(jìn)行合并、取舍。取舍的原則依據各脈寬數據查找出的元件位置。例如，測試過(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， 分別位于距離測試點(diǎn)5km 處和30km 處，則5km 處元件采用80ns 脈寬的測試數據，30km 處元件采用320ns 脈寬的測試數據。這樣實(shí)現了用短脈寬測試光纖的近距離部分，用長(cháng)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。依據計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別，根據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 )的智能測試是一個(gè)復雜的過(guò)程，智能分析算法需要不斷地完善，并且根據每次測量的實(shí)際經(jīng)驗建立智能決策分析庫，這樣才能做到更加準確無(wú)誤地分析和判斷。 4 結束語(yǔ) 相比于傳統的測試技術(shù)，采用鏈路感知技術(shù)的智能測試技術(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，便于測試人員更好地解決光網(wǎng)絡(luò )的各種問(wèn)題，幫助測試人員快速準確地完成測試任務(wù)。同時(shí)，應用這一技術(shù)降低了對操作人員的技術(shù)要求，可提高光網(wǎng)絡(luò )測試的效率，大大降低光網(wǎng)絡(luò )，特別是PON 網(wǎng)絡(luò )的維護成本。 參考文獻： [1] GERD KEISER. 光纖通信[M].第3 版. 北京：電子工業(yè)出版社，2001：71-80. [2] 黃章勇. 光電子器件和組件[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001. [3] 梁爽，王懷江.OTDR 事件分析和故障判斷的研究與實(shí)現[J].光通信技術(shù)，2007，31(1):49-51. [4] 虞振華，鄭錚，李寧. 光接收機均衡技術(shù)的自適應優(yōu)化方法[J]. 光通信技術(shù)，2007，31(12):42-45. |
