Page 36 - 网络电信2018年10月刊下
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数据服务器端。 用光纤耦合器反馈至光接收机，转换成电信号后进入信号处理
第三层为客户端，用户利用客户端或浏览器和服务器相 器进行处理，从而判断光纤通信网络的传输特性，诊断衰减形
连，实现地图界面不同操作功能，防止多客户端同时进行导致 变故障信号。
[5]
OTDR硬件资源冲突 。 （2）信号处理机设计
光纤通信网络中衰减形变故障信号诊断系统是一种独立的 信号处理为OTDR设计的重要部分，信号处理能力的好坏直
测试系统，可为后台服务器提供标准接口，实现与其他数据库 接影响OTDR的性能，本节选用嵌入式信号处理方式。嵌入式技
的数据交换。一方面可查询光纤通信网络资源信息，另一方面 术的关键为嵌入式处理器，当前常见的嵌入式处理器主要包括
可提取衰减形变故障信号信息，将资源共享与各种应用结合在 ARM、DSP以及FP-GA。ARM能够有效处理复杂的人机界面但不适
一起，达到最大功效。 于信号与大规模数据的处理。DSP为专用的信号处理器，有较
2、OTDR工作原理 强的信号处理能力 [12] 。FPGA为可编程处理器，有较强的信号处
[6]
OTDR为通过光线在光纤传输过程中的瑞利散射 形成的背 理能力逻辑器件，便于形成文章所需的格雷互补码序列，且和
向散射制作的光电一体化仪表，被广泛应用于光纤通信网络测 其它两种处理器相比，FPGA的硬件处理方式处理效率更高。所
试。OTDR工作原理和雷达类似，其以合理角度把测试所需的激 以，本节选用FPGA处理器，型号为Al-tera企业的MAX系列FPGA
光脉冲添加至被测光纤通信网络中，在脉冲发射端采集脉冲的 ［13］ 。OTDR检测信号有光纤近端放射的强信号与远端反射的微
背向散射信号。脉冲在光纤通信网络中传输时，光纤自身存在 弱信号，二者信号强度差异较大，所以信号处理机性能对OTDR
固有性质，遇到衰减形变信号就会形成反射与散射 ［7］ ，这些 性能非常关键。经光电转换的电信号非常微弱，无法直接被A/D
信息会被OTDR采集，变成衰减形变故障信号诊断的关键数据。 电路采集，需对其进行电流－电压转换，再把转换后电压信号
OTDR利用上述光纤特性工作，在光纤一端注入功率是P in 的窄脉 放大至合理的A/D采用电路电平区间内。AD8066为常见的低噪声
冲。在光纤通信网络传输过程中，和输入端间隔是d的某点经背 放大器，具有低偏置电流、低噪声等优势 [14-15] 。引脚2为电流反
向散射返回至输入端，其光功率可描述如下: 向输入端，引脚3为同相输入端，引脚1为输出端。电流电压转
换电路用图2进行描述。
（1）
图2 电流电压转换电路
其中，P in 用于描述注入脉冲光功率;ε用于描述光纤背向散
射系数;λ用于描述光纤传输衰减常数。
在光信号通过注入端进入光纤通信网络后，抵达某点后经
背向散射返回注入端的时间t与d之间符合以下关系:
（2）
其中，c为光速;n为信号传播纤芯的折射率。分析上述过程
可知，确定光线返回时间和相应光功率即可获取衰减形变信号
光纤中某点经散射返回始端的光功率可通过下式求出:
（3）
某点A～B的光纤衰减可描述成:
（4）
如果PIN管输出的电流用Iout进行描述，反馈电阻用Rb进行
按照OTDR工作原理，将光纤一端注入窄脉冲，在该端对背
描述，放大器开环输入阻抗用zol进行描述，则需满足zol＞＞
向散射信号进行接收。完成处理后，把获取结果作为纵坐标，
Rb。按照放大器运行原理可知Rb的电流约为Iout，获取的输出
光纤长度作为横坐标，绘制背向散射曲线，从而实现衰减形变
电压可描述成:
故障信号的诊断。
3、OTDR设计
（1）整体结构设计 （5）
采用的AD8066符合zol＞＞Rb，降低了输入端误差。输入阻
OTDR主要由信号处理器、光发射机、光接收机与光纤耦合
器构成。信号处理器主要用于形成格雷互补码序列 ［9］ ，并对信 抗可描述如下:
号进行处理;光发射机主要负责将电信号转换成光信号并传输至
（6）
光纤;光纤接收机主要用于将接收光信号转换成电信号传输至信
其中，Mu为放大器开环放大倍数，当前zin是零左右。
号处理器。OTDR工作过程如下:通过信号处理器形成格雷互补
反馈电阻在使用时引入电阻热噪声，当前电阻热噪声是
码，利用光发射机形成光信号，经光纤耦合器进入被测光纤通
，其中，Kb为玻尔兹曼常数 [16] ；W为温度;B为带宽。
信网络，光脉冲在光纤通信网络传输时形成背向回波信号，利
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