OTDR及COTDR.ppt

* OTDR 及COTDR技术 利用探测光在被测光纤中的往返时间来定位事件点 通过直接探测被测光纤线路返回的光信号功率判断事件点的类型 由于探测光的功率在被测光纤中呈e指数衰减，对探测到的信号光功率取对数可得到呈线性的OTDR曲线 OTDR结构简图 一些典型的事件在探测曲线上的反映 直接的功率探测 OTDR的主要性能参数 动态范围： 峰值动态范围：极值信号功率-峰值噪声功率 （dB单位） 均方根动态范围：极值信号功率-均方根噪声功率 （dB单位） 空间分辨率：由探测光脉冲宽度决定 宽脉冲可获得高的动态范围，但空间分辨率降低 OTDR的应用 FTTH中用于光纤到户情况识别。 用于建筑物裂缝的识别与定位 OTDR主要用于光纤线路监测，它在线路施工和建筑物健康监测方面有着重要的应用。 COTDR技术 全球海底光缆分布图 全球海缆分布已达数十万公里 中美越洋海缆线，长达上万公里 海缆设计寿命为20年，一些自然的（如地震）和人为的（如海底勘探，船舶下锚）时刻威胁着通信线路的安全。 光缆线路的故障造成的经济损失巨大，对海缆的健康实时监测极为重要。 传统的OTDR不使用于海缆监测，这主要是因为： 1.海底光缆线路使用多个EDFA中继级联而成，EDFA产生的ASE噪声混入信号功率之中，会严重降低OTDR的动态范围，使其根本不适合超长距离海缆线路监测； 2.传统OTDR光源带宽有数十纳米，其必定覆盖部分通信波长，从而对通信信号产生严重的干扰，于是使其不使用于在线监测； COTDR可以从根本上克服上述缺陷： 1.COTDR利用相干探测技术，将背向瑞利散射和/或反射信号的功率集中在一个外差中频上，通过解调中频信号的功率即可获得信号功率的大小。因此，通过在中频信号处设置一个带通滤波器，就可以滤除功率在绝大部分的噪声功率，从而维持高的动态范围； 2.外差探测使用的光源为单频窄线宽的激光光源，而对波长无特殊限制。因此，探测光波长可以远离通信波长，这有利用在线监测。 海底通信光缆结构及COTDR测量方式 COTDR的测量曲线。 COTDR原理 使用平衡探测方法的优点：1.信号的共模抑制比高； 2.探测信号的功率翻倍； 系统结构简图 COTDR系统结构详图 COTDR使用相干探测技术（也即外差探测），它要求探测光频率稳定性好，线宽窄。 频率稳定性好是为了获得稳定的中频信号，以便于对超长距离的海缆线路进行监测；线宽窄是便于对中频信号进行滤波，以提升动态范围。 直接的功率探测与外差（相干）探测对比 直接的功率探测 外差探测 以mw为单位，OTDR曲线呈e指数衰减 采集可采集到的电压信号 1.外差探测可滤除大部分的噪声功率； 2.可消除采集卡的零偏电压； 直接功率探测存在零偏 由于EDFA具有自动增益功能，工作与通断状态下的光信号会产生光浪涌现象。在无光器件，大量的铒离子处于激发态，在光脉冲开始时，EDFA 增益突然增大且不稳定，从而不能正确地反映出EDFA 的增益，于是使输出的光信号的功率出现起伏。 于是，利用一路与探测光脉冲互补的填充光，使二者合成为准连续光，可以很好的消除光浪涌。此项技术称为FSK（频移键控）。 探测光脉冲 填充光脉冲 由于探测光线宽极窄（小于10KHz），因此它的相干性很好。这就使得探测光脉冲在被测光纤中各个瑞利散射单元内的光具有极强的相干性，从而使得瑞利散射信号的功率出现随机起伏，这就是相干瑞利噪声。 相干瑞利噪声造成探测曲线的剧烈波动 对测量的曲线进行多次平均，可以极大地消除相干瑞噪声。从而使曲线变得平滑 此外本振光与背散瑞利信号偏振态的失配会带来偏振噪声，它也会使探测曲线出现波动。 使用扰偏器对探测光信号进行扰偏，可以消除偏振噪声的影响。 其中，P LA 为注入到光纤的探测光功率，单位dBm；为探测器的噪声等效功率，单位dBm；为瑞利散射光的捕获因子,单位dB；为光信号接收端的损耗，单位dB；M为COTDR探测曲线的信噪比余量；SNIR为多点数字平均使系统动态范围的提升量；在COTDR中， dBm COTDR的性能指标 1.动态范围 理论估算 可以通过提升探测光脉冲的功率来提升动态范围； 可以通过增加测量和平均的次数来提升动态范围； *