技术领域
[0001] 本
发明涉及用于估计光信道的反射曲线(profile)的方法和设备。
背景技术
[0002] 如今，接入网络，也被称为无源光网络(PON)，被用于将多个客户连接到数据传输的核心网络。
[0003] 在这样的接入网络中，在包含光线路终端(OLT)的所谓中心局处给出核心网络和接入网络之间的互连。
[0004] 经由至少一条光纤，优选地被称为
馈线光纤，将OLT连接到所谓的远程
节点。在该远程节点处，由OLT发送的下行链路光
信号被分割到不同光分支上，一个或多个客户借助于光网络单元(ONU)连接到该不同光分支。
[0005] 客户经由光分支将上行链路
光信号向远程节点发送，远程节点将这些上行链路光信号组合为组合上行链路信号并且经由馈线光纤将组合
信号传输到包含OLT的中心局。
[0006] 为了确定设备将光信号发送到其中的传输信道的传输性质，可以应用光时域反射测量(OTDR)的测量技术。在这种OTDR测量中，估计传输信道的反射曲线。优选地，在OLT处执行OTDR的技术。
[0007] 出于OTDR的目的，光脉冲形式的测量光信号可以被发送到光信道中，光信道包括一条或多条光纤。这些光纤通常由非均质材料制成，这造成测量光信号的后向散射。后向散射的光信号、优选地被称为接收响应信号、然后可以随时间被记录为反射曲线。在知道光纤内的光信号的传播速度的情况下，可以将接收响应信号从时域转换成距离。
[0008] 光信道的不同
缺陷，诸如例如开放连接器或者脏的光纤连接器，可能会造成测量信号的特性增加的或减少的后向散射，这进而可以被观察为反射曲线内的反射峰。通过检查反射曲线以及包含在曲线内的反射峰，可以导出缺陷在光信道内存在的距离。
[0009] 代替使用单个光脉冲作为测量信号，可以采用更先进的OTDR技术。这种先进的技术利用其振幅根据相关序列被调制的光信号。接收响应信号首先被记录，并且然后用于确定反射曲线。这通过使时间离散版本的接收响应信号与初始相关序列本身相关来实现。在相关序列的自相关函数等于或者近似于狄拉克δ(dirac delta)函数的情况下，相关的结果产生时域中光信道的脉冲响应的估计，其是反射曲线的近似。
[0010] 在使用发送设备将携带传输数据的光传输信号发送到光信道中时，一种可能是通过使用其它的、分离的设备执行OTDR技术。在这种情况下，发送设备和分离的OTDR设备两者耦合到相同光信道，优选地经由光
耦合器。
[0011] 更先进的技术是嵌入OTDR(eOTDR)技术，其中发送设备本身包含用于生成光传输信号的
硬件以及用于执行OTDR测量所必要的硬件。优选地，根据相关序列直接调制光传输信号，其中选择该直接调制的
频率使得其不干扰在接收侧处的数据接收。在将光传输信号发送到承载经直接调制的测量信号的光信道中之后，通过滤除调制光传输信号的频率，可以得到光信道的接收响应信号。然后，经由如先前上面已经描述的信号相关技术，该接收响应信号可以用于确定反射曲线。
发明内容
[0012] 所提出的是估计光信道的反射曲线的方法。该方法包括不同的步骤。
[0013] 提供光信道的测量反射曲线。在测量反射曲线内估计一个或多个反射峰。
[0014] 通过从测量反射曲线移除估计反射峰，确定剩余反射曲线。此外，通过
修改剩余反射曲线内的一个或多个估计串扰频率分量，确定修改的剩余反射曲线。
[0015] 最后，通过
叠加估计反射峰和修改的剩余反射曲线，确定估计反射曲线。
[0016] 为了把握所提出的方法的优点，可以考虑以下方面。
[0017] 在执行嵌入OTDR的方法时，执行反射曲线的测量的硬件部件可能经受由存在于同一个设备内的其它硬件部件造成的串扰噪声的影响。这种串扰噪声可能劣化所测量的响应信号，并且由此还会劣化测量反射曲线。尤其是在OTDR设备集成到传输设备中作为小型可插拔(SFP)给出的情况下，可能会存在串扰噪声。
[0018] 为了得到可靠的估计反射曲线，需要降低串扰噪声的影响。一个对策可以是屏蔽硬件设备，以便减少由硬件设备生成的电
磁场造成的串扰噪声的量。由于针对执行eOTDR的设备给定的空间限制，这样的对策一方面是繁琐的，并且另一方面也可能是昂贵的。
[0019] 为了从测量反射曲线移除串扰噪声，可以应用滤波技术。该滤波技术不仅可能对串扰噪声产生影响，而且会对存在于测量反射曲线内的反射峰产生影响。如先前已经描述的，这些反射峰应当保持存在于经滤波的反射曲线内，以便检测光信道的缺陷。
[0020] 所提出的方法首先估计反射峰，并且然后移除这些峰，以便产生剩余反射曲线。接着，对剩余反射曲线进行滤波，使得估计的串扰频率分量被修改。由于串扰通常在反射曲线的
频谱内造成一个或多个频谱峰这样的事实，通过修改估计的串扰频率分量，可以减少串扰噪声。在修改串扰频率分量之后，使所产生的修改的剩余反射曲线与先前估计的反射峰叠加。
[0021] 从而，所提出的估计反射的方法应用滤波技术，其中在分离地对频域中的串扰噪声进行滤波之前，估计反射峰首先与测量反射曲线分离，并且然后最终再次叠加经滤波的结果与保留的反射峰。因此，这种用于降低串扰影响的滤波技术避免了存在于最后估计的反射曲线内的反射峰的严重劣化。因此，估计反射曲线包含保存良好的反射峰。从而，估计反射曲线可以用于经由反射峰检测光信道的缺陷以及由于减少的串扰噪声而可靠地估计光信道的衰减曲线。
附图说明
[0022] 图1示出根据
实施例的所提出的方法的
流程图。
[0023] 图2a和图2b示出在线性和对数域中的测量反射曲线。
[0024] 图3示出在线性域中的测量反射曲线的二阶导数。
[0025] 图4a示出估计的反射峰。
[0026] 图4b示出剩余反射曲线。
[0027] 图5示出剩余反射曲线的频谱的幅度。
[0028] 图6示出幅度的一阶导数。
[0029] 图7示出修改的剩余反射曲线。
[0030] 图8a和图8b分别示出在线性和对数域中的以时间标度作为横坐标绘制的估计反射曲线。
[0031] 图9a和图9b分别示出在线性和对数域中的以距离标度作为横坐标绘制的估计反射曲线。
[0032] 图10示出根据实施例的所提出的设备。
具体实施方式
[0033] 图1示出根据优选实施例的所提出的方法的流程图。在步骤S1中，提供OTDR轨迹(trace)作为光信道的测量反射曲线。该OTDR轨迹可以由也执行所提出的方法的设备来测量。根据替代解决方案，OTDR轨迹可以由第一设备经由第二设备的数据
接口提供给第二设备，该数据接口接收OTDR轨迹的数据，并且然后将OTDR轨迹提供给第二设备的、执行所提出的方法的其它步骤的其它子设备。
[0034] OTDR轨迹优选是时间离散
采样信号形式的测量反射曲线。优选地，采样的测量反射曲线的
采样频率在几兆赫兹、优选40MHz的范围内。40MHz这样的采样频率对应于25ns的采样间隔。考虑光纤内典型的光信号传播速度，25ns的采样间隔对应于2.5m的距离
分辨率。
[0035] 测量反射曲线RP被提供给所提出的方法的下一步骤S2。图2a示出线性域中的测量反射曲线RP的示例，其中沿横坐标示出对应于微秒的
时间分辨率的时间标度。在该示例中，反射曲线RP包含至少三个反射峰P1、P2、P3，以及串扰噪声，串扰噪声作为与反射曲线RP叠加的噪声信号是清晰可见的。
[0036] 图2a的反射曲线RP在图2b中再次示出为对数域中的反射曲线RPL。图2a和图2b的反射曲线RP和RPL两者在本文中被绘制为随着微秒时间标度变化的时间连续信号，其中本领域技术人员将认可，这种时间连续的图可以表示时间离散的和采样的反射曲线。从而，反射曲线RP和RPL的绘制值可以被看作随着与图2a和图2b中示出的时间标度对应的离散索引(indices)绘制的时间离散值。
[0037] 返回到图1，在步骤S2内估计反射曲线RP内存在的反射峰EP。然后可以在单独的步骤S21中存储这些估计的反射峰EP。在时域中提供测量反射曲线RP，而估计反射峰EP优选地也在时域中被估计。为了估计反射峰，确定测量反射曲线的二阶导数。这可以通过针对时间离散的测量反射曲线在时域中确定信号的二阶微分来获得。产生了该二阶导数后，估计针对其二阶导数超过定义
阈值的那些时间离散索引存在的反射峰。
[0038] 图3示出二阶导数SD连同阈值Tl。通过确定二阶导数SD的中值绝对值，可以确定阈值T1。优选地，阈值Tl被选择为该中值绝对值乘以固定因子。固定因子优选地在值1和10之间的范围内被选择。在优选实施例中，固定因子被选择为值6。
[0039] 如先前概述的，为了估计一个或多个反射峰的存在，确定针对其二阶导数超过阈值的那些二阶导数的时间离散索引。然后，估计反射峰被确定为测量反射曲线RP的其时间离散索引对应于或者等于所确定的时间离散索引的那些值。
[0040] 优选地，不仅测量反射曲线RP的这些确定的值被用作估计的反射峰并且然后被移除，而且测量反射曲线RP的其它值也被确定用作估计反射峰。这些其它值是如下的那些值：其对应的其它时间离散索引位于以先前确定的时间离散索引为中心的预定义
时间窗口内。从而，优选地，与组合的时间离散索引集对应的组合的值集被用于估计反射峰，其中组合的时间离散索引集是先前确定的时间离散索引集和其他时间离散索引的组合。
[0041] 对于针对测量反射曲线RP的40MHz的采样频率，时间窗口优选地具有8个时间离散索引(其对应于200ns或者20m的距离分辨率)的宽度。此外，在使用仅单个光脉冲而非相关序列来用于OTDR测量时，时间窗口的时间宽度对应于光脉冲的半峰全宽。而且此外，时间窗口的时间宽度对应于由使用相关序列的OTDR测量产生的狄拉克δ函数的时间宽度。
[0042] 优选地时间窗口是加权窗口，其定义用于测量反射曲线的落在时间窗口内的值的加权因子。根据第一解决方案，加权窗口是简单的矩形窗口，其将为1的恒定因子应用于测量反射曲线的落在时间窗口内的那些值。根据另一解决方案，加权窗口是升余弦窗口，其将在范围0至1内的不同值应用于测量反射曲线的落在时间窗口内的那些值。通过使用这样的升余弦窗口，实现了表示反射峰的值和表示无反射峰的值的更平滑过渡。
[0043] 图4a示出线性域中的若干估计反射峰EP。
[0044] 返回到图1，在步骤S3内，从测量反射曲线RP移除估计反射峰。这产生剩余反射曲线RRP。图4b示出线性域中的剩余反射曲线RRP。通过由反射曲线的与反射峰被检测到的索引毗邻的那些索引的平均值替换测量反射曲线在反射峰被检测到的那些索引处的初始值，而从剩余反射曲线RRP移除反射峰。
[0045] 返回到图1，得到的剩余反射曲线RRP然后用于滤除串扰噪声。
[0046] 图5示出剩余反射曲线的频谱的幅度S。图5中还指示了串扰噪声的频率分量CT。通过修改剩余反射曲线的频谱内的估计串扰频率分量，确定修改的剩余反射曲线。
[0047] 这种修改在图1的步骤S4中执行。图5中示出的串扰频率分量CT在频域中被估计并且也在频域中被修改。这种串扰频率分量CT可以预期为较低频域内的频谱峰，而通常对于剩余反射曲线的频谱内的较高频率，预期没有不连续。
[0048] 为了估计串扰频率分量CT，通过将剩余反射曲线从时域变换到频域，确定反射曲线的频谱。优选地，这通过在时域中离散的并且在频域中离散的频率变换来执行。优选地，使用快速
傅立叶变换(FFT)。这产生复数离散频率谱。这种离散频率谱的幅度S是图5中示出的幅度S，其中沿横坐标绘制了作为连续标度的频率标度。在该示例中，所绘制的离散值的数目是4096。
[0049] 为了最终检测串扰频率分量CT，优选地通过确定一阶微分信号，求复数离散频率谱的微分一次。这产生复数一阶导数。然后，确定该一阶导数的幅度，这产生实数值。
[0050] 图6示出剩余反射曲线的频谱的一阶导数的幅度FD。确定如下的一阶导数的幅度FD的那些频谱索引：针对其一阶导数的幅度FD超过频谱阈值T2。然后修改复数频谱在与所确定的频谱索引对应的那些索引处的复数值。
[0051] 通过确定一阶导数的幅度FD的中间值，可以确定阈值T2。优选地，阈值T2被选择为该中间值乘以固定因子。优选地在值1和10之间的范围内选择固定因子。在优选实施例中，固定因子被选择为值6。
[0052] 优选地，通过确定在预定义频谱范围FR内的一阶导数的幅度FD的中间值，确定阈值T2。该频谱范围FR具有频率下限LL和频率上限UL。然后，该中间值可以乘以固定因子。优选地，在值1和10之间的范围内选择固定因子。在优选实施例中，固定因子被选择为值
6。
[0053] 优选地，不仅针对在一阶导数的幅度FD超过频谱阈值T2的那些频谱索引处的频谱值、而且针对其其它频谱索引位于以先前确定的频谱索引为中心的一个或多个预定义频谱窗口内的、频谱的其它值，执行频谱的复数频谱值的修改。
[0054] 从而，优选地，与组合的离散频谱索引集对应的组合的值集被用于估计串扰频率分量并且然后修改这些分量，其中组合的离散频谱索引集是先前确定的离散频谱索引集和其它离散频谱索引的组合。
[0055] 优选地，频谱窗口具有预定义宽度，其优选地具有八个频谱索引的宽度。优选地，该频谱窗口是加权窗口，其在一个替代解决方案中可以是应用为1或0的加权因子的矩形窗口。根据替代解决方案，频谱窗口是应用在0和1之间的范围内变化的加权因子的升余弦窗口。
[0056] 与用于估计串扰频率分量的频谱索引对应的对应复数频谱值被修改为相应平均值。对于这些对应复数频谱值之一，相应复数平均值被确定为与要修改的对应值毗邻的毗邻频谱值的平均值。
[0057] 优选地，串扰频率分量的估计以及这些分量的修改限于预定义的
频率范围FR。
[0058] 然后，通过优选地使用时间离散和离散频率变换作为逆变换，经修改的复数频谱从频域变换回到时域。优选地，该逆变换是逆
快速傅立叶变换(IFFT)。
[0059] 然后，所获得的修改的剩余反射曲线从步骤S4被提供到步骤S5，如图1中示出的。这样的修改的剩余反射曲线MRRP的示例被示出在图7中的线性域中。如图1中示出的，所产生的修改的剩余反射曲线MRRP然后在步骤S5内与先前估计的反射峰EP叠加。这产生估计反射曲线ERP。
[0060] 图8a和图8b示出在线性域中的估计反射曲线ERP以及在对数域中的估计反射曲线ERPL，其中这些曲线随着在横坐标上的时间标度被绘制。通过比较在线性域中的图2a的初始测量的反射曲线RP与图8a的估计反射曲线ERP，必须注意的是，串扰噪声的量减少了，同时减少串扰噪声的步骤对反射峰的影响保持在最小量。看图8a，可以清楚地看到，不仅可以观察到初始可见的反射峰P1、P2和P3，而且可以观察到先前在图2a的反射曲线RP内不容易看见的反射峰P4。
[0061] 所提出的方法是有利的，因为它在随后对剩余反射曲线进行滤波以减少串扰噪声的量之前，首先从测量反射曲线分离估计反射峰。此外，通过此后使估计反射峰与修改的剩余反射曲线叠加，得到估计反射曲线，其中减少串扰噪声和保留反射峰的两个目的都被实现。
[0062] 图9a和图9b分别示出在线性域中的估计反射曲线ERPD和在对数域中的估计反射曲线ERPDL，其中这些曲线随着横坐标上的距离标度被绘制。
[0063] 图10示出根据优选实施例的用于估计光信道的反射曲线的所提出的设备。
[0064] 设备D包含通过其表示测量反射曲线的数据可以被接收的数据接口DI。
[0065] 优选地，数据接口DI经由
数据总线DB连接到处理设备P以及
存储器设备M。
[0066] 存储器设备M和处理设备P可操作使得它们联合地执行上面详细描述的所提出的方法的不同步骤。
[0067] 从而，存储器设备M和处理设备P可操作用于联合地估计测量反射曲线内的反射峰，并且此外用于通过从测量反射曲线移除估计反射峰来确定剩余反射曲线。
[0068] 此外，设备P和M可操作用于联合地修改剩余反射曲线内的估计串扰频率分量，以确定修改的剩余反射曲线。最后，设备P和M可操作用于联合地叠加估计反射峰和修改的剩余反射曲线，以确定估计反射曲线。
[0069] 图10中示出的各种元件的功能(包括标记为“处理器”的任何功能
块)可以通过使用专用硬件以及有能
力执行
软件的硬件结合适当的软件来提供。在由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或者其中一些可以被共享的多个单独处理器来提供。而且，明确的使用术语“处理器”不应该被解释为专指有能力执行软件的硬件，并且可以隐含地包括(但不限于)
数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成
电路(ASIC)、现场可编程
门阵列(FPGA)、用于存储软件的
只读存储器(ROM)、
随机存取存储器(RAM)以及非易失性存储设备。还可以包括常规和/或定制的其它硬件。
[0070] 应由本领域技术人员理解的是，本文中的任何
框图表示体现本发明原理的说明性电路装置的概念性视图。类似地，将理解的是，任何流程图可以基本上被表示在计算机可读介质中并且因此由计算机或处理器执行，无论这些计算机或处理器是否被明确示出。
