CN113037366A - 基于频分复用的分布式光纤探测脉冲编码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种基于频分复用的分布式光纤探测脉冲编码方法，包括：S1、获取信号源发送的多组编码脉冲光信号，确定输出序列；S2、对输出序列进行分层处理，得到多个分层输出序列；并分别对每个分层输出序列进行低密度奇偶校验码LDPC编码处理，得到每个分层输出序列对应的信息序列；S3、按照预设概率分布规则，将每个分层输出序列对应的信息序列映射到正交幅度调制QAM星座图上，得到光纤信号；S4、依次采集光纤信号以及由待测光纤返回的多组背向散射信号，并获取多组检测数据；S5、对采集到的多组检测数据进行分析处理。本发明采用概率成形技术优化星座图分布，降低了光纤信号传输的能量损耗，提高了信道容量。

Description

基于频分复用的分布式光纤探测脉冲编码方法
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种基于频分复用的分布式光纤探测脉冲编码方法。
背景技术
光时域反射仪(OTDR)是通过背向散射和反射信号测量光纤传输特性的仪器，随着光纤通信中继距离不断增大，对OTDR的动态范围(光纤初始端信号散射强度与噪声峰值之间的分贝差)要求也不断增加，动态范围越大，可测量的光纤距离越长。由于时间的限制，通过增加累加次数提高动态范围，但累加次数只能取有限值；通过增加光脉冲宽度提高动态范围，会降低分辨率。
对此，中国专利CN104048684A公开了一种基于编码脉冲光信号的OTDR方法，用于对待测光纤进行检测，包括步骤：向待测光纤依次发送多组编码脉冲光信号，编码脉冲光信号是指包含伪随机序列编码的脉冲光信号；依次采集由待测光纤返回的多组背向散射信号，获取多组检测数据；对采集到的多组检测数据进行分析处理，获得最优的OTDR曲线图和事件列表。
在上述技术方案中，采用多组编码脉冲可以对近距离处的光纤使用高分辨率编码，对远距离光纤使用大动态范围编码，对不同距离处的事件使用不同编码脉冲进行测试分析，提高了相关OTDR的性能，同时还可以实现对瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射的同时检测。但是，为了提升信息传输的性能，目前广泛采用非正交的频分复用(GFDM)技术，由于GFDM系统的子载波间是非正交的关系，导致子载波间的互相干扰会比较大，导致信道传输性能损失较大、信道容量低。
发明内容
本发明提供一种基于频分复用的分布式光纤探测脉冲编码方法，解决了现有技术信道传输性能损失较大、信道容量低的技术问题。
本发明提供的基础方案为：基于频分复用的分布式光纤探测脉冲编码方法，包括：
S1、获取信号源发送的多组编码脉冲光信号，编码脉冲光信号是指包含伪随机序列编码的脉冲光信号，并对编码脉冲光信号进行概率成形处理，确定输出序列；
S2、对输出序列进行分层处理，得到多个分层输出序列；并分别对每个分层输出序列进行低密度奇偶校验码LDPC编码处理，得到每个分层输出序列对应的信息序列；
S3、按照预设概率分布规则，将每个分层输出序列对应的信息序列映射到正交幅度调制QAM星座图上，得到光纤信号；
S4、依次采集光纤信号以及由待测光纤返回的多组背向散射信号，并获取多组检测数据；
S5、对采集到的多组检测数据进行分析处理，以获得最优的OTDR曲线图和事件列表。
本发明的工作原理及优点在于：
(1)采用概率成形技术优化星座图分布，降低了光纤信号传输的能量损耗，提高了信道容量；通过可变码率的LDPC编码技术，可以使信道编码更加灵活，提高了编码效率，在提高信道容量的同时提高了误码性能。
(2)与此同时，使用多组编码脉冲，对近距离处的光纤使用高分辨率编码，对远距离光纤使用大动态范围编码，针对不同距离处的事件使用不同编码脉冲进行测试分析，对所有距离处的事件测量都可以达到最佳效果，从而全方位提高了相关OTDR的性能。
本发明采用概率成形技术优化星座图分布，降低了光纤信号传输的能量损耗，提高了信道容量，解决了现有技术信道传输性能损失较大、信道容量低的技术问题。
进一步，S1中，对编码脉冲光信号进行概率成形处理，确定输出序列，包括：先对编码脉冲光信号进行概率成形处理，以得到中间序列；然后对中间序列进行二进制标签处理，以得到输出序列。
有益效果在于：通常而言，二进制序列中二进制数0出现的概率远大于二进制数1出现的概率，对于输出序列而言，二进制数0的个数越多，概率越大，这样有利于提高概率成形处理的概率。
进一步，S2中，分别对每个分层输出序列进行LDPC编码处理，得到每个分层输出序列对应的信息序列，包括：先分别对每个分层输出序列进行LDPC编码处理，以得到每个分层输出序列对应的LDPC编码序列；然后分别对每个分层输出序列对应的LDPC编码序列进行信息交织处理，得到每个分层输出序列对应的信息序列。
有益效果在于：由于LDPC技术具有逼近香农信道容量的优异性能，通过这样的方式，对各分层输出序列进行LDPC编码处理，改变了各层输出序列的码率组合，从而提高了信道容量。
进一步，S5中，对采集到的多组检测数据进行分析处理，以获得最优的OTDR曲线图和事件列表，包括：采用与驱动编码对应的逆阵对采集到的各组检测数据分别进行数据解码，并存储；查找饱和事件，进行数据补偿；对解码后的每组数据进行分析，搜索光纤链路中存在的所有事件，计算事件参数，获得事件列表；对多组检测数据进行组合，根据组合后的数据生成最优的OTDR曲线图。
有益效果在于：由于在光纤中某些位置会产生较强的菲涅尔反射，导致丢失部分信息，这样可以避免饱和数据影响的区域扩大到整个编码脉冲的长度。
进一步，S4中，依次采集光纤信号以及由待测光纤返回的多组背向散射信号，并获取多组检测数据，具体为，对一组背向散射信号依次进行光电转换、放大滤波以及模数转换，获得一组检测数据。
有益效果在于：通过这样的方式，采集过程简单、便于实现。
进一步，S4中，依次采集光纤信号以及由待测光纤返回的多组背向散射信号，并获取多组检测数据，具体为，对一组背向散射信号进行分光，获得若干不同波段的散射分信号，再对每一路散射分信号分别进行光电转换、放大滤波以及模数转换，获得一组不同种类的检测数据。
有益效果在于：通过获得若干不同波段的散射分信号，再对每一路散射分信号分别进行光电转换、放大滤波以及模数转换，有利于提高检测数据的准确性。
附图说明
图1为本发明基于频分复用的分布式光纤探测脉冲编码方法实施例的流程图。
图2为本发明基于频分复用的分布式光纤探测脉冲编码方法实施例3的包覆层的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
说明书附图中的标记包括：光纤1、隔热层2、内铝层3、中铝层4、外铝层5。
实施例1
实施例基本如附图1所示，包括：
S1、获取信号源发送的多组编码脉冲光信号，编码脉冲光信号是指包含伪随机序列编码的脉冲光信号，并对编码脉冲光信号进行概率成形处理，确定输出序列；
S2、对输出序列进行分层处理，得到多个分层输出序列；并分别对每个分层输出序列进行低密度奇偶校验码LDPC编码处理，得到每个分层输出序列对应的信息序列；
S3、按照预设概率分布规则，将每个分层输出序列对应的信息序列映射到正交幅度调制QAM星座图上，得到光纤信号；
S4、依次采集光纤信号以及由待测光纤返回的多组背向散射信号，并获取多组检测数据；
S5、对采集到的多组检测数据进行分析处理，以获得最优的OTDR曲线图和事件列表。
具体实施过程如下：
首先，获取信号源发送的多组编码脉冲光信号，编码脉冲光信号是指包含伪随机序列编码的脉冲光信号，并对编码脉冲光信号进行概率成形处理，确定输出序列。在本实施例中，对编码脉冲光信号进行概率成形处理，确定输出序列，具体的步骤如下：第一步，先对编码脉冲光信号进行概率成形处理，以得到中间序列；第二步，对中间序列进行二进制标签处理，以得到输出序列。通常而言，二进制序列中二进制数0出现的概率远大于二进制数1出现的概率，对于输出序列而言，二进制数0的个数越多，概率越大，这样有利于提高概率成形处理的概率。
然后，对输出序列进行分层处理，得到多个分层输出序列；并分别对每个分层输出序列进行低密度奇偶校验码LDPC编码处理，以得到每个分层输出序列对应的信息序列。在本实施例中，分别对每个分层输出序列进行LDPC编码处理，得到每个分层输出序列对应的信息序列，具体步骤如下：第一步，先分别对每个分层输出序列进行LDPC编码处理，以得到每个分层输出序列对应的LDPC编码序列；第二步，分别对每个分层输出序列对应的LDPC编码序列进行信息交织处理，从而得到每个分层输出序列对应的信息序列。由于LDPC技术具有逼近香农信道容量的优异性能，对各分层输出序列进行LDPC编码处理，改变了各层输出序列的码率组合，从而提高了信道容量。
S3、按照预设概率分布规则，将每个分层输出序列对应的信息序列映射到正交幅度调制QAM星座图上，得到光纤信号。在本实施例中，包括以下步骤：第一步，按照预设概率分布规则，确定每个分层输出序列对应的信息序列中每个码字出现的概率；第二步，按照每个码字出现的概率，将每个码字映射到星座图上，从而得到光纤信号；其中，每个分层输出序列对应的信息序列中，第一码字与星座图的原点的距离小于第二码字与所述星座图的原点的距离，第一码字的概率大于第二码字的概率。
S4、依次采集光纤信号以及由待测光纤返回的多组背向散射信号，并获取多组检测数据。具体来说，对一组背向散射信号依次进行光电转换、放大滤波以及模数转换，以获得一组检测数据。
S5、对采集到的多组检测数据进行分析处理，以获得最优的OTDR曲线图和事件列表。在本实施例中，包括以下步骤：第一步，采用与驱动编码对应的逆阵对采集到的各组检测数据分别进行数据解码，并存储；第二步，查找饱和事件，进行数据补偿；第四步，对解码后的每组数据进行分析，搜索光纤链路中存在的所有事件，计算事件参数，获得事件列表；第五步，对多组检测数据进行组合，以根据组合后的数据生成最优的OTDR曲线图。由于在光纤中某些位置会产生较强的菲涅尔反射，导致丢失部分信息，这样可以避免饱和数据影响的区域扩大到整个编码脉冲的长度。
实施例2
与实施例1不同之处仅在于，依次采集光纤信号以及由待测光纤返回的多组背向散射信号，并获取多组检测数据，具体包括步骤：第一步，对一组背向散射信号进行分光，获得若干不同波段的散射分信号；第二步，对每一路散射分信号分别进行光电转换、放大滤波以及模数转换，以获得一组不同种类的检测数据。这样通过获得若干不同波段的散射分信号，再对每一路散射分信号分别进行光电转换、放大滤波以及模数转换，有利于提高检测数据的准确性。
实施例3
与实施例2不同之处仅在于，在本实施例中，光纤处于露天的状态。在某些地域，由于空气污染严重，空气中存在二氧化硫等气体，使得在下雨天极有可能出现酸雨。通常情况下，光纤由玻璃纤维材料制成，玻璃纤维在酸雨的作用下可能会被腐蚀。光纤被酸雨腐蚀的部位的厚度会变薄，光纤变薄的部位的反射和折射性能都会发生变化，从而会对瑞利光在光纤内部传播产生干扰，最终降低信噪比。故而，在对光脉冲进行调制解调之前，需要采取措施避免酸雨腐蚀光纤造成的不良影响。
在本实施例中，采用包覆层对光纤进行防护，如附图2所示，包覆层包括隔热层2、内铝层3、中铝层4和外铝层5，光纤1被隔热层2进行包覆，内铝层3和外铝层5的横截面为梯形块，中铝层4的横截面为圆环，隔热层2外面由里到外分别为内铝层3、中铝层4和外铝层5；其中，将外铝层5连接外加电源，而且外铝层5连接到外加电源的负极。通过这样的方式，对外铝层5进行阴极保护，在外铝层5的表面通入足够的阴极电流，使外铝层5的电位变负，降低外铝层5的溶解速度，确保在外铝层5遭受酸雨时也能够很好地保护光纤1，避免光纤1被酸雨所腐蚀。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.基于频分复用的分布式光纤探测脉冲编码方法，其特征在于，包括：
S1、获取信号源发送的多组编码脉冲光信号，编码脉冲光信号是指包含伪随机序列编码的脉冲光信号，并对编码脉冲光信号进行概率成形处理，确定输出序列；
S2、对输出序列进行分层处理，得到多个分层输出序列；并分别对每个分层输出序列进行低密度奇偶校验码LDPC编码处理，得到每个分层输出序列对应的信息序列；
S3、按照预设概率分布规则，将每个分层输出序列对应的信息序列映射到正交幅度调制QAM星座图上，得到光纤信号；
S4、依次采集光纤信号以及由待测光纤返回的多组背向散射信号，并获取多组检测数据；
S5、对采集到的多组检测数据进行分析处理，以获得最优的OTDR曲线图和事件列表。
2.如权利要求1所述的基于频分复用的分布式光纤探测脉冲编码方法，其特征在于，S1中，对编码脉冲光信号进行概率成形处理，确定输出序列，包括：先对编码脉冲光信号进行概率成形处理，以得到中间序列；然后对中间序列进行二进制标签处理，以得到输出序列。
3.如权利要求2所述的基于频分复用的分布式光纤探测脉冲编码方法，其特征在于，S2中，分别对每个分层输出序列进行LDPC编码处理，得到每个分层输出序列对应的信息序列，包括：先分别对每个分层输出序列进行LDPC编码处理，以得到每个分层输出序列对应的LDPC编码序列；然后分别对每个分层输出序列对应的LDPC编码序列进行信息交织处理，得到每个分层输出序列对应的信息序列。
4.如权利要求3所述的基于频分复用的分布式光纤探测脉冲编码方法，其特征在于，S5中，对采集到的多组检测数据进行分析处理，以获得最优的OTDR曲线图和事件列表，包括：采用与驱动编码对应的逆阵对采集到的各组检测数据分别进行数据解码，并存储；查找饱和事件，进行数据补偿；对解码后的每组数据进行分析，搜索光纤链路中存在的所有事件，计算事件参数，获得事件列表；对多组检测数据进行组合，根据组合后的数据生成最优的OTDR曲线图。
5.如权利要求4所述的基于频分复用的分布式光纤探测脉冲编码方法，其特征在于，S4中，依次采集光纤信号以及由待测光纤返回的多组背向散射信号，并获取多组检测数据，具体为，对一组背向散射信号依次进行光电转换、放大滤波以及模数转换，获得一组检测数据。
6.如权利要求5所述的基于频分复用的分布式光纤探测脉冲编码方法，其特征在于，S4中，依次采集光纤信号以及由待测光纤返回的多组背向散射信号，并获取多组检测数据，具体为，对一组背向散射信号进行分光，获得若干不同波段的散射分信号，再对每一路散射分信号分别进行光电转换、放大滤波以及模数转换，获得一组不同种类的检测数据。
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