CN113167677A - 光学信号的多层编码 - Google Patents

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Abstract

在一些示例中，一种设备包括：多层码生成器，该多层码生成器用于基于应用多个层的编码来生成码字；光源，该光源用于基于所生成的码字来产生编码光学脉冲；以及光学耦合器，该光学耦合器用于将编码光学脉冲传播至光学介质。

Description

光学信号的多层编码
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年3月1日提交的题为“光学信号的多层编码(MULTI-LAYERENCODING OF OPTICAL SIGNALS)”的美国专利申请序列第16/289,904号的优先权的权益，该美国专利申请的内容通过引用并入本文。
背景技术
可以通过诸如光纤的光学介质或其他类型的光学介质来传输信息。例如，在光学通信网络中可以使用光学介质。
光时域反射计(optical time domain reflectometer，OTDR)是将光学探测脉冲发射至被测光学介质中的测量装置。对由被测光学介质反向散射或反射的光进行分析，以确定光学介质的衰减损耗和反射分布随距离的变化。到被测光学介质的特征的距离是通过测量光学信号行进至该特征并返回至OTDR所涉及的时间来确定的。
发明内容
根据本公开内容的各方面，为了改善OTDR的性能，应用了多层编码，该多层编码基于应用多个层的编码来生成码以产生用于探测被测光学介质的编码光学脉冲。多个层的编码包括：应用于测试信号的第一层的编码，其产生第一码字集；以及应用于第一码字集以产生第二码字集的第二层的编码等。多层编码输出用于调制光学信号以产生被传输至被测光学介质中的编码光学脉冲的最终码字集。
根据本公开内容的一个方面，提供了一种设备，所述设备包括：多层码生成器，该多层码生成器用于基于应用多个层的编码来生成码字；光源，该光源用于基于所生成的码字来产生编码光学脉冲；以及光学耦合器，该光学耦合器用于将编码光学脉冲传播至光学介质。
根据本公开内容的另一个方面，提供了一种设备，所述设备包括：接口，该接口用于从光学接收器接收表示响应于传输至光学介质中的编码光学脉冲的反射光的测量结果的数据；以及处理器，该处理器用于使用多个层的解码对数据进行解码，以恢复目标信号，所述目标信号为反射光的强度随沿光学介质的距离变化的表示的一部分。
根据本公开内容的另一个方面，提供了一种通过光时域反射计(OTDR)执行的方法，该方法包括：基于应用多个层的编码来生成码字；使用所述码字对信号进行调制以产生编码光学脉冲；将编码光学脉冲传输至光学介质中；接收来自光学介质的响应于传输至该光学介质中的编码光学脉冲的反射光的测量结果；使用多个层的解码对测量结果进行解码；以及基于所述解码的输出来产生反射光的强度随沿光学介质的距离变化的表示。
可选地，在前述方面中的任一方面中，在另一实现方式中，多个层的编码包括不同层的编码的顺序，其中，一个层的编码的输出被提供给另一层的编码的输入。
可选地，在前述方面中的任一方面中，在另一实现方式中，多个层的编码包括：对输入信号进行的第一层编码；以及对第一层编码的编码输出进行的第二层编码。
可选地，在前述方面中的任一方面中，在另一实现方式中，多个层的编码还包括对第二层编码的编码输出进行的第三层编码。
可选地，在前述方面中的任一方面中，在另一实现方式中，其中，第一层编码使用第一类型码，并且第二层编码使用与第一类型编码不同的第二类型编码。
可选地，在前述方面中的任一方面中，在另一实现方式中，第一层编码的编码输出包括第一码字集，并且第二层编码用于进一步对第一码字集中的每个码字进行编码以产生比第一码字集大的第二码字集。
可选地，在前述方面中的任一方面中，在另一实现方式中，调制器使用所生成的码字对信号进行调制以产生编码光学脉冲。
可选地，在前述方面中的任一方面中，在另一实现方式中，光学接收器通过光学耦合器接收来自光学介质的反射光，并且解码器使用多个层的解码对来自光学接收器的反射光的测量结果进行解码。
可选地，在前述方面中的任一方面中，在另一实现方式中，多个层的解码包括：对测量结果进行解码的第一层解码；以及对第一层解码的解码输出进行解码的第二层解码。
可选地，在前述方面中的任一方面中，在另一实现方式中，多个层的解码还包括对第二层解码的解码输出进行解码的第三层解码。
可选地，在前述方面中的任一方面中，在另一实现方式中，解码器产生包括反射光的强度随沿光学介质的距离变化的表示的输出。
可选地，在前述方面中的任一方面中，在另一实现方式中，多个层中的一个层的编码应用选自下述中的编码技术：互补相关编码、线性编码、相互正交编码和双正交编码。
可选地，在前述方面中的任一方面中，在另一实现方式中，多个层的解码包括不同层的解码的顺序，其中，一个层的解码的输出被提供给另一层的解码的输入。
可选地，在前述方面中的任一方面中，在另一实现方式中，第一层解码的解码输出包括第一码字集，并且第二层解码用于生成包括比第一码字集小的第二码字集的解码输出。
可选地，在前述方面中的任一方面中，在另一实现方式中，多个层中的最后一层的解码产生目标信号。
在另外的方面中，包括附加特征或替选特征。
附图说明
参照以下附图描述本公开内容的一些实现方式。
图1是根据本公开内容的一些实现方式的包括光时域反射计(OTDR)的系统的框图。
图2是根据本公开内容的一些实现方式的多层编码器的框图。
图3示出根据一些示例的对光学脉冲应用编码以产生编码光学脉冲的编码器。
图4是根据本公开内容的一些实现方式的多层解码器的框图。
图5和图6是接收到的响应于被传输至被测光学介质中的编码光学脉冲的测量结果的时序图。
图7是根据本公开内容的一些实现方式的OTDR的处理的流程图。
图8是根据本公开内容的一些实现方式的计算机系统的框图。
贯穿附图，相同的附图标记表示类似但不一定相同的元素。附图不一定按比例绘制，并且一些部件的尺寸可能会被放大以更清楚地示出所示示例。此外，附图提供了与描述一致的示例或实现方式；然而，描述不限于附图中提供的示例或实现方式。
具体实施方式
在本公开内容中，除非上下文另有明确指示，否则术语“一个”、“一种”和“该”的使用也旨在包括复数形式。此外，在本公开内容中使用时，术语“包括(includes)”、“包括(including)”、“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“具有(have)”或“具有(having)”指定所阐明的元素的存在，但不排除其他元素的存在或添加。
由光时域反射计(OTDR)传输至被测光学介质中的光学信号是从沿光学介质的不同点反射的。例如，光的反射可以是由于瑞利后向散射或菲涅耳反射引起的。被测光学介质可以包括光纤、光波导或能够与光学信号通信的任何其他介质。
通过测量来自被测光学介质的反射光，OTDR可以用于确定光学介质的特性。所确定的特性可以用于识别沿光学介质的异常的位置，或者用于表征沿光学介质的长度的光学介质的分布。
异常可能是由于各种因素而引起的，所述因素包括下述中的任何或一些组合：光学介质中的断裂或其他不连续性、光学介质中的不均匀或划痕的表面、连接光学介质的各部分的光学连接器、用于连接光学介质的各部分的接合、光学介质的弯曲等。
可以得出由OTDR所获取的光学测量结果随沿被测光学介质的距离变化的轨迹或其他表示。光学测量结果可以采用在各个时间处获取的所测量的反射光强度(其可以转换为沿光学介质的相应距离)的形式。在一些示例中，所测量的反射光强度可以包括反射光的光学功率。
如果沿光学介质不存在异常，则所测量的反射的光学功率将随沿光学介质的距离逐步地衰减。然而，与轨迹上期望的反射光学功率相比，光学介质中的存在异常的位置显示为所测量的反射光学功率的尖峰、凹陷或者其他偏差。
OTDR与指示OTDR的有效性的各种性能度量相关联。性能度量的示例包括动态范围、空间分辨率和死区。
动态范围提供了对OTDR范围的量度，即，对OTDR脉冲可以达到的被测光学介质的最大长度的量度，以便检测光学介质在该最大长度处的特征。“特征”是指光学介质中的可以引起光反射(瑞利后向散射、菲涅耳反射等)回至OTDR的任何部分。动态范围被表示为在从光学介质反射的初始功率水平与等于OTDR中的光学检测器的噪声基底的值之间的分贝(Decibel，dB)差。该dB差表示可以由OTDR在给定噪声水平处以后向散射形式检测到的最大损耗。
由于OTDR的动态范围与注入到被测光学介质中的功率有关，因此增加传输至光学介质中的光学脉冲的脉冲宽度(这增加了注入的光学功率)可以提高动态范围。光学脉冲的脉冲宽度是指OTDR的光源接通期间的时间量。较长的光学脉冲携带较多的能量。然而，增加所注入的光学脉冲的脉冲宽度可能降低OTDR的空间分辨率，这可能导致事件在光学介质中的空间定位的不确定性增加。
OTDR的空间分辨率是指在被测光学介质中可以通过OTDR检测到的事件之间的最小距离。例如，空间分辨率为2厘米(Centimeter，cm)意味着OTDR能够识别沿光学介质间隔开2cm或更多的事件。OTDR将不能检测到光学介质中间隔小于2cm的不同事件。期望的是，OTDR具有优于粗糙空间分辨率的较精细的空间分辨率。
为了克服OTDR的动态范围与空间分辨率之间的折衷，应用了编码技术，其中应用编码以产生要被传输至被测光学介质中的光学信号。更具体地，使用通过编码技术产生的码字来对光学脉冲进行调制(例如，使用幅度调制或相位调制)，并且将经调制的光学脉冲传输至光学介质中。编码技术的示例包括下述中的任意一种：互补相关编码(例如，戈莱(Golay)编码)、线性编码(例如，单工编码)、相互正交编码(例如，相互正交互补序列集)、双正交编码等。
编码技术使用码(或更一般地，码的集合，其中该集合可以包括一个或更多个码)来对信号进行编码。码的集合中的码可以具有指定长度。通过应用编码，代替发送一个长的光学脉冲，将较短的幅度变化的光学脉冲的集合(基于光学脉冲的编码而产生的)替代地发送至被测光学介质中。集合中的光学脉冲的数目取决于码的长度。编码光学脉冲的使用增加了光学信号的功率，同时仍然提供了满足目标规格的相对好的空间分辨率(例如，小于阈值距离的目标空间分辨率)。
在强反射光(例如，具有高的光学功率的反射光)的存在下，使用编码可能产生死区。死区是指在OTDR的光学检测器暂时无法有效地检测下一个反射事件期间的时间的长度。强反射光可能导致被测光学介质的某些物理特性的存在。在接收到强反射光之后，在光学检测器可以再次有意义地检测下一个反射事件之前，光学检测器可能需要花费一定时间来恢复。死区的长度可以对应于所使用的码的长度；例如，码的长度越长，死区越长。死区效应可能由于由OTDR的部件对大量反射光的非线性响应引起的失真而加剧。例如，强反射光可能引起下述中的至少一个：OTDR的光学检测器中的饱和效应；以及OTDR的模数转换器(Analog-to-Digital converter，ADC)的限幅(clipping)(限幅使ADC输出该ADC的最大值或最小值，而不管到ADC的输入持续增加或持续降低)。
由于死区效应，OTDR不能简单地增加码的长度以增加光学信号功率(并且因此增加OTDR的动态范围)，这是因为码长度的增加可能导致死区增加。虽然可以使用线性码来减少光学反射功率，但是针对线性码的测量时间可能较长，这可能不是期望的。
根据本公开内容的一些实现方式，代替仅增加码的码长度以增加光学信号功率，OTDR执行多层编码，在多层编码中，基于应用多个层的编码来生成传输至被测光学介质中的编码光学脉冲。多层编码应用连续的M个层的编码，其中，M≥2。2层编码包括：使用第一码的集合对测试信号(用于产生要被注入至被测光学介质中的光学脉冲的信号)执行第一层编码；以及使用第二码的集合对第一层编码的编码输出执行第二层编码。3层编码包括：使用第一码的集合对测试信号执行第一层编码；使用第二码的集合对第一层编码的编码输出执行第二层编码；以及使用第三码的集合对第二层编码的编码输出执行第三层编码。
“码的集合”可以是指包括仅一个码或多于一个码的集合。
通过使用多个层的编码，在每个层的编码中使用的码的码长度可以相对短，以减少死区效应。然而，多个层的编码产生较大数目的码字，所述码字在被用于对测试信号进行编码以产生被注入至被测光学介质中的编码光学测试脉冲时有效地增加了光学信号功率，同时仍然实现了目标水平的空间分辨率。
OTDR接收与反射光学信号对应的测量结果，该反射光学信号是响应于根据多层编码产生的经编码的光学脉冲而从被试测光学介质反射的。OTDR将接收到的测量结果转换为数字域中的反射信号数据。OTDR对反射信号数据应用多层解码，以恢复反射光学信号的强度随沿光学介质的长度的距离变化的轨迹或其他表示。多层解码按顺序(按照与由多层编码应用的层的编码相反的顺序或者按照另一顺序)应用多个(M)层的解码，以恢复与来自被测光学介质的反射光学信号对应的目标信号。例如，2层解码包括：使用第二码的集合对反射信号(与从被测光学介质接收到的反射光学信号对应的信号)执行第二层解码；以及使用第一码的集合对第二层解码的解码输出执行第一层解码。
图1是包括OTDR 102的示例布置的框图，OTDR 102用于将光学信号传输至被测光学介质104中并且用于从被测光学介质104接收反射光学信号。
OTDR 102包括多层码生成器106，所述多层码生成器106包括根据本公开内容的一些实现方式应用多层编码的多层编码器107。基于由多层编码器107应用的多层编码，码生成器106产生码字108(也被称为“码序列”)，所述码字108被提供给光学脉冲驱动器109。如此处所使用的，“码字”或“码序列”是指可以用于执行信号的调制的比特、符号或任何其他信息的任何集合。
光学脉冲驱动器109包括光源110，诸如激光装置(例如，包括一个或更多个激光二极管)或者任何其他类型的光学信号源。光学脉冲驱动器109还包括调制器112，所述调制器112用于基于由码生成器106产生的码字108来应用调制。调制器112可以在电域或光学域中执行调制。如果在电域中应用调制，则调制器112使用码字108对电测试信号(用于产生用于探测被测光学介质104的光学信号)进行调制。由调制器112执行的调制可以包括下述中的任何或一些组合：幅度调制、相位调制等。电测试信号的调制产生经调制的电脉冲，然后该经调制的电脉冲可以被提供给光源110，以产生相应的编码光学脉冲114，该编码光学脉冲114由光学脉冲驱动器109输出。
如果在光学域中执行由调制器112应用的调制，则调制器112从光源110接收光学测试信号，并且对该光学测试信号应用调制以产生编码光学脉冲114。
编码光学脉冲114通过光学耦合器116进行传递，并且通过光链路105(例如，包括光纤、光波导等)被引导至被测光学介质104的近端118。光学耦合器116的示例可以包括下述中的任何或一些组合：分束器、波桥、光学环行器等。
编码光学脉冲114沿被测光学介质104的长度朝光学介质104的远端120传播。光学介质104的近端118为最接近OTDR 102的端部，而远端120为距OTDR 102最远的端部。
响应于编码光学脉冲114，来自沿光学介质104的各个点的反射光学信号122沿光学介质104朝光学介质104的近端118往回传播。反射光学信号122通过光学耦合器116传递至OTDR 102的光学接收器124。
反射光学信号122由光学检测器126进行检测。光学检测器126可以包括一个或更多个光电二极管或者可以检测光学信号的任何其他类型的检测器。
光学检测器126将反射光学信号122转换为电信号，该电信号被提供给放大器128。放大器128将来自光学检测器126的电信号放大为放大信号(模拟电信号)，该放大信号被提供给模数(Analog-to-Digital，A/D)转换器130。A/D转换器130将该模拟电信号转换为反射信号数据132。反射信号数据132由A/D转换器130输出至轨迹生成器134，所述轨迹生成器134包括多层解码器135。多层解码器135根据本公开内容的一些实现方式对反射信号数据132应用多层解码。
基于对反射信号数据132的多层解码，多层解码器135产生与被测光学介质104的相应点处的反射光学信号对应的目标信号。可以由多层解码器135针对光学介质104的相应的多个点来产生多个目标信号。轨迹生成器134将目标信号收集为光强度随沿光学介质104的长度的距离变化的轨迹(OTDR轨迹)或其他表示136。在一些示例中，可以基于反射信号数据132生成多个OTDR轨迹。
可以将轨迹或其他表示136提供给显示装置138，以向用户显示。显示装置138可以在图形用户界面(Graphical User Interface，GUI)140中显示例如表示轨迹136的轨迹信息142。
在其他示例中，可以将轨迹或其他表示136传达给另一实体，其可以包括用户、程序、机器，或者可以将轨迹或其他表示136存储在数据储存库中以用于稍后的检索。
多层码生成器106和轨迹生成器134可以使用硬件处理电路或者硬件处理电路和机器可读指令的组合来实现。硬件处理电路可以包括下述中的任何或一些组合：微处理器、多核微处理器的核、微控制器、可编程集成电路、可编程门阵列、数字信号处理器或另一硬件处理电路。机器可读指令可以为在硬件处理电路上可执行的软件和固件中的至少一个的一部分。
图2是根据本公开内容的一些示例的多层编码器107的框图。通常，多层编码器可以包括依次连接的M个层编码器，其中，M≥2。图2所示的示例多层编码器107假定M≥3。多层编码器107包括对输入测试信号204应用编码的层1编码器202。层1编码器202产生编码输出，该编码输出被提供给层2编码器206，层2编码器206对来自层1编码器202的编码输出应用编码。将来自层2编码器206的编码输出提供给下一层的编码器。
多层编码器107中的不同层的编码器可以使用不同类型的编码。不同类型的编码可以是指使用不同类别的编码，例如戈莱编码、单工编码、相互正交编码、双正交编码等。可替选地，不同类型的编码还可以是指使用不同长度的码(换句话说，一个使用第一长度的戈莱码的编码器被认为应用了与使用不同的第二长度的戈莱码的另一编码器相比不同的类型的编码)。
多层编码器107的最终编码阶段是层M编码器208，层M编码器208接收来自上一层中的编码器的编码输出。层M编码器208对接收到的编码输出应用编码，并且产生码字108，使用码字108执行调制以产生图1的编码光学脉冲114。
在图2的示例中，每个编码器202、206和208通过对编码器的输入与相应码的集合应用卷积来执行编码。在图2中，符号
Figure BDA0003104397670000061
为卷积运算符。层1编码器202使用第一码的集合对输入测试信号进行编码，以产生包括第一码字集的第一编码输出。层2编码器206使用第二码的集合对第一编码输出的码字进行编码，以产生包括第二码字集的第二编码输出，第二码字集比第一码字集大(也就是说，与第一集相比，第二集包括更多的码字)。层M编码器208对来自层(M-1)编码器的第(M-1)编码输出的码字进行编码，以产生码字108。由各个编码器使用的每个码的集合取决于由编码器应用的编码技术，诸如互补相关编码技术、线性编码技术、相互正交编码技术和双正交编码技术等。
图3示出了可以由编码器300应用的编码的示例，编码器300可以为图2的层1编码器202。图3以时序图示出了示例输入信号脉冲302，在该时序图中，水平轴表示时间并且竖直轴表示强度(例如，信号幅度、功率等)。
编码器300对码304与信号脉冲302进行卷积以产生编码输出306。编码输出306包括随时间的一系列信号脉冲，其中，所述信号脉冲具有不同的强度。在图3的示例中，编码输出306包括具有下述三个可能幅度中的一个幅度的信号脉冲：+1、0、-1。编码输出306的信号脉冲集表示由编码器300基于对码304进行应用而产生的码字。如果编码器300使用多个码对输入信号脉冲302应用编码，那么将创建多个相应的编码信号脉冲的集合(即，多个码字)。
如果编码器300为层i编码器(其中，i＞1)，则到编码器300的输入包括来自上一层编码器的码字。
在一些示例中，在M层编码器(包括M层)的情况下，针对每个层i(其中，i等于1至M)，相应的码的集合Ci(t)可以表示为：
Figure BDA0003104397670000071
其中，t表示时间，ain表示层i的第n码字，并且δ(t)表示狄拉克德尔塔函数。每个层包括长度为Ni的码{ain}的集合，其中，n＝0至Ni-1。
假定测试信号204——表示为P(t)(例如，矩形脉冲)——具有持续时间T。针对狄拉克德尔塔函数——δ(t-nTi)，在层1中，T1＝T。更一般地，在层i中，Ti＝T×N1×…×Ni-1。针对i＞1，广义延迟可以为Ti≥Ti-1×Ni-1。
利用上面给出的示例，层1编码器202如下基于输入P(t)产生编码输出P1(t)：
Figure BDA0003104397670000072
其中，
Figure BDA0003104397670000075
表示卷积。换句话说，根据式2，由层1编码器202应用的编码对输入P(t)与表示为C1(t)的第一码的集合进行卷积。
由层1编码器202产生的编码输出P1(t)为到层2编码器206的输入，层2编码器206对P1(t)与第二码的集合C2(t)如下进行卷积：
Figure BDA0003104397670000073
Figure BDA0003104397670000074
M层编码器中的其余编码器可以使用来自上一层中的相应编码器的编码输出来应用类似的编码。
下面描述2层编码器的示例，其中，层1编码器和层2编码器两者都应用戈莱编码。层i的码的集合被称为戈莱互补序列，并且包括一对戈莱码GCi1和GCi2，其满足下述：
GCi1*GCi1+GCi2*GCi2＝2Niδ(n)， (式5)
其中，Ni为码长度，并且*表示相关性。
由层1编码器使用的一对戈莱码可以与由层2编码器使用的一对戈莱码不同(例如，不同层中的戈莱码的长度可以不同)。
层1编码器根据输入测试信号P(t)产生两个码字，并且层2编码器根据由层1编码器产生的两个码字产生四个码字(或码序列)：{P2j(t)}，j＝1至4。然后，使用这四个码字来调制信号，该信号用于产生编码光学脉冲以传输至被测光学介质中。
层i的每个戈莱码(GCij)的码元可以表示为gcik(n)，n＝{1，...，Ni}，k＝{1，2}，i＝{1，2}。由层2编码器产生的四个码字可以表示为：
Figure BDA0003104397670000081
Figure BDA0003104397670000082
Figure BDA0003104397670000083
Figure BDA0003104397670000084
图4示出根据本公开内容的一些实现方式的多层解码器135的示例。通常，多层解码器可以包括依次连接的M个层解码器，其中，M≥2。
在图4的示例中，假定M≥3。反射信号数据132(如由图1的光学接收器124所输出的)作为输入被提供给层M解码器402(多层解码器135的第一阶段)。
注意，由被多层解码器135使用的反射信号数据132表示的光学测量结果的数目取决于由多层编码器107产生的码字的数目，所述码字用于产生发射至被测光学介质104中的编码光学脉冲114。如果由多层编码器107产生的码字的数目为L，那么在多层解码中使用的光学测量结果的数目等于L(或者更一般地，在多层解码中使用的光学测量结果的数目基于L)。多个光学测量结果在多层解码中同时使用。
层M解码器402使用第M码的集合对反射信号数据132进行解码。层M解码器402产生解码输出(包括码字集)，该解码输出被提供给层(M-1)解码器404，层(M-1)解码器404使用第(M-1)码的集合对来自层M解码器402的解码输出进行解码。层(M-1)解码器404产生包括比由层M解码器402输出的码字集小的另一码字集的解码输出。
来自层(M-1)解码器404的解码输出被提供给下一层中的解码器。多层解码器135的最后阶段为层1解码器406，该层1解码器406接收来自上一层中的解码器的解码输出。层1解码器406使用第一码的集合对该解码输出进行解码并且产生目标信号408，该目标信号408为由图1的轨迹生成器134产生的轨迹或其他表示136的一部分。
根据在多层编码器107的各个层中使用的编码类型，可以产生单个轨迹或多个OTDR轨迹。例如，如果不同层的编码器应用戈莱编码和单工编码中的至少一种，那么产生单个OTDR轨迹。另一方面，如果多层编码器107的层中的编码器应用相互正交编码，那么生成的OTDR轨迹的数目基于相互正交编码的顺序。
虽然图4示出了M个层的解码器的特定顺序，但是注意的是，在其他示例中，可以改变不同层中的解码器的顺序。
下面描述其中使用2层解码器的示例，其中，层1解码器和层2解码器中的每个解码器均使用戈莱解码(与由上面进一步讨论的示例2层编码器使用的戈莱编码对应)。
上面讨论的示例2层编码器产生了四个码字(或码序列){P2j(t)}，j＝1至4。对应于基于四个码字产生的编码光学脉冲，在多层解码中可以使用四个测量结果{R2j(t)，j＝1至4}：
Figure BDA0003104397670000091
其中，b(t)表示要由OTDR再现的目标信号408。
首先，层2解码器使用第二对戈莱码(GC21和GC22)对表示四个测量结果的反射信号数据132如下进行解码：
Figure BDA0003104397670000092
Figure BDA0003104397670000093
在式11和式12中，N2表示由层2解码器使用的码长度。
接下来，层1解码器使用第一对戈莱码(GC11和GC12)对层2解码器的输出如下进行解码：
R＝R11*GC11+R12*GC12＝4N1N2b(t)。 (式13)
在式13中，N1表示由层1解码器使用的码长度。根据式13，可以恢复出目标信号b(t)。
图5是示出了响应于基于由在层1和层2中的每一层中应用戈莱编码的2层编码器输出的四个码字而产生的编码光学脉冲的来自被测光学介质的反射信号的两个测量结果500-1和500-2的时序图。竖直轴表示强度，第一水平轴表示时间，并且第二水平轴表示测量结果。由层1编码器使用的戈莱码包括一对码GC-1和GC-2。
图5示出了响应于对由层1编码器的第一戈莱码GC-1产生的编码脉冲应用层2编码的两个测量结果500-1和500-2。第一测量结果500-1包括子测量结果部分502和504，并且第二测量结果500-2包括子测量结果部分506和508。在图5的示例中，每个矩形立方体502、504、506和508表示基于使用由层1编码器的第一戈莱码GC-1产生的码字生成的编码光学脉冲产生的子测量结果。为简单起见，假定层2编码器应用下述简单码：
Figure BDA0003104397670000101
其中，上述矩阵的第一行中的{+1，+1}为由层2编码器应用的简单的第一戈莱码，并且上述矩阵的第二行中的{+1，-1}为由层2编码器应用的简单的第二戈莱码。由第一戈莱码{+1，+1}应用的编码产生第一测量结果500-1的子测量结果部分502和504，并且由第二戈莱码{+1，-1}应用的编码产生第二测量结果500-2的子测量结果部分506和508。
类似的时序图可以示出响应于对由层1编码器的第二戈莱码GC-1产生的编码脉冲应用层2编码的两个附加的测量结果。
四个测量结果(针对GC-1的500-1、500-2和针对GC-2的两个其他测量结果)由2层解码器进行处理，该2层解码器使用层2解码器应用戈莱解码并且使用层1解码器应用戈莱解码。
作为另一示例，2层编码器可以包括：应用戈莱编码(使用一对戈莱码GC-1和GC-2)的层1编码器；以及应用单工编码的层2编码器。在这样的示例中，由层2编码器输出的码字的数目为2×N，其中，N为由层2编码器应用的单工码的长度。图6是示出了基于通过由层2编码器对由层1编码器的第一戈莱码GC-1产生的光学脉冲应用单工编码(在示例中，其中所使用的单工码具有N＝3的长度)而产生的编码光学脉冲的三个测量结果600-1、600-2和600-3的时序图。
类似的时序图可以示出基于通过由层2编码器对由层1编码器的第二戈莱码GC-2产生的光学脉冲应用单工编码而产生的编码光学脉冲的多于三个的测量结果。
为简单起见，假定层2编码器应用下述简单码：
Figure BDA0003104397670000102
其中，上述矩阵的每一行表示相应的单工码。
第一测量结果600-1包括子测量结果部分602和604(响应于通过对由层1编码器的第一戈莱码GC-1产生的码字应用单工码{1，0，1}而产生的编码光学脉冲)，第二测量结果600-2包括子测量结果部分606和608(响应于通过对由层1编码器的第一戈莱码GC-1产生的码字应用单工码{0，1，1}而产生的编码光学脉冲)，并且第三测量结果600-3包括子测量结果部分610和612(响应于通过对由层1编码器的第一戈莱码GC-1产生的码字应用单工码{1，1，0}而产生的编码光学脉冲)。虚线空白块表示在其期间未将编码光学脉冲传输至被测光学介质中的时间间隔。因此，在由虚线空白块表示的时间间隔期间未接收到测量结果。
六个测量结果由使用层2解码器应用单工解码和使用层1解码器应用戈莱解码的2层解码器进行处理。
图7是根据本公开内容的一些实现方式的由OTDR(例如，图1中的102)执行的处理的流程图。OTDR接收(在702处)用于启动用于表征被测光学介质的OTDR处理的请求。例如，该请求可以响应于用户激活在通过显示装置显示的GUI(例如，图1中的140)中的控件元素。作为另一示例，该请求可以从远程装置提交。
响应于该请求，OTDR中的多层编码器(例如，图1中的107)应用(在704处)使用多个层的编码器的多层编码，以生成码字。调制器(例如，图1中的112)使用所生成的码字对信号进行调制(在706处)，以产生编码光学脉冲。光学耦合器(例如，图1中的116)将编码光学脉冲传输(在708处)至被测光学介质中。
编码光学脉冲沿光学介质的长度进行传播。响应于编码光学脉冲，从沿光学介质的不同点反射光。
光学接收器(例如，图1中的124)接收(在710处)来自光学介质的响应于传输至该光学介质中的编码光学脉冲的反射光的测量结果。光学接收器将所述测量结果转换(在712处)为数字域中的反射信号数据(例如，图1中的132)。
由轨迹生成器(例如，图1中的134)接收(在714处)该反射信号数据。轨迹生成器中的多层解码器(例如，图1中的135)对该反射信号数据应用(在716处)多层解码。多层解码产生(在718处)目标信号，该目标信号为反射光的强度随沿光学介质的距离变化的轨迹或其他表示的一部分。
图8是计算机系统800的框图，计算机系统800可以为OTDR 102的一部分(或耦合至OTDR 102)。计算机系统800可以使用单个计算节点或多个分布式计算节点来实现。
计算机系统800包括一个或更多个硬件处理器802。硬件处理器可以包括微处理器、多核微处理器的核、微控制器、可编程集成电路、可编程门阵列、数字信号处理器或另一硬件处理电路。
计算机系统800还包括非暂态机器可读或计算机可读存储介质804。存储介质804存储在一个或更多个硬件处理器802上可执行的机器可读指令。
例如，多层生成器106和轨迹生成器134可以被实现为存储在存储介质804中的机器可读指令。
计算机系统800还包括用于通过网络或另一通信链路进行通信的通信接口806。通信接口806可以包括用于发送和接收数据的收发器。此外，通信接口806可以包括用于实现管理通过网络或另一通信链路进行的通信的通信协议的协议层。在一些示例中，通信接口806可以与连接至光学接收器(例如，图1中的124)的通信链路连接，以接收表示来自被测光学介质的反射光的测量结果的反射信号数据。
计算机系统800还可以包括显示装置808，该显示装置808可以包括：用于显示由轨迹生成器134生成的轨迹的GUI 810；以及可以选择以启动或控制OTDR处理的控制元件。
存储介质804可以包括下述中的任何或一些组合：半导体存储器装置；诸如动态或静态随机访问存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM或Static Random AccessMemory，SRAM)；可擦除且可编程只读存储器(Erasable and Programmable Read-onlyMemory，EPROM)；电可擦除且可编程只读存储器(Electrically Erasable andProgrammable Read-only Memory，EEPROM)和闪存；磁盘，诸如固定磁盘、软盘和可移动磁盘；包括磁带的另一磁性介质；光学介质，诸如光盘(Compact Disc，CD)或数字多功能光盘(Digital Versatile Disc，DVD)；或者另一类型的存储装置。注意，可以在一个计算机可读或机器可读的存储介质上提供上面讨论的指令，或者可替选地，可以在分布在可能具有复数个节点的大型系统中的多个计算机可读或机器可读的存储介质上提供上面讨论的指令。一个或更多个这样的计算机可读或机器可读的存储介质被视为物品(或制造物品)的一部分。物品或制造物品可以是指任何经制造的单一部件或多个部件。一个或更多个存储介质可以位于运行机器可读指令的机器中，或者位于可以通过网络从其下载机器可读指令用于执行的远程站点处。
在上述描述中，阐述了许多细节，以提供对本文中公开的主题的理解。然而，可以在没有这些细节中的一些细节的情况下实践实现方式。其他实现方式可以包括根据上面讨论的细节的修改和变型。旨在所附权利要求书覆盖这样的修改和变型。

Claims (20)

1.一种设备，所述设备包括：
多层码生成器，所述多层码生成器用于基于应用多个层的编码来生成码字，其中，所述多个层的编码包括：使用第一多个码的集合对输入信号进行的第一层编码；以及使用第二多个码的集合对所述第一层编码的编码输出进行的第二层编码；
光源，所述光源用于基于所生成的码字来产生编码光学脉冲；以及
光学耦合器，所述光学耦合器用于将所述编码光学脉冲传播至光学介质。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个层的编码包括不同层的编码的顺序，其中，一个层的编码的输出被提供给另一层的编码的输入。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的设备，其中，所述多个层的编码还包括使用第三一个或更多个码的集合对所述第二层编码的编码输出进行的第三层编码。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述第一层编码使用所述第一多个码的集合中的第一类型码，并且所述第二层编码使用所述第二多个码的集合中的第二类型码，所述第二类型码与所述第一类型码不同。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述第一层编码的编码输出包括第一码字集，并且所述第二层编码用于对所述第一码字集中的每个码字进行编码，以产生比所述第一码字集大的第二码字集。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，还包括调制器，所述调制器用于使用所生成的码字来对信号进行调制以产生所述编码光学脉冲。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，还包括：
光学接收器，所述光学接收器用于通过所述光学耦合器接收来自所述光学介质的反射光；以及
解码器，所述解码器用于使用多个层的解码对来自所述光学接收器的所述反射光的测量结果进行解码。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述多个层的解码包括：对所述测量结果进行解码的第一层解码；以及对所述第一层解码的解码输出进行解码的第二层解码。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述多个层的解码还包括对所述第二层解码的解码输出进行解码的第三层解码。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的设备，其中，所述解码器用于产生包括所述反射光的强度随沿所述光学介质的距离变化的表示的输出。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的设备，其中，所述多个层中的一个层的编码应用选自下述中的编码技术：互补相关编码、线性编码、相互正交编码和双正交编码。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备，其中，所述第一多个码的集合包括第一长度的码，并且所述第二多个码的集合包括与所述第一长度不同的第二长度的码。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备，其中，所述第一层编码执行所述输入信号与所述第一多个码的集合的卷积，并且所述第二层编码执行所述第一层编码的编码输出与所述第二多个码的集合的卷积。
14.一种设备，所述设备包括：
接口，所述接口用于从光学接收器接收表示响应于传输至光学介质中的编码光学脉冲的反射光的测量结果的数据；以及
处理器，所述处理器用于：
使用多个层的解码对所述数据进行解码，以恢复目标信号，所述目标信号为反射光的强度随沿所述光学介质的距离变化的表示的一部分，其中，所述多个层的解码包括：
第一层解码，其使用第一多个码的集合对所述数据进行解码，以及
第二层解码，其使用第二多个码的集合对所述第一层解码的解码输出进行解码。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述多个层的解码包括不同层的解码的顺序，其中，一个层的解码的输出被提供给另一层的解码的输入。
16.根据权利要求14和15中任一项所述的设备，其中，所述多个层的解码还包括使用第三一个或更多个码的集合对所述第二层解码的解码输出进行解码的第三层解码。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的设备，其中，所述第一层解码的解码输出包括第一码字集，并且所述第二层解码用于生成包括比所述第一码字集小的第二码字集的解码输出。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述多个层中的最后一层的解码产生所述目标信号。
19.一种通过光时域反射计(OTDR)执行的方法，所述方法包括：
基于应用多个层的编码来生成码字，其中，所述多个层的编码包括：
使用第一多个码的集合对输入信号进行的第一层编码，以及
使用第二多个码的集合对所述第一层编码的编码输出进行的第二层编码；
使用所述码字对信号进行调制以产生编码光学脉冲；
将所述编码光学脉冲传输至光学介质中；
接收来自所述光学介质的响应于传输至所述光学介质中的所述编码光学脉冲的反射光的测量结果；
使用多个层的解码对所述测量结果进行解码；以及
基于所述解码的输出来产生所述反射光的强度随沿所述光学介质的距离变化的表示。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述多个层的编码包括不同层的编码的顺序，其中，一个层的编码的输出被提供给另一层的编码的输入。
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