JPH02291941A - 光ファイバの特性算定方法 - Google Patents

光ファイバの特性算定方法

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JPH02291941A
JPH02291941A JP2116715A JP11671590A JPH02291941A JP H02291941 A JPH02291941 A JP H02291941A JP 2116715 A JP2116715 A JP 2116715A JP 11671590 A JP11671590 A JP 11671590A JP H02291941 A JPH02291941 A JP H02291941A
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JP2116715A
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Esu Metsushingu Deiin
デイーン・エス・メッシング
Kei Rusura Ajiei
アジエイ・ケイ・ルスラ
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Tektronix Japan Ltd
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Sony Tektronix Corp
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/31Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter and a light receiver being disposed at the same side of a fibre or waveguide end-face, e.g. reflectometers
    • G01M11/3109Reflectometers detecting the back-scattered light in the time-domain, e.g. OTDR
    • G01M11/3145Details of the optoelectronics or data analysis

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [gL業上の利用分野コ 本発明は、光ファイバからの戻り信号のデータに基づい
て、単位長当たりの光ファイバの損失等を算定するOT
DR (オブテイカル・タイム・ドメイン・リフレクト
メータ)に好適な光ファイバの特性算定方法に関する。
[従来技術及び発明が解決しようとする課題]OTDR
は、レーザ光パルスを光ファイバに供給し、レーリー後
方散乱によって光ファイバから戻る光を光検出器で受信
する。この光ファイバからの戻り光のバワーPは、理想
的には次式(1)で表される. P  = AX 1 0−L−’/S     (1)
ここで、Aは、n==oの時点における戻り信号のバワ
ー Lは、lkm当たりのdBで表された一方向損失(
光ファイバ損失)、dは、kmで表したサンプリング周
期、nはサンプル・インデックスである.実際のシステ
ムでは、この理想的な信号の光パワーに信号成分v (
n)を加算するガウス分布の白色ノイズにより、戻り信
号は乱れてしまう.この戻り信号は指数間数的に減衰す
るので、戻り信号は、○TDRの受信器のパックグラウ
ンド・ノイズに急速に埋もれてしまう。よって、ノイズ
・レベルの大きい領域では光ファイバの特性を測定する
ことは極めて困難となる。
OTDRの主な測定項目は、A及びLの2つの値である
。これらの未知の値を測定する標準的な技術では、Mn
+Bで定義される直線を上述の式(1)の10を底とす
る対数の式に最小二乗法により近似させる.戻り信号が
ノイズを含んでいなければ、M=−LdとなりLが直ち
に求められ、B=51ogAも得られる.しかし、信号
対雑音比(S/N比)が減少するにつれて、M及びBの
値は、所望の値から急速に離れてしまい、雑音の為に所
望値との差が大きくなったり振動したりする。S/N比
が5dBより降下すると、所望値との差は大きくなり、
その偏差(又はジツタ)は理論的な最小許容値を超えて
しまう。更に、上述の式(1)のノイズが存在する場合
の式から得られる負のデータは、負の値の対数が定義さ
れていないので捨てなければならない。
従って、本発明の目的は、ノイズが存在しても、光ファ
イバの戻り光から、その光パワー及び光ファイバ損失を
正確に算定可能な方法を提供することである。
[課題を解決する為の手段及び作用] 本発明の光ファイバ損失測定方法によれば、対数式で表
していない元の指数間数データに多項式を近似させるこ
とにより、光ファイバの戻り光の光パワー及び光ファイ
バ損失を算定する。元の指数間数データと多項式との差
は、最小二乗法により最小化され、多項式の各係数が求
められる。この多項式の次数の最も低い項の2つの係数
から得られる単純な関数により光ファイバの損失が近似
的に計算される.この光ファイバ損失の近似値が求まる
と、n個の点について計算された光ファイバ損失を用い
て戻り信号の光パワーが計算される。
[実施例] 第1図は、本発明を適用するのに好適なOTDR(10
)のブロック図である。光パルス発生器(12)は、結
合器(14)を介して光ファイバ(16)に光パルスを
伝播させる。レーリー後方散乱による戻り信号が光ファ
イバ(16)から結合器(14)を介して光検出器(1
8)に供給される。この光検出器(l8)の出力は、A
DC(アナログ・デジタル変換器)(20)によりサン
プリングされてデジタル・データに変換され、適当なメ
モリ(22)に記憶される。μP(マイクロ・プロセッ
サ)(24)は、戻り信号に対するサンプリングの開始
時点、データの長さ及びサンプリング速度のみでなく、
光ファイバに供給される光パルスの周波数及びパルス幅
も制御する.その後、μP (24)は、メモリ(22
)に記憶された戻り信号のデータを処理して適当な表示
器(26)に表示する.この表示器(26)には、アナ
ログ表示及び英数字表示により受信データが表示される
。これら表示情報及び種々の動作パラメータは、制御用
インタフェース(28)を介してオペレータによって設
定される。μP (24)は、OTDR (1 0)に
組み込まれた集積回路部でも良いし、又は適当なインタ
フェース・バス(30)を介して○TDR (1 0)
に接続された外部の装置でも良い. ノイズが存在する場合、上述の式(1)は、次の式(2
)のように書き換えられる。
f (n)=Aexp (−an)+v (n)   
(2)ここで、exp (x)は、自然対数の底eのX
乗を表す。v (n)は、ゼロ平均のガウス分布型白色
雑音であり、Aは、戻り信号の光パワーである。
また、aは、サンプル当たりの正規化損失、又は減衰比
であり、デシベル/キロメートルで表されるLとL =
 a k / dの関係がある。尚、k=5/In(1
0)である。本発明の方法によれば、対数式で表してい
ない元の戻り信号の指数間数データに多項式を近似させ
る。離散的時間の指数間数は、テイラー級数展開により
次式(3)で表される。
g  (n)=aexp  (−an)=A−Aan+
  (AaQ  n2/ 2j  一・ −  ・もし
、この多項式の最初の2つの係数が既知であれば、減衰
比aが単純な割り算により計算出来る,g (n)のN
個のサンプルに関して、M次の多項式(4)を作ること
が出来る。
pM(n)= し。+t,n+・ ・ ・+し。nκ    (4)誤
差は次式(5)で表される。
E2=SUM (g (n) 一pM (n))”ここ
で、上記式(5)の和は、n=−(N−1)/2から(
N−1)/2まで行われ、第2図に示すように最小化さ
れる。t0及びし,は、g (n)の最初の2項の係数
の近似値なので、  t s/ t oが減衰比aの近
似値となる。
この多項式を実際に利用する際には、1次の多項式(即
ち、直線)を元の指数間数データに近似させる。この直
線近似により、偏差が理論的に略最小となる推定値が得
られ、次式で示す値が求められる, s 2−SUM {n”)= N(N+1)  (N−1)/12      (6)
二こで、和の範囲は、− (N− 1)/2から(N−
1)/2までであり、nは、サンプル・インデックスで
ある。用いられるサンプル・データの数は奇数なので、
中心のサンプル・データの回りに対称になっている。更
レこ、nの同じ範囲について以下の式が計算される。
sf=sUM (f (n))       (7)及
び sx  1  f =SUM  (n零f  (n))
      (8)ここで、f  (n)は、実際のサ
ンプル・データ値を表している.減衰比aの推定値a′
は、次式で表される, a’  = −  (sxl  f  京N)  / 
 (s2  本sf)  =−t,/tO      
     (9)=−N零SUM  {n*f  (n
))  /[SUM {n”)”SUM {f (n)
)コAの推定値を計算する最適な方法は、最小二乗法を
用いて減衰比a′を有する指数間数を対数形式でない元
の指数間数データA′に近似させることである。尚、A
′は次式(l1)となる。
A’  =SUM  {f  (n)  宰exp  
(−a’  n)  }  /SUM {exp (−
a’ n)} ”    (1 1)しかし、この計算
方法は計算量が多い。SUM(f  (n)  )  
は、 A本SUM  (exp  (−an)}に賂等
しいので、SUM {F (n)}が計算される。 尚
、 F  (n)=exp  (−a’  n)  で
ある。
先に計算したSUM (f (n)) をSUN (F
(n)}で割り算すると、Aの推定値A′がa′の関数
として得られる.上述の記述法を用いると、A’ =s
 f/SUM (F (n))     (1 1)と
表すことが出来る。
従って、本発明によれば、対数式で表さない元の指数間
数サンプル・データに最小二乗法により1次の多項式を
近似させることにより、光ファイバの戻り信号の光パワ
ー及び光ファイバ損失を算定する方法を提供している。
光ファイバ損失は、1次の多項式の係数の関数として算
定され、戻り信号の光パワーは、ノイズを含む信号の和
を算定された光ファイバ損失の関数で割り算することに
より得られる。
第3図は、従来の方法と本発明の方法により得られた算
定値に基づくグラフである。従来の方法では、S/N比
が低下した領域では、理論値から大きくはずれるが、本
発明の方法では、理論値に極めて近似した値が算定され
ることが一目瞭然である。
以上本発明の好適実施例について説明したが、本発明は
ここに説明した実施例のみに限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱することなく必要に応じて種々の変
形及び変更を実施し得ることは当業者には明らかである
. [発明の効果] 本発明の光ファイバの特性算定方法では、光ファイバか
らの戻り信号を表す複数のサンプル・データの指数関数
で表される値の近似値を与える多項式を求め、その多項
式の係数から光ファイバ損失を正確に計算することが出
来る。指数関数で表されるデータ値は、戻り信号の光パ
ワーの元の値であり、従来のように対数関数で表したと
きの値に換算する必要がなく、計算が簡単になる上に、
負の値の対数が定義されていないという問題も克服出来
る。更に、従来の対数関数の近似式を用いる場合よりも
、本発明のように指数関数の近似式を用いた方がノイズ
の比率が多くなっても誤差が小さい。
(22):

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 光ファイバに試験用光パルスを供給し、上記光ファイバ
    からの戻り信号を受け、該戻り信号の光パワーの値を表
    す複数のサンプル・データに応じて上記光ファイバの特
    性を算定する光ファイバの特性算定方法において、 上記複数のサンプル・データの指数関数で表される値の
    近似値を与える多項式を求め、 該多項式の係数の関数として上記光ファイバの損失を算
    定することを特徴とする光ファイバの特性算定方法。
JP2116715A 1989-05-05 1990-05-02 光ファイバの特性算定方法 Expired - Lifetime JPH0682092B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US347617 1989-05-05
US07/347,617 US4983037A (en) 1989-05-05 1989-05-05 Estimation of fiber loss and return signal power

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02291941A true JPH02291941A (ja) 1990-12-03
JPH0682092B2 JPH0682092B2 (ja) 1994-10-19

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JP2116715A Expired - Lifetime JPH0682092B2 (ja) 1989-05-05 1990-05-02 光ファイバの特性算定方法

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EP (1) EP0407009B1 (ja)
JP (1) JPH0682092B2 (ja)
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DE69012681D1 (de) 1994-10-27
EP0407009A2 (en) 1991-01-09
US4983037A (en) 1991-01-08
JPH0682092B2 (ja) 1994-10-19
DE69012681T2 (de) 1995-02-09
EP0407009A3 (en) 1992-03-25
EP0407009B1 (en) 1994-09-21

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