JPH05231983A - 光パルス試験器用信号処理装置 - Google Patents

光パルス試験器用信号処理装置

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JPH05231983A
JPH05231983A JP3914992A JP3914992A JPH05231983A JP H05231983 A JPH05231983 A JP H05231983A JP 3914992 A JP3914992 A JP 3914992A JP 3914992 A JP3914992 A JP 3914992A JP H05231983 A JPH05231983 A JP H05231983A
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JP
Japan
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pulse tester
signal
optical pulse
neural network
output signal
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Application number
JP3914992A
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English (en)
Inventor
Takayuki Yamada
孝行 山田
Tetsuo Yabuta
哲郎 藪田
Keiichiro Terakado
慶一郎 寺門
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光パルス試験器の出力信号よりフレネル反射
の情報を損うことなく且つ比較的短時間で雑音を除去す
る。 【構成】 光パルス試験器の出力信号を入力とし、該信
号中より雑音成分を除去して出力するニューラルネット
ワーク7と、該ニューラルネットワーク7の出力信号及
び光パルス試験器の出力信号を入力とし、これらの2つ
の信号全体の誤差の分散と所定の区間内での誤差の分散
との比をとり、信号全体の誤差の分散に比べて区間内で
の誤差の分散が大きい時は光パルス試験器の出力信号を
出力し、信号全体の誤差の分散と区間内での誤差の分散
とが同程度の時はニューラルネットワーク7の出力信号
を出力する適応化平滑化回路8とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光パルス試験器の出力
信号を処理する光パルス試験器用信号処理装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、光ファイバの特性、接続状況
等を調べるため、被測定物の一端より光パルスを入射
し、この際、該一端に戻ってくる後方散乱光の光強度を
検出し、これを時間軸上で離散化して出力する光パルス
試験器(OTDR;Optical TimeDomain Reflectometer
)が知られている(例えば、堀口 他「超音波光偏向
器を使用したOTDR用多モード光ファイバ型光方向性
結合器」電子情報通信学会論文誌,Vol.J71-B ,No.4,
pp547-554 ,1988)。
【0003】ところで、前述した光パルス試験器の出力
信号には多くの雑音成分が含まれるため、該出力信号に
各種の信号処理を加えて雑音成分を除去する信号処理装
置が提案されている。
【0004】図2は従来のこの種の光パルス試験器用信
号処理装置の一例、例えば岡田 他「光ファイバの後方
散乱と障害点探索」電子情報通信学会論文誌,Vol.J63-
B ,No.2,pp159-166 ,1980)に記載されたもので、図
中、1は光発信部、2は光方向性結合器、3は被測定
物、ここでは光ファイバケーブル、4は光受信部、5は
平均化処理回路、6はディスプレイである。
【0005】レーザダイオード等の発光素子を含む光発
信部1より発生した光パルスは、ビームスプリッタ等か
らなる光方向性結合器2を介して光ファイバケーブル3
の一端に入射される。この光パルスは光ファイバケーブ
ル3の不均一やコア内のドーパント等の散乱源によりレ
イリー散乱を生じる。四方に散乱した光のうち、後方に
散乱された光は、前記光ファイバケーブル3の一端より
光方向性結合器2を通じてAPD(アバランシュホトダ
イオード)等を含む光受信部4に受信される。該光受信
部4は受信した光(後方散乱光)を電気信号に変換、即
ちその強度を検出し、時間軸上で離散化して出力する
(なお、ここまでの構成が光パルス試験器である。)。
【0006】前記時間軸上で離散化された後方散乱光強
度は平均化処理回路5に入力されて処理されるが、該平
均化処理回路5ではS/N比(信号と雑音との比)を向
上するため、前述した測定を繰返し行わせ、光パルスの
入射時刻を基準とした同一時刻の前記後方散乱光強度を
平均化する。該平均化処理を施した信号はディスプレイ
6等に送出されて表示され、光ファイバケーブル3の障
害点探索等の解折が行われる。
【0007】しかしながら、前述した装置において、雑
音成分を充分除去するには測定の回数を多くする必要が
あり、測定結果が得られるまでに時間がかかるという問
題があった。
【0008】一方、前記問題点を解決する方法として、
移動平均を用いる手法が報告されている(例えば、中村
他「光パルス試験波形データ自動解折法」1990年
電子情報通信学会春季全国大会予稿集,B-899 )。この
手法では時間軸上で離散化した信号の移動平均を行うこ
とにより、雑音成分を除去するとともに測定の回数を減
らし、これによって測定結果が得られるまでに要する時
間を低減するようになしている。
【0009】しかしながら、前述した移動平均を用いる
手法では測定回数の低減については若干効果があるもの
の、最終的な測定結果が得られるまでの時間の低減につ
いては充分ではなく、また、雑音成分の除去についても
充分な効果が得られないという問題があった。
【0010】図3は従来の光パルス試験器用信号処理装
置の他の例、例えば山田 他「ニューラルネットワーク
による光パルス試験波形のデータ処理」1991年電子
情報通信学会秋季大会,No.D-20 )に記載されたもの
で、ここでは平均化処理回路の代りにニューラルネット
ワークを用いている。即ち、図中、7はニューラルネッ
トワークであり、前述した光受信部4より出力される時
間軸上で離散化された後方散乱光強度を入力とし、各ニ
ューロン間の重み及び各ニューロンの入出力関係として
定義される非線形飽和関数(シグモイド関数)の形状を
学習することにより、入力信号中より雑音成分を除去す
るようになしたものである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3の
装置では最終的な測定結果が得られるまでの時間の低減
及び雑音成分の除去については効果が認められるもの
の、通信線路の重要な評価項目であるコネクタ接続部に
生じるフレネル反射の情報が失われるという問題があっ
た。
【0012】図4は光パルス試験器の出力信号の一例
を、また、図5は図4の信号を前述したニューラルネッ
トワーク7を用いて処理した結果をそれぞれ示す(但
し、図4は測定を210回程度繰返し平均化した後の出力
を示す。)。図中、Aはコネクタ接続部のフレネル反射
によるピーク点を示しており、ニューラルネットワーク
7による処理では光パルス試験器の出力信号中から雑音
成分を除去できるものの、フレネル反射の情報が著しく
損われていることが分かる。
【0013】本発明は前記従来の問題点に鑑み、光パル
ス試験器の出力信号よりフレネル反射の情報を損うこと
なく且つ比較的短時間で雑音を除去し得る装置を実現す
ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明では前記目的を達
成するため、被測定物の一端より光パルスを入射し、こ
の際、該一端に戻ってくる後方散乱光の光強度を検出
し、これを時間軸上で離散化して出力する光パルス試験
器の出力信号を処理する光パルス試験器用信号処理装置
において、光パルス試験器の出力信号を入力とし、該信
号中より雑音成分を除去して出力するニューラルネット
ワークと、該ニューラルネットワークの出力信号及び光
パルス試験器の出力信号を入力とし、これらの2つの信
号全体の誤差の分散と所定の区間内での誤差の分散との
比をとり、信号全体の誤差の分散に比べて区間内での誤
差の分散が大きい時は光パルス試験器の出力信号を出力
し、信号全体の誤差の分散と区間内での誤差の分散とが
同程度の時はニューラルネットワークの出力信号を出力
する適応化平滑化回路とを備えた光パルス試験器用信号
処理装置を提案する。
【0015】
【作用】本発明によれば、光ファイバケーブルのコネク
タ接続部のように信号全体の誤差の分散に比べて区間内
での誤差の分散が大きくなる部分に対しては光パルス試
験器の出力信号が出力され、また、ケーブル内部や融着
接続部のように信号全体の誤差の分散と区間内での誤差
の分散とが同程度であればニューラルネットワークの出
力信号が出力される。
【0016】
【実施例】図1は本発明の光パルス試験器用信号処理装
置の一実施例を示すもので、図中、従来例と同一構成部
分は同一符号をもって表す。即ち、1は光発信部、2は
光方向性結合器、3は被測定物、ここでは光ファイバケ
ーブル、4は光受信部、6はディスプレイ、7はニュー
ラルネットワーク、8は適応化平滑化回路である。
【0017】適応化平滑化回路8は、光受信部4、即ち
光パルス試験器の出力信号と、ニューラルネットワーク
7の出力信号を入力とし、後述する適応化平滑化処理を
行ってニューラルネットワーク7による処理で失われた
フレネル反射の情報を再生し、これをディスプレイ6等
に出力する。
【0018】なお、光発信部1、光方向性結合器2、光
ファイバケーブル3、光受信部4及びニューラルネット
ワーク7の構成及び動作並びにディスプレイ6の表示結
果から光ファイバケーブル3の障害点探索等の解折を行
う点は従来と同様である。
【0019】図6は適応化平滑化回路8における処理の
流れを示すもので、以下、これに従って説明する。
【0020】まず、前述した2つの入力信号全体の誤差
の分散σを下記式、即ち を用いて計算する。但し、Nは光パルス試験器の出力の
総サンプリング数、kはサンプリング時刻、Xは光パル
ス試験器の出力信号、Xn はニューラルネットワーク7
の出力信号である。
【0021】次に、サンプリング時刻kにおける所定の
区間内での誤差の分散σx を下記式、即ち を用いて計算する。但し、nは区間内のサンプリング
数、iは区間内のサンプリング時刻である。
【0022】次に、信号全体の誤差の分散σ2 と区間内
での誤差の分散σx 2 とのサンプリング時刻kにおける
比S(k) を下記式、即ち S(k) =(σx 2 −σ2 )/σx 2 ……(3) を用いて計算する。
【0023】さらに、前記比S(k) を用いてサンプリン
グ時刻kにおける処理結果Y(k) を下記式、即ち Y(k) =S(k) {X(k) −Xn (k) }+Xn (k) ……(4) を用いて計算する。
【0024】前記式(2) 〜(4) の計算を全てのサンプリ
ング時刻k(=1〜N)について繰返し実行する。
【0025】前述した処理を行うことにより、光ファイ
バケーブルのコネクタ接続部では信号全体の誤差の分散
σに比べて区間内での誤差の分散σx が大きくなり、比
Sが1に近くなるため、出力Yは光パルス試験器の出力
Xとほぼ等しくなる。また、ケーブル内部や融着接続部
では信号全体の誤差の分散σと区間内での誤差の分散σ
x とがほぼ等しくなり、比Sが0に近くなるため、出力
Yはニューラルネットワーク7の出力Xn とほぼ等しく
なる。このように適応化平滑化回路8における処理によ
って、ニューラルネットワーク7による処理で失われた
フレネル反射の情報を再生することが可能となる。な
お、実際の適応化平滑化回路8は、例えばマイクロプロ
セッサ及びそのプログラムにより実現される。
【0026】図7は図4に示したニューラルネットワー
ク7の出力信号を適応化平滑化回路8を用いて処理した
結果を示す。図中、Aは図4又は図5と同様、コネクタ
接続部のフレネル反射によるピーク点を示しており、適
応化平滑化回路8による処理ではニューラルネットワー
ク7のみによる処理で失われていたフレネル反射の情報
を再生できることが分かる。
【0027】前述した適応化平滑化回路8において、区
間内のサンプリング数nは重要なパラメータであり、該
区間内のサンプリング数nの特性を図8に示す。但し、
縦軸は適応化平滑化回路8の出力Yとニューラルネット
ワーク7の教師信号との誤差の二乗和の平方根Eであ
る。該二乗誤差の平方根Eは下記式、即ち で定義される。但し、YT はニューラルネットワーク7
の教師信号であり、フレネル反射を含む信号である。ま
た、横軸は区間内のサンプリング数nである。
【0028】図8に示すようにサンプリング数nが比較
的小さい時はその増加につれて二乗誤差の平方根Eも減
少するが、その後はサンプリング数nが増加するにつれ
て二乗誤差の平方根Eも増加するようになる。この結果
より、サンプリング数nについては最適値が存在するこ
とが分かる。
【0029】次に、前記最適なサンプリング数nを自動
的に探索する手法を述べる。前述したニューラルネット
ワーク7及び適応化平滑化回路8による一回の処理を一
回の試行と呼び、P回目の試行の時の区間内のサンプリ
ング数をn(P) 、二乗誤差の平方根をE(P) とする。こ
の時、最適な区間内のサンプリング数nは最大傾斜法に
より下記式、即ち n(P+1) =n(P) −η{E(P) −E(P-1) }/{n(P) −n(P-1) } ……(6) から求めることができる。但し、ηは収束速度を決定す
るパラメータである。従って、Pに対する繰返し試行の
後、収束した数nが最適な区間のサンプリング数とな
る。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、
光パルス試験器の出力信号を入力とし、該信号中より雑
音成分を除去して出力するニューラルネットワークと、
該ニューラルネットワークの出力信号及び光パルス試験
器の出力信号を入力とし、これらの2つの信号全体の誤
差の分散と所定の区間内での誤差の分散との比をとり、
信号全体の誤差の分散に比べて区間内での誤差の分散が
大きい時は光パルス試験器の出力信号を出力し、信号全
体の誤差の分散と区間内での誤差の分散とが同程度の時
はニューラルネットワークの出力信号を出力する適応化
平滑化回路とを備えたため、光パルス試験器におけるS
/N比向上のための繰返し測定が不要となり、また、フ
レネル反射の特性が変化しないので、光パルス試験器の
出力信号よりフレネル反射の情報を損うことなく且つ比
較的短時間で雑音を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光パルス試験器用信号処理装置の一実
施例を示す構成図
【図2】従来の光パルス試験器用信号処理装置の一例を
示す構成図
【図3】従来の光パルス試験器用信号処理装置の他の例
を示す構成図
【図4】光パルス試験器の出力信号の一例を示す波形図
【図5】図3の装置による信号処理結果を示す波形図
【図6】適応化平滑化回路における処理の流れ図
【図7】図1の装置による信号処理結果を示す波形図
【図8】区間内のサンプリング数と二乗誤差との関係を
示すグラフ
【符号の説明】
1…光発信部、2…光方向性結合器、3…光ファイバケ
ーブル、4…光受信部、6…ディスプレイ、7…ニュー
ラルネットワーク、8…適応化平滑化回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定物の一端より光パルスを入射し、
    この際、該一端に戻ってくる後方散乱光の光強度を検出
    し、これを時間軸上で離散化して出力する光パルス試験
    器の出力信号を処理する光パルス試験器用信号処理装置
    において、 光パルス試験器の出力信号を入力とし、該信号中より雑
    音成分を除去して出力するニューラルネットワークと、 該ニューラルネットワークの出力信号及び光パルス試験
    器の出力信号を入力とし、これらの2つの信号全体の誤
    差の分散と所定の区間内での誤差の分散との比をとり、
    信号全体の誤差の分散に比べて区間内での誤差の分散が
    大きい時は光パルス試験器の出力信号を出力し、信号全
    体の誤差の分散と区間内での誤差の分散とが同程度の時
    はニューラルネットワークの出力信号を出力する適応化
    平滑化回路とを備えたことを特徴とする光パルス試験器
    用信号処理装置。
JP3914992A 1992-02-26 1992-02-26 光パルス試験器用信号処理装置 Pending JPH05231983A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08247897A (ja) * 1995-03-09 1996-09-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光線路特性の自動解析方法
JP2021038941A (ja) * 2019-08-30 2021-03-11 株式会社豊田中央研究所 ノイズ除去装置および距離測定装置

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