JPH11174267A - Nonlinear digital filter for optical pulse tester - Google Patents
Nonlinear digital filter for optical pulse testerInfo
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- JPH11174267A JPH11174267A JP34290797A JP34290797A JPH11174267A JP H11174267 A JPH11174267 A JP H11174267A JP 34290797 A JP34290797 A JP 34290797A JP 34290797 A JP34290797 A JP 34290797A JP H11174267 A JPH11174267 A JP H11174267A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 OTDR波形上に重畳したノイズを低減する
ための光パルス試験器用非線形ディジタルフィルタを提
供する。
【解決手段】 近端と遠端とを接続する光ファイバに近
端から光パルスを入射すると共に、光ファイバ内で発生
するレーリー散乱及びフレネル反射からなる後方散乱光
の光強度を検出し、これを時間軸上で離散化して出力す
る光パルス試験器に用いるための非線形ディジタルフィ
ルタであり、ファイバ端以降で観測される光パルス試験
器内部ノイズのピークレベルとノイズ低減を行う位置の
後方散乱光レベルとの差から、ε−分離非線形ディジタ
ルフィルタの振幅のしきい値εを算出するε算出手段、
及び、ε算出手段によって算出されたε値によって構成
されε−分離非線形ディジタルフィルタを具え、光パル
ス試験器の出力信号を入力とし、該信号中よりノイズ成
分を除去して出力する。
To provide a nonlinear digital filter for an optical pulse tester for reducing noise superimposed on an OTDR waveform. SOLUTION: A light pulse is incident on an optical fiber connecting a near end and a far end from the near end, and the light intensity of backscattered light consisting of Rayleigh scattering and Fresnel reflection generated in the optical fiber is detected. Is a non-linear digital filter for use in an optical pulse tester that discretizes the signal on the time axis and outputs it. The peak level of the internal noise of the optical pulse tester observed after the fiber end and the backscattered light at the position where the noise is reduced Ε calculating means for calculating a threshold ε of the amplitude of the ε-separated nonlinear digital filter from the difference from the level,
And an ε-separated nonlinear digital filter constituted by the ε value calculated by the ε calculation means, which receives the output signal of the optical pulse tester as an input, removes noise components from the signal, and outputs the signal.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光パルス試験器
(OTDR:Optical Time Domain Reflectometer)によ
って求めたOTDR波形のノイズを低減する技術に関
し、特にそのための非線形ディジタルフィルタの構成に
関する。The present invention relates to an optical pulse tester.
The present invention relates to a technique for reducing noise of an OTDR waveform obtained by an (OTDR: Optical Time Domain Reflectometer), and particularly to a configuration of a nonlinear digital filter therefor.
【0002】[0002]
【従来の技術】図1はOTDRの波形の例を示す図であ
る。OTDR1は、光ファイバ2上のコネクタ接続点
3、融着接続点4及びファイバ端5を検出する。OTD
R波形には、光ファイバ損失を示す直線的なレーリー散
乱の波形上に、融着接続点に対応する段差並びにコネク
タ接続点及びファイバ端に対応する矩形状のフレネル反
射を示す波形が重畳される。また、OTDR波形上には
OTDRの受信部で発生した熱雑音がノイズとして重畳
される。2. Description of the Related Art FIG. 1 is a diagram showing an example of an OTDR waveform. The OTDR 1 detects a connector connection point 3, a fusion splicing point 4, and a fiber end 5 on the optical fiber 2. OTD
The R waveform is superimposed on a linear Rayleigh scattering waveform indicating optical fiber loss, and a step corresponding to the fusion splicing point and a rectangular Fresnel reflection waveform corresponding to the connector splicing point and the fiber end. . On the OTDR waveform, thermal noise generated in the OTDR receiving section is superimposed as noise.
【0003】このようなOTDR波形を解析することに
より、融着接続点及びコネクタ接続点の位置、損失、反
射量及び光ファイバ区間損失等を求めることができる。
また、事前に正常なOTDR波形を保存しておけば、異
常が発生した場合にそれと比較することによって故障箇
所を容易に検出することができる。[0003] By analyzing such OTDR waveforms, it is possible to determine the position, loss, reflection amount, optical fiber section loss, and the like of the fusion splicing point and the connector connection point.
In addition, if a normal OTDR waveform is stored in advance, a failure location can be easily detected by comparing the abnormal OTDR waveform when the abnormality has occurred.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなOTDRを用いる測定においては、測定距離が長く
なるに従って、遠端方向ほどOTDR波形上に重畳する
ノイズ幅が大きくなるため測定の精度が低下するという
問題がある。また、OTDRのパルス幅を広げる方法、
加算平均化時間を長くする方法等によりOTDR波形上
に重畳するノイズ幅を低減することができるが、それぞ
れ、距離分解能が低下すること、測定所要時間が増大す
ること等の問題がある。更に、測定したOTDR波形を
ソフトウェア上の処理を行う方法、例えば距離方向で移
動平均をとる方法(南 茂雄「科学計測のための波形デ
ータ処理」、CQ出版社、1986参照)が考えられるが、
このような方法では融着接続部分及びコネクタ接続部分
の波形が歪む欠点があり、正確な測定は困難であるとい
う問題がある。However, in such measurement using OTDR, as the measurement distance becomes longer, the noise width superimposed on the OTDR waveform becomes larger toward the far end, so that the accuracy of measurement decreases. There is a problem. Also, a method of expanding the pulse width of the OTDR,
Although the noise width to be superimposed on the OTDR waveform can be reduced by a method of increasing the averaging time or the like, there are problems such as a decrease in distance resolution and an increase in the time required for measurement. Further, a method of processing the measured OTDR waveform on software, for example, a method of taking a moving average in a distance direction (Shigeo Minami "Waveform data processing for scientific measurement", CQ Publishing Company, 1986) can be considered.
Such a method has a disadvantage that the waveforms of the fusion splicing portion and the connector connecting portion are distorted, and there is a problem that accurate measurement is difficult.
【0005】本発明は、上述の事情に鑑みてなされたも
のであり、OTDR波形上に重畳したノイズを低減する
ための光パルス試験器用非線形ディジタルフィルタを提
供することを目的とする。[0005] The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a nonlinear digital filter for an optical pulse tester for reducing noise superimposed on an OTDR waveform.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の光パルス試験器
用非線形ディジタルフィルタは、上記の目的を達成する
ため、近端と遠端とを接続する光ファイバに近端から光
パルスを入射すると共に、光ファイバ内で発生するレー
リー散乱及びフレネル反射からな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
ス試験器に用いるための非線形ディジタルフィルタおい
て、ファイバ端以降で観測される光パルス試験器内部ノ
イズのピークレベルとノイズ低減を行う位置の後方散乱
光レベルとの差から、ε−分離非線形ディジタルフィル
タの振幅のしきい値εを算出するε算出手段、及び、ε
算出手段によって算出されたε値によって構成されるε
−分離非線形ディジタルフィルタを具え、光パルス試験
器の出力信号を入力とし、該信号中よりノイズ成分を除
去して出力することを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, a nonlinear digital filter for an optical pulse tester according to the present invention has a function of inputting an optical pulse from a near end to an optical fiber connecting a near end and a far end. A non-linear digital filter for use in an optical pulse tester that detects the light intensity of backscattered light consisting of Rayleigh scattering and Fresnel reflection generated in an optical fiber and discretizes it on the time axis and outputs it Ε calculating means for calculating the threshold ε of the amplitude of the ε-separated nonlinear digital filter from the difference between the peak level of the internal noise of the optical pulse tester observed after the end and the backscattered light level at the position where the noise is reduced. , And ε
Ε constituted by the ε value calculated by the calculation means
-It has a separation nonlinear digital filter, receives an output signal of the optical pulse tester, removes noise components from the signal, and outputs the signal.
【0007】先ず、ε−分離非線形ディジタルフィルタ
(以下「ε−フィルタ」という)による雑音除去の原理
を説明する。ε−フィルタ自体については、例えば、荒
川、原島、宮川による論文「ε−分離非線形ディジタル
フィルタの統計的解析」(信学論(A),J66-A, 1,pp3
2-39,1983 )に詳しく報告されている。First, the principle of noise removal using an ε-separated nonlinear digital filter (hereinafter referred to as “ε-filter”) will be described. For the ε-filter itself, see, for example, the paper “Statistical Analysis of ε-Separable Nonlinear Digital Filters” by Arakawa, Harashima, and Miyakawa (IEICE (A), J66-A, 1, pp3).
2-39, 1983).
【0008】いま、一般に、非巡回型線形低域通過ディ
ジタルフィルタにおいては、比較的大振幅の信号成分に
小振幅の高周波ノイズが加わったような入力信号をxn
とすると、出力yn はGenerally, in a non-recursive linear low-pass digital filter, an input signal in which a relatively high-amplitude signal component is added to a relatively large-amplitude high-frequency noise is x n
When, output y n is
【数1】 で表される。式(1)でak は非巡回型線形低域通過デ
ィジタルフィルタの係数であり、直流特性を1とするた
めに(Equation 1) It is represented by In the equation (1), a k is a coefficient of a non-recursive linear low-pass digital filter.
【数2】 になるように定められる。また、F(x)は(Equation 2) It is determined to be. F (x) is
【数3】 のように絶対値がε以下に制限された非線形関数であ
る。従って、式(1)は、入力信号と出力信号との差x
n −yn を±ε以内に抑えながら信号を平滑化するもの
であることを示している。(Equation 3) Is a nonlinear function whose absolute value is limited to ε or less. Therefore, equation (1) gives the difference x between the input signal and the output signal.
It indicates that the n -y n is for smoothing the signal while suppressing within ± epsilon.
【0009】ε−フィルタの特徴は、観測信号中の急峻
な変化に対してはエッジを損なうことなく、観測信号に
含まれている振幅ε以下の小振幅の高周波ノイズ成分を
効果的に除去することができることにある。即ち、本発
明は、OTDRの出力をε−フィルタを用いて処理する
ことにより、融着接続による段差並びにコネクタ接続及
びファイバ端からのフレネル反射の特徴を損なうことな
く、直線的なレーリー散乱波形上に重畳したノイズを低
減できることに着目して行われた。A feature of the ε-filter is that it removes high-frequency noise components having a small amplitude less than or equal to the amplitude ε contained in the observed signal without damaging the edge with respect to a steep change in the observed signal. Is to be able to do it. That is, the present invention processes the output of the OTDR using an ε-filter so that the linearized Rayleigh scattering waveform can be obtained without impairing the step caused by fusion splicing and the characteristics of connector connection and Fresnel reflection from the fiber end. The focus was on reducing the noise superimposed on the image.
【0010】OTDR波形のノイズの低減にε−フィル
タを用いる際に最も重要なことは係数εである。係数ε
が大き過ぎると接続部分の波形が歪み、正確な測定がで
きない。逆に係数εが小さ過ぎるとノイズ低減の効果が
期待できない。OTDR波形上で重畳するノイズ幅を±
x' n 、ファイバ端以降で観測されるOTDR内部のノ
イズのピークレベルをxpeakとすると、両者の関係はThe most important factor in using an ε-filter to reduce the noise of the OTDR waveform is the coefficient ε. Coefficient ε
If is too large, the waveform at the connection is distorted and accurate measurement cannot be performed. Conversely, if the coefficient ε is too small, the effect of noise reduction cannot be expected. The noise width to be superimposed on the OTDR waveform is ±
Assuming that x ′ n and the peak level of the noise inside the OTDR observed after the fiber end are x peak , the relationship between the two is
【数4】 と表すことができる(中村、富田、高杉、佐野「光パル
ス試験波形データ自動解析法」, 1990年信学会春季全
大,B-899参照)。(Equation 4) (See Nakamura, Tomita, Takasugi, and Sano, "Automatic Analysis Method for Optical Pulse Test Waveform Data," IEICE Spring Spring 1990, B-899.)
【0011】式(1)のF(x)のxn に式(4)で求
めたx' n を用いることにより、式(3)から、重畳し
ているノイズの幅が小さい近端方向では値εが小さく、
逆に重畳しているノイズの幅が大きい遠端方向ではεが
大きい値をとることになる。即ち、εを後方散乱光レベ
ルに応じて適応的に変化させることによって接続点部分
の波形歪みを最小限に抑えながら、且つ光ファイバ区間
を効果的に平滑化することができる。本発明は、このε
を、ファイバ端以降で観測される光パルス試験器内部ノ
イズのピークレベルとノイズ低減を行う位置の後方散乱
光レベルとの差から算出することが極めて有効であるこ
とを見出したことによるものである。[0011] x n of F (x) of equation (1) by using x 'n obtained in Equation (4), from equation (3), a width of less proximal direction noise superimposed in Value ε is small,
Conversely, in the far end direction where the width of the superimposed noise is large, ε takes a large value. That is, by adaptively changing ε according to the backscattered light level, it is possible to effectively smooth the optical fiber section while minimizing the waveform distortion at the connection point. In the present invention, this ε
From the difference between the peak level of the internal noise of the optical pulse tester observed after the end of the fiber and the backscattered light level at the position where noise reduction is performed. .
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例として、ソ
フトウェア上で実現したε−フィルタを用いてOTDR
のノイズ低減処理を行った例を説明する。OTDRの測
定条件は、パルス幅が500ns、読取り分解能が1m 、
平均化回数が2の15乗回、測定ポイント数は5,000 で
ある。また、ノイズピークレベルxpeakを28dB、平滑
化を行う幅N及びMを5ポイントとし、非線形関数F
(x)としては図2に示す関数を用いた。ファイバ端以
降で観測される光パルス試験器内部ノイズのピークレベ
ルとノイズ低減を行う位置の後方散乱光レベルとの差か
ら、ε算出手段により、式(4)及び(3)を用いてε
を算出した。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, as an embodiment of the present invention, an OTDR using an ε-filter realized on software will be described.
An example in which the noise reduction processing has been performed will be described. The OTDR measurement conditions are as follows: pulse width is 500 ns, reading resolution is 1 m,
The number of averaging is 2 to the 15th power, and the number of measurement points is 5,000. The noise peak level x peak is 28 dB, the widths N and M for smoothing are 5 points, and the nonlinear function F
The function shown in FIG. 2 was used as (x). From the difference between the peak level of the internal noise of the optical pulse tester observed after the end of the fiber and the backscattered light level at the position where noise reduction is performed, ε is calculated by the ε calculation means using the equations (4) and (3).
Was calculated.
【0013】図3にノイズ低減処理を行わない場合の比
較例を、図4に本発明によるノイズ低減処理を行った場
合の測定結果を示す。即ち、この場合、読取り分解能が
1mであるため、1ポイントが1m に相当する。また、
近端部分でデータが欠落しているのは、OTDRと光フ
ァイバ接続部分で発生する反射の影響を除去するために
マスクをかけているためである。両者の図を比較するこ
とによって明らかなように、本発明の光パルス試験器用
非線形ディジタルフィルタによれば、直線的なレーリー
散乱波形上に重畳した細かいノイズを低減できることが
分かる。また、融着接続点で発生した段差及びコネクタ
接続点のフレネル反射の部分の波形歪みは殆ど発生して
いないことが分かる。FIG. 3 shows a comparative example when the noise reduction processing is not performed, and FIG. 4 shows a measurement result when the noise reduction processing according to the present invention is performed. That is, in this case, since the reading resolution is 1 m, one point corresponds to 1 m. Also,
The lack of data at the near end is due to masking to eliminate the effects of reflections occurring at the OTDR and the optical fiber connection. As is clear from the comparison between the two figures, it can be seen that the nonlinear digital filter for an optical pulse tester of the present invention can reduce fine noise superimposed on a linear Rayleigh scattering waveform. Also, it can be seen that there is almost no waveform distortion generated at the fusion connection point and at the Fresnel reflection portion at the connector connection point.
【0014】上記の実施例では、ソフトウェア上で実現
したε−フィルタを用いたが、これをOTDR中にハー
ドウェアで構成することも勿論可能である。更に、OT
DRとパソコンとの間をGP−1B又はRS−232C
等のコネクタで接続し、OTDR波形をパソコンに転送
し、パソコン上にソフトウェアで構成したε−フィルタ
を用いて処理するように構成することもできる。In the above embodiment, the ε-filter realized on software is used, but it is of course possible to configure this in hardware during OTDR. Furthermore, OT
GP-1B or RS-232C between DR and PC
The OTDR waveform can be transferred to a personal computer, and processed using an ε-filter configured by software on the personal computer.
【0015】[0015]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ε−分離非線形ディジタルフィルタを用い、ε−分離非
線形ディジタルフィルタを構成する振幅のしきい値ε
を、ファイバ端以降で観測される光パルス試験器内部ノ
イズのピークレベルとノイズ低減を行う位置の後方散乱
光レベルとの差から算出することにより、OTDR波形
上に重畳したノイズを低減することができる。As described above, according to the present invention,
Using an ε-separated nonlinear digital filter, an amplitude threshold ε constituting the ε-separated nonlinear digital filter
Can be reduced from the difference between the peak level of the internal noise of the optical pulse tester observed after the fiber end and the backscattered light level at the position where noise reduction is performed, thereby reducing the noise superimposed on the OTDR waveform. it can.
【図1】OTDRの波形例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a waveform example of OTDR.
【図2】本発明の実施例における非線形関数を説明する
図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a non-linear function in an embodiment of the present invention.
【図3】ノイズ低減処理を行わない場合の測定例を示す
図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a measurement example when noise reduction processing is not performed.
【図4】本発明のノイズ低減処理を行った場合の測定例
を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a measurement example when the noise reduction processing of the present invention is performed.
1 OTDR 2 光ファイバ 3 コネクタ接続点 4 融着接続点 5 ファイバ端 1 OTDR 2 Optical fiber 3 Connector connection point 4 Fusion connection point 5 Fiber end
Claims (1)
端から光パルスを入射し、光ファイバ内で発生するレー
リー散乱及びフレネル反射からな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
ス試験器に用いるノイズを低減するための非線形ディジ
タルフィルタおいて、 ファイバ端以降で観測される光パルス試験器内部ノイズ
のピークレベルとノイズ低減を行う位置の後方散乱光レ
ベルとの差から、ε−分離非線形ディジタルフィルタの
振幅のしきい値εを算出するε算出手段、及び、ε算出
手段によって算出されたε値によって構成されるε−分
離非線形ディジタルフィルタを具え、光パルス試験器の
出力信号を入力とし、該信号中よりノイズ成分を除去し
て出力することを特徴とする光パルス試験器用非線形デ
ィジタルフィルタ。An optical pulse is incident on an optical fiber connecting the near end and the far end from the near end, and the light intensity of backscattered light generated in the optical fiber, which is composed of Rayleigh scattering and Fresnel reflection, is detected. In the nonlinear digital filter used to reduce the noise used in the optical pulse tester, which outputs the discretized data on the time axis, the peak level of the internal noise of the optical pulse tester observed after the end of the fiber and the position at which the noise is reduced Calculation means for calculating the threshold value ε of the amplitude of the ε-separated nonlinear digital filter from the difference with the backscattered light level of the ε-separated nonlinear digital filter; A nonlinear signal for an optical pulse tester, comprising a filter, receiving an output signal of the optical pulse tester as an input, removing a noise component from the signal, and outputting the signal. Digital filter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34290797A JPH11174267A (en) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | Nonlinear digital filter for optical pulse tester |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34290797A JPH11174267A (en) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | Nonlinear digital filter for optical pulse tester |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11174267A true JPH11174267A (en) | 1999-07-02 |
Family
ID=18357450
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34290797A Pending JPH11174267A (en) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | Nonlinear digital filter for optical pulse tester |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11174267A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102636843A (en) * | 2012-05-07 | 2012-08-15 | 中国电子科技集团公司第二十三研究所 | Optical fiber filter |
US9541459B2 (en) | 2013-02-28 | 2017-01-10 | Yokogawa Electric Corporation | Optical fiber temperature distribution measurement device and method of measuring optical fiber temperature distribution |
-
1997
- 1997-12-12 JP JP34290797A patent/JPH11174267A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102636843A (en) * | 2012-05-07 | 2012-08-15 | 中国电子科技集团公司第二十三研究所 | Optical fiber filter |
US9541459B2 (en) | 2013-02-28 | 2017-01-10 | Yokogawa Electric Corporation | Optical fiber temperature distribution measurement device and method of measuring optical fiber temperature distribution |
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