High Sensitivity ϕ-OTDR over Long Distance with Polarization Multiplexed Codes
新引入的偏振分集探测码的建议，以提高差分相位敏感分布式OTDR系统的灵敏度和带宽性能。这是最近证明了通过短长度的专用光纤与反向散射引起的等距光纤布拉格光栅插入在光纤本身。在这封信中总结的工作的目的是扩展的偏振分集探测技术，广泛传播的标准单模光纤（SSMF）用于电信，通过单独利用瑞利后向散射。实现完美的相位估计沿这样的光纤的条件首先详细说明。实验验证突出的能力，检测和本地化，超过25公里的SSMF，在475赫兹带宽内的多个低能量扰动。
2019-02-05 eess.SP
Enhancing performance of coherent OTDR systems with polarization diversity complementary codes
监测光纤中的光学相位变化能够实现广泛的应用，其中通常由声学信号或振动引起快速相位变化。然而，估计的光纤响应的质量强烈地依赖于用于调制发送到光纤的光并捕获光场的变化的方法。在本文中，我们表明，分布式光纤传感系统可以有利地利用电信领域的技术，如在相干光传输中使用的那些，以提高其性能，在检测机械事件，同时共同提供一个简单的设置比广泛的脉冲克隆或基于频谱扫描的计划与声光调制器。我们定期捕获的整体光纤琼斯矩阵估计感谢一种新的探测技术，使用两个相互正交的互补（Golay）对二进制序列同时适用于相位和正交的两个正交偏振态。在文中详细介绍的条件下，实现了传感器阵列的理想信道响应估计，从而提高了相干相位OTDR系统的灵敏度和带宽。高灵敏度，线性响应，和带宽覆盖高达18 kHz的10个光纤布拉格光栅（FBG）组成的传感器阵列证明。
2018-04-25 eess.SP
Optical Fiber Fault Detection and Localization in a Noisy OTDR Trace Based on Denoising Convolutional Autoencoder and Bidirectional Long Short-Term Memory
ADVA Optical Networking SE（ADVA光网络公司）；Kiel University (CAU)（基尔大学（克里斯蒂安-阿尔布雷希茨大学））
光时域反射计（OTDR）已被广泛用于表征光纤链路以及用于检测和定位光纤故障。OTDR迹线容易被不同种类的噪声扭曲，导致后向散射信号的模糊，从而导致误导性解释和更繁琐的事件检测任务。为了解决这个问题，提出了一种新的方法结合去噪卷积自动编码器（DCAE）和双向长短期记忆（BiLSTM），其中前者用于OTDR信号的噪声去除，后者用于故障检测，定位和诊断与去噪信号作为输入。所提出的方法适用于不同水平的输入SNR范围从-5 dB到15 dB的噪声OTDR信号。实验结果表明：（i）DCAE在对OTDR迹线进行去噪方面是有效的，并且优于其他深度学习技术和传统的去噪方法;（ii）BiLSTM实现了96.7%的高检测和诊断准确率，与使用噪声OTDR信号训练的相同模型的性能相比，提高了13.74%。
2022-03-19 cs.LG eess.SP
Convolutional Neural Networks for Reflective Event Detection and Characterization in Fiber Optical Links Given Noisy OTDR Signals
ADVA Optical Networking SE（ADVA光网络公司）；Kiel University（基尔大学）
快速、准确地检测和定位光缆故障对保证光网络的生存性和可靠性至关重要。因此，迫切需要开发一种自动和可靠的算法，用于利用由光时域反射仪（OTDR）仪器获得的遥测数据进行实时光纤故障检测和诊断。在本文中，我们提出了一种新的基于卷积神经网络（CNN）的数据驱动的方法来检测和表征的光纤反射故障给定的噪声模拟OTDR数据，其SNR（信噪比）值从0 dB到30 dB变化，结合反射事件模式。在我们的模拟中，我们实现了更高的检测能力，低误报率和更大的定位精度，即使在低信噪比值相比，传统的技术。
2022-03-19 cs.LG eess.SP
Linearized Bregman Iterations for Automatic Optical Fiber Fault Analysis
光网络的物理层的监控是一个非常相关的课题。为了检测光纤故障，光时域反射计（OTDR）等单端解决方案可以精确测量故障分布。将OTDR与用于高维稀疏参数估计的信号处理方法相结合，可以在缩短的时间内获得自动化和可靠的结果。在这项工作中，一个测量系统组成的光子计数OTDR数据采集单元和处理单元的基础上，线性化Bregman迭代算法的自动故障查找的建议。提出了一个深入的比较研究所提出的算法的故障检测能力在噪声的存在下。特征，如灵敏度，特异性，处理时间和复杂性，在模拟环境中进行了分析。使用光子计数OTDR子系统进行数据采集和使用基于线性化Bregman的处理单元进行自动数据分析的实际测量结果非常准确。它的结论是，建议的测量系统是特别适合于故障查找的任务。该算法的自然特性促进了将解决方案嵌入数字硬件，从而降低了成本和处理时间。
2018-12-19 eess.SP
AI-Augmented OTDR Fault Localization Framework for Resilient Rural Fiber Networks in the United States
本文提出一种AI增强型OTDR故障定位框架，结合机器学习与传统信号分析，用于美国农村光纤网络的故障分类与定位，并通过实验验证其检测精度优于传统阈值方法。
2025-06-03 cs.NI eess.SP
Low-Complexity Event Detection and Identification in Coherent Correlation OTDR Measurements
本文将相干相关OTDR与低复杂度分析方法结合，研究光纤中快速温度变化与振动的检测，实现了约2 m的定位精度及振动幅度与频率的提取。
2025-01-29 eess.SP
Towards Polarization-Insensitive Coherent Coded Phase OTDR
我们探讨了从偏振角度询问光纤传感器的替代方案，并证明了与单偏振探测相比，相干Φ-OTDR的双偏振探测具有更好的精度。
2021-10-12 eess.SP physics.ins-det physics.optics
Long-Term Latency Measurement of Deployed Fiber
使用相关OTDR，我们测量了部署的电缆中光纤的延迟，并计算了光纤温度变化的时间系数。估计部署的光纤的年温度变化为25K。
2019-08-28 eess.SP
Simultaneous Temperature and Acoustic Sensing with Coherent Correlation OTDR
本文提出利用相干相关光时域反射计在195米单模光纤上同时测量叠加温度变化与400赫兹声学信号引起的动态应变，验证了该技术在多参量传感中的可行性。
2023-05-26 eess.SP physics.ins-det
Beyond the Limitation of Pulse Width in Optical Time-domain Reflectometry
光时域反射计（OTDR）是分布式时域光纤传感技术的基础。通过将脉冲光注入光纤，可以基于光飞行时间获得事件的距离信息。沿光纤长度的最小可分辨事件间隔称为空间分辨率，其由光脉冲宽度决定。通过减小脉冲宽度，可以提高空间分辨率。然而，与此同时，系统的信噪比下降，并且需要更高速度的设备。为了解决这个问题，已经提出了诸如迭代细分、反褶积和神经网络的数据处理方法。但是，它们都有一些缺点，因此没有得到广泛应用。在这里，我们提出并实验证明了基于深度卷积神经网络的OTDR反卷积神经网络。建立了一个简化的OTDR模型，以生成大量的训练数据。通过优化网络结构和训练数据，实现了有效的OTDR反褶积。仿真和实验结果表明，该神经网络可以实现更准确的反褶积比传统的反褶积算法具有更高的信噪比。
2022-03-14 eess.SP physics.optics
Fundamentals of Optical Fiber Sensing Schemes Based on Coherent Optical Time Domain Reflectometry: Signal Under Dynamic Temperature Conditions
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；DTU Electro, Technical University of Denmark（丹麦技术大学电气工程系）；Adtran Networks SE（阿德兰网络有限公司）
本文通过理论、算法和实验研究，基于相干检测的φ-OTDR实现温度传感，提出物理模型揭示相位编码累积温度变化而幅度仅局部敏感，并开发了温度事件检测与剖面重建的鲁棒算法。
2026-07-01 eess.SP physics.optics
Accurate Measurement of Propagation Delay in a Multi-Span Optical Link
提出了相关光时域反射技术（C-OTDR）的原理，用于精确测量多跨光纤链路中的传输时延。在反射模式下测量传输光纤的延迟，而在透射模式下测量单向节点分量。为了准确划分，需要在各部分之间划分反射器。
2019-12-11 eess.SP
Group Delay Measurements of Multicore Fibers with Correlation Optical Time Domain Reflectometry
采用相关光时域反射仪（C-OTDR）对几种多芯光纤（MCF）的传输延迟和偏振模色散（PMD）进行了表征。结果表明，纤芯中的传输延迟取决于纤芯在光纤中的位置，并且纤芯之间的差分延迟随温度而变化。
2020-11-25 eess.SP
Optical fiber for remote sensing with high spatial resolution
讨论了光纤作为传感器以及用于感测数据的传输介质的使用，使得能够在数十公里的距离处使用没有电源的光学有源传感器。取决于询问系统，可以实现小于一毫米的空间分辨率。基本的传感原理是光时域反射计（OTDR），其具有瑞利反向散射或菲涅耳反射信号的直接检测或相干检测。通过发射序列和接收信号之间的互相关来提高空间分辨率。
2022-07-06 eess.SP physics.optics
Linear Least Squares Estimation of Fiber-Longitudinal Optical Power Profile
本研究提出一种光纤纵向光功率剖面估计的线性最小二乘方法，可全局最优求解，实验验证其精度高、能定位微小损耗异常，还讨论了该类方法的性能极限与WDM场景可行性。
2023-11-09 eess.SP
Monitoring of Optical Networks Using Correlation-Aided Time-Domain Reflectometry with Direct and Coherent Detection
本文提出基于相关OTDR并结合直接与相干检测的光网络传输路径监测方法，实现皮秒级延迟测量及光纤附近动态效应监测。
2023-06-06 eess.SP physics.optics
Optical Wireless Satellite Networks versus Optical Fiber Terrestrial Networks: The Latency Perspective
光无线卫星网络（OWSNs），又称自由空间光卫星网络，是利用即将到来的低地球轨道和甚低地球轨道卫星星座中的卫星之间的激光星间链路（LISL）形成的，可以为现有的陆地光纤网络（OFTNs）提供更好的替代方案，用于长距离洲际数据通信。LISLs在太空真空中以光速运行，这使得OWSNs在延迟方面比OFTNs具有关键优势。在本文中，我们采用星链的第一阶段的卫星星座和卫星之间的LISLs来模拟一个OWSN。然后，我们比较了这种OWSN和OFTN在三种不同的情况下的长距离洲际数据通信的网络延迟。结果表明，OWSN的性能优于OFTN在所有的场景。据观察，源和目的地之间的洲际连接的长度越长，OWSN提供的延迟改善越好。
2021-06-14 eess.SP
FPGA-based Neural Network Accelerator for Millimeter-Wave Radio-over-Fiber Systems
随着高速无线通信的发展，60 GHz毫米波频段和光纤无线通信系统作为一种很有前途的毫米波信号传输方案得到了广泛的研究。神经网络已被研究，以改善毫米波RoF系统的性能在接收端抑制线性和非线性损伤。然而，以往的神经网络在毫米波RoF系统中的研究主要集中在高端GPU的离线实现上，这对于低功耗、低成本和有限计算平台的应用来说是不现实的。为了解决这个问题，我们研究了使用现场可编程门阵列（FPGA）的神经网络硬件加速器的实现，利用低功耗，并行计算能力，和可重构的功能的FPGA。卷积神经网络（CNN）和二进制卷积神经网络（BCNN）的硬件加速器进行了演示。此外，为了满足毫米波RoF系统的低延迟要求，并使低成本的紧凑型FPGA器件的使用，提出了一种新的内部并行优化方法。与嵌入式处理器（ARM Cortex A9）执行延迟相比，基于FPGA的CNN/BCNN硬件加速器将延迟降低了92%以上。与未优化的FPGA实现相比，所提出的优化方法将CNN和BCNN的处理延迟降低了44%以上。与GPU实现相比，采用该优化方法实现的CNN延迟降低了85.49%，功耗降低了86.91%.虽然与GPU实现相比，采用所提出的优化方法的BCNN实现的延迟较大，但功耗降低了86.14%。基于FPGA的神经网络硬件加速器为毫米波RoF系统提供了一种很有前途的解决方案。
2020-02-19 eess.SP
Fault Monitoring in Passive Optical Networks using Machine Learning Techniques
Nokia Bell Labs（诺基亚贝尔实验室）；ADVA Optical Networking SE（ADVA光学网络股份公司）；ADVA Network Security GmbH（ADVA网络安全有限公司）；Christian-Albrechts-Universität zu Kiel（基尔大学）
本文针对无源光网络中因分支反射重叠而难以识别故障ONU的问题，提出多种机器学习故障监测方法，并利用实验OTDR数据验证其有效性。
2023-07-08 cs.LG cs.NI eess.SP
Fiber-induced nonlinearity compensation in coherent optical systems by affinity propagation soft-clustering
由于网络流量需求和关键延迟感知服务（如远程医疗和物联网）的增加，在不牺牲光纤通信中的能耗和复杂性的情况下最大化信号容量的需求非常巨大。在这项工作中，第一个系统不可知和训练数据免费光纤非线性补偿器（NLC）使用亲和传播（AP）聚类实验证明。结果表明，与线性均衡相比，AP通过有效地处理确定性和随机非线性，可以在16正交幅度调制相干光系统中将信号质量因子提高约5dB。AP优于基准聚类算法和复杂的确定性方案，如K均值、模糊逻辑、数字反向传播和基于Volterra的NLC，提供高达4 dB的功率裕度扩展。
2018-12-21 eess.SP
A Block Least Mean Square Method for Fiber Longitudinal Power Profile Monitoring
Università degli Studi di Parma（帕尔马大学）；CNIT national laboratory of advanced optical fibers for photonics (FIBERS)（CNIT光子学先进光纤国家实验室）；Nokia Bell Labs（诺基亚贝尔实验室）
本文提出一种块LMS算法，用于高效监测光纤纵向功率剖面，通过频率域关键计算实现低复杂度和低时延的实时处理。
2026-03-02 eess.SP
BOTDA Fiber Sensor System Based on FPGA Accelerated Support Vector Regression
布里渊光时域分析仪（BOTDA）光纤传感器在静态长距离分布式温度/应变传感中显示出强大的能力。然而，在结构健康监测和泄漏检测等应用中，实时测量是非常必要的。BOTDA系统中的温度/应变测量时间包括数据采集时间和后处理时间。在这项工作中，我们建议使用硬件加速支持向量回归（SVR）的后处理收集的BOTDA数据。利用不同线宽下不同温度下的理想洛伦兹曲线对支持向量回归模型进行训练，确定线性支持向量回归决策函数。实验评估了不同信噪比下支持向量回归算法的性能。在确定模型系数后，采用基于现场可编程门阵列（FPGA）的算法专用硬件加速器实现SVR决策功能。在实现过程中，提出了基于循环依赖分析和批处理的硬件优化技术，以减少执行延迟。与i7-5960x计算机上的软件实现相比，我们的FPGA实现可以实现高达42倍的加速比。使用FPGA板ZCU 104，沿38.44公里FUT的96，100个BGS的后处理时间仅为0.46秒，使后处理时间不再是动态感测的限制因素。此外，我们的FPGA实现的能源效率可以达到高达226.1倍高于基于CPU的软件实现。
2018-12-29 eess.SP
On Crossover Distance for Optical Wireless Satellite Networks and Optical Fiber Terrestrial Networks
光无线卫星网络（OWSNs）与光纤地面网络（OFTNs）相比可以提供更低延迟的数据通信。交叉函数使得能够计算OWSN和OFTN的交叉距离。如果地球上两点之间的距离大于交叉距离，则从OFTN切换或交叉到OWSN导致这些点之间的数据通信的较低等待时间。在这项工作中，我们扩展了先前提出的交叉功能的情况下，中间卫星（或跳）之间的入口和出口卫星在OWSN中的交叉距离在这种情况下，一个更现实的计算。我们考虑了不同的OWSNs与不同的卫星高度和不同的OFTNs与不同的光纤折射率，我们研究了跳数的交叉距离和长度的激光星间链路（LISL）的效果。从数值结果中可以看出，交叉距离随着跳数的增加而增加，并且在OWSNs中，这种增加在较高的卫星高度处较高，而在OFTNs中，这种增加在较低的折射率处较高。此外，交叉距离和长度的LISL之间的反比关系进行了观察。随着跳数的增加，LISL的长度与交叉距离相反地减小。
2022-08-14 cs.NI eess.SP
An open and flexible digital phase-locked loop for optical metrology
本文提出了一种适用于激光稳定系统的开放、灵活的数字锁相环。它是在一个便宜且易于访问的基于FPGA的数字电子平台（Red Pitaya）上实现的，该平台运行可定制的开源固件。基于PC的软件界面允许远程控制平台和优化回路参数。包括几个工具，以允许顺利和快速地测量感兴趣的量。为了演示该平台的功能，我们在$400$ ~m光纤链路上构建了一个光纤噪声消除器。噪声消除是在$30$ ~kHz带宽上实现的，该值主要受致动器引入的延迟和光纤链路上的往返传播的限制。我们测量了平台本身的总延迟为$565$ ~ns，将理论上可实现的控制带宽限制为约225 kHz。
2019-07-08 eess.SP
Reinforcement Learning-based Wavefront Sensorless Adaptive Optics Approaches for Satellite-to-Ground Laser Communication
University of Ottawa（渥太华大学）；National Research Council of Canada（加拿大国家研究委员会）；Dalhousie University（达尔豪斯大学）
卫星对地光通信有可能改善偏远地区使用快速和负担得起的互联网的情况。然而，大气湍流使光束变形，从而在耦合到单模光纤中时侵蚀数据率潜力。传统的自适应光学（AO）系统使用波前传感器来改善光纤耦合。这导致更高的系统尺寸、成本和复杂性，消耗入射光束的一部分并引入延迟，使得用于互联网服务的OSGC不切实际。我们建议使用强化学习（RL），以减少延迟，尺寸和成本的系统，通过$30-40\%$通过学习控制策略，通过与低成本的象限光电二极管，而不是波前相位轮廓相机的相互作用。我们开发并共享一个AO RL环境，该环境提供了一个标准化平台，用于根据Strehl比开发和评估RL，Strehl比与光纤耦合性能相关。我们的实证分析发现，近端策略优化（PPO）优于软演员批评和深度确定性策略梯度。在250次训练后，PPO收敛到由理想化的Shack-Hartmann传感器获得的最大奖励的$86\%$内，表明RL能够实现有效的波前无传感器OSGC的潜力。
2023-03-13 astro-ph.IM cs.LG eess.SP
XR-RF Imaging Enabled by Software-Defined Metasurfaces and Machine Learning: Foundational Vision, Technologies and Challenges
我们提出了一种新的方法来延展实境（XR），表示为iCOPYWAVES，它旨在提供自然的低延迟操作和成本效益，克服现有解决方案所面临的关键可扩展性问题。iCOPYWAVES由新兴PWE实现，PWE是无线通信中最近提出的技术。通过智能（Meta）表面的支持，PWE将波传播现象转化为软件定义的过程。我们利用PWE来i）创建，然后ii）选择性地将物体的散射RF波前从空间中的一个位置复制到另一个位置，其中由FPGA加速的机器学习模块使用PWE驱动的RF成像原理（XR-RF）将其转换为XR耳机的视觉输入。这使得XR系统的操作被限制在物理层中，因此具有最小端到端延迟的前景。在长距离上，采用RF到光纤/光纤到RF来提供中间连接。本文介绍了iCOPYWAVES系统架构和工作流程。通过模拟提供了一个概念验证的实现，展示了在iCOPYWAVES制作的计算机图形中重建具有挑战性的对象。
2022-09-28 cs.ET eess.IV eess.SP
Real-time Event Recognition of Long-distance Distributed Vibration Sensing with Knowledge Distillation and Hardware Acceleration
针对长距离DVS系统实时事件识别的挑战，本文提出基于ResNet知识蒸馏的四层CNN模型，并设计FPGA硬件以二进制移位和权重量化加速推理，实现了38.55公里光纤的实时处理，准确率提升至95.39%。
2024-08-22 cs.SY eess.SP eess.SY
Omni-Photonic Base Station: A Three-Functional-Domain Photonic Architecture for Evolutionary 6G Wireless Infrastructure
China Mobile Research Institute（中国移动研究院）；China Mobile Communications Group Co., Ltd.（中国移动通信集团有限公司）
该研究针对6G通信的复合需求，提出Omni-PBS架构，通过三个功能域的光子技术应用及跨域协同设计，突破电子瓶颈并提升能效、降低前传带宽需求，为6G无线基础设施提供新方案。
2026-08-17 eess.SP physics.optics
