随着光通信技术的迅速发展,光纤已经成为现代信息传输的主要媒介,它为通信网络提供了巨大无比的传输带宽。人们越来越关注光信息快速、稳定以及可靠地传输。实际工作经验表明,光纤通信的线路故障要比设备故障远为突出。光传送网光纤线路因意外故障中断将会造成巨大的社会影响和不可估量的经济损失。因此,光传送网光纤线路在线监测成为近年来研究的热点。光纤线路在线监测一方面可以及时发现甚至预警光纤线路中存在的故障,降低因光纤故障带来的损失;另一方面,光纤在线监测既节约了波长资源又降低了经济成本。光纤线路在线监测的探测光波长与业务信号光波长相同,因此如何降低光纤监测对业务信息传输的影响是光纤线路在线监测的首先需要解决的问题。其次,在线监测场景下,探测光功率受到限制,监测系统的动态范围和空间分辨率相互制约的矛盾更加突出,提升监测系统的性能也是光纤线路在线监测所要克服的难题。本论文围绕光传送网光纤线路在线监测方法及相关关键技术进行深入研究与设计,主要研究设计工作如下。1.针对光传送网在线监测的探测光与业务信号采用同一光源且探测光不影响业务信息正常传递的需求,并结合光传送网光监控信道的特点,提出并设计了一种基于复合帧的相关光时域反射仪(Composite Frame Correlation Optical Time Domain Reflectometry,CF-COTDR)光纤线路在线监测方案。在该方案下,探测序列信号与光监控信道业务信号复用构成可变帧长的复合帧来实现光纤线路在线监测。通过该设计方案,光纤线路在线监测系统可以在不影响业务信息正常传递的前提下实现大动态范围和高空间分辨率。2.为兼顾动态范围和空间分辨率性能,完成了 CF-OTDR在线监测方案所需的相关计算和低通滤波等数字信号处理(Digital Signal Processing, DSP)算法设计。由于光纤后向瑞利散射信号十分微弱,且探测光为连续序列,因此抑制噪声、提高信噪比且保证高空间分辨率是DSP算法必需解决的难题。所设计算法通过相关计算所带来的信噪比增益,并配合数字低通滤波器滤除带外噪声,一定程度上解决了光纤线路测量中空间分辨率和动态范围相互制约的矛盾。3.建立了 CF-COTDR在线监测方案的系统仿真平台,并完成了各种参数下系统性能的仿真分析。由于目前主流仿真光通信仿真软件对于光纤后向瑞利散射仿真的支持尚不完善,本文根据方案工作原理利用Matlab编程对系统中每个器件建立了仿真模型。利用仿真平台验证了所提出方案原理的可行性及有效性。仿真结果表明,在关键器件参数选取典型值的条件下,所设计方案可以实现约26 dB的动态范围及小于10m的空间分辨率。4.建立了 CF-COTDR在线监测方案离线实验平台,在该离线实验平台中可任意配置探测序列参数,探测光功率及系统采样率等其他条件可调节,以便对各种参数条件下方案的性能进行实验验证。通过所建立的离线实验平台实验验证了各个系统参数对监测性能的影响,并在现有实验条件下对所提出的方案进行了离线实验,实验结果验证了所提出方案的有效性。