用于光时域反射计的周期伪随机序列的产生

　　1　引言

　　光时域反射计(OTDR)又叫背向散射仪,主要用来测量光纤长度、光纤故障点、光纤接头损耗,是光纤生产、施工、维护不可缺少的仪表,是光纤通信领域中重要的测量仪器。随着光纤传输距离越来越长,光脉冲在光纤传输中功率随距离指数衰减,背向散射光非常微弱,噪声干扰严重[1],为了解决这个问题,人们提出反射具有一个结构的脉冲序列,利用序列的相关特性提高抗干扰能力和分辨率。可用于光时域反射计的序列主要有互补序列[2]、周期伪随机序列[3]等,其中周期伪随机序列要求长周期(大于1 000)、高速率[4],存储器产生这样的伪随机序列因其速率慢而不适合。文中使用FPGA芯片,利用反馈移位寄存器快速产生长周期伪随机序列,可以满足光时域反射计的应用要求。

　　2　定周期的二元序列的综合

　　伪随机序列的产生可以通过线性移位伪寄存器即m序列来实现,也可以通过非线性移位寄存器来实现。非线性移位寄存器比起线性移位寄存器来具有许多优越性,非线性移位寄存器序列的总数比线性反馈移位寄存器序列的总数要多得多,这就给实际应用提供了充分的选择余地。

　　给定周期的二元序列的综合是寻求产生任意给定周期v(1≤v≤2n-1)的二元序列的移位寄存器。根据二元序列周期的遍历性,至少有一个非奇异的n级移位寄存器能够产生周期为v的二元序列。产生该序列一般采用截短法,将n级m序列所构成的长为2n-1的圈截短得到一个长为v的圈。该方法的关键是找到一个状态顶点S*,跳过2n-1-v个顶点,得到长为v的圈,这个起跳的顶点S*,称为检测字,再通过对原反馈逻辑的适当修改来实现给定周期的二元序列。

　　寻找检测字的方法利用m序列的移位相加性质,将m序列左移v位,必得到与原序列移位等价的n序列。

　　3　非线性伪随机序列的FPGA实现

　　FPGA为现场可编程门阵列可编程逻辑器件,是倍受现代数字系统设计工程师欢迎的最新一代系统设计积木块,现场可编程集成新器件。FPGA器件为逻辑门级编程,FPGA芯片中有被互连网络包围的逻辑单元,芯片四周为可编程的输入/输出单元阵列,其互连模式亦是可编程的,用户可以通过现场编程决定每个单元的功能及其互连关系。FPGA器件具有集成度高、编程灵活、阵列引脚数多、功耗低、设计编程速度快等特点[5]。Altera公司的FLEX10K系列中的EPF10K10LC84-4芯片,基于SRAM的在系统可编程结构。该器件可利用Altera公司的MAX+PlusII软件进行编程。MAX+PlusII软件有原理图输入法和硬件语言输入法,该设计采用原理图输入法(也可以用VHDL语言入),经过编译、时序仿真优化后,下载至EPF10K10LC84-4芯片。