近几年,随着5G、云计算、物联网、虚拟现实等高新技术的发展,光传送网（Optical Transport Network,OTN）的带宽不断增加,其传输的信息量也不断增加。正因为此,一旦光纤链路突然发生故障,将对现代社会造成很大的经济损失和社会影响,所以对OTN进行光纤链路监测的需求愈加迫切。而将光纤链路监测嵌入到OTN光监控信道的在线监测实时性强、成本低、便于光传送网运维。因此,深入研究光纤线路在线监测技术是非常有价值的。但其面临提高监测性能和缩短测量时间等需要克服的难题。本论文围绕相关OTDR光纤链路在线监测系统设计与实现进行研究与设计,主要的研究设计工作如下。1.针对基于相关原理的OTDR在线监测方案完成一次测量耗时较长的问题,设计了一种基于周期延拓的相关光时域反射仪（Period Extending-Correlation Optical Time Domain Reflectometry,PE-COTDR）光纤链路在线监测方案。在该方案下,探测信号为m序列,我们通过将单周期m序列的后向散射信号周期延拓三倍再与本地m序列相关的方式恢复出OTDR曲线。通过此设计方案,能够在不影响相关OTDR光纤链路在线监测性能的前提下,有效降低在线监测系统完成一次测量所需的时间。2.建立了 PE-COTDR在线监测方案的仿真平台和离线实验平台。对PE-COTDR在线监测方案进行仿真分析和离线实验验证。仿真和离线实验结果表明,所设计方案在不影响基于相关原理OTDR性能的前提下,所需要的测量时间缩短为约原来的三分之一,数据运算量也降低为约原来的三分之一。3.针对PE-COTDR在线监测方案性能受到后向散射噪声和信道噪声等因素限制的问题,本文设计了一种低复杂度的基于脉冲耦合神经网络的消噪算法。仿真和离线实验结果表明,当迭代消噪的次数为1000次,动态范围提升约为2～3dB。4.为将PE-COTDR技术推向实际应用,设计实现了基于PE-COTDR在线监测方案的信号接收处理单元。与信号发送单元联合测试结果表明所设计的信号接收处理单元电路实现了 OTDR测量的基本功能。