Что измерять?
В оптических сетях существует большое количество паразитных явлений, ухудшающих качество передачи сигнала, однако для PON сети особое влияние имеют лишь два из них: затухание и возвратные потери.
Затухание — потеря мощности оптического сигнала при его распространении по оптоволокну и при прохождении через пассивные элементы сети: сплиттеры, механические и сварные соединения. Затухание A(λ) между двумя поперечными сечениями определяется как
Где A(λ) – затухание при длине волны λ, дБ;
P1(λ) – оптическая мощность, проходящая через поперечное сечение 1, мВт;
P2(λ) – оптическая мощность, проходящая через поперечное сечение 2, мВт.
Рисунок 23 — Влияние затухания на амплитуду сигнала
Полными потерями называют отношение оптических мощностей на входе и на выходе ВОЛС. Полные потери являются важным показателем, т.к. они определяют бюджет мощности линии, поэтому их величину контролируют как в процессе монтажа, так и в процессе эксплуатации линии.
Потери на всём следовании сигнала от OLT к ONU абонента состоят из:
· погонные потери в волокне;
· потери на делителях;
· потери на соединениях (сварки, механические соединения);
· потери на перегибах волокна.
Возвратные потери (англ. ORL — OpticalReturnLoss) — доля мощности, вернувшаяся обратно к источнику излучения.
Рисунок 24 – ORL
ORL определяется как логарифмическое отношение мощности базового сигнала к мощности отражённого, поэтому чем показатель ORL выше, тем лучше качество передаваемого сигнала.
Где A(λ) – возвратные потери при длине волны λ, дБ;
P1(λ) – оптическая мощность, введенная в световод источником излучения, мВт;
P2(λ) – оптическая мощность, вернувшаяся к источнику излучения, мВт.
Уменьшить отражённый сигнал можно, используя в местах механических соединений коннекторы с APC полировкой (ORL = 65…70дБ) вместо стандартной UPC (ORL = 50…55дБ). Как уже писалось выше, особенно важно следить за показателем ORL в случае, если Вы хотите передать CATV через PON, т.к. отражённый сигнал сильно влияет на качество аналогового TV сигнала (особенно если он имеет амплитудную модуляцию).
Таким образом, при строительстве и эксплуатации PON сети необходимо следить всего за двумя показателями: затуханием в линии и возвратными потерями (ORL).
Также необходимо снимать рефлектограмму PON. Рефлектограмма - графическое изображение результатов испытаний ОВ с использованием рефлектометра, в котором по горизонтальной оси отображается расстояние, а по вертикальной оси отображается уровень мощности оптического излучения, поступившего(возвращенного) на вход рефлектометра из испытываемого ОВ.
Чем измерять?
Оптический рефлектометр (Optical Time Domain Reflectometer — OTDR). Один из самых востребованных приборов для диагностики сетей. Имея доступ к одному концу волокна, рефлектометр может построить график распределения мощности сигнала по оптической линии — рефлектограмму. Анализ рефлектограммы позволяет определить все необходимые параметры линии (погонные затухания волокна, потери мощности между узлами сети и возвратные потери), а также быстро и точно локализовать обрывы и другие дефекты волокна.
Рефлектометр позволяет:
- определять распределение потерь вдоль волоконной оптической связи (ВОЛС);
- выявлять дефектные элементы или участки линий связи;
- определять точное расположение обрывов или дефектных участвок ВОЛС;
- измерять потери мощности оптического сигнала в разъемных и неразъемны (сварных) соединениях;
- измерять потери на отражения.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ОПТИЧЕСКОГО РЕФЛЕКТОМЕТРА ВО ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТИ
Принцип действия OTDR напоминает радар, и во многом схож с принципом действия импульсных рефлектометров, применяемых для тестирования электрических кабелей. Оба типа рефлектометров посылают в линию мощный зондирующий импульс (оптический или электрический) и измеряют мощность и время запаздывания импульсов, вернувшихся обратно в рефлектометр. Отличие заключается в том, что в электрической линии наблюдаются только отраженные импульсы, образующиеся в местах, где в линии имеются скачки волнового сопротивления. В оптических световодах обратная волна образуется не только за счет отражения от больших (по сравнению с длиной волны) дефектов, но и за счет рэлеевского рассеяния в каждой точке световода. Рэлеевсксе рассеяние - когерентное рассеяние света без изменения длины волны (называемое также упругим рассеянием) на объектах, размеры которых меньше его длины волны. Рассеяние света в световоде происходит на флуктуациях показателя преломления кварцевого стекла, сформированных при вытяжке и застывании оптического волокна (ОВ). Размер этих неоднородностей (рэлеевских центров) мал по сравнению с длиной волны и свет на них рассеивается во всех направлениях, в том числе и назад в моду волокна (рис. 1).
Рис. 1. Рассеяние света на флуктуациях показателя преломления кварцевого стекла (рэлеевских центрах).
Рэлеевские центры распределены однородно вдоль сердцевины волокна, и в рассеянной на них электромагнитной волне содержится информация обо всех параметрах линии, влияющих на поглощение света. Именно за счет детектирования рассеянного излучения удается обнаруживать неотражающие (поглощающие) неоднородности в волокне. Например, по сигналу обратного рэлеевского рассеяния света можно измерить распределение потерь в строительных длинах оптических кабелей и потери в местах соединения волокон. Такие измерения нельзя выполнить, регистрируя только отраженное (а не рассеянное) излучение.
Доля мощности света, рассеиваемая назад в моду волокна, по направлению к приемнику, крайне мала. Например, типичные значения коэффициента обратного рассеяния для импульса длительностью 1 нс составляют для одномодового ОВ:
-79 дБ для 1310 нм,
-81 дБ для 1550 нм и 1625 нм;
и для многомодового ОВ: -70 дБ для 850 нм,
-75 дБ для 1300 им.
Поэтому, при измерении параметров световода OTDR посылает большое количество импульсов большой мощности и длительности, а для детектировanия рассеянных назад импульсов света применяются высокочувствительные фотоприемники и суммирование отраженных сигналов. Кроме того, если световой импульс, распространяющийся в каком-либо материале (например, в сердцевине ОВ) попадает в материал с другой плотностью (например, в воздух), часть мощности отражается назад к источнику света, в то время как остальная световая энергия продолжает распространяться дальше (рис. 2).
Рисунок 2 – Возникновение френелевского отражения на разделе оптических сред кварцевое стекло – воздух.
Резкие изменения плотности материала имеют место на горцах волокна, у обрывов и в местах соединения волокон. Количество отраженного света зависит от величины изменения плотности материала (которая характеризуется показателем преломления - более высокий показатель преломления означает большую плотность) а также от того угла, под которым свет падает на поверхность раздела между двумя материалами. Это явление называется френелевским отражением. Оно используется в оптическом рефлектометре для точного определения мест в ОВ, характеризующихся дискретным изменением коэффициента преломления.
Принцип действия оптического рефлектометра во временной области основал на регистрации распределения во времени сигнала обратного рассеяния, состоящего из рэлеевского рассеяния в направлении OTDR и френелевского отражения. Зондирующие импульсы от лазерного диода относительно высокой мощности в водятся в исследуемый световод через Y-разветвитель. Высокочувствительный фотоприемник регистрирует в соответствии с отсчетами времени сигнал обратного рассеяния (СОР) - ту часть мощности оптического излучения, которая возвращается из световода в рефлектометр в результате отражений и обратного рассеяния. Во время регистрации этого сигнала оптический рефлектометр производит тысячи измерений, распределение которых во времени соответствуют распределению СОР по всей длине волокна. Точки с результатами измерений находятся друг от друга на расстоянии от 0,004 до десятков метров, в зависимости от технических характеристик рефлектометра и выбранного режима измерений. Эги точки выводятся на экран и образуют рефлектограмму - наклонную линию, идущую слева направо и сверху вниз. На отображаемой рефлектограмме отображается зависимость мощности СОР от длины ОВ. При этом по горизонтальной оси графика откладывается расстояние, пропорциональное времени возвращения светового импульса в рефлектометр, а по вертикальной - уровень мощности отраженного сигнала. Выбрав с помощью подвижных курсоров две любые точки с результатами измерений, можно определить расстояние между ними и разницу между уровнями мощности СОР в этих точках.
Используемое оборудование
|
Рисунок 8 - Тестовая платформа JDSU MTS-4000
MTS-4000 представляет собой портативную переносную тестовую платформу, разработанную для применения на всех этапах жизненного цикла сети от установки до обслуживания сетей Access/FTTx и Triple-play сервисов. Модульная платформа MTS-4000 предназначена для эксплуатации в полевых условиях и отличается высочайшей производительностью и превосходной масштабируемостью и модернизируемостью.
Отличительные особенности:
§ Большой 7-дюймовый цветной дисплей, подходящий для использования в помещениях и на улице
§ Экономичная, компактная и переносная платформа
§ Поддержка нескольких уровней — от физического уровня до уровня служб
§ Высокая масштабируемость, благодаря поддержке до 2 модулей, заменяемых в полевых условиях
§ Проверка соединений, включая визуальное обнаружение повреждений, измерение мощности и поддержка видеомикроскопов
§ Несколько интерфейсов для быстрой передачи данных: 2 порта USB 2.0, Ethernet до 1 Гбит/с
Применение:
§ Различные инструменты для тестирования волокна, включая оптический рефлектометр, автоматический измеритель IL/ORL по технологии FiberComplete™, анализатор CWDM, селективный измеритель мощности PON/FTTH, видеомикроскоп с поддержкой стандарта IEC (PASS/FAIL) и визуальный детектор повреждений, широкополосный измеритель мощности и источник оптического сигнала.
§ Различные варианты тестирования медного кабеля, включая вольтметр, омметр, рефлектометр для кабельных линий (TDR), резистивный детектор повреждений и широкополосный генератор тонов и анализатор спектра до 30 МГц.
§ Тестирование Triple-Play сервисов, измерение параметров IPTV и VoIP через интерфейсы доступа к DSL и стандартный порт Ethernet.
§ Тестер VDSL и ADSL на платформе Infineon Technologies и лицензионное дополнение для средств диагностики Dr. DSL® компании Aware, Inc.
§ Тестирование корпоративных сетей передачи данных: Базовые и расширенные средства для устранения неполадок при активации сервисов и последующем обслуживании современных сетей.
Технические характеристики измерителя мощности:
– Измерительная длина волны: 1310, 1490, 1550, 1625, 1650 нм
– Калиброванные длины волн: 1310 / 1550 / 1625 / 1650 нм
– Погрешность на калиброванных длинах волн: ± 0,5 дБ (при -30 дБм)
– Диапазон входной мощности: от - 50 до - 2 дБм
– Максимальное разрешение: 0,01 дБ / 0,01 нВт
– Диапазон измерения: от - 45 до - 5 дБм
– Нелинейность в пределах диапазона измерения: ± 0,5 дБ
Технические характеристики приведены для 25°C, после 20 минут времени стабилизации и после установки на нуль.
Технические характеристики источника:
– Класс лазера 1
– Длины волн лазеров при at 25°C:
– 1310 ± 20 нм
– 1550 ± 20 нм
– 1625 ± 20 нм
– 1650 ± 20 нм
Для источников имеются те же длины волн, что и для модуля OTDR.
– Ширина спектра: 5 нм (типичное среднеквадратическое значение)
Выходной уровень
– - 3.5 дБм (типичное значение)
– средний уровень модулированного сигнала: - 6.5 дБм (типичное значение)
Режим излучения
– Непрерывный сигнал (CW)
– Сигнал, содержащий информацию о "ламбда" для измерителя мощности (Auto).
– Модулированный сигнал для идентификации оптического волокна (частотой 270, 330 Гц, 1или 2 кГц).
– Длины волн активизируются одна за другой (режим "TwinTest").
Характеристики рефлектометрических измерений, измерение расстояния:
– Двойной курсор
– Отображенное расстояние учитывает калибровку коэффициента отражения волокна.
– Коэффициент преломления, регулируемый 1,30000 до 1,70000 шагами по 0,00001
– Разрешение на экране: 1 см макс.
– Разрешение курсора: 1 см макс.
– Расстояние между точками измерения: от 4 см, при числе точек выборки до 128 000.
– Погрешность: ±1 м ± шаг дискретизации ±10-5 x расстояние (за исключением погрешностей калибровки коэффициента отражения волокна).
– Диапазон отображения: от 2,6 м до 260 км