В статье рассмотрены особенности оптических измерений на сетях PON: виды измерений, факторы, влияющие на качество передачи, схемы проведения измерений и измеряемы параметры. Рассмотрены проблемы, возникающие при таких измерениях и пути их решения. Приведен перечень необходимого измерительного оборудования и его параметры, важные для применения на PON.
Умищем PON нам не понять,
Аршином общим не измерить…
Построение современной качественной оптической сети невозможно без высокого качества ее тестирования. Оно позволяет подтвердить основные параметры, обеспечивающие качество передачи информации, а при необходимости - помочь инсталлятору определить характер и место повреждения. В пассивных оптических сетях измерения связаны с достаточно большими затратами времени и средств. Поэтому измерительные приборы должны быть тщательно подобраны с учетом особенностей именно таких сетей, а этапы и методы измерений должны соответствовать международным стандартам для PON.
Виды измерений на PON
На различных этапах построения и использования PON могут проводиться следующие измерения:
– входной контроль;
– строительно-монтажные;
– приемо-сдаточные;
– эксплуатационные.
Входной контроль параметров компонентов сети проводится перед началом строительства. Его задача – проверить соответствие параметров кабеля, шнуров, разветвителей и других устройств заявленным значениям. Однако, при строительстве небольших абонентских сетей это не всегда целесообразно, т.к. полноценный входной контроль всех составляющих PON потребует большого количества времени и достаточно дорогостоящего оборудования. Проще провести выборочный контроль (например, коэффициента затухания нескольких строительных длин кабеля) и довериться гарантийным обязательствам поставщика.
В процессе инсталляции сети производятся измерения, позволяющие оценить качество строительно-монтажных работ, например, подвеса отрезка воздушного оптического кабеля на опорах, сварного соединения оптических волокон и т.п.
Приемо-сдаточные измерения производятся после окончания строительно-монтажных работ для подтверждения заданных параметров сети, обеспечивающих качество передачи информации. Эксплуатационные измерения производятся в тех случаях, когда в процессе работы PON происходит ухудшение параметров сигналов или повреждение в какой-либо точке сети, а также после проведения ремонтно-восстановительных работ.
Строительно-монтажные измерения на PON
В процессе строительно-монтажных работ могут понадобиться измерения, связанные с контролем качества компонентов и качества самой инсталляции PON. К ним относятся измерения погонного затухания строительных длин оптического кабеля, потерь в сварных соединениях, затуханий и потерь на отражение пассивных компонентов (разъемов, разветвителей).
Для этой цели наилучшим образом подходит оптический рефлектометр, который подключается с одного конца линии и позволяет получить распределение отраженной мощности по ее длине. В результате измерений формируется графическая зависимость (рефлектограмма), которая характеризует распределение мощности оптического сигнала по длине линии. Таким образом, по наклону характеристики на линейных участках можно определить величину коэффициента затухания оптического кабеля (в дБ/км), а для локальных неоднородностей (сварные и разъемные соединения, изгибы волокон и т.п.) можно определить вносимые потери и потери на отражение (см. рисунок ниже).
По окончании строительно-монтажных работ на отдельных сегментах сети целесообразно сделать на них рефлектометрические измерения (если есть возможность, то на двух длинах волн) и сохранить опорные рефлектограммы. При дальнейшей эксплуатации для определения мест повреждения (или неоднородности) очень полезным будет наложение исходной опорной рефлектограммы на «аварийную» (многие модели рефлектометров имеют такую функцию). Иногда это позволяет быстрее понять характер неисправности и обнаружить ее местоположение.
Также рекомендуется снимать рефлектограммы при изменении топологии сети (подключения нового абонента, замены разветвителя и т.п.).
Факторы, влияющие на качество передачи в PON
При проведении приемо-сдаточных работ обычно производятся измерения параметров, характеризующих скорость передачи, отсутствие ошибок и другие показатели, характеризующие качество принимаемого сигнала. Основными факторами, действующими в линейном тракте (между передатчиком и приемником) и ограничивающими показатели качества являются: затухание, дисперсия (хроматическая и поляризационная) и нелинейные эффекты.
Затухание сигнала в оптических кабелях, шнурах, разъемах, разветвителях и других компонентах PON приводит к уменьшению уровня сигнала на входе фотоприемника и, соответственно, ухудшению соотношения сигнал/шум, увеличению коэффициента ошибок. Как было показано в статье «Практика проектирования пассивных оптических сетей (PON)», общее затухание зависит от длины линии, количества пассивных компонентов и затухания в них, а также количества разъемных и неразъемных соединений. Общее затухание в линейном тракте обязательно измеряется на соответствие рассчитанному бюджету потерь. Также могут производиться измерения потерь, вносимых отдельными компонентами сети (разъемами, разветвителями и т.п.).
 |
 |
Дисперсия оптических сигналов связана с различными скоростями распространения различных спектральных (хроматическая) или поляризационных (поляризационно-модовая) составляющих. Она приводит к уширению формы импульсов или фазовым искажениям аналоговых сигналов в оптических волокнах. Достаточно большая дисперсия приводит к ошибкам распознавания сигналов фотоприемником и, опять же, к ухудшению соотношения сигнал/шум, увеличению коэффициента ошибок или искажениям ТВ сигнала (SCO). Большая из двух составляющая – хроматическая дисперсия – зависит от длины линии, длины волны сигнала и параметров волокон. Такая дисперсия реально оказывает существенное влияние на форму сигнала на длинных линиях (десятки, сотни км) при высокой скорости передачи (более 1 Гбит/с), особенно на длине волны 1550 нм. Расчетное значение хроматической дисперсии может использоваться при проектных расчетах (особенно GPON), но измерения этого параметра при строительстве и эксплуатации, как правило, не проводятся.
|
 |
 |
Нелинейные эффекты в оптических волокнах возникают при достаточно большой величине оптической мощности, вводимой в волокно. Обычно это происходит при использовании в PON выделенной оптической несущей 1550 нм для передачи ТВ сигналов. При превышении некоторого порогового уровня мощности, вследствие нелинейных видов рассеяния сигнала (Мандельштама-Бриллюэна, Рамана) в волокне возникают новые частотные составляющие, имеющие встречное и попутное направления. По сути, происходит выведение части оптической мощности из детектируемого спектра, т.е. дополнительные потери сигнала, передаваемого на основной оптической несущей. А обратно распространяющийся паразитный сигнал способен ухудшить работу оптического передатчика. В этом случае происходит уменьшение соотношения несущая/шум ТВ сигнала. Однако проявление нелинейных эффектов происходит при уровнях мощности более 7 – 10 дБ, а современные оптические передатчики ТВ сигналов часто имеют систему подавления таких эффектов даже при уровнях до 18 дБм.
|
 |
 |
Приемо-сдаточные измерения на PON
Для приемо-сдаточных испытаний на PON принципиальными являются только измерения, связанные с распределением мощности в сети. Поэтому принципиально важно провести два вида измерений:
– измерение оптической мощности на выходе передающих устройств;
– измерение затухания в оптическом линейном тракте.
Для простоты можно произвести измерение оптической мощности передатчиков в кроссе после мультиплексора WDM на длине волны 1490 нм (излучатель OLT) и на 1550 нм (передатчик ТВ-сигналов)*. При несоответствии полученных значений проектным данным следует провести измерения непосредственно на выходе обоих передатчиков, а также на выходе оптического усилителя. Также целесообразно произвести измерение мощности на входе оптических приемников линейного и сетевого терминалов.
*Примечание. Мощность на выходе WDM нужно измерять прибором, имеющим встроенные фильтры для раздельного измерения каждой длины волны (см. дальше описание PON-тестера MT 3212), т.к. обычный измеритель мощности покажет некую суммарную величину, не характеризующую разные передатчики. Дело в том, что фотодетектор обладает достаточно хорошей широкополосностью и детектирует всю падающую оптическую мощность в диапазоне длин волн 1200 – 1650 нм. Однако чувствительность его на разных длинах волн неравномерна. Поэтому, если вы, например, установите на тестере длину волны 1550 нм, а подадите на его вход излучение с длиной волны 1310 нм, то на экране дисплея вы увидите какое-то значение мощности, но оно будет неправильным, т.к. ток на выходе детекторного узла будет пересчитан в мощность с учетом чувствительности фотодетектора на длине волны 1550 нм.
Обязательно необходимо провести измерения общего затухания в линейном тракте для всех ветвей пассивной оптической сети. А при получении значения потерь выше расчетного следует провести измерения величины потерь сигнала в отдельных характерных точках сети (см. рисунок ниже). Измерение затухания оптической сети или ее сегмента обычно производится методом вносимых потерь (IEC 61280-4-2, Method 1) с помощью калиброванного источника излучения и оптического измерителя мощности или оптического тестера, совмещающего оба таких устройства в одном корпусе**.
** Примечание. При отсутствии калиброванного источника излучения в виде отдельного прибора, в крайнем случае, для измерения затухания в различных точках линейного тракта можно использовать передатчик OLT (на 1490 нм) или оптический передатчик ТВ-сигнала (на 1550 нм). Считая их излучение практически непрерывным, нужно сначала измерить мощность на выходе передатчика, а затем - в заданной точке линейного тракта. Разность уровней (в дБ) и покажет затухание измеряемого участка сети.
Приемо-сдаточные измерения на PON
Для измерения уровней мощности и затухания в сетях PON обычно используются оптический источник излучения и оптический измеритель мощности. Компания ДЕПС может предложить инсталляторам целый ряд таких устройств, выпускаемых под торговой маркой Multitest. Компактные оптические источники излучения МТ3109 и МТ3104 отличаются рабочей длиной волны (1310 и 1550 нм), наличием источника видимого излучения (650 нм, 0 дБм), возможностью НЧ-модуляции выходного сигнала и другими параметрами. Измерители мощности Multitest МТ1108, МТ1106, МТ1105 и МТ1103 обладают различным диапазоном измеряемых мощностей, погрешностью измерения, возможностью распознавания НЧ-модулированного сигнала (270 Гц, 1 кГц, 2 кГц), объемом хранимой информации, типом батарей питания и т.п.
Оптический тестер Multitest МТ3204 интегрирует в себе фактически два прибора: измеритель оптической мощности и источник оптического излучения. Четыре модификации тестера имеют излучатели с калиброванными длинами волн 850 нм, 1300 нм, 1310 нм и 1550 нм и фотодетекторы с различными диапазонами измерения оптической мощности: от -70…+3 дБм (МТ3204А) до -20…+30 дБм (МТ3204D).
Тестер PON-сетей Multitest MT3212 является специализированной моделью измерителя оптической мощности, адаптированной к специфике полностью пассивных оптических сетей. Тестирование производится путем включения прибора в оптическую линию «на проход», с одновременным измерением мощности по трем длинам волн: 1310 нм для обратного потока и 1490/1550 нм для прямого потока. При этом обеспечивается высокая (>30 дБ) взаимная изоляция каналов на разных длинах волн. Прибор может производить измерение пиковой мощности сигналов в импульсном режиме на длине волны 1310 нм специально для тестирования передатчиков ONU. Динамический диапазон прибора составляет 45дБ на длинах волн 1310 нм и 1490 нм, и 70 дБ на длине волны 1550 нм. Прибор способен измерять высокий уровень мощности (до +20 дБм), что характерно для оптических передатчиков ТВ-сигналов, работающих на длине волны 1550 нм с дополнительным усилителем. Последние модели МТ 3212 имеют возможность хранения результатов измерений во внутренней памяти и порт для их вывода на компьютер.
 |
 |
Проблемы измерения оптической мощности и затухания на PON
Измерение оптической мощности или затухания в сетях PON может быть связано с некоторыми специфическими проблемами, характерными именно для этих сетей. Рассмотрим возникающие сложности, а также пути их преодоления.
Проблема 1. При передаче в PON широковещательного ТВ сигнала на длине волны 1550 нм используются передатчики с достаточно большой выходной мощностью (+8…+18 дБм). Традиционные оптические измерители мощности рассчитаны на излучатели, устанавливаемые в телекоммуникационных системах (не более 0…+3 дБм). Попытка измерить ими более мощный сигнал приведет либо к ошибочным результатам (фотодетектор выйдет из линейного режима) или даже к повреждению самого фотодиода.
Для измерений высоких уровней передачи следует выбирать специально предназначенные для этого модификации оптических измерителей мощности: МТ1108С (до +23 дБм), МТ1106С (до +26 дБ), МТ1105С (до +20 дБ), МТ1105D (до +30 дБ), МТ1103СR (до +20 дБ), МТ1103DR (до +30 дБ) или использовать тестер PON-сетей МТ3212 (до +20 дБ на длине волны 1550 нм).
Проблема 2. Измерения оптической мощности на выходе передатчика и на входе приемника, а также общего затухания в линейном тракте нужно проводить на трех длинах волн: 1310 нм, 1490 нм и 1550 нм. Обычные оптические измерители мощности, как правило, рассчитаны на длины волн 1310 нм и 1550 нм. В принципе, в таких приборах используются широкополосные фотодетекторы, но при детектировании оптической несущей 1490 нм в диапазоне 1550 нм приведет к ошибке до 0,5 дБ. Это связано с тем, что значение принимаемой мощности индицируется с учетом значения чувствительности детектора именно на калиброванной длине волны 1550 нм.
Единственный радикальный способ решения этой проблемы – применение тестера PON-сетей МТ3212, который может проводить измерения на всех трех длинах волн, причем одновременно. Если же большая точность не требуется, то можно использовать измерители мощности, работающие на длинах волн 1310 нм и 1550 нм, а погрешность измерения несущей 1490 нм в диапазоне 1550 нм можно учесть, если известна спектральная зависимость чувствительности фотодиода InGaAs (на которых обычно и строятся широкополосные оптические фотодетекторы оптических измерителей мощности).
Проблема 3. Каждый абонентский терминал ONU подключается к сети посредством одного волокна. Причем излучатель ONU работает только при получении служебных сигналов от станционного терминала OLT. Следовательно, невозможно измерить мощность излучателя ONU, подключив к нему непосредственно измеритель мощности. Возможно только подключение измерителя мощности, работающего «на проход» (см. схему ниже), т.к. только в этом случае до ONU доходит с OLT сигнал, разрешающий передачу.
 |
 |
 |
 |
Для измерений оптической мощности «на проход» потребуется измеритель, имеющий возможность выведения части излучения (например, на изгибе) и его детектирования на калиброванных длинах волн. Здесь опять понадобится тестер МТ3212 со встроенным разветвителем, производящий измерение сигналов как при оконечном подключении его к линии, так и «на проход» в режиме реального времени с внесением небольшого затухания (до 1,5…2 дБ) в оптический линейный тракт.
Проблема 4. Провести измерение мощности излучателя ONU даже через оптический разветвитель (см. схему ниже) не представляется возможным. Дело в том, что при временном разделении каналов в обратном потоке каждому ONU предоставляется только короткий временной интервал для передачи сигналов к OLT, в течение которого и должна быть измерена оптическая мощность. Обычные измерители мощности показывают среднее интегрированное значение мощности за определенный временной интервал. Поэтому на выходе работающего ONU будет показано значение на 20 – 30 дБ ниже реального значения.
 |
 |
 |
Для измерения мощности излучателя ONU могут использоваться измерители на пиковых детекторах, для которых не будет иметь значение длительность передаваемых посылок, хотя такие приборы будут более чувствительны к шуму в канале и, соответственно, будут иметь несколько более высокую погрешность измерений. Более дорогостоящие приборы производят измерения средней мощности во время фаз активной передачи. Тестер PON-сетей МТ3212 может производить измерения пиковой мощности сигналов в импульсном режиме на длине волны 1310 нм с погрешностью ±0,5 дБ, что вполне приемлемо для PON.
Проблема 5. При включении в схему PON системы ТВ вещания оптический передатчик сигналов ТВ имеет выходной коннектор с полировкой торца типа APC (угловой физический контакт). Это связано с тем, что при использовании коннекторов с другими типами торцов в местах разъемного соединения волокон может появиться достаточно сильный отраженный сигнал, который способен ухудшить режим работы передатчика. В то же время практически все измерительные приборы имеют оптические порты с коннекторами РС (физический контакт).
Поэтому для измерений необходимо заранее запастись гибридными оптическими шнурами Cor-X АРС/РС с коннекторами соответствующих типов. Такие шнуры могут понадобиться и при подключении к портам разветвителей, опять же при построении PON с ТВ на выделенной длине волны.
Проблема 6. В принципе, измерение затухания в оптическом линейном тракте следует проводить в двух встречных направлениях по следующим причинам. Во-первых, соединение волокон с несколько отличающимися параметрами (показатели преломления, числовая апертура, диаметр сердцевины, диаметр модового поля) приводят к различным условиям прохождения света в разных направлениях. Во-вторых, затухание пассивных компонентов PON (особенно разветвители) также будет несколько отличаться в зависимости от направления передачи сигналов. Однако такой комплекс измерений потребует значительных затрат времени.
В большинстве реальных сетей отличие затуханий для встречных направлений передачи составляет не более 0,5…1 дБ. Существенные отличия суммарных потерь могут возникнуть только в протяженной сети с большим количеством разветвителей. Потому, предусмотрев на этапе проектирования запас по мощности порядка 3 дБ, можно учесть и возможные затраты на разность потерь при различных направлениях передачи.
Эксплуатационные измерения на PON
Обычно эксплуатационные измерения в оптических сетях связи делятся на плановые и аварийные. Плановые измерения проводятся периодически с целью контроля основных параметров сети и прогнозирования возможного ухудшения качества передачи.
Однако при реальной эксплуатации PON настоятельная потребность в измерениях возникает лишь в случае аварийной (или предаварийной) ситуации. В этом случае основная задача эксплуатационных измерений – быстро обнаружить причину ухудшения параметров сигнала или повреждения.
Зная характер повреждения обычно можно спрогнозировать ее причину, но не всегда. Например, уменьшение уровня сигнала на приеме может быть связано как с деградацией лазера оптического передатчика, так и с проблемами в линейном тракте: изгиб кабеля или патч-корда с недопустимо малым радиусом, избыточное натяжение волокон в воздушном кабеле и т.п.
Поэтому для начала нужно воспользоваться возможностями системы диагностики OLT и оптического передатчика КТВ. Оба устройства позволяют проконтролировать выходной уровень лазерного источника, его ток накачки, температуру и др. параметры. А система управления OLT также способна идентифицировать каждый абонентский терминал ONU и контролировать его работоспособность в сети. Выявив количество и местонахождение неработающих ONU, сразу можно локализовать поврежденный сегмент сети. Однако, нельзя забывать, что отключенный от сети питания терминал будет так же восприниматься системой управления OLT неработающим, как и ONU, неработающие из-за обрыва в сети.
Для поиска неисправности в линии, при отсутствии рефлектометра, можно просто провести измерения уровня мощности в отдельных точках сети измерителем мощности, используя источник излучения или передатчик OLT. Но такой метод не пригоден для сетей, в которых применяются безкорпусные оптические разветвители, а таких случаев – большинство, т.к. применение корпусных разветвителей с разъемными соединителями вносит в тракт достаточно большие потери. Наиболее точно установить место неисправности в линии можно только с помощью оптического рефлектометра (OTDR).
Измерения с помощью оптического рефлектометра
Общий принцип работы оптического рефлектометра (OTDR) заключается в том, что он посылает световые импульсы, которые отражаются от неоднородностей показателя преломления волокна (рэлеевское рассеяние) или от локальных неоднородностей в линейном тракте (сварные или разъемные соединения, деформации волокон и т.п.). В результате часть излучаемого импульса (отраженный сигнал) возвращается обратно и через разветвитель попадает на чувствительный детектор прибора.
Измерение временного интервала между моментами излучения импульса и прихода отраженного сигнала позволяет определить расстояние от точки ввода импульса в канал до неоднородности в нем.
Поскольку рэлеевское рассеяние происходит в каждой точке оптического волокна, то измерение уровня этого рассеяния позволяет определить затухание светового сигнала при его распространении по волокну. Френелевское отражение возникает в местах границы раздела сред, например, при обрыве волокна, в местах установки разъемов. На рефлектограмме это отражение будет изображаться в виде всплеска сигнала, что соответствует значительно большей мощности отраженного сигнала, чем при рэлеевском рассеянии.
Практически все специалисты, работающие с волоконной оптикой, имеют представление о работе OTDR и методах анализа рефлектограмм. Более подробное рассмотрение этих вопросов требует большого количества времени и места. Поэтому ограничимся рассмотрением некоторых интересных существующих моделей, а также их характеристиками и методами работы применительно к пассивным оптическим сетям.
Модели оптических рефлектометров
Для измерений на сетях PON компания ДЕПС предлагает оптические рефлектометры компанийYokogawa и Radiantech. Модели отличаются различными техническими характеристиками, функциональными особенностями и программным обеспечением.
Например, FiberPal™ UFO-320 представляет собой оптический блок (приставку) для совместной работы с ноутбуком. Этот наиболее экономичный вариант OTDR имеет технические характеристики (динамический диапазон – 35 дБ, длительность импульса – от 10 нс и т.д.), приемлемые для работы с любыми оптическими сетями доступа (PON, оптический Ethernet в сетях доступа, сети кабельного ТВ и т.д.) и транспортными сетями средней протяженности. Устройство может питаться электроэнергией как от сетевого адаптера, так и через USB-порт, а потребляемая мощность рефлектометра не превышает 3,6 Ватт. Прибор полностью русифицирован и поставляется с руководством пользователя на русском языке.
Модель FiberPal™ OT-8810 – последняя разработка Radiantech, сочетающая в себе новый эргономичный дизайн, проверенное временем программное обеспечение и улучшенные технические характеристики. Миниатюрный прибор весом 2,5 кг оборудован 7-дюймовым сенсорным экраном высокого разрешения. Динамический диапазон до 38 дБ и высокая плотность выборки делают прибор применимым как на магистральных линиях, так и при тестировании локальных оптических сетей (FTTx, CATV, оптических LAN и т.п.) Перезаряжаемая Li-ion батарея обеспечивает автономность прибора на протяжении 3-х часов, а крепкий и герметичный корпус защитит от любых воздействий окружающей среды и случайных повреждений. Прибор имеет русское меню и руководство пользователя на русском языке.
Линейка рефлектометров AQ7270 фирмы Yokogawa представляет собой ряд технически совершенных моделей, имеющих некоторые функциональные отличия и особенности оптических блоков.
С точки зрения измерений на PON, оптимальным является прибор Yokogawa AQ7275. Повышенная стабильность лазерного источника позволяет проводить измерения в PON-сетях на оптических разветвителях с большим числом выходных портов (до 32), импульсы сверхмалой длительности (от 3 нс) увеличивают точность нахождения повреждения, внутренний перестраиваемый аттенюатор (до 15дБ) уменьшает влияние мертвой зоны, которая составляет рекордно малую величину (0,8 м – по отражению).
Прибором можно пользоваться в качестве оптического тестера, используя внутренний источник излучения с несколькими режимами НЧ-модуляции и измеритель мощности. Один из портов представляет собой встроенный источник видимого света для проверки оптических шнуров. Для оптимизации измерений на коротких участках используется встроенное компенсирующее волокно (до 100 м) и диапазон расстояний 0,5 и 1 км. Для удобства поиска неоднородностей можно использовать режим наложения рефлектограмм (А→В) и (В→А). AQ7275 поставляется с руководством пользователя на русском языке.
Параметры оптических рефлектометров для измерений на PON
При выборе модели рефлектометра важно понимать, какие параметры прибора являются важными (иногда даже критичными) для тестирования PON, а какие просто добавляют удобства оператору. Ведь эти приборы достаточно дорогостоящи и, в случае выбора OTDR с избыточными функциями вы просто заплатите излишнюю сумму за малую толику функциональных удобств, то «недобор» по параметрам будет значительно худшим вариантом. Потратив изрядную сумму на измерительный прибор, вы сможете лишь иногда использовать его надлежащим образом, а в остальных случаях арендовать дополнительное оборудование или тратить значительно больше средств, времени и усилий, например, для определения места повреждения.
Итак, рассмотрим основные характеристики рефлектометра с точки зрения применения их в пассивных оптических сетях.
- Динамический диапазон (в дБ) – важный параметр, показывающий измерительные возможности рефлектометра. Его величина определяется как разность уровней излучаемого и детектируемого OTDR сигналов при соотношении сигнал/шум, равном единице. Учитывая динамический диапазон PON (26 – 29 дБ) и запас, необходимый для рефлектометра с минимальной погрешностью (2 – 3 дБ), можно рекомендовать величину 32 – 38 дБ для сетей протяженностью до 10 – 20 км. Использование рефлектометров с диапазоном меньше 30 дБ возможно, но должно учитывать проектные значения бюджета потерь.
- Мертвая зона (в метрах) – характеризует временное «ослепление» фотодетектора при попадании на него большой отраженной мощности, особенно от разъемных соединений при подключении патч-кордом к линии. Мертвая зона по отражению представляет собой минимальное расстояние между двумя соседними отражающими неоднородностями, обнаруживаемыми с помощью рефлектометра. Величина, составляющая 2 – 3 м считается достаточно хорошей. Мертвая зона по затуханию обычно несколько больше. Она показывает минимальное расстояние, необходимое рефлектометру для обнаружения неотражающего события после сильного отражения. Для реальных измерений вполне подходит значение 8 – 10 м.
- Рабочая длина волны (в нм) – определяет спектральный диапазон, в котором будут производиться измерения. Учитывая особенности (передача прямого и обратного каналов на разных длинах волн), необходимо иметь OTDR с излучателями на длинах волн 1310 нм и 1550 нм. Если позволяют материальные возможности, то неплохо иметь еще излучатель на 1625 нм. На этой волне можно производить измерения в действующей PON без перерыва связи, т.к. сигналы рефлектометрии будут разнесены по длине волны с информационными. Кроме того, на 1625 нм значительно лучше видны неоднородности, связанные с критическими изгибами волокон.
- Длительность импульса (в микросекундах) – важный параметр с точки зрения определения места повреждения. Если повреждение происходит на начальных участках сети, то обычно используют импульсы малой длительности для большей точности определения повреждения. При повреждении на отдаленных участках сети используются импульсы с большей длительностью. Учитывая относительно небольшую длину PON, желательно использовать OTDR с минимальной длительностью импульса не более 10 нс.
- Диапазон просмотра (в км) – это диапазон расстояний, в пределах которого рефлектометр собирает информацию об отраженной мощности в линии. Сам диапазон устанавливается оператором OTDR и, обычно, несколько превышает реальную длину линии. Ошибка в установлении диапазона может привести к большей погрешности измерения расстояния либо к появлению фантомных (ложных) всплесков на рефлектограмме. Наиболее совершенные модели рефлектометров в автоматическом режиме проводят предварительное сканирование линии и определяют оптимальный диапазон просмотра. Учитывая возможность измерения в PON коротких участков линий, желательно иметь в OTDR минимальный диапазон просмотра 2 – 6 км или меньше.
- Режим реального времени– режим, в котором OTDR не производит длительного усреднения принятых значений, а сразу показывает текущие значения отраженной мощности. Очень удобен для контроля качества соединения при подключении рефлектометра через адаптер к оптическому волокну кабеля.
- Автоматический режим измерений полезен для малоопытных пользователей – режим, в котором прибор сам подбирает длину волны, диапазон просмотра, длительность импульса и другие параметры.
- Распознавание включенного на дальнем конце активного устройства – полезная функция при работе на действующей PON.
- Составление отчета – функция, позволяющая вам подготовить в удобном виде всю информацию об измеренном сегменте сети (общая длина линии, общее затухание, потери на сварных соединениях, затухание отражения и т.д.), которую можно предоставить заказчику работ и/или сохранить для последующего использования при эксплуатации.
- Встроенный источник красного света – лазерный излучатель с длиной волны 650 нм, имеющий отдельный выходной порт и используемый для визуального поиска повреждений в шнурах и соединениях волокон (см. последний раздел статьи). Функция удобна при отсутствии у инсталлятора отдельного прибора, но она несколько увеличивает стоимость прибора.
- Режим одновременного просмотра нескольких рефлектограмм– полезен при поиске повреждений, особенно не критических, не связанных с обрывом волокна (некачественная сварка, изгиб с очень малым радиусом, микротрещина и т.п). Сравнивая на одном экране опорную (сделанную после строительства) и «аварийную» рефлектограммы, проще найти место повреждения. С помощью функции наложения очень полезно сравнивать рефлектограммы, сделанные на длинах волн 1310 нм и 1550 нм.
- Работа в режиме оптического тестера с НЧ-модуляцией – возможность некоторых OTDR программно работать как пара приборов (калиброванный источник излучения + измеритель оптической мощности). Причем для идентификации отдельных цепей возможна НЧ-модуляция выходного излучения на нескольких частотах. Эта функция удобна при отсутствии у инсталляторов оптических тестеров и несколько увеличивает стоимость прибора.
Для каждого OTDR существует еще множество других параметров, определяющих его работу. Качественная работа рефлектометра также определяется особенностями контроля работы излучателя, схемой обработки фотоприемного узла, математическим обеспечением обработки сигналов и другими характеристиками, которые тяжело сравнивать количественно. Поэтому при выборе конкретной модели рекомендуем прислушаться к советам специалистов ДЕПС.
Вопросы, связанные с измерениями на PON
При проведении рефлектометрических измерений на PON возникает ряд специфических вопросов.
Вопрос 1. С какой стороны проводить измерения при поиске повреждения на PON?
Логично было бы проводить такие измерения со стороны станции к абонентам. В таком случае рефлектометр просматривает всю сеть и, при оптимальных установках параметров сканирования, способен увидеть повреждение на любом участке. Однако такое подключение возможно только при отключении всех абонентов от оборудования OLT. К тому же, при достаточно разветвленной архитектуре с большим количеством разветвителей и, возможно, разъемных соединений, рефлектограмма будет представлять собой «сборную солянку» с информацией о затуханиях и отражениях на самых разных участках сети, идентифицировать которую будет крайне сложно.
Если поврежденный участок находится не далеко от одного или нескольких ONU, то есть смысл провести сканирование линии от абонентских терминалов к станции. Эксперименты показали, что рефлектометр достаточно успешно определяет характер повреждения и его место, если между OTDR и неоднородностью не более одного-двух разветвителей.
Очень удобно подключиться рефлектометром непосредственно к участку, на котором с помощью OLT идентифицировано повреждение. Но такое подключение возможно только в распределительных устройствах (шкафах, боксах), где есть разъемные подключения.
Вопрос 2. На какой длине волны проводить рефлектометрические измерения на PON?
В не действующей сети поиск мест повреждения рефлектометром лучше проводить на длине волны 1550 нм (на ней лучше видны критические изгибы) или 1310 нм. А коэффициент затухания волокон лучше определять на обеих этих длинах волн.
Рефлектометрические измерения в работающей сети PON на длинах волн 1310 нм и 1550 нм крайне проблематичны. Во-первых, мощные импульсы излучателя OTDR, попадая на фотоприемники ONU или OLT совместно с информационными сигналами, приведут к резкому увеличению битовых ошибок. С другой стороны, сигналы передатчиков 1310 нм и 1550 нм, попадая на фотодетектор рефлектометра, будут иметь достаточно большую амплитуду по сравнению со слабыми отраженными импульсами OTDR, что приведет к искажению рефлектограммы. Наиболее реальный выход – проводить измерения только в поврежденной ветви сети: от последнего разветвителя до ONU, куда определенно не поступает сигнал (см. рисунок) или от ONU до повреждения: если это обрыв волокна - сигнал дальше в сеть не пойдет.
 |
 |
В принципе, в рефлектометре под заказ могут установить источник излучения на 1650 нм, специально для тестирования PON без перерыва связи. Но, поскольку вам все равно понадобятся источники на 1310 нм и 1550 нм, стоимость прибора существенно возрастет. Кроме того, не исключено, что гармоники мощного сигнала рефлектометра частично продетектируются приемником ONU в диапазоне 1550 нм и несколько ухудшат качество принимаемого ТВ-сигнала.
Вопрос 3. Можно ли рефлектометром корректно измерить коэффициент затухания короткой длины кабеля (несколько десятков метров)?
Действительно, в рефлектометрии существуют проблемы измерения так называемых «короткомеров», связанные с тем, что фотоприемник OTDR является очень чувствительным, рассчитанным на прием отраженной мощности релеевского рассеяния, которая в несколько миллионов раз меньше мощности посылаемого импульса. В результате перепадов уровней фотоприемник может выйти из линейного режима. Если оптическое волокно измеряемого участка имеет сварные соединения в начале и в конце, то хороший OTDR позволит провести более-менее точные измерения. Но коэффициент затухания следует определять только на линейном участке рефлектограммы, подальше от соединений. А если волокна подключены через разъемы, то сильные отражения от соединений могут существенно исказить результаты. Поэтому при измерении, перед первым коннектором измеряемого участка, следует включить компенсационную катушку волокна (не менее 100-200 м).
Вопрос 4. Как правильно измерить коэффициент затухания кабеля, дальний конец которого не подключен?
При измерении рефлектометром отрезка кабеля, противоположный конец которого не подключен к оборудованию, возникает сильное отражение светового импульса от границы раздела сред стекло/воздух (Френелевское отражение). В результате на картинке рефлектограммы практически невозможно определить линейный участок, по которому можно было бы определить коэффициент затухания волокна. Для корректных измерений нужно избежать отражений от дальнего торца. Сделать это можно несколькими способами:
– поместить конец волокна в иммерсионную жидкость (с показателем преломления примерно равным стеклу), аналог – глицерин;
– сделать на дальнем конце волокна несколько витков с малым радиусом изгиба (5-10 мм) и зафиксировать их на время измерения;
– подсоединить с помощью сварки к дальнему концу волокна пигтейл с разъемом типа АРС (с угловой полировкой торца).
Вопрос 5. Обязательно ли делать рефлектометрические измерения на двух длинах волн – 1310 нм и 1550 нм?
Все определяется характером повреждения. Если имеет место явный обрыв, то можно проводить измерения на одной длине волны, причем не очень принципиально на какой. Если же есть локальное увеличение затухания, то измерение на двух длинах волн полезно для выявления характера неоднородности. Например, при сильном изгибе волокна разность затуханий на длинах волн 1310 нм и 1550 нм будет существенной, а при плохой сварке – разности почти не будет.
Поиск повреждений с помощью источника видимого света
Очень часто причиной аварии на PON является повреждение оптических шнуров (особенно патч-кордов). Это происходит вследствие небрежного обращения обслуживающего персонала или пользователей со шнурами, подключенными в оптических кроссах, распределительных устройствах или абонентских терминалах. В результате изгибов с малым радиусом, ударов, рывков, сжатия и т.п. могут образовываться трещины или обрывы волокна, как в самом шнуре, так и на его конце, прилегающем к корпусу коннектора. Иногда проблемы связаны просто с низким качеством шнура, который не выдерживает нескольких операций перекоммутации.
Обнаружить проблему можно с помощью простого, но очень полезного устройства – источника видимого лазерного излучения. Такой источник имеет лазер на длину волны 650 нм (красного света) и универсальный разъем для подключения к коннекторам типа FC, LC, SC и ST с диаметром сердцевины (феррулы) 2,5 мм. При подключении источника к шнуру место повреждения будет ярко светиться и легко обнаруживается визуально, причем выходящее излучение будет хорошо видно даже сквозь оболочку шнура. Для удобства измерителя прибор может выдавать как непрерывное излучение, так и «мигающее» с частотой 2 или 3 Гц
По такому принципу сделаны источники MT3105 и LEADLIGHT VF-65-BU2S, имеющие незначительные конструктивные и функциональные отличия. Мощность излучателя 0,5…1 мВт позволяет реально просматривать до 5 км волокна.
 |
 |
С помощью источника видимого света легко выявлять не только дефекты соединительных шнуров, но также некачественные сварные соединения и критические изгибы волокон в кроссовых устройствах, распределительных боксах и муфтах.
Следует заметить, что некоторые «умельцы» предпринимали попытки сделать аналогичное устройство самостоятельно из лазерной указки, однако добиться ввода значительной части мощности в волокно им не удалось.
* * *
На нынешнем этапе развития телекоммуникационных технологий пассивные оптические сети имеют значительные преимущества, предопределяющие их широкое внедрение на сетях абонентского доступа. Однако измерения, как приемо-сдаточные, так и эксплуатационные все еще связаны с некоторыми трудностями, по большей части объективными. Поэтому важно знать о проблемах с измерениями, которые могут возникнуть на разных этапах работы с PON. А также правильно выбрать средства измерения в соответствие с особенностями вашей сети и экономическими возможностями. А сотрудники ДЕПС всегда помогут вам действенным советом.
