Проект транспортной сети с применением оборудования OPtix 1600G

 

 

Оптический рефлектометр OTDR (Optical time-domain reflectometer) представляет собой электронное устройство, и являются наиболее полнофункциональным прибором для эксплуатационного анализа оптических кабельных сетей.

Наиболее распространены рефлектометры, использующие принцип измерения уровня обратного рассеяния. Мощность отраженного или рассеянного в обратном направлении света измеряется и изображается на экране дисплея. С помощью рефлектометра можно оценить распределение затухания по длине линии, определить местонахождение неоднородностей и оценить степень их влияния на передаваемый сигнал. Рефлектометр удобен для диагностики состояния волокна, позволяет проводить измерения с одного конца волокна.

По рефлектограмме определяют:

- общие потери в волокне и его коэффициент затухания;

- распределение  потерь по длине волокна;

- расположение  муфт (сварных и механических  соединений и потери в них;

- место  повреждения волокна;

- оптическую  длину волокна.

Динамический диапазон рефлектометров находится в пределах 25-40 дБ, что позволяет им измерять ОВ длиной до 200 км.

Встроенный  процессор и соответствующее  программное обеспечение делают возможной скоростную автоматическую обработку данных, усовершенствованный фильтр и возможность многократного (до 1 млн.) усреднения результатов измерений позволяют обнаружить и измерить локальные потери точнее 0.01 дБ.

В настоящее  время полномасштабные рефлектометры  используются в тех случаях, когда  необходимы очень высокие разрешение и динамический диапазон. К сожалению, эти технологические преимущества не позволяют уменьшить размеры и вес приборов. С другой стороны, требование миниатюризации измерительных приборов является сильным стимулом развития волоконно-оптической техники. Данное требование привело к созданию рефлектометров вчетверо меньших, чем стационарные рефлектометры, и менее дорогих. Мини-рефлектометры уступают стационарным по своим возможностям, но иногда превосходят их по уровню автоматизации измерений.

Принцип работы оптического  рефлектора (Optical time – domain reflectometer) основан на обратном рассеянии света при прохождении через волокно. Рассеянный назад свет представляет собой оптический сигнал, достигающий входного конца волокна. Рассеяние назад складывается из эффектов Релеевского рассеяния и отражения Френеля. В качественном волокне рассеянный свет распределяется случайным образом. Френелевское отражение возникает из-за скачков показателя преломления на соединителях и концах волокна. Часть света, рассеянного и отраженного назад, достигает входного конца волокна, составляет отраженный назад сигнал.

На экране дисплея оптического рефлектометра  показывается вертикальная развертка  сигнала в зависимости от его мощности и горизонтальная временная развертка. Затухание в волокне определяется кривой амплитуды сигнала, спадающей слева (от входного конца волокна). Оба сигнала, входной и рассеянный назад, затухают с расстоянием, при этом сигнал с временем уменьшается. Соединитель или кольцевой скол волокна, равно как любое несовершенство волокна, проявляются в виде увеличения амплитуды сигнала на дисплее, при этом вклад эффекта Френелевского отражения в рассеянный назад сигнал значительнее по сравнению с вкладом Релеевского рассеяния. Качество выполненного соединения может быть оценено по амплитуде рассеянного назад сигнала: большее расстояние означает более высокие потери на соединении. Включение соединителя обуславливают как проявление некоторого дополнительного рассеянного сигнала, так и спад мощности из-за дополнительных потерь. Величина вносимых соединителем потерь определяет его качество.

Большинство оптических рефлектометров используют курсор для обозначения места  нахождения особых точек на линии, и показывает на дисплее расстояние до них как в терминах времени, так и физической длины. Например, можно измерить расстояние до соединителя с точностью до 50см.

Величина диапазона  длин, для которого пригодно использование  оптического рефлектометра зависит от двух характеристик. Во-первых, от динамического диапазона, который определяется минимальным и максимальным значениями оптической мощности, воспринимаемой детектором. Кроме того, определенную роль играют затухание волны и потери на соединителях. Динамический диапазон оптического рефлектометра и потери  внутри волоконной системы определяют максимальную длину оптического кабеля, которая еще может быть проверена на основе анализа улавливания управления рассеянного назад сигнала.

Оптический  рефлектометр дает пользователю много  информации и позволяет детально исследовать некоторые ее элементы.

На рисунке 4.4 в качестве примера представлен образец рефлектограммы ОВ. Импульс в точке 0 соответствует локальному Френелевскому отражению от стыка входного торца общего канала ответвителя и входного торца тестируемого ОВ, точка 1 соответствует месту  соединения волокон (например, при сращивании строительных длин). Наличие импульса и заметного скачка свидетельствует о плохом качестве соединения. Выброс 3 может свидетельствовать о наличии локальной неоднородности типа микротрещины, точка 4 – френелевскому отражению от выходного торца ОВ.

 

Рисунок 4.4 – Рефлектограмма ОВ

 

5  Расчет параметров  регенерационного участка

 

1. Определение длины участка по затуханию и дисперсии

 

При проектировании высокоскоростных ВОСП должны рассчитываться отдельно длина участка регенерации по затуханию (L_a) и длина участка регенерации по широкополосности (L_ш), т.к. причины, ограничивающие предельные значения L_a и L_ш независимы.

В общем случае необходимо рассчитывать две величины длины участка регенерации по затуханию:

L_{a max} - максимальная проектная длина участка регенерации;

L_{a min} - минимальная проектная длина участка регенерации.

Для оценки величины длин участка регенерации могут быть использованы следующие выражения:

                                       (5.1)

                                            (5.2)

                                               (5.3)

где  А_max, А_min (дБ) - максимальное и минимальное значения перекрываемого затухания аппаратуры ВОСП, обеспечивающее к концу срока службы значение коэффициента ошибок не более 1_*10^-10; 
α_ок=0,22 дБ/км - километрическое затухание в оптических волокнах кабеля; 
α_нс=0,05 дБ - среднее значение затухания мощности оптического излучения неразъемного оптического соединителя на стыке между строительными длинами кабеля на участке регенерации; 
L_стр=4 км - среднее значение строительной длины кабеля на участке регенерации; 
α_рс=0,5 дБ - затухание мощности оптического излучения разъемного оптического соединителя; 
n - число разъемных оптических соединителей на участке регенерации; 
D=3 пс/нм^.км - суммарная дисперсия одномодового оптического волокна; 
d=0,09 нм - ширина спектра источника излучения; 
B=9953 МГц - широкополосность цифровых сигналов, передаваемых по оптическому тракту; 
М=6 дБ - системный запас ВОСП по кабелю на участке регенерации.

Если по результатам  расчетов получено: L_ш < L_{a max} , то для проектирования должны быть выбраны аппаратура или кабель с другими техническими данными (D,d), обеспечивающие больший запас по широкополосности на участке регенерации. Расчет должен быть произведен снова. Критерием окончательного выбора аппаратуры или кабеля должно быть выполнение соотношения:

L_ш > L_{a max} ,                                                    (5.4)

с учетом требуемой пропускной способности трафика (В) на перспективу развития.

Максимальное значение перекрываемого затухания (A_max) определяется как разность между минимальным уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем чувствительности приемника для ВОСП.

Минимальное значение перекрываемого затухания (А_min) определяется как разность между максимальным уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем перегрузки приемника для ВОСП.

Уровни чувствительности и перегрузки приемника определяются соответственно как минимальное и максимальное значения уровня мощности оптического излучения на входе приемника, при которых обеспечивается коэффициент ошибок не более 1_*10^-10 к концу срока службы аппаратуры.

 Уровни мощности оптического излучения на передаче, ширина спектра источника излучения (d), затухание мощности оптического излучения разъемного оптического соединителя (α_рc), уровни чувствительности и перегрузки приемника должны быть приведены в технических характеристиках на аппаратуру и для ВОСП СЦИ должны удовлетворять требованиям ОСТ.45.104-97.

 Параметры оптических  волокон и кабелей в выражениях (5.1), (5.2) и (5.3) приведены в технических характеристиках на поставляемый оптический кабель (α_ок, D) или определяяются условиями и технологией прокладки (α_нc, L_стр).

 Системный запас (М) учитывает изменение состава оптического кабеля за счет появления дополнительных (ремонтных) вставок, сварных соединений, a также изменение характеристик оптического кабеля, вызванных воздействием окружающей среды и ухудшением качества оптических соединителей в течение срока службы, и устанавливается при проектировании ВОСП исходя из ее назначения и условий эксплуатации оператором связи, исходя из статистики повреждения (обрывов) кабеля в зоне действия оператора.

Рекомендуемый диапазон устанавливаемых значений системного запаса от 2 дБ (наиболее благоприятные  условия эксплуатации) до 6 дБ (наихудшие  условия эксплуатации).

Найдем энергетический потенциал аппаратуры (А_макс) – максимальное затухание участка без учета передающего и приемного стыков аппаратуры:

А_макс =  Р_пер - Р_пр,                                               (5.5)

где Р_пер – уровень передачи;

Р_пр – уровень приема минимальный с предусилителем;

А_макс =  Р_пер - Р_пр = 2 - ( - 42) = 44 дБ;

Найдем энергетический потенциал аппаратуры (А_мин) – минимальное затухание участка:

А_мин = Р_ист – П,                                                    (5.6)

где П – уровень  перегрузки приемника (-1 дБ);

Р_ист – передающий уровень источника излучения, Р_ист = 2 дБ.

А_мин = 2 – (-1) = 3 дБ

Подставляя найденные  значения в формулы (5.1), (5.2), (5.3), получаем

км,

км,

км.

По результатам расчетов получено, что L_ш > L_{a max} , значит, аппаратура и кабель выбраны с техническими данными, обеспечивающими запас по широкополосности на участке регенерации. Исходя из приведенных расчетов, разместим оптические усилители на ст. Богданович, ст. Талица и длины усилительных участков l_уу составляет 102, 114 и 113 км соответственно.

 

5.2   Расчет дисперсии

 

 

При передаче сигналов по ВОЛС используются методы ИКМ, в  результате чего передаваемая информация представляется в виде двоичных кодов - битов 1 и 0, причем 1 соответствует высокому уровню мощности, а 0 - низкому. Модулированный сигнал передается по ОВ импульсами с длительностью и скоростью передачи бит/с. В процессе распространения вследствие дисперсии происходит «размывание» импульсов, т.е. увеличение их длительности.

Если длительность полученных приемником импульсов превысит битовый интервал, то произойдет наложение соседних импульсов друг на друга, что вызовет межсимвольную интерференцию. Следовательно, приемник не сможет распознать отдельные импульсы, и в результате этого увеличится коэффициент битовых ошибок BER. Битовый интервал связан со скоростью передачи сигналов соотношением:

.                                                                      (5.7)

Таким образом, для нормального функционирования ВОЛС необходимо:

- обеспечить  длительность полученного импульса , не превышающую исходный битовый интервал;

-обеспечить полученную мощность равную чувствительности приемника Р_пр или ввести запас, превышающий Р_пр.;

Вот почему при  проектировании ВОЛС с большей скоростью  передачи важнейшими техническими характеристиками являются дисперсия и затухание ОВ.

 

5.2.1 Расчет поляризационной модовой дисперсии

Если линия состоит  из N сегментов ВОК, дисперсия в каждом из которых равна , то результирующая поляризационная модовая дисперсия определяется из выражения в соответствии с законом суммы независимых случайных величин:

,                                       (5.8)

Поляризационная модовая дисперсия  , пс для каждого участка рассчитывается из выражения (5.9):

,пс                                                    (5.9)

 пс,

 пс,

 пс.

Уширение импульса за счет хроматической дисперсии  определяется из выражения(5.10):

, пс                                                      (5.10)

 пс,

 пс,

 пс.

С учетом поляризационной  модовой дисперсией результирующая дисперсия будет определяться из следующего выражения [8]:

 ,пс                                             (5.11)

 пс,

 пс,

 пс.

Т.к. битовый  интервал получим:

для STM-64: пс.

Максимально допустимая величина уширения импульсов определяется из условия, что допустимая длительность импульса:

.                                                       (5.12)

Следовательно, при скорости передачи  9953,28 Мбит/с допустимая длительность импульса будет пс. Начальная длительность импульсов определяется из выражения [9]:

.                                                       (5.13)

Конечная длительность импульса выражается через его начальную  длительность соотношением

.                                                   (5.14)

Тогда длительность импульса, увеличенная за счет дисперсии  на первом участке, будет равна: