Проект внедрения технологии волнового уплотнения на участке Новосибирск – Кемерово

В состав измерительной системы  могут входить следующие компоненты:

- Платформа. Системный контроллер, используемый для управления процессом измерения, а также интерпретации и хранения данных. Поставляемый контроллер позволяет подсоединить измерительную систему к локальной сети передачи данных.

- Источник. Перестраиваемый лазерный источник используют в качестве источника излучения для получения спектров поглощения с высоким разрешением. Для широкополосных приложений (это зависит от ТК и исследуемых характеристик) используют источник другого типа – ASE.

- Модуль с опорной длиной волны WRM (Wavelength Reference Module). Главное предназначение модуля состоит в обеспечении высокой точности измерения длины волны. К вспомогательным функциям модуля относятся: обеспечение синхронизации всех измерений мощности, предоставление непрерывного, динамического, опорного значения мощности и измерение ORL.

- Детектор. Чаще всего это измеритель мощности излучения, синхронизованный с модулем WRM. Он измеряет мощность прошедшего сигнала, которая сравнивается с мощностью опорного сигнала WRM. Сопоставление этих значений позволяет вычислить спектральное затухание ТК. Для мониторинга длин волн и детального анализа спектра используют анализатор OSA.

- Регулятор состояния поляризации (PSA). Регулятор PSA используется для получения четырех известных состояний поляризации (SOP). Для каждого состояния SOP выполняют измерение методом сканирования и, зная величины затухания для каждого состояния, вычисляют спектральную зависимость потерь PDL матричным методом Мюллера. Время, затрачиваемое на измерение потерь PDL, равно времени выполнения четырех циклов сканирования.

- Деполяризатор. Этот компонент используется при измерении потерь PDL для приведения сигнала перестраиваемого лазера в определенное состояние. Его также используют в измерениях затухания, для которых требуется обеспечить неполяризованный свет [6].

Системное ПО хранит данные для устройств  каждого типа в отдельных базах  данных. Обычно используют доступные  для приобретения коммерческие базы данных. Эти базы данных можно формировать на локальных измерительных установках, либо на центральной сервере, куда информация поступает по локальной сети. Данные измерений можно экспортировать в формат «.txt» с разделителями, совместимый со многими программами хранения и анализа. Автоматизированная измерительная система использует необходимое ПО, позволяющее производителям систем и компонентов повысить надежность, воспроизведение и скорость выполнения их процедур тестирования независимо от того, выполняются ли они в лаборатории, центральном офисе или на линии.

Все рассмотренные компоненты систем WDM, в конце концов, при использовании подвергаются воздействию самых различных факторов окружающей среды, таких как: температура, влажность, электрические и магнитные поля и многое другое. Процедуры для выявления зависимости поведения электронных компонентов и модулей от внешних условий хорошо известны. Для характеристики каждого компонента необходимо выполнить все надлежащие измерения в ожидаемых условиях эксплуатации [6].

Волоконно-оптические компоненты, как и остальные оптические средства коммуникации, благодаря своей конструкции надежно защищены от многих возмущающих факторов окружающей среды, в частности электрических и магнитных полей. Герметичный монтаж защищает их проникновения влаги. Температура является главным возмущающим фактором окружающей среды. Многие важные оптические характеристики волоконно-оптических компонентов зависят от физических размеров: шаг дифракционной решетки или брэгговского эталона, длины отдельных волокон в решетке на основе массива волноводов, толщина слоев тонкопленочных фильтров – все эти размеры меняются пропорционально изменению температуры с коэффициентом линейного расширения используемого материала. Хотя в некоторых случаях в компонентах может быть предусмотрена компенсация температурных изменений (например, не чувствительный к температуре биконический разветвитель), в общем случае должна быть измерена зависимость производительности устройства от температуры. Обычно предпринимают активные меры для компенсации температурного воздействия, либо изготовляют термостабильные, защитные корпуса.

Многие характеристики усилителей EDFA, в том числе и изменяющиеся со временем, чувствительны к температуре. Необходимо исследовать температурную зависимость спектра усиления в ожидаемом температурном диапазоне, как наиболее важной характеристики. Для остальных же характеристик, или для одной наиболее представительной, исследуют температурную зависимость на используемых длинах волн. Обычно эти исследования проводят для малых сигналов и либо в режиме насыщения, либо в точке трехдеци-бельного спада, в зависимости от предназначения усилителя (бустер, линейный усилитель или предусилитель) [22].

Чтобы одновременно измерять параметры  всех каналов, используют набор фиксированных источников, длины волн которых соответствуют длинам волн каждого волнового канала, либо широкополосный источник ASE, покрывающий всю полосу передачи системы. Для проведения последовательных измерений можно использовать перестраиваемый лазер. Для спектральных измерений также подбирают подходящий приемник: анализатор OS А, многоволновой или обычный волновой измеритель.

Тестирование EDFA обычно выполняют  в термокамере с регулируемой температурой и влажностью.

Важнейшие параметры практически  всех многочисленных компонентов, используемых в системах WDM, могут зависеть от температуры и влажности, поэтому обеспечение работоспособности системы при всех возможных изменениях компонентов выглядит проблематичным. Чтобы обеспечить высокую управляемость измерительной системы на всех этапах тестирования, необходимо выработать методики, позволяющие тестировать в одной измерительной процедуре как можно большее число параметров желательно всех устройств, или набор методик, использующих одну и ту же измерительную установку. Там, где это возможно, используют полностью автоматизированные процедуры тестирования и компьютеризованные средства сбора, обработки, отображения и анализа данных.

Современный модульный подход к  построению измерительного оборудования упрощает эту задачу. Модули, имеющие общую структуру и командный язык управления, можно соединять многочисленными способами и удовлетворять при этом требованиям большинства измерительных процедур. ПО управления измерительными установками позволяет перепрограммировать процедуры измерений на языках высокого уровня [5].

Двузначные критерии типа «да/нет» на отдельных этапах тестирования могут обрабатываться автоматически, и поэтому подробные спектральные характеристики можно получать без вмешательства оператора.

Некоторые измерения попросту невозможно надежно выполнить где-либо, кроме как в стабильных и контролируемых условиях. Опять же, для многих измерений требовались возможности, до недавнего времени недоступные в приборах, предназначенных для использования в полевых условиях. Стандартные задачи измерения основных параметров каналов связи, независящих от используемых режимов передачи данных, традиционно решаются измерительным оборудованием для полевых условий. Но в последнее время появился целый ряд новых требований к такому оборудованию. Прежде всего, это связано с измерением WDM компонентов и исследованием влияющих на них сложных оптических явлений [6].

7.4 Измеритель оптических потерь

Измеритель оптических потерь Optical Loss Test Set (OLTS), используемый в WDM системах, необходимо калибровать с прецизионной точностью на длинах волн каналов в диапазоне от 1525 до 1565 нм. Это, в свою очередь, означает возможность точного измерения мощности отдельных каналов на выходе демультиштексоров.

Эти измерители так же используются на длинах волн оптических контрольных каналов OSC (Optical Supervisory Channel): 1480 нм, 1510 нм и 1625 нм, в зависимости от предназначения системы. Для проверки бюджета потерь после прокладки волокна потребуются специализированные DFB лазерные источники. Особое внимание требуется к самой большой длине волны контрольного канала 1625 нм, так как она лежит за пределами диапазона, в котором производители волокна или кабеля обычно гарантируют эффективную работу своей продукции. В настоящее время на рынке предлагаются измерители оптических потерь, включающие эту длину волны [14].

7.5 Рефлектометр

Оптический рефлектометр (ОР) является одним из основных диагностических приборов, позволяющих оценивать качество волоконно-оптических систем передачи информации как при прокладке и эксплуатации линий, так и при выпуске пассивных компонентов ВОСП — оптических волокон (ОВ) и кабелей. Увеличивающееся в настоящее время количество применяемых рефлектометров и начинающееся освоение их выпуска в России и странах СНГ делают необходимым введение единых (или сопоставимых) методов их поверки в масштабах страны. Это становится тем более важным, что в соответствии с имеющимися законами и нормативными документами оптические рефлектометры (ОР) для большинства применений относятся к сферам государственного контроля и надзора и подлежат обязательной поверке и испытаниям.

Вместе с тем различные фирмы-поставщики и метрологические организации различных стран рекомендуют различные методы калибровки ОР, что затрудняет выработку единого подхода к указанным задачам и требует детального анализа. Кроме того, часто возникают вопросы по нормативным требованиям к процессам поверки, калибровки и испытаний ОР как средств измерений (СИ). Данные проблемы обсуждаются в целом ряде библиографических источников. Так, различные подходы к калибровке рефлектометров рассматриваются в работах как зарубежных (NBS США [1, 2], РТВ ФРГ [9], Wovetek [8] и др.), так и отечественных авторов, а также в информационных материалах различных фирм и организаций. В настоящее время подготовлен проект рекомендаций МЭК [29], посвященный этим вопросам, а также имеются рекомендации Bellcore, содержащие требования к ОР и их тестированию [14].

7.5.1 Эксплуатационный контроль качества оптического волокна

Оптический рефлектометр дает пользователю много информации и позволяет детально исследовать некоторые ее элементы. Он имеет подключаемые модули для работы на длинах волн 850, 1310 и 1550 НМ, а также для одномодового и многомодового волокна. Он может работать на линиях до 100 км. Ввиду того, что данное устройство использует встроенный процессор для анализа и представления на дисплее результатов, можно хранить в памяти форму сигнала.

Оптический рефлектометр достаточно часто используется в исследованиях, разработках и производстве. Остановимся лишь на трех его применениях: потери на единицы длины линии, оценка качества соединителей, определение места повреждения на линии. Эти применения очень важны для задач прокладки и эксплуатации оптической системы [7].

При оценке баланса потерь, устанавливаемой  оптической системы закладывается определенное значение потерь на единицу длины. С помощью оптического рефлектометра возможно измерение этого параметра до и после прокладки. Измерения до прокладки кабеля указывают, что волокно соответствует специфированным характеристикам. Измерения после прокладки указывают на то, что никаких существенных изменений в характеристиках волокна, связанных с изгибами и механической нагрузкой не произошло.

Для оценки качества соединений оптический рефлектометр может использоваться во время прокладки кабеля для проверки того, что потери соединителей находятся в рамках допустимых пределов. После установки соединений оптический рефлектометр используется для контроля потерь.

7.6 Параметры, влияющие на работу систем WDM

На технические характеристики компонентов волоконно-оптических линий связи также влияет ряд других параметров и факторов, к которым относятся [22]:

- параметры, связанные с перекрестными помехами;

- уровень помех в пределах полосы (дБ);

- уровень перекрестных помех за пределами полосы (дБ);

- параметры, связанные с частотой сигнала:

- пульсации (дБ);

- вносимые потери (дБ);

- ширина канала (ГГЦ);

- параметры, связанные с поляризацией:

- дифференциальная групповая задержка DGD (пс);

- полные потери, зависящие от поляризации PDL (дБ);

- уменьшение отношения сигнал/шум (дБ), связанное с деградацией лазера, оптического усилителя и других компонентов системы WDM.

Поэтому при проектировании и строительстве  ВОЛП с применением аппаратуры WDM необходимо учесть и значения этих параметров. Перед монтажом и вводом в эксплуатацию системы WDM необходимо провести всестороннее тестирование существующей оптической линии. Если в новой системе WDM будет применяться уже имеющееся оборудование связи, необходимо убедиться в их совместимости друг с другом. Есть несколько типов тестов, которые позволяют проконтролировать работу системы WDM.

Для оператора сети связи желательно свести к минимуму число тестов, необходимых для подтверждения  работоспособности системы и  целостности передачи сигналов [6].

Имеется большое количество документации по процедурам тестирования и сдачи в эксплуатацию систем оптической связи SDH с одним оптическим каналом, однако при использовании новых технологий, таких как WDM, этой документации явно недостаточно. Требуется учитывать дополнительные свойства оптических компонентов и характеристики кабеля, контролировать которые не было необходимости при использовании одноволновой передачи. Появление оптических мультиплексоров ввода/вывода, открывшее возможность маршрутизации оптических каналов с различными длинами волн в сложных сетях, значительно усложнило процедуры тестирования при монтаже, наладке и техническом обслуживании систем WDM.

Оптическая кросс-коммутация может  в будущем радикально изменить конфигурацию сетей связи, что потребует применения еще более сложных методов тестирования таких сетей.

7.7 Монтаж и наладка систем WDM

Перед монтажом вводом в эксплуатацию системы WDM необходимо провести всестороннее тестирование существующей оптической линии. Если в новой системе WDM применяется уже имеющееся оборудование связи, необходимо убедиться в их совместимости друг с другом. Существует несколько типов тестов, которые позволяют проконтролировать работу системы WDM. Для оператора сети связи желательно свести к минимуму число тестов, необходимых для подтверждения работоспособности системы и целостности передачи сигналов. Имеется большое количество документации по процедурам тестирования и сдачи в эксплуатацию систем оптической связи SDH с одним оптическим каналом, но при использовании новой технологии WDM, этой документации недостаточно [22]. Требуется учитывать дополнительные свойства оптических компонентов и характеристики кабеля, контролировать которые не было необходимости при использовании одноволновой передачи. Появление мультиплексоров ввода/вывода значительно усложнило процедуры тестирования при монтаже, наладке и техническом обслуживании систем.