4 ОБОРУДОВАНИЕ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ
Линейная часть состоит из оборудования и компонентов, расположенных между СО и помещениями абонента. Она включает в себя как оптические, так и не оптические компоненты сети. Оптические компоненты составляют оптическую распределительную сеть (ODN), которая включает в себя: волоконно-оптические кабели, WDM мультиплексоры, соединительные шнуры, сварные соединения, коннекторы, разветвители и оконечные терминалы. Не оптические компоненты включают в себя: уличные тумбы, колодцы, патч-панели и различное вспомогательное оборудование.
Оборудование линейной части включает следующее:
• Волоконно-распределительные модули (или патч-панели) в СО
• Волоконно-оптические кабели. Питающие кабели составляют участок между СО и первым разветвителем. Распределительные волокна связывают разветвитель с оконечными терминалами, расположенными рядом с абонентами. Оконечные кабели соединяют отдельные ONT с оконечными терминалами.
Примечание: Вследствие влияния Рэлеевского рассеяния, макро и микроизгибов и т.п., волоконно-оптические кабели вносят потери (затухание) сигнала, которые пропорциональны их длине. На Рисунке 8 показано затухание типичного оптического волокна.
• Волоконно-распределительный хаб включающий:
□ Шкафы, тумбы, муфты (воздушные или в грунте)
□ Разветвитель(и) (наиболее важный компонент, см. раздел ниже)
□ Патч-панели
• Оконечные терминалы
• Коннекторы: SC/APC (с углом 8″ для уменьшения отражений, типичные потери 0,5 дБ)
Рисунок 8- Спектральное затухание
4.1 Оптический кабель
Волоконно-оптические коммуникации имеют ряд преимуществ по сравнению с электронными системами, использующими передающие среды на металлической основе. В волоконно-оптических системах передаваемые сигналы не искажаются ни одной из форм внешних электронных, магнитных или радиочастотных помех. Таким образом, оптические кабели полностью невосприимчивы к помехам, вызываемым молниями или источниками высокого напряжения. Более того, оптическое волокно не испускает излучения, что делает его идеальным для соответствия требованиям современных стандартов к компьютерным приложениям. Вследствие того, что оптические сигналы не требуют наличия системы заземления, передатчик и приемник электрически изолированы друг от друга и свободны от проблем, связанных с возникновением паразитных токовых петель. При отсутствии сдвига потенциалов в системе заземления между двумя терминалами, исключающим искрения или электрические разряды, волоконная оптика становится все более предпочтительным выбором для реализации многих приложений, когда требованием является безопасная работа в детонирующих или воспламеняющихся средах.
Тип волокна идентифицируется по типу путей, или так называемых «мод», проходимых светом в ядре волокна. Существует два основных типа волокна — многомодовое и одномодовое. Ядра многомодовых волокон могут обладать ступенчатым или градиентным показателями преломления. Многомодовое волокно со ступенчатым показателем преломления получило свое название от резкой, ступенчатой, разницы между показателями преломления ядра и демпфера. В более распространенном многомодовом волокне с градиентным показателем преломления лучи света также распространяются в волокне по многочисленным путям. В отличие от волокна со ступенчатым показателем преломления, ядро с градиентным показателем содержит многочисленные слои стекла, каждый из которых обладает более низким показателем преломления по сравнению с предыдущим слоем по мере удаления от оси волокна. Результатом формирования такого градиента показателя преломления является то, что лучи света ускоряются во внешних слоях и их время распространения в волокне сравнивается с временем распространения лучей, проходящих по более коротким путям ближе к оси волокна.
Таким образом, волокно с градиентным показателем преломления выравнивает время распространения различных мод так, что данные по волокну могут быть переданы на более дальние расстояния и на более высоких скоростях до того момента, когда импульсы света начнут перекрываться и становиться неразличимыми на стороне приемника.
Волокна с градиентным показателем представлены на рынке с диаметрами ядра 50, 62,5 и 100 мкм.
Одномодовое волокно, в отличие от многомодового, позволяет распространяться только одному лучу или моде света в ядре. Это устраняет любое искажение, вызываемое перекрытием импульсов. Диаметр ядра одномодового волокна чрезвычайно мал — приблизительно 5 -10 мкм. Одномодовое волокно обладает более высокой пропускной способностью, чем любой из многомодовых типов.
Таблица 2- Стандарты оптических волокон и области их применения
Многомодовое волокно Одномодовое волокно
MMF 50/125
градиентное волокно MMF 62,5/125
градиентное волокно SF 8/125
ступенчатое волокно
ЛВС(Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM) ЛВС(Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM) Протяженные сети (Ethernet, Fast/Gigabit Ethernet, FDDI, ATM, магистрали SDH)
4.2 Оптические муфты
Муфты ОК различают по назначению: для магистральных и городских сетей связи; для кабелей, прокладываемых в канализации, в грунт, под водой и подвешиваемых на опорах; прямые и разветвительные муфты (перчатки). По конструкции муфты могут быть проходными и тупиковыми.
Рисунок 9- Проходная и тупиковая муфта
Поскольку существует большое количество конструкций ОК, а также многообразие условий их прокладки, то и весьма велик перечень оптических муфт, обеспечивающих их соединение.
Ни один изготовитель не в состоянии создать универсальный комплект муфты, который подходил бы для любого кабеля и для любого места установки муфты. Поэтому, как правило, создаются минимальные, так называемые базовые комплекты, которые при необходимости пополняются всеми нужными деталями и материалами. Все дополнительные детали и материалы группирует в специальные комплекты: базовые, монтажные, эксплуатационные, установочные, защитные, заземляющие и ремонтные.
В базовый комплект входит минимальный набор деталей: корпус муфты, внутренний кронштейн и крепежные детали, одна кассета для выкладки оптических волокон и фиксации защитных гильз, материалы и детали для герметизации корпуса. Стандартными являются также ремонтные комплекты для оптической и устанавливаемой в котлованах поверх нее чугунной защитной муфты. Все остальные комплекты составляются из отдельных деталей и узлов с учетом особенностей кабелей и мест установки муфт у конкретного заказчика.
Рисунок 10- Муфта для ОК
Рисунок 11- Укладка соединительных ОВ и защитных гильз в кассете
Очень важным этапом, от которого зависит надежность работы ОВ, являются выкладки их в кассете и фиксация защитных гильз. На рисунке 11 показана укладка ОВ и защитных гильз в кассете. Кассету закрывают крышкой и в двух местах скрепляют липкой лентой. Одновременно к ней прикрепляют паспорт на смонтированную муфту.
4.3 Оптические разветвители
Устройство, работающее в двух направлениях и имеющее один входной порт и несколько выходных портов называется разветвителем. Входящий оптический сигнал (прямой поток) распределяется между выходными портами, что позволяет многим пользователям совместно использовать одно оптическое волокно и, следовательно, пропускную способность. В обратном направлении оптические сигналы от многих ONT объединяются в одном волокне. Разветвители являются пассивными устройствами, так как они не требуют внешнего источника питания. Они являются широкополосными и вносят потери из-за того, что они разделяют мощность входного (прямого) потока. Эти потери называются потерями на разветвителе или коэффициентом деления, которые обычно выражаются в дБ и зависят в основном от количества выходных портов (см. Таблицу 3). Необходимо отметить, что вопреки тому, что некоторые могут ожидать, разветвитель также добавляет приблизительно те же потери и для сигналов, следующих в обратном направлении.
В зависимости от сетевой топологии в FTTx сети может располагаться один разветвитель или несколько разветвителей соединенных каскадами. В настоящее время рекомендациями ITU-T G.983 разрешается деление до 32, а рекомендации G.984 увеличивают это значение до 64 делений. Независимо от топологии, разветвитель должен соответствовать разрешенному оптическому бюджету (Класс А, В или С).
Таблица 3- Потери на разветвителе
Количество портов Потери на разветвителе (дБ) (исключая коннекторы и дополнительные потери разветвителя)
2 3
4 6
8 9
16 12
32 15
64 18
Разветвитель представляет собой пассивный оптический многополюсник (n×m) с заданным количеством входных (n) и выходных портов (m). Его задачей является перераспределение энергии, поступающей во входные порты между выходными (смотреть рис. 12).
Рисунок 12- Разветвитель
По своей топологии разветвители делятся на X-образные (простейший 2х2) и Y-образные (простейший 1х2). Более часто используются Y-образные ОР, которые еще иногда называют делителями мощности. Последние в свою очередь делятся на симметричные, в которых мощность делится равномерно между всеми выходными портами, и несимметричные (направленные), в которых в каждый выходной порт отводится определенная (обычно в %) часть выходной мощности. В англоязычной литературе для симметричных разветвителей чаще используется термин splitter (разветвитель, разделитель), а для несимметричных -coupler (объединитель).
По своим спектрально-селективным свойствам ОР, применяемые в оптических сетях доступа, делятся на однооконные и двухоконные. Для пропорционального деления мощности в однонаправленных сетях (например, кабельном ТВ) используются однооконные ОР, обеспечивающие заданные параметры передачи только в одном спектральном диапазоне 1310 нм или 1550 нм. При двунаправленной передаче (например, в сетях PON) применяют двухоконные разветвители с примерно равномерной спектральной характеристикой в обоих оптических диапазонах.
Разветвителей делятся на две большие группы: безкорпусные и корпусные «смотреть на рисунке 13».
Рисунок 13- Разветвители
Безкорпусные сплавные разветвители имеют малогабаритное исполнение и предназначены для установки в соединительных кассетах в посадочное место гильзы для защиты сварного соединения (КДЗС). При корпусном исполнении конструкция разветвителя помещается в прочный пластиковый корпус, защищающий ОР от механических, климатических и химических воздействий. В корпусах есть сквозные отверстия диаметром 2÷3 мм для крепления к плоской поверхности.
4.4 Оптические передатчики и приемники
SFP компактный приёмопередатчик (трансивер), используемый для передачи данных и в телекоммуникациях «смотреть рисунок 14». Используется для присоединения платы сетевого устройства (коммутатора, маршрутизатора или подобного устройства) к оптоволокну или неэкранированной витой паре, выступающих в роли сетевого кабеля.
Рисунок 14- SFP модуль
Наиболее распространённые применения — транспортировка 100 Мбит Ethernet; 155 Мбит STM-1;1 Гбит Ethernet; 1, 2, 4, 8 Гбит Fiber Channel; STM4; STM16. Также встречаются универсальные SFP-модули, например, AT-SP2670SR способен транспортировать как 100 Мбит Ethernet, 1 Гбит Ethernet, так и STM4 и STM16-потоки.
SFP трансиверы существуют в вариантах с различными комбинациями приёмника и передатчика, что позволяет выбрать необходимый приёмопередатчик для каждого соединения, исходя из используемого типа оптоволоконного кабеля (многомодового или одномодового). Существует несколько различных категорий SFP: 850 нм 550м MMF (SX), 1310 нм 10км SMF (LX), 1550 нм [40 км (XD), 80 км (ZX), 120 км (EX или EZX)], и DWDM. Существует также CWDM и одноволоконный двунаправленный (1310/1490 нм Upstream/Downstream) SFPs.
Медиаконвертер (также преобразователь среды) — это устройство, преобразующее среду распространения сигнала из одного типа в другой. Чаще всего средой распространения сигнала являются медные провода и оптические кабели.
Рисунок 15- Медиаконвертор
Ethernet медиаконвертеры традиционно делятся на простые (1-й уровень модели ОСИ), которые подчиняются правилу 5-4-3 и на коммутирующие(2-й уровень модели ОСИ), на которые не действуют ограничения по количеству медиаконвертеров на участке сети, соединяющей ее сегменты. У таких медиаконвертеров в описании указывается 10/100TX для Fast Ethernet, либо 10/100/1000T для Gigabit Ethernet, что означает их возможность преобразовывать не только среду передачи, а также и скорость, что характерно для коммутирующих устройств.
5 СТРОИТЕЛЬСТВО ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ
Строительство линейной части FTTx сети может производиться многими способами и каждое строительство может отличаться от другого в зависимости например от расстояния от СО, плотности жилой застройки, распределения абонентов и т.п. Волоконно-оптические кабели могут быть проложены согласно наиболее подходящей для данного случая технологии (воздушным или подземным способом). Расположение разветвителей и других пассивных компонентов, а также типов используемых тумб или шкафов будет зависеть от географических факторов и топологии PON.
5.1 Волокно
Прокладка волоконно-оптического кабеля наиболее дорогостоящий элемент при строительстве PON, также как и в других видах волоконно-оптических сетей. Имеется несколько методов прокладки. Выбор конкретного метода зависит от различных факторов, включая стоимость, возможность прокладки в определенной местности, местного законодательства, эстетических соображений и т.п. Независимо от того, каким образом осуществляется строительство, строительство новой сети или строительство по уже существующим маршрутам и коммуникациям, имеется три основные методики строительства:
• Непосредственная прокладка кабеля в грунт. Выполняется с помощью создания траншеи, плуговым кабелеукладчиком или бурением.
• Прокладка по подземной кабельной канализации. Несмотря на то, что строительство кабельной канализации значительно дороже, чем прокладка кабеля непосредственно в грунт, использование канализации сильно упрощает докладку или удаление кабелей.
• Воздушная подвеска. Включает в себя подвеску кабеля на столбах или вышках. Этот тип прокладки обычно используется в местах массовой застройки, применение этого метода экономически выгодно, по сравнению подземной прокладкой, т.к. не требует наличия тяжелой техники. Оптический кабель может быть подвешен на несущий трос или может быть использован самонесущий оптический кабель.
• В густонаселенных районах с определенными законодательными ограничениями возможно применение альтернативных методов прокладки кабеля. Например, прокладка кабеля в каналах вырезанных в мостовой, прокладка внутри водосточных и канализационных труб, а также в газовых трубопроводах.
Разветвители и патч-панели устанавливаются в шкафах или тумбах. Количество, тип и расположение разветвителей зависит от топологии сети.
5.2 Шкаф наружной установки
Современные типы шкафов наружной установки выпускаются различных модификаций и имеют более компактную и менее заметную конструкцию подземной и наземной частей по сравнению со стандартными большими шкафами, которые используются для построения медножильной или VDSL сети.
Однако, компактный размер не является единственным достоинством:
• Стоимость – шкафы наружной установки могут быть достаточно экономичным методом организации точки доступа сети при совместимости со строительной спецификацией и методологией. При модернизации сети модульная конструкция шкафов позволяет наращивать ёмкость без установки дополнительных дорогостоящих конструкций.
• Лёгкость обслуживания – В зависимости от местоположения, монтаж и размещение оптических соединительных муфт в подземных смотровых устройствах обычно не представляет особых трудностей. Однако, в некоторых случаях, длительное воздействие влажной окружающей среды может превратить стандартные колодцы кабельной канализации или подземные смотровые устройства в грязевой бассейн, что значительно усложняет доступ и увеличивает время проведения монтажа. Шкафы наружной установки обеспечивают лёгкий доступ к установленным компонентам во время монтажа и технического обслуживания даже при негативных воздействиях окружающей среды благодаря модульной конструкции, в которой зоны ввода, крепления и оконечивания оптических кабелей разделены на отдельные независимые отсеки.
Типичные шкафы наружной установки выполняют три функции:
1. Распределение каналов кабельной канализации. В нижней части шкафа установлен отсек для ввода, соединения или распределения каналов кабельной канализации. Этот блок может также использоваться как точка доступа к каналам и трубкам при пневмопрокладке кабелей, волоконных модулей и микротрубок.
2. Ввод и крепление кабелей и каналов. В средней части шкафа установлен отсек для ввода, крепления и распределения входящих защитных трубок, волоконно-оптических кабелей или микротрубок.
3. Сращивание и распределение оптических волокон. В верхней части шкафа установлен отсек для сращивания и распределения волокон различных типов оптических кабелей.
Рисунок 16- Шкаф наружной установки
5.3 Сращивание волокон
Сращивание волокон может производиться механическим способом или с помощью сварки. Механические соединители менее дороги,|но имеют большие вносимые потери (0,2 дБ) и обратные отражения. Сварные соединения имеют крайне малые потери (0,02 дБ) и почти не имеют обратных отражений, но требуют достаточно дорогостоящего оборудования. Количество соединений зависит от используемой строительной длины кабеля (обычно 2 км, 4 км или 6 км). Соединения защищаются от влияний окружающей среды муфтами.
5.3.1 Сварная технология сращивания волокон
В сварной технологии используется метод расплавления концов волокон под действием электрической дуги, вырабатываемой двумя электродами. Два сколотых волокна помещаются в специальные канавки сварочного устройства друг напротив друга, выравниваются по осям, затем стыкуются и расплавляются под действием электрической дуги, образуя соединение.
Рисунок 17- Расплавление волокон под действием электрической дуги
Оптические потери на сварном соединении волокон могут быть различными в зависимости от механизма выравнивания волокон. Современные сварочные устройства высокого класса выравнивают волокна по сердцевине (9 мкм) путём введения светового луча в каждое из свариваемых волокон, при этом обеспечиваются минимальные потери на стыке, не превышающие 0,05 дБ.
Рисунок 18. Сварочные аппараты
Сварочные устройства более низкого классса (к примеру, компактные сварочные аппараты) имеют механизм выравнивания волокон по оболочке (125 мкм). При этом, типичные потери на стыке могут достигать до 0,1 дБ.
5.3.2 Механическое соединение волокон
Механическое соединение волокон базируется на механическом способе закрепления, выравнивания и стыковки двух сколотых оптических волокон. В месте стыка волокон должен находиться специальный гель, согласующий показатель преломления. Существуют различные устройства для механического соединения волокон. Скол волокон при механическом соединении может быть угловым или не угловым. Типичное затухание в месте стыка волокон не больше 0,5 дБ.
Рисунок 19- Примеры устройств для механического соединения волокон
6. ТЕСТИРОВАНИЕ
6.1 Тестирование в процессе строительства
Назначение любой волоконно-оптической сети осуществлять передачу данных безошибочно и на высокой скорости. Тестирование в процессе строительства сети поможет свести к минимуму дорогостоящие и занимающие время усилия по поиску и устранению неисправностей, поиску проблемных соединений, загрязненных или поврежденных коннекторов и других дефектных компонентов, до того как они приведут к перерыву в связи.
Один из наиболее важных факторов, которые позволяют быть в уверенным в возможности передачи данных — это контроль потерь оптической мощности в сети, согласно определенному в спецификациях бюджету потерь в линии. Это делается с самого начала, с помощью определения общего бюджета потерь с определенным запасом между оконечными точками. Также необходимо уменьшить до минимума обратные отражения. Это чрезвычайно важно для аналоговых видеосигналов большой мощности, вырабатываемых с помощью узкополосного лазера, из-за того, что сильные обратные отражения будут ухудшать качество видео передачи. Важно провести измерения потерь и обратных отражений для того, что бы убедиться, что на каждой длине волны:
• потери и отражения между оконечными точками соответствуют спецификациям
• при получении сомнительных результатов каждый сегмент соответствует или превосходит предъявляемые требования.
• Проведение таких тестов крайне необходимо особенно в случае, когда сеть включает старые кабели, т.к. волокна, предназначенные для работы на длине волны 1550 нм, предварительно не тестировались для работы на длине 1490 нм и могут показывать значительно большее затухание, чем ожидается.
Примечание: Соотношение выходной мощности к входной какого-либо компонента называется затуханием и имеет положительное значение. При установке компонента в систему или сборку затухание называется вносимыми потерями и также имеет положительное значение.
Из-за того, что в сети используются высокие уровни мощности особенно важно следить за чистотой и состоянием всех коннекторов.
Так как одномодовые волокна имеют крайне малый диаметр (обычно 9 мкм), то одна частица грязи или дыма может заблокировать более 10% передающей площади. При подключении коннекторов необходимо выполнять следующие рекомендации:
— никогда не касайтесь неподключенным коннектором любых поверхностей, а также никогда не касайтесь керамического наконечника коннектора, кроме как для чистки
— очищайте и проверяйте каждый коннектор перед его подключением с использованием микроскопа или что еще лучше используйте видеомикроскоп после чистки или перед подключением, даже если это было всего лишь временное отключение. Проводите очистку и проверку коннекторов тестового оборудования каждый раз при его использовании, а после чистки контролируйте качество с помощью микроскопа или видеомикроскопа.
Рисунок 20- Оптический микроскоп
— используйте правильный метод очистки: сжатый воздух, чистящий набор, чистящие салфетки или специальный материал, предназначенный для чистки оптики. Также может быть использован чистый спирт, предназначенный для чистки оптики.
— неиспользуемые порты необходимо держать закрытыми крышками, а неиспользуемые крышки хранить в закрываемом пластиковом пакете.
Рисунок 21- Набор для чистки и тестирования FTTx
В некоторых системах используются АРС коннекторы, поэтому при очистке и подключении таких коннекторов необходимо соблюдать специальные меры. Никогда не подключайте АРС коннектор к PC или UPC коннектору.
6.1.1 Проведение измерений
В процессе строительства необходимо провести три основных измерения:
• двунаправленное измерение оптических возвратных потерь (0RL)
• двунаправленное измерение оптических потерь между двумя оконечными точками
• двунаправленное снятие характеристик линии
Набор измерительного оборудования может включать следующее: измеритель ORL, измеритель оптических потерь (OLTS), визуальный дефектоскоп (VFL), детектор активного волокна (LFD), оптический рефлектометр (OTDR) и разделяющий длины волн измеритель мощность для P0N. Измеритель мощности для PON должен иметь возможность измерения мощности ATM или Ethernet трафика. VFL вводит излучение от яркого красного лазера в волокно, что позволяет найти дефекты, видные невооруженным глазом, такие как: плохие сварки, обрывы и макроизгибы. LFD используется для обнаружения без разрыва связи, волокон, передающих сигнал. В идеальном случае необходимо проводить тестирование PON после строительства каждого сегмента. Например: после прокладки каждой секции оптического кабеля необходимо провести между оконечными точками измерения ORL и измерения рефлектометром. После установки разветвителя необходимо провести измерения основного (питающего) волокна между патч-панелью OLT и каждым выходным портом разветвителя. После установки оконечных терминалов проводятся измерения между портом каждого терминала и патч-панелью волоконно-распределительного хаба (распределительное волокно). Этот тест также может быть выполнен между портом оконечного терминала и патч-панелью OLT. В этом случае будет протестирована вся линия. Это выполняется в том случае, когда выходные волокна разветвителя не оконцованы коннекторами, а непосредственно приварены к распределительным волокнам.
6.1.2 Тестирование ORL
Так как связь по волокну производится в обоих направлениях, ORL необходимо измерять также в каждом направлении. Измерение необходимо производить с использованием измерителя ORL или совместимого измерителя оптических потерь (OLTS) расположенных на каждом конце линии, измерение ORL проводится сначала в одном направлении, затем в противоположном. OLTS может быть использован для измерения как оптических потерь так и ORL одновременно.
Рисунок 22- Многофункциональный оптический тестер
Оптические тестеры требуют проведения двух последовательных измерений. На первом этапе проводится взятие опорных значений двух OLTS с использованием их собственных источников. Затем каждый OLTS отправляет с помощью своего источника калиброванное значение излучения по тестируемому участку волокна другому OLTS, который измеряет полученное значение мощности и рассчитывает потери.
Согласно рекомендациям ITU-T С.983 и G.984 максимально разрешенное значение ORL для линии составляет 32 дБ.
Таблица 4 содержит типичные значения ORL для различных типов коннекторов. Большие значения означают меньший уровень отражений и поэтому являются лучшими.
Таблица 4- Типичные значения ORL для коннекторов
Тип коннектора Типичное значение ORL (дБ)
UPC 50-55
АРС 65-70
ORL определяется как отношение отраженной мощности к введенной мощности и измеренной на входе тестируемого устройства (DUT), такого как волоконно-оптический сегмент или линия. ORL выражается в дБ и имеет положительное значение. Отражение, напротив, является отрицательным значением и определяется как отражение от одного интерфейса или события, например от границы волокно (стекло)/воздух.
ORL линии состоит из Рэлеевского обратного рассеяния волокна и отражения от всех интерфейсов, присутствующих в линии. ORL может вызывать проблемы в случае цифровых DWDM систем и систем работающих на высоких скоростях, таких как ОС-48 и ОС-192, но особенно влияние ORL критично для аналоговой передачи CATV, такой как используется в FTTx системах на длине 1550 нм (т.е. аналоговое видео в PON). Если Рэлеевское рассеяние присуще волокну и его нельзя полностью исключить, то отражение, вызываемое различными сетевыми элементами (в основном коннекторами и компонентами), которые имеют интерфейсы воздух/стекло или стекло/ стекло всегда можно уменьшить с помощью специальных мер или лучшей реализации. Для оптимизации качества передачи, эффекты обратных отражений (т.е. помехи для источника излучения или нестабильность выходной мощности) должны быть взяты под контроль. Поэтому необходимо сфокусировать внимание на качестве сетевых соединений и сделать это можно с помощью тщательных и точных измерений ORL.
Основные проблемы, вызываемые ORL, включают следующее:
• Сильные колебания в выходной мощности лазера
• Помехи на стороне приемника
• Низкое соотношение несущая/шум в аналоговых системах, что приводит к дисторсии видеосигналов
• Более высокий уровень ошибок (BER) в цифровых системах
• Возможен вывод из строя лазера
Рисунок 6-4 изображает установку для измерения ORL и оптических потерь. Измерение ORL проводится с помощью измерителя ORL (или ORL тестера). Измеритель ORL включает в себя источник излучения и измеритель оптической мощности (ОРМ) для измерения отраженной мощности. Некоторые OLTS могут выполнять это измерение, таким образом, отпадает необходимость в наличии отдельного измерителя ORL. Любой из приборов может провести измерения ORL между оконечными точками системы.
Рисунок 23- Двунаправленное измерение ORL между центральным узлом и оконечным терминалом
6.1.3 Двунаправленные измерения потерь
Оптические потери определяются как разница в уровне мощности между передающим источником и принимающим измерителем мощности. Общие потери оптической линии/системы рассчитываются как сумма вносимых потерь (IL) коннектора OLT, WDM мультиплексора, сварок, затухания в волокне, разветвителя, коннектора ONT и всех плохих соединений. Вносимые потери это потери оптической энергии в результате установки компонента или устройства на пути распространения света.
При проектировании сети, определяется бюджет потерь — детальный анализ, предназначенный для того, чтобы убедиться, что приемник получит достаточный уровень мощности для безошибочной передачи данных. Бюджет потерь принимает в расчет мощность передатчика и чувствительность приемника, а также ожидаемые потери от каждого оптического компонента в сети. Требования к бюджету потерь для PON основываются на рекомендациях ITU Rec. С.983 и отражены в Таблице 5.
Таблица 5- Требования к энергетическому бюджету для топологии с одним волокном
Класс Потери Рек. ITU-T
ДБ
Мин. Макс.
А 5 20 983.3
В 10 25 983.3
В 10 22 984.2
С 10 30 983.3
С 15 27 984.2
Разветвитель в PON является причиной неизбежных потерь, т.к. входная мощность делится между несколькими выходами. Потери на разветвителе зависят от коэффициента деления и равны приблизительно 3 дБ для разветвителя 1:2, и увеличиваются на 3 дБ, каждый раз, когда количество выходных портов удваивается. Разветвитель 1:32 имеет потери не менее 15 дБ. Эти потери одинаковы для прямых и обратных потоков. Сварки или коннекторы на портах разветвителя вносят дополнительные потери.
Пример бюджета потерь для PON показан в Таблице 6.
Таблица 6- Типичный сценарий бюджета потерь
Потери Количество/Длина Общие потери (дБ)
Разветвитель(1:32) ~ 16-17 1 17
WDM мультиплексор (1:2) -0,7-1,0 1 1
Соединения (сварка) ~ 0,02 — 0,05 4 0,2
Коннектор (АРС) -0,2 2 0,4
Волокно (G.652C)
1310 нм -0,35/км 6,4
1490 нм -0,27/км 18,2 4,9
1550 нм -0,22/км 4,0
Общие потери (дБ)
1310 нм 25,0
1490 нм 23,5
1550 нм 22,6
В этом примере не взяты в расчет потери от дисперсии или любых других нелинейных эффектов (потери в 1 дБ могут ожидаться на длинах волн 1550/1490 нм для очень высокоскоростных систем). Базируясь на наихудшем варианте общие потери, составят 25 дБ, такая система соответствует классу В, но без запаса. Наибольшие потери вызваны разветвителем (68%) и его показатели необходимо улучшить, в противном случае система будет соответствовать классу С, для того чтобы иметь гарантированный запас по потерям.
Потери могут быть измерены, с использованием отдельного источника излучения и измерителя оптической мощности (ОРМ). Типичный OLTS состоит из источника излучения и измерителя мощности, более продвинутые модели OLTS состоят из источника излучения и измерителя мощности, скомбинированных в одном корпусе и тем самым особенно удобны для двунаправленного тестирования, автоматического измерения опорного значения и анализа результатов. Некоторые еще более продвинутые модели OLTS могут выполнять одновременное автоматическое двустороннее тестирование потерь и ORL, а также оценивать длину линии и хроматическую дисперсию.
При выборе OLTS для работы с PON необходимо принять во внимание следующие соображения:
• Некоторые модели OLTS являются автоматизированными. Автоматическое тестирование уменьшает время измерения и риски связанные с ошибками оператора.
• Большой динамический диапазон прибора позволяет тестировать компоненты с большими вносимыми потерями, такие как разветвители, и /или увеличивает расстояние доступное для тестирования.
• Встроенное переговорное устройство облегчает возможность общения между техниками, выполняющими измерение и находящимися на противоположных концах линии.
• Возможность тестирования на двух или трех длинах волн (1310/1490/1550 нм) является наиболее важной для PON, основанных на старых типах волокон т.к. они показывают больший уровень затухания по сравнению с современными типами.
Перед подключением или сваркой оптических кабелей необходимо измерить оптические потери для каждого участка и каждой ветви разветвителя отдельно. Тест выполняется в обоих направлениях. Необходимо убедится в равномерности показаний на различных ветвях разветвителя.
После того как подключения выполнены, необходимо провести измерения между каждой ветвью и OLT. Общие потери не должны превышать бюджет потерь, в противном случае нельзя гарантировать безошибочную передачу данных.
Измерения всегда должны проводиться на выходных портах патч-панели, для того чтобы принять во внимание потери на соединении.
Для выполнения автоматических измерений потерь с использованием двух OLTS, обычно требуется четыре этапа:
• Обнуление (если прибор его требует). Эта процедура компенсирует шумы детектора и внутренние токи. Некоторые модели измерительных приборов не требуют выполнения этого шага.
• Настройка теста (на обоих приборах). Это позволяет выбрать длины волн и другие параметры теста.
• Измерение опорного значения (на обоих приборах). Этот шаг требуется для измерения потерь только через волокно, а не через соединительные шнуры или аксессуары. Некоторые модели выполняют этот шаг автоматически.
• Запуск теста (на приборе, инициирующем тест). Некоторые модели выполняют этот шаг автоматически на обоих приборах.
Для измерения опорного значения может быть использован метод петли, который должен быть выполнен на обоих приборах. Измерение опорного значения методом петли выполняется на каждом блоке с помощью подключения соединительного шнура между портом источника излучения и измерителя мощности одного и того же прибора. Измеренный детектором уровень мощности сохраняется в памяти как опорное значение.
Другой более точный метод представляет собой измерение опорного значения между двумя блоками — «точка-точка». Измерение выполняется путем подключения источника излучения блока А к порту детектора блока В, а источник излучения блока В подключается к порту детектора блока А.
После измерения опорных значений на обоих OLTS, соединительные шнуры каждого OLTS отключаются от порта детектора и подключаются к тестируемому волокну (FUT). Запуск процедуры тестирования инициируется на одном из OLTS. Источник этого OLTS отправляет изучение через тестируемую линию. Другой OLTS измеряет значение полученной мощности и передает эту информацию блоку, инициировавшему тест, который сравнивает количество полученного излучения с опорным значением. Разница между двумя измерениями представляет собой средние потери линии.
Рисунок 24- Результаты измерения потерь линии хорошего
и плохого качества
6.1.4 Снятие характеристик линии с использованием рефлектометра
В процессе строительства необходимо убедиться, что каждый кабельный участок соответствует или превосходит значения указанные в характеристиках кабеля. Наилучший способ выполнить эту задачу это использовать оптический рефлектометр (OTDR). В отличие от OLTS, которые оценивают суммарные потери всей линии при помощи двух блоков, OTDR отображает подробную карту всех потерь всех участков (см. Рисунок 25), что позволяет пользователям обнаружить и оценить каждый отдельный элемент в линии, включая коннекторы, сварки, разветвители, мультиплексоры и дефекты.
Рисунок 25- Участок кабеля, измеренный от входа к разветвителю
к выходу мультиплексора
Работа OTDR основывается на отправке мощного импульса излучения в волокно и измерении отраженного излучения. Каждое событие в линии (каждый оптический компонент и оптический дефект) является причиной отражений или потерь или того и другого. Конец волокна, обрывы, коннекторы и другие компоненты каждый из них отражает небольшую часть изучения назад к OTDR. Для расчета расстояния до каждого события OTDR использует время, которое необходимо каждому отдельному отражению для возврата обратно.
Оптические волокна равномерно рассеивают малую часть света по всей длине, OTDR измеряет это рассеянное излучение, для того чтобы определить затухание волокна. Внезапные падения уровня рассеянного излучения соответствуют оптическим потерям, возникающим из-за сварок или других событий. Например, затухание новых волокон G.652.C может быть измерено в диапазоне длин волн, обычно используемых в PON:
• 0.33 дБ/км на 1310 нм (0.35 дБ/км наихудший случай)
• 0.21 дБ/км на 1490 нм (0.27 дБ/км наихудший случай)
• 0.19 дБ/км на 1550 нм (0.25 дБ/км наихудший случай) Большие спектральные затухания могут наблюдаться в старых волокнах типа С.652.
Рисунок 26- Рефлектометр
Дефекты, которые могут быть обнаружены с помощью OTDR, включают в себя: несовпадение осей, угловые дефекты, загрязнения коннекторов, обрывы волокон и макро изгибы. Макро изгибы являются нежелательными явлениями, они возникают в случае, если волокно имеет радиус изгиба меньший, чем допустимый (слишком плотно уложено и т.п.). Макро изгибы могут быть легко обнаружены, путем сравнения результатов потерь на всех длинах волн 1310,1490 и 1550 нм, так как макро изгибы вызывают наибольшие потери на больших длинах волн (1550 нм), по сравнению с меньшими (1310 нм). Наилучшая длина волны, доступная в OTDR, для обнаружения макро изгибов это 1625 нм (чем длиннее, тем лучше).
Каждое волокно должно быть протестировано от OLT, расположенного в СО до разветвителя, а также от разветвителя до ONT, по возможности в двух направлениях. Некоторые типы событий, такие как несовпадение размеров сердцевин, могут показывать различные уровни (усиление вместо ослабления) в зависимости от направления распространения света. Двунаправленное тестирование обеспечивает более точные результаты, т.к. результаты измерений, полученные в каждом направлении, усредняются.
Другое важное соображение при использовании OTDR- это мертвая зона. Так как детектор OTDR является крайне чувствительным элементом, он может перейти в режим насыщения от сильного отражения, такого как отражение от выходного коннектора прибора или отражение от первого события (коннектора) в сети. Зачастую наибольшая мертвая зона возникает из-за первого соединения (выходной коннектор OTDR). Т.к. проводить измерения внутри мертвой зоны невозможно, потери из-за сварок и коннекторов, расположенные близко к вводу OTDR не могут быть корректно оценены при обычных обстоятельствах. Однако использование компенсационной катушки (PSB), расположенной между OTDR и тестируемым волокном поможет обойти эту проблему. PSB содержит отрезок волокна, который позволяет включить в измерения потерь линии, первый коннектор и события, которые до этого были скрыты в мертвой зоне. Потери последнего коннектора тестируемого волокна могут быть измерены таким же способом, с помощью подключения к нему PSB. Компенсационная катушка позволяет рефлектометру сравнить уровни обратного рассеяния перед и после события и рассчитать потери на коннекторе.
Для тестирования PON рефлектометр должен иметь возможность проводить тестирование на трех длинах волн (1310,1490 и 1550 нм). Однако, во многих случаях, тестирование на длине 1550 нм рассматривается одновременно как тестирование и в диапазоне 1490 нм. В общем случае принято считать, что затухание волокна на длине 1490 нм приблизительно на 0,02 дБ больше, чем на длине 1550 нм. Такое допущение, в общем, верно для довольно современных типов волокон (начиная с конца 90х и более поздних), особенно для типа С.652С с низким водяным пиком поглощения. Однако, такое утверждение может не подходить для более старых типов волокон (начала 90х и ранее), когда типа G.652C не существовало и водный пик (Е диапазон) не вызывал интереса.
Для тестирования протяженных волокон или компонентов с большими потерями, необходим прибор с большим динамическим диапазоном, при этом для оценки отдельного элемента зачастую необходим короткий импульс. Эти два требования противоречат друг другу: более длительный импульс обеспечивает больший динамический диапазон, в то время как короткий импульс имеет меньшую пиковую мощность, что ограничивает динамический диапазон.
Программное обеспечение OTDR должно быть хорошо продумано, для того чтобы полностью обнаруживать все возможные типы событий, таких как отражения, вызываемые коннекторами, обрывы и концы волокон, потери, вызываемые сварками или макро изгибами, усиления, вызванные не идеальностью совмещения сердцевин или разницей в диаметрах (отклонения в диаметрах модовых полей). Рефлектометр хорошего качества должен четко указывать все типы событий на трассе, делая их легко узнаваемыми для пользователя, а также отображать их в таблице событий.
Важно выбрать такой вариант, который имеет хорошо продуманный, легкий в использовании интерфейс, такие функции как усреднение, генерация и печать отчетов, а также режим автоматической работы. Некоторые модели OTDR имеют встроенный визуальный дефектоскоп (VFL).
Перед использованием OTDR, важно понимать значение параметров тестирования, для того чтобы правильно их применять. Несмотря на то, что многие OTDR имеют автоматический режим, работая в котором прибор пытается определить оптимальные настройки для тестируемого волокна, в некоторых ситуациях может потребоваться ручная установка параметров для того, чтобы получить желаемый результат. При тестировании на нескольких различных длинах волн возможно использование одинаковых настроек для всех длин волн или индивидуальных настроек для каждой длины волны. Дополнительно всегда имеются варианты выбора для хранения результатов тестирования в базе данных и печати отчетов. Основные параметры тестирования описаны ниже.
• Диапазон расстояний: определят максимальное расстояние, на котором OTDR будет обнаруживать события. Обычно должен быть установлен с таким расчетом, что бы покрыть всю длину линии, если вы только не желаете протестировать только часть линии с высоким разрешением (короткий импульс).
• Ширина импульса: определяет ширину (длительность) импульса, который OTDR отправляет в линию. Более длинный импульс распространяется дальше по волокну и улучшает соотношение сигнал/шум (SNR), но следствием этого является меньшее разрешение, что затрудняет выделение близко расположенных событий. Более длинный импульс также приводит к увеличению мертвой зоны. С другой стороны короткие импульсы обеспечивают лучшее разрешение и меньшие мертвые зоны, но при этом уменьшается расстояние измерения и ухудшается SNR. В общем случае предпочтительнее использовать наименьшую возможную ширину импульса, которая позволяет увидеть все в линии, а затем провести необходимые настройки для оптимизации.
При тестировании FTTx сети в прямом направлении, импульс OTDR должен быть достаточно большой для прохода через разветвитель, и его динамический диапазон также должен быть большой.
• Время накопления: определяет длительность накопления (период времени, в течение которого результаты тестирования усредняются). В общем случае большее время накопления позволяет получить более чистые трассы (особенно для протяженных линий), т.к. при увеличении времени накопления большее количество шумов усредняется. Это усреднение увеличивает SNR и возможности OTDR по обнаружению близко расположенных событий.
При выполнении быстрого тестирования для того, чтобы обнаружить основные дефекты, такие как обрывы, можно использовать малое время (10 сек) накопления. Для полного снятия характеристик линии с оптимальной точностью и для того, что бы убедиться, что линия находится в пределах бюджета потерь, предпочтительнее использовать большее время накопления (45 сек- 3 мин).
• Критерии Годен/Негоден/Предупреждение: Некоторые модели OTDR после проведения анализа могут выдавать сообщение, информирующее пользователя, если одно или несколько событий превышают установленные пороги. Для каждого типа событий (сварка, потери, потери на коннекторах, отражения, затухание участка волокна, общие потери участка, общая длина участка и ORL) могут быть установлены раздельные пороги для сообщений Предупреждение и Негоден. Эта функция может использоваться для того, чтобы убедиться, что каждый оптический компонент в линии соответствует своим параметрам.
В процессе строительства необходимо выполнять рефлектометрические измерения после установки каждого сегмента сети. Рисунки 6-8,6-9 и 6-10 иллюстрируют выполнение измерений с конца последней построенной линии к OLT в центральном офисе. Важность проведения двунаправленных измерений заключается в том, что в случае некоторых событий, таких как сварка между двумя волокнами с немного различной геометрией, потери, обнаруженные OTDR будут различными для различных направлений. Усреднение результатов двунаправленных измерений устранит влияние геометрии волокон и позволит получить заслуживающие доверия результаты. Иногда полезно проводить тестирование от СО к разветвителю(ям) и далее к ONT. Однако при наличии большого количества распределительных волокон, отражения от каждого отдельного волокна будут складываться, что затруднит, а зачастую сделает невозможным построение трассы OTDR.
Рисунок 27- Тестирование основного и распределительного волокон от СО к оконечным терминалам
Рисунок 28- Тестирование с выходного порта к СО
Рисунок 29- Тестирование с выходного порта оконечного терминала или ONT к СО
Рисунок 30- Упрощенная рефлектограмма
6.2 Тестирование при запуске в эксплуатацию
При первой активации сети или при подключении ONT необходимо выполнить следующие измерения:
6.2.1 OLT (только при первой активации)
Измерения оптической мощности с помощью OLT требуются для того, чтобы убедиться что, на ONT приходит достаточный уровень мощности. Такое измерение выполняется только при первой активации, т.к. в последствии оно не может быть выполнено без перерыва связи в целой сети. Для выполнения данного измерения отключите основное волокно и измерьте оптическую мощность непосредственно на выходе WDM мультиплексора (объединяющего видео сигнал и сигнал от OLT). При этом могут использоваться два метода:
• Оптический измеритель мощности измеряет полную оптическую мощность. Для измерения мощности каждой длины волны по отдельности могут быть использованы оптические фильтры, одна длина волны за одно измерение.
• Разделяющий длины волн измеритель мощности для PON, измеряет мощность каждой длины волны одновременно. Для получения оценки по критерию Годен/Негоден/Предупреждение, можно установить величину пороговых значений для каждой длины волны.
После подключения основного волокна, выполняются аналогичные измерения на FDH. Мощность измеряется на каждом выходе разветвителя.
6.2.2 Оптический сетевой терминал (ONT)
Каждый раз при добавлении нового ONT в PON, необходимо провести измерения оптической мощности прямого и обратного потоков на этой ветви. Наиболее предпочтительным методом является использование разделяющего длины волн измерителя мощности для PON, который может быть подключен как сквозное устройство. Другим вариантом является использование обычного измерителя мощности и фильтров, однако этот метод не позволяет проводить измерения обратного потока и не позволяет работать в сквозном режиме. На Рисунке 31 изображен измеритель мощности для PON, подключенный как сквозное устройство между отдельной ветвью и ONT. Данный тип прибора одновременно измеряет мощность прямого потока на длинах 1550 и 1490 нм и мощность обратного потока на длине 1310 нм. В отличие от обычного измерителя мощности, который измеряет среднюю мощность оптического сигнала, измеритель мощности для PON позволяет измерять включения ATM трафика (т.к. могут быть длительные периоды тишины или передаются только дежурные сигналы), что позволяет получать точные измерения.
Рисунок 31- Измеритель мощности для PON
Мощность прямого потока на длинах волн 1550 и 1490 нм, должна соответствовать минимальной чувствительности приемника ONT (в зависимости от класса PON). Обратный поток должен соответствовать спецификациям ONT. Если уровень оптической мощности недостаточен, выполните шаги по поиску и устранению неисправностей. Если потребуется, выполните другие действия для устранения проблемы. Таким же образом обратный поток на длине волны 1310 нм должен соответствовать минимальным параметрам для того, чтобы OLT мог соответствующим образом интерпретировать. Зная энергетический бюджет для наихудшего случая, нетрудно определить минимальную оптическую мощность, которую должен иметь сигнал 1310 нм на выходе ONT.
После того как проблема устранена, и измеренный уровень мощности в ветви является достаточным, подключите распределительное волокно непосредственно к ONT. Примечание: Очень важно понимать, что сигнал 1310 нм передаваемый в обратном направлении от ONT по природе прерывистый, а не непрерывный. Именно по этой причине мощность ATM трафика от ONT должна измеряться подходящим прибором.
Рисунок 32- Измеритель мощности для PON, подключенный между оконечным терминалом и ONT