Задачи, проблемы измерений параметров волоконно-оптических систем передачи

Измерение параметров среды распространения сигнала является составной, а в некоторых случаях и основной частью комплексного анализа сети связи. Рассмотрение вопроса об измерениях сред распространения сигнала в телекоммуникациях изучим на примере технологии измерений волоконно-оптических систем передачи (ВОСП).

Современные технологии высокоскоростной передачи основаны в первую очередь на использовании оптоволоконной среды, обеспечивающей максимально возможную пропускную способность. Именно поэтому технология оптоволоконных средств передачи в настоящее время бурно развивается во всем мире, в том числе и в нашей стране.

Технология оптоволоконных систем передачи является новой, быстро развивающейся и наиболее перспективной. Измерения в этой области также новы и существенны с точки зрения оценки качества ВОСП и определения ее состояния.

Рассмотрим типовую структуру ВОСП, представленную на рисунке 7.1.

Рис. 7.1. Типовая схема волоконно-оптической линии связи

В состав ВОСП входят оптический передатчик, или генератор сигнала, интерфейс оптического генератора, оптическое волокно (кабель с характерными местами сопряжения различных кабелей и сварок и неоднородностями), промежуточные станции (ретрансляторы) и оптический приемник сигнала. В ВОСП входят также система передачи, принимающая электрический сигнал и аппаратура сопряжения, которая обеспечивает преобразование электрического сигнала в оптический. Наиболее существенными точками измерений являются параметры оптического волокна, точки соединения с аппаратурой передачи/приема и регенерации, места сопряжения различных кабелей и сварочные узлы, а также возможные неоднородности в кабелях, которые обычно служат основной причиной деградации качества связи.

Общая теория волоконно-оптических систем передачи, а также нормы и требования к оптическим кабелям довольно полно описаны в отечественной технической литературе [38, 39].

При анализе качества оптоволоконных кабелей и устройств возникают два вида задач: промышленный и эксплуатационный анализ (контроль).

Промышленный анализ заключается в измерении параметров устройств систем передачи и оптоволоконного кабеля перед укладкой. Задачи измерений этого класса возникают при разработке нового оборудования, в процессе производства оптических кабелей и при подготовке кабелей к укладке для определения соответствия характеристик кабеля заданным нормам (контроль состояния кабеля в бухтах). Параметры и характеристики оптических кабелей и аппаратуры линейного тракта, поставляемых предприятиями-изгото-вителями, измеряют в производственных условиях и оформляют в виде паспортных данных, которые должны соответствовать действующим стандартам и техническим условиям.

Особенность промышленного анализа кабеля и систем передачи заключается в измерении следующих параметров:

- погонного затухания в оптическом волокне;

- полосы пропускания и дисперсии;

- длины волны отсечки;

- профиля показателя преломления;

- числовой апертуры;

- диаметра модового поля;

- геометрических и механических характеристик оптоволоконного кабеля;

- энергетического потенциала и чувствительности фотоприемного устройства;

- уровней оптической мощности устройств передачи.

Исходя из требований высокой точности и автоматизации этого класса измерений, они должны выполняться системным измерительным оборудованием.

Эксплуатационный анализ оптических кабелей и средств передачи предполагает проведение измерений в процессе прокладки кабеля и контроль параметров на всем этапе эксплуатации. При прокладке кабелей измеряются все характеристики участков, где проводилась сварка и сопряжение кабельных сетей. На этапе приемосдаточных испытаний проводятся окончательные измерения развернутой кабельной сети и ее паспортизация. При этом измеряют затухание, вносимое сростками кабелей, затухание оптических волокон, а также уровни мощности оптического излучения на выходе передающего и входе приемного оптоэлектронных модулей.

Измерение затухания оптических волокон выполняется в обоих направлениях передачи участков регенерации, что позволяет учесть различия значений измеряемых величин, обусловленные неоднородностями, и выбрать лучший вариант использования волокон кабеля. Кроме того, определяется функция распределения неоднородностей по длине участка регенерации. Данные по распределению неоднородностей оформляются в виде графика и заносятся в соответствующий паспорт. Паспорт участка регенерации должен иметь:

- схему соединения волокон в каждой соединительной муфте, где производилось их группирование;

- измеренные значения уровней оптической мощности на оптических входах и выходах блоков линейных регенераторов;

- значения коэффициентов ошибок, а также затухания в обоих направлениях передачи.

Эксплуатационные измерения делятся:

- на профилактические;

- аварийные;

- контрольные.

Аварийные измерения проводятся для обеспечения быстрой локализации места отказа (деградации качества кабельной сети) и устранения отказа. Например, в случае обрыва кабеля необходимо с заданной точностью и оперативностью локализовать точку обрыва, проложить новый кабель (взаменповрежденного участка), произ-вести сварку стыков, измерить все характеристики полученного стыка и всего восстановленного кабеля. Задачи контрольных измерений могут выполняться с помощью автономных контрольно-измерительных устройств и внутренних, специально встроенных в аппаратуру линейного тракта.

Спецификация эксплуатационных измерений оптоволоконного кабеля включает в себя измерение уровней оптической мощности; измерение переходного затухания; определение места и характера повреждения кабеля; стрессовое тестирование аппаратуры ВОСП. Задачи эксплуатационного анализа выполняются эксплуатационным измерительным оборудованием.

Отдельно от задач промышленного и эксплуатационного анализа стоят задачи калибровки и проверки эксплуатационного измерительного оборудования. Учитывая его широкое распространение данное оборудование необходимо регулярно калибровать и проверять. Эта задача требует применения системного измерительного оборудования, сходного по характеристикам с оборудованием промышленного анализа.