Тестирование и диагностика в инфокоммуникационных системах и сетях

181

Рис. 4.64. Типовая структурная схема системы WDM с возможностями добавления/выделения и кросскоммутации каналов.

WWDM - Wideband Wavelength Division Multiplexing - разнесенное спектральное уплотнение (2 канала: 850 нм и 1300 нм на многомодовых волокнах, 1310 нм и 1550 нм на одномодовык волокнах, системы PDH).

CWDM, NWDM - Coarse Wavelength Division Multiplexing - однополосное спектральное уплотнение (2.8 оптических каналов: область 1550 нм, полоса 200.400 ГГц на 1 канал,

системы SDH).

DWDM - Dense Wavelength Division Multiplexing - плотное спектральное уплотнение (до

64 оптических каналов с разнесением в 100.200 ГГц).

HDWDM - High Dense Wavelength Division Multiplexing - сверхплотное спектральное уплотнение (до 160 оптических каналов с разделением на 25.50 ГГц).

Скорость передачи группового сигнала:

Таблица 4.2. Характеристики уплотнений

182

Анализаторы оптического спектра (OSA)

Анализаторы оптического спектра (OSA - Optical Spectrum Analyzers) являются одним из основных средств измерений параметров систем WDM. Они применяются как в процессе строительства, так и эксплуатации систем WDM, паспортизации компонентов, а также при апгрейде существующих ВОЛП под технологию WDM.

Наиболее широко используются следующие три метода выделения длин волн,

реализованных в OSA.

Интерферометрический метод

В основе данного метода лежит интерференция двух пучков входного оптического излучения.

Рис. 4.65. Интерферометричекий метод Эти пучки проходят по разным оптическим плечам интерферометра Майкельсона

(фиксированной и переменной длины), перемещение зеркала в опорном плече интер-

ферометра приводит к изменению картины интерференции.

Попадая далее на фотодетектор, свет преобразуется в электрический сигнал, анализ которого с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) позволяет получить спектр исходного сигнала.

Результирующий сигнал на фотодетекторе изменяется синусоидально для входного монохроматического потока оптического излучения, для сигнала с несколькими длинами волн - по более сложному закону.

Достоинством данного метода являются широкополосность, точность и стабильность

(обычно используются HeNe лазеры).

Также достаточно высокий динамический диапазон и OSNR, тем не менее, уступающий

OSA на основе дифракционной решетки.

183

Наличие подвижного зеркала позволяет использовать OSA данного типа в классе системного оборудования, и существенно ограничивает его применение в полевых условиях.

Также интерферометрический метод является наиболее дорогостоящим, по сравнению с остальными.

OSA на основе дифракционной решетки

Рис. 4.66. OSA на основе дифракционной решетки

В основе данного метода лежит применение дифракционной решетки, отражающей лучи света под разными углами в зависимости от длины волны.

При повороте решетки происходит сканирование всех длин волн, присутствующих в спектре входного сигнала.

Такая система также может называться монохроматором.

Для увеличения разрешающей способности OSA используется двойной проход потока оптического излучения через систему зеркал и дифракционной решетки (свет дважды отражается от решетки).

Двойной проход, по сравнению с одним отражением, обеспечивает также более высокий динамический диапазон и точность.

Другой вариант данного метода отличается наличием закрепленной решеткой.

Отраженные дифракционной решеткой спектральные составляющие входного потока оптического излучения распределяются по линейке отдельных фотодетекторов (или

184

попадают на одиночный перемещаемый фотодетектор).

Рис. 4.67. OSA на основе неподвижной дифракционной решетки К достоинствам метода на основе дифракционной решетки относятся:

•широкополосность;

•высокий динамический диапазон и OSNR;

•высокое разрешение.

Современный уровень производства позволяет изготовлять решетки со спектральным разрешением достаточным для тестирования систем WDM.

В тоже время абсолютная точность измерений является слабым местом таких OSA:

калибровка абсолютной длины волны зависит от положения множества механических компонентов - в частности углового положения решетки - поэтому трудно гарантировать стабильные результаты.

Наличие подвижной дифракционной решетки позволяет использовать OSA данного типа в классе системного оборудования, и существенно ограничивает его применение в полевых условиях.

Метод Фабри-Перо (Fabry-Perot)

Метод Фабри-Перо основан на применении поверхностного резонатора, образованного с помощью двух параллельных отражающих пластин (половина мощности потока излучения пропускается, половина - отражается), установленных на заданном расстоянии с помощью пьезоэлементов.

Избирательность непосредственно определяется полосой пропускания фильтра Фабри-

Перо: длина волны, на которую настроен резонатор, подается на детектор, остальные спектральные составляющие подавляются.

185

Рис. 4.68. OSA на основе Фабри-Перо

Данный метод обеспечивает высокую точность, однако ограничен по динамическому диапазону/OSNR, связанным непосредственно с широкополосностью прибора.

Чем больше широкополосность, тем ниже динамический диапазон.

Узкая полоса пропускания позволяет анализировать каналы с малым интервалом (менее

12,5 ГГц), даже при существенных искажениях.

Отсутствие подвижных частей, чувствительных к вибрациям и механическим воздействиям, позволяет использовать OSA данного типа как в полевых условиях, так и для мониторинга систем WDM.

Кроме того, в OSA Фабри-Перо не используются открытые схемы геометрической оптики. В результате OSA данного типа отличаются малым весом и портативностью, а

низкие требования к мощности источников электропитания позволяют обеспечить работу прибора от аккумуляторной батареи.

Основные характеристики OSA:

• Динамический диапазон - определяет возможность измерения амплитуд сигналов в широком спектральном диапазоне. Большой динамический диапазон может потребоваться,

например, при исследовании полосы пропускания оптического канала, когда могут быть важны аномальные характеристики боковой полосы, уровень мощности которой ниже уровня основного сигнала более чем на 50 дБ.

• Чувствительность - способность измерять оптические сигналы малой интенсивности.

186

•Разрешающая способность по полосе пропускания RBW (Resolution BandWidth) -

возможность различения близко расположенных длин волн, которая необходима для исследования спектральной структуры каналов систем WDM. RBW играет большую роль с увеличением числа используемых каналов в прежнем спектральном диапазоне длин волн.

•Точность - возможность точно и правильно измерять длины волн и мощность.

Измерение основных параметров каналов систем WDM с помощь OSA

Длина волны спектрального максимума

Длина волны спектрального максимума max,n - это длина волны, на которой достигается максимальный уровень мощности сигнала в спектральном диапазоне исследуемого канала n

(рисунок 4.69).

	Рис. 4.69. К оценке длины волны спектрального максимума
Центральная длина волны канала
Центральная длина волны канала			- это среднее арифметическое значение между
верхней	и нижней	длины волны отсечки канала n:

187

Длины волн отсечки - верхняя и нижняя - это длины волн, на которых вносимые потери достигают заданного уровня 3 дБ или, иными словами, определяются по уровню - 3 дБ

относительно максимума (рисунок 4.70).

Рис. 4.70. К оценке верхней и нижней длины волны Для идеального симметричного спектра оптического канала центральная длина волны

совпадает с длиной волны спектрального максимума.

На практике спектральные кривые могут иметь более сложную форму, нередко содержащую несколько пиков.

В этом случае длины волн отсечки определяются на «крыльях» кривой, а центральная длина волны может не совпадать с длиной волны спектрального максимума.

Относительно слабые отклонения в форме спектра приводят к заметному изменению центральной длины волны. Тем не менее, длину волны передатчика стараются делать как можно ближе к номинальной длине волны частотного плана ITU.

188

Рис. 4.71. Влияние формы спектральной характеристики на положения центральной длины полны канала

Отклонение центральной длины волны канала
Отклонение центральной длины волны канала		определяется как разность между
номинальной длиной волны канала частотного плана ITU и действительной. Основными
причинами несовпадения	с частотным планом ITU являются: чирп-эффект источника

оптического излучения, влияние ширины полосы информационного сигнала, уширение спектра за счет эффекта самомодуляции фазы, старение лазера и влияние температуры окружающей среды.

Интервал (расстояние) между каналами

Интервал между каналами определяется как разность между центральными длинами волн соседних каналов (рисунок 4.9):

189

Интервал между каналами должен соответствовать частотному плану системы WDM. В

существующих системах используются как равномерные, так и неравномерные частотные планы каналов.

Неравномерные интервалы между каналами в основном используются для снижения нелинейного эффекта четырехволнового смешения, когда в результате нелинейного взаимодействия излучения в волокне на двух и более частотах возникают сигналы с новой частотой.

При равномерных интервалах между каналами новый паразитный сигнал может совпасть по частоте с существующими сигналами других каналов и тем самым привести к возникновению перекрестных помех.

При неравномерных интервалах между каналами четырехволновое смешение приводит к дополнительным шумам на длинах волн, не используемых для передачи полезного сигнала.

Рис. 4.72. К оценке интервала между каналами

190

Полоса пропускания по уровню - 3 дБ (и другим пороговым уровням: - 10 дБ; - 20 дБ или ниже)

Полоса пропускания BW - это та часть спектра передаваемого оптического сигнала, в

пределах которой все спектральные составляющие превышают некоторый заданный пороговый уровень.

Данная величина определяет спектральный диапазон, в пределах которого устройство может быть эффективно использовано (рисунок 4.73).

Рис. 4.73. К оценке полосы пропускания BW-3, BW-10

Определение полосы пропускания при двух и более пороговых уровнях позволяет показать ее форму на краях, которая обычно зависит от порядка используемого фильтра.

Значения ширины полосы пропускания при очень большом затухании (- 20, - 30 дБ)

полезны для прогнозирования уровня возможных перекрестных помех в соседних каналах систем WDM.

Конкретное пороговое значение ширины полосы пропускания зависит от степени изоляции соседних каналов, необходимой для отдельных сетевых приложений.

Мощность оптического излучения в канале

Мощность оптического излучения в канале Pn измеряется по спектральной характеристике, представленной на рисунок 4.74 .