Тестирование и диагностика в инфокоммуникационных системах и сетях

181

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

182

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.

183

•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).

184

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.

185

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

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):

186

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

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.

187

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 .

188

Рис. 4.74. К оценке значений , и OSNR

Данная величина нормируется, относительно значения суммарной мощности оптического излучения.

Превышение значения оптической мощности в канале нормируемого значения приводит к увеличению перекрестных помех и росту числа ошибок на приемной стороне.

Суммарная мощность оптического излучения

Суммарная мощность оптического излучения определяется как мощность оптического излучения при передаче группового потока спектрального уплотнения.

Данная величина измеряется на выходе мультиплексора с помощью измерителя оптической мощности и не должна превышать +27 дБм или 500 мВт для длины волны

нм.

Увеличение приводит к усилению проявления нелинейных эффектов в оптических волокнах линейного тракта системы WDM, а также существенно увеличивает перекрестные помехи на приеме.

Суммарная мощность оптического излучения оценивается по заданной спектральной характеристике как сумма мощностей оптического излучения в каждом канале по следующей формуле:

мВт

дВм

мВт

где N - общее число каналов;

189

- мощность, мВт

- уровень мощности, дБм, в оптическом канале n c центральной длиной волны ,

соответственно.

Представленное выше максимально допустимое значение суммарной мощности оптического излучения, в свою очередь, определяет и верхний предел для уровня мощности оптического излучения в каждом оптическом канале:

между наибольшим и наименьшим значениями мощности оптических сигналов в оптических каналах (рисунок 4.12).

Данная величина не зависит от количества каналов и не должна превышать 2 дБ.

Отношение сигнал/шум (OSNR - Optical Signal-to-Noise Ratio) в канале

OSNR отражает превышение мощности принимаемого сигнала над шумовым фоном для каждого канала и определяется как отношение средней мощности оптического сигнала в канале к средней мощности оптического шума в полосе спектра частот оптического сигнала соответствующего оптического канала:

д м

190

Измерение OSNR требует точного измерения как мощности полезного оптического сигнала в канале, так и мощности шума. С уменьшением интервала между каналами и увеличением частоты модуляции (скорости передачи в канале) это делается все проблематичнее. Так, например, для более точного измерения мощности модулированного сигнала в канале требуется «широкополосный» фильтр, пропускающий боковые составляющие спектра сигнала.

Рис. 4.76. Модулированный сигнал

При измерении мощности сигнала в канале, в результате применения узкополосного фильтр увеличивается погрешность измерения

С другой стороны, при анализе характеристики спектральной плотности мощности шума между каналами необходимо применение «узкополосного» фильтра, поскольку огибающая

«широкополосного» фильтра может накладываться на спектры полезных сигналов, особенно при малом значении интервала между каналами, искажая действительное значение уровня шума.

Рис. 4.77. WDM сигнал