Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Методы и средства измерений параметров направляющих сред оптических телекоммуникационных систем. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций

Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

(СибГУТИ)

Н. И. Горлов

В. Э. Карлин

Методы и средства измерений параметров направляющих

сред оптических телекоммуникационных систем

Учебное пособие

Новосибирск

2024

УДК [006.91+621.391.63:681.7.068](075.8)

Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ

Рецензенты: д.т.н., проф. В.А. Майстренко, профессор кафедры средств свя-

зи и информационной безопасности Омского государственного

технического университета;

д.т.н., проф. С.С. Абрамов, профессор кафедры радиотехнических

устройств и техносферной безопасности Сибирского государственного уни-

верситета телекоммуникаций и информатики

Горлов, Н. И. Методы и средства измерений параметров направляющих

сред оптических телекоммуникационных систем : учебное пособие / Н. И. Горлов, В. Э. Карлин ; Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, кафедра фотоники в телекоммуникациях. – Новосибирск, 2024. – 93 с.

Учебное пособие посвящено вопросам измерений параметров направляющих сред оптических телекоммуникационных систем. Обоснованы применения технологий, основанных на принципах светопропускания, рассеяний Рэлея и Мандельштама – Бриллюэна. Представлены расчетные соотношения, позволя-

ющие оценить основные функциональные возможности анализируемых мето-

дов. Проанализированы возможности проведения мониторинга физических каналов древовидных топологий пассивных оптических сетей методом анализа Бриллюэна во временной области с помощью конечных отражений.

Учебное пособие будет полезным для студентов старших курсов, обучаю-

щихся по направлению «Инфокоммуникационные технологии и системы свя-

зи».

телекоммуникаций и информатики, 2024

СОДЕРЖАНИЕ

Список используемых сокращений ........................................................................... 4

Список используемых обозначений .......................................................................... 6

Введение ..................................................................................................................... 10

1 Общие вопросы измерений параметров волоконно-оптических линий связи 12

1.1 Назначение и виды измерений ......................................................................... 12

1.2 Измерения затухания методом светопропускания ........................................ 14

1.3 Приборы для измерения затухания методом светопропускания ................. 17

Контрольные вопросы ...................................................................................... 22

2 Измерения параметров линий методами на принципе обратного

рассеяния Рэлея ...................................................................................................... 24

2.1 Общие положения измерений на принципе рассеяния Рэлея....................... 24

2.2 Импульсная оптическая рефлектометрия во временной области ................ 28

2.3 Метод частотно-модулированного зондирования ......................................... 36

2.4 Фазочувствительная оптическая рефлектометрия во временной области .. 39

2.5 Корреляционная оптическая рефлектометрия ............................................... 42

Контрольные вопросы ...................................................................................... 44

3 Мониторинг на принципе рассеяния Мандельштама – Бриллюэна ................. 45

3.1 Основные элементы теории рассеяния Мандельштама – Бриллюэна ......... 45

3.2 Зависимости мощности и сдвига частоты Бриллюэна от изменения

модуля Юнга ...................................................................................................... 49

3.3 Классификация методов и принципы построения систем мониторинга ..... 50

3.4 Основные функциональные возможности систем мониторинга ................. 53

3.5 Методы улучшения метрологических характеристик ................................... 58

3.6 Диагностика оптической линии связи с помощью рамановской

рефлектометрии ................................................................................................. 61

3.7 Анализ пригодности методов для решения задач ранней диагностики ...... 63

Контрольные вопросы ...................................................................................... 66

4. Методы измерений параметров направляющих сред пассивных

оптических сетей ................................................................................................... 67

4.1 Требования к системам измерения .................................................................. 67

4.2 Стандартная импульсная рефлектометрия во временной области .............. 68

4.3 Рефлектометрия Мандельштама – Бриллюэна с идентификационными

волокнами ........................................................................................................... 70

4.4 Анализ рассеяния Бриллюэна с помощью конечных отражений ................ 72

Контрольные вопросы........................................................................................ 74

Заключение ................................................................................................................. 76

Список литературы.................................................................................................... 77

Приложение А. Глосарий ......................................................................................... 80

Список используемых сокращений

Ниже приводится список сокращений, применяемых в русскоязычной

и англоязычной литературе по телекоммуникациям, которые используются в тексте.

Русскоязычные сокращения

ВОД

–

Волоконно-оптический датчик

ВОЛС

–

Волоконно-оптическая линия связи

НО

–

Направленный ответвитель

ОВ

–

Оптическое волокно

ОК

–

Оптический кабель

ОМ

–

Оптический модуль

РМБ

–

Рассеяние Мандельштама – Бриллюэна

СБР

–

Спектр Бриллюэновского рассеяния

СОП

–

Относительное состояние поляризации

ФПУ

–

Фотоприёмное устройство

Англоязычные сокращения

BER

Bit Error Rate

–

Коэффициент битовых ошибок

BGS

Brillouin Gain Spectrum

– Спектр усиления Бриллюэна

BOCDR

Brillouin optical timedomain reflectometry

–

Бриллюэновский оптический рефлек-

тометр в корреляционной области

BOFDA

Brillouin optical frequency-domain analysis

–

Бриллюэновский оптический анализатор в частотной области

ВОFDR

Brillouin optical reflectometer in the frequency domain

–

Бриллюэновский оптический рефлек-

тометр в частотной области

BOTDA

Brillouin Optical TimeDomain Analysis

–

Бриллюэновский оптический анализа-

тор во временной области

BOTDR

Brillouin Optical TimeDomain Reflectometry

–

Бриллюэновский оптический рефлектометр во временной области

BPON

Broadband Passive Optical Network

–

Широкополосная пассивная оптическая сеть

DBGS

Dynamic Bragg Gratings

–

Динамические Брэгговские решетки

DPPBOTDA

Differential Pulse-width Pair Brillouin Optical Time Domain Analysis

–

Дифференциальный широтно-

импульсный анализатор Бриллюэнов-

ской оптической временной области

DTS

Distributed temperature sensing

– Датчик температуры

DTSS

Distributed Strain and

–

Распределенный датчик деформации и

Temperature Sensor

температуры

DWDM

Dense WavelengthDivision Multiplexing

– Плотное спектральное уплотнение EOM

Electro-optic modulator

–

Электрооптический модулятор

EPON

Ethernet passive optical network

– Пассивная оптическая сеть Ethernet

GPON

Gigabit passive optical network

– Гигабитная пассивная оптическая сеть NE

Network Equipment

–

Сетевое оборудование

OCDMA

Optical with code division of multiple access

–

Оптические с кодовым разделением

множественного доступа

OFDR

Optical Frequency Domain Reflectometry

–

Оптическая рефлектометрии в частот-

ной области

OSC

Optical Supervisory Channel

– Оптический канал управления OTAU

Optical Test Access Unit

–

Оптический переключатель

OTDR

Optical Time Domain Reflectometry

–

Оптическая рефлектометрии во вре-

менной области

RTU

Remote Test Unit

–

Устройство удаленного контроля ОВ

Receiver

–

Приемник

SBS

Stimulated Brillouin Scattering

–

Вынужденное рассеяние

Мандельштама – Бриллюэна

SpBS

Spontaneous Brillouin scattering

– Спонтанное рассеяние Бриллюэна

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

– Синхронная цифровая иерархия

SNR

Sigal To Noise Ratio

–

Отношение сигнал/шум

SONET

Synchronous Optical Network

– Синхронная оптическая сеть ТХ

Transceiver

–

Приемопередатчик

WDM

Wavelengthdivision multiplexing

– Спектральное уплотнение каналов

Список используемых обозначений

Латинские обозначения

–

Полоса пропускания оптического приемника





–

Скорость распространения света в вакууме

CP,T

–

Коэффициент температуры для мощности рассеяния Бриллюэна

p,ɛ

–

Коэффициент деформации для мощности рассеяния Бриллюэна

CV,T

–

Коэффициент температуры для сдвига частоты Бриллюэна

CV,ɛ

–

Коэффициент деформации для сдвига частоты Бриллюэна



–

Элементарный участок оптического волокна

–

Заряд электрона

–

Модуль Юнга сердцевины волокна





–

Значение модуля Юнга при нулевой деформации и температуре

293 °K (формула 3.29)





–

Электрическое поле падающего света





–

Амплитуда напряжённости электрического поля опорного генера-

тора (лазера)





–

Амплитуда напряжённости электрического поля сигнала обратно-

го рассеяния Рэлея





–

Напряжённость электрического поля







–

Интерференционное поле рассеяния Рэлея в сечении i-го участка

–

Сила, действующая на объект





–

Пиковое значение частоты в спектре РМБ





–

Частота модулирующего сигнала





–

Максимальное значение РМБ-усиления





–

Пиковое усиление

–

Yомер тестируемого кабеля

–

Темновой ток диода







–

Интенсивность обнаруженного сигнала

–

Модуль объемной сжимаемости (объемный модуль)

–

Длина волокна





–

Потери направленного ответвителя





–

Динамический диапазон системы





–

Расстояние до i-го участка волокна от начала





–

Максимальная длина тестируемого участка ОВ

–

Количество рассеивающих центров в каждом участке ΔL





–

Количество волокон в i-ом кабеле

–

Количество





–

Показатель преломления сердцевины волокна





–

Показатель преломления оболочки волокна





–

Групповой коэффициент преломления сердцевины волокна





–

Продольный упругооптический коэффициент

–

Поле поляризации, индуцируемое электрическими диполями, мо-

делирующее влияние диэлектрика на распространение волн

–

Индуцированное поле поляризации





–

Индуцированное поле линейной поляризации





–

Мощность лазера накачки





–

Минимальная регистрируемая мощность приемника





󰇛󰇜

–

Мощность отраженного света, достигшего входа волокна





–

Мощность сигнала гетеродина



 

–

Максимальное значение обратно рассеянной мощности



 

–

Минимальное значение мощности обратно рассеянного излучения





󰇛󰇜

–

Мощность обратно рассеянного потока





–

Пиковая мощность импульса света на входе в ОВ





–

Мощность сигнала обратного рассеяния

󰇛󰇜

–

Уровень мощности зондирующего сигнала в координате от входного конца волокна





–

Значение введённой мощности оптического излучения



–

Коэффициент френелевского отражения



–

Число систем тестирования





–

Фактор обратного рассеяния Мандельштама – Бриллюэна







–

Коэффициент рэлеевского отражения от центра в i-ом участке



–

Коэффициент обратного рэлеевского рассеяния

–

Площадь поперечного сечения (формула 3.27)



–

Улучшение отношения сигнал/шум за счет усреднения





–

Отношение сигнал/шум, необходимое для измерения температуры



–

Время

–

Температура



–

Временная задержка





–

Время жизни акустического фонона

–

Температура в пересчете на °K





–

Отношение выбора рассеяния Мандельштама – Бриллюэна





–

Момент ввода зондирующего излучения в волокно

–

Значение времени тестирования



–

Длительность зондирующего импульса





–

Скорость волны давления



–

Диапазон перестраиваемых частот



–

Расстояние от входного конца измеряемого волокна до неодно-

родности

Греческие обозначения



–

Коэффициент затухания волокна





–

Потери в ОВ



–

Фактор усиления Мандельштама – Бриллюэна g0

󰇛

󰇜

–

Постоянная распространения



–

Электрострикционный коэффициент



–

Шаг частотной выборки



–

Ширина полосы пропускания ФПУ





–

Ширина спектра на полувысоте

∆ɛ – Вариация деформации волокна

∆υ

(T,

ɛ)

– Сдвиг центральной частоты рассеяния Бриллюэна



–

Длительность зондирующего импульса





–

Уширение импульсного сигнала в процессе детектирования





–

Ширина линии Бриллюэна



–

Протяжённости участка, на котором формируется сигнал обратно-

го рассеяния



–

Величина пространственного разрешения импульсного оптическо-

го рефлектометра

ΔΩ

–

Погрешность измерения разностной частоты

ΔL

–

Длина секции





–

Абсолютная погрешность измерения координаты





–

Изменение мощности по Бриллюэну



–

Длительность импульса на выходе ФПУ

∆T

–

Колебания температуры волокна





–

Изменение частоты по Бриллюэну





–

Вакуумная диэлектрическая проницаемость



–

Скорость изменения частоты излучения лазера



–

Квантовая эффективность фотодетектора



–

Доля пикового уровня, для которого выполняется квадратичная

подгонка по методу наименьших квадратов



–

Угол между падающим и Стоксовым полями

тест

– Несущая длина волны тестового сигнала

траф

–

Длины волны трафика



–

Полный коэффициент затухания, вносимого волокном





–

Среднее значение полного коэффициента затухания





󰇛󰇜

–

Представляет потери, обусловленные поглощением излучения в

волокне





–

Коэффициент затухания, обусловленного рэлеевским рассеянием





–

Групповая скорость распространения зондирующего излучения в

сердцевине волокна





–

Сдвиг частоты Бриллюэна



–

Радиус модового пятна



–

Плотность материала





–

Средняя плотность среды

󰇛󰇜

–

Форма импульса с центром в точке

  

–

Растягивающее напряжение





–

Среднеквадратичная ошибка измерений натяжения





–

Среднеквадратичная ошибка измерений натяжения, обусловленная погрешностью измерений 







–

Среднеквадратичная ошибка измерений натяжения, обусловленная погрешностью измерений 







–

Значение времени тестирования i-го кабеля





–

Фаза ri



󰇛󰇜

–

Диэлектрическая восприимчивость 1-го порядка (линейная)





–

Частота сигнала





–

Угловая частота акустической волны



–

Частота тестового сигнала



–

Растягивающая деформация, возникшая на объекте

ħω

–

Энергия фотона

Введение

К современным волоконно-оптическим системам связи предъявляются по-

вышенные требования к пропускной способности, показателям надежности и проблемам информационной безопасности. Важным фактором является мони-

торинг и диагностика состояния волокна оптического кабеля. Интенсивный прогресс волоконно-оптических телекоммуникационных технологий невозможен без достижения в измерительной технике, развитие которой, с одной стороны, зависит от достижений в теории передачи информации, физической и

квантовой оптики, математического моделирования информационных, физиче-

ских и технологических процессов, а с другой стороны – сама влияет на их раз-

витие, являясь той базой, без которой невозможен прогресс ни в одной области техники. Следует также отметить, что повышение качественных показателей предоставляемых телекоммуникационных услуг обуславливает необходимость в высокоточных средствах измерений как при выходном контроле оптических

компонентов, так и в процессе эксплуатации волоконно-оптических систем передачи.

В сетях дальней связи и городских сетях используются функции мониторинга для проверки рабочего состояния линий "точка-точка" (P2P). В пассивных оптических сетях, напротив, появилась новая задача. Теперь сеть становится точкой-многоточечной (P2MP) с пассивным оптическим разветвителем, размещенным в полевых условиях. Такая архитектура сети представляет новую проблему для тестирования сети, что требует усовершенствованных методов тестирования и измерений. Кроме того, эти методы должны быть способны измерять производительность одного двунаправленного оптического канала, который передает три длины волны одновременно. Поэтому в последние годы мониторингу неисправностей физической среды уделяется все больше внимания, и появилось большое количество предложений от исследователей. Это внимание привело к появлению Рекомендации ITU-T L.66 (2007), которая стандартизирует критерии для обслуживания волоконно-оптических линий в процессе эксплуатации. Она резервирует U-диапазон (1625-1675 нм) для обслуживания и перечисляет несколько методов реализации функций обслуживания PON в процессе эксплуатации

В настоящее время в ряде вузов страны ведется подготовка специалистов

по направлению 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», направленность (профиль) – «Оптические системы и сети связи». Однако до настоящего времени отсутствуют учебники и учебные пособия, в которых

была бы сосредоточена вся необходимая информация по методам и средствам измерения в оптических сетях доступа. Информация подобного характера разрознена и мало доступна студентам. Из большого объема сведений, имеющихся в современной технической литературе, отобрана лишь та информация, которая позволяет оценить состояние и тенденцию развития, а также сделать правильный выбор средств измерений. Такой подход определил структуру и содержа-

ние настоящего учебного пособия. Его материал условно можно разделить на четыре, казалось бы, самостоятельные части, включающие:

1 / 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]