Глава 5. Тестирование и мониторинг восп

Общие положения

Проведение пусконаладочных работ и эксплуатация волоконно-оптических систем передачи информации (как и любой другой системы связи) невозможно без соответствующих измерений, тестирования и контроля параметров, определенных руководящими документами отрасли связи иМСЭ-Т. В данной главе в качестве основной цели не ставится задача подробного освещения всех аспектов обозначенной проблемы, поскольку это тема отдельной книги. Кроме того, многие аспекты этой проблемы достаточно подробно рассмотрены в таких работах, как [62, 63]. Здесь мы коснемся лишь тех вопросов, которые либо совсем не рассмотрены, либо рассмотре­ны на наш взгляд недостаточно в [62, 63] или в других опубликованных работах.

Оборудование ВОЛС первых поколений и сами системы передачи, в которых использовалось это оборудование, были предназначены для передачи информа­ции на одной оптической несущей (одной оптической частоте или длине волны). Параметры этих систем регламентируются, как указывалось ранее, документами МСЭ-Т Рек. G.957 и G.691 [7, 8].

Волоконно-оптические системы передачи новых поколений используют уплот­нение оптических каналов по длинам волн — WDM (см. главу 3). Параметры этих систем регламентированы в документе МСЭ-Т G.692 [30].

В соответствии с перечисленными документами, параметры для одноволновых ВОСП значительно отличаются от параметров (особенно спектральных) систем со спектральным разделением каналов — ВОСП-СР. Это отличие столь существенно, что требует разработки других методов (и методик) и средств измерений. Кроме параметров, существенно отличаются конфигурации ВОСП, построенных по нор­мам Рек. G.957 [7], от систем ВОСП G.691 [8] и ВОСП-СР Рек. G.692 [30]. Это отличие состоит в том, что для ВОСП по G.691 и G.692 предусмотрено применение в оптическом тракте оптических усилителей как в оконечных пунктах, так и в про­межуточных. Системы ВОЛС, построенные по нормам G.657, как правило, не имеют промежуточных пунктов. Для систем ВОЛС по G.691 и ВОСП-СР предусмотрена возможность использования промежуточных оптических усилителей, что делает такие системы многопролетными (ВОСП G.657, как правило, однопролет-ные). Необходимо отметить, что для ВОСП G.691 применение промежуточных усилителей хотя и предусмотрено, и это иногда используется, но чаще всего они строятся по однопролетной конфигурации. Напротив, системы ВОСП-СР в подав­ляющем большинстве случаев строятся по многопролетной конфигурации с широ­ким использованием промежуточных оптических усилителей. Для однопролетных ВОЛС к настоящему моменту создано несколько систем автоматического тестирования непрерывного контроля (мониторинга) и диагностирования состояния системы передачи. Для многопролетных ВОСП эта проблема по сей день не решена.

5.1. Тестирование и мониторинг одноволновых однопролетных восп

Для проведения непрерывного контроля системных параметров однопролет­ных ВОСП ряд компаний создали системы, предложенные на рынке метрологиче­ского обеспечения систем связи. Рассмотрим некоторые из них.

Компания WAVETEK (ставшая недавно частью компании ACTERNA) разрабо­тала систему дистанционного контроля и диагностирования параметров волокон­но-оптических линий — ATLAS. Эта система позволяет проводить непрерывный контроль оптического тракта (прежде всего оптических волокон в составе оптического кабеля) и в случае отклонения какого-либо из параметров от заданного значения (нормы) выдает аварийный сигнал или сигнал предаварии. Она состоит из центрального блока управления, оптического рефлектометра и блока коммутации оптических волокон. Этот блок предназначен для подключения к рефлектометру заданных (или по выбору) участков волоконно-оптического тракта. Блок коммута­ции имеет следующие параметры: вносимые оптические потери не более 1 дБ, ста­бильность и повторяемость по вносимым потерям — 0,01 дБ, обратные отраже­ния — минус 40 дБ. Центральный блок управления состоит из компьютера, про­граммного обеспечения и модема. Назначение этого блока — регулирование всех элементов системы, анализ состояния тестируемого оптического тракта путем сравнения с эталонными значениями, хранящимися в памяти компьютера. Результаты анализа (сравнения) передаются в центр управления ВОСП. В системе испо­льзуется развязка зондирующего оптического сигнала рефлектометра (X = 1625 нм) и информационных сигналов (X = 1280 — 1360 нм или X = 1525 — 1565 нм). Такая развязка дает возможность осуществления непрерывного контроля и диагностиро­вания оптического тракта без перерыва работы системы передачи.

Итальянская фирма Nicotra Sistemi spa разработала систему для непрерывного контроля и диагностирования оптического тракта ВОСП-OCN-MS (Optical Cable Network Monitoring System). Система предназначена для мониторинга волоконо-оптических городских сетей. Основой системы также является использование оптического мультиплексора с оптическим управлением. Система состоит из двух модулей: базового и дистанционного. Базовый блок состоит из: базового оптиче­ского устройства, состоящего из 4 рефлектометров (ВОУ); оптического мульти­плексора O-MUX/E, управляемого блоком ВОУ; контейнера WDM/FILTER Rack, состоящего из оптических мультиплексоров и фильтров; интерфейсов аварийных сигналов OAS1 и источника питания. Дистанционный оптический модуль состоит из следующих устройств: O-MUX/O — ведущий оптический мультиплексор с оп­тическим управлением; O-MUX/E — оптический мультиплексор с электрическим управлением (Е), сигналы для которого поступают с O-MUX/O; WDM/F1LTER Rack — контейнер с оптическими мультиплексорами и фильтрами; интерфейсы аварийных сигналов OAS1 и источники питания.

Система имеет следующие параметры и технические характеристики:

• рабочие длины волн: 1310,1550 и 1625/1650 нм;

• динамический диапазон рефлектометров до 40 дБ;

• вносимые потери мультиплексоров от 0,2 до 0,7 дБ;

• количество входов мультиплексоров 10 или 20;

• оптическая развязка мультиплексоров до 35 дБ;

• контролируемая длина оптического кабеля от 5 до 200 км;

• оптическая развязка фильтров до 50 дБ.

Система способна контролировать в автоматическом режиме до 128 оптиче­ских волокон.

Рассмотренные выше системы мониторинга ВОСП описаны в работе [64]. В этой же работе описана система непрерывного мониторинга, разработанная оте­чественным (российским) концерном «Системпром». Система позволяет без перерыва связи осуществлять непрерывный контроль состояния и параметров оптиче­ского тракта ВОСП. Основой этой системы, как и описанных выше, является оп­тический рефлектометр, выполненный на базе персонального компьютера с использованием специализированной платы (ячейки). Система позволяет прово­дить непрерывный контроль параметров оптического тракта и диагностирование его состояние. Программное обеспечение предоставляет возможность анализа по­лучаемой информации и запуска операции обслуживания до того, как параметры возникшей локальной неоднородности в оптическом волокне и в предусмотрен­ной неоднородности (разъем, сварка, ответвитель и т. д.) превысит допустимые значения. Система имеет следующие параметры и технические характеристики:

• рабочие длины волн — 1310, 1550 и 1625 нм;

• минимальный обнаруживаемый перепад затухания 0,005 дБ;

• динамический диапазон 35 дБ;

• точность определения расстояния до локальной неоднородности в ОВ — 1 м;

• мертвая зона рефлектометра 2 м;

• длина тестируемой линии 1...128 км.

Рассмотренные системы непрерывного автоматического тестирования и мони­торинга проверяют параметры и состояние только пассивной части оптического кабеля, а также дискретных.пассивных элементов, входящих в состав пассивного оптического тракта: соединителей, разветвителей и ответвителей, коммутаторов и т. д. Эти системы не контролируют параметры оптического сигнала: его уровень мощности, спектральные характеристики, дисперсию оптических импульсов в процессе их распространения в оптическом тракте, режим работы излучателей (лазеров или светодиодов), фотодетекторов, оптических усилителей. Не проводит­ся также тестирование системы по итоговому системному параметру — коэффи­циенту ошибок, определяющему качество услуг связи.

В контрольных точках ВОСП, параметры которых нормируются Рек. G.957 и G.691 (см. рис. 1.3 и 1.4, глава 1) уровень мощности оптического сигнала в точке MPI-S, т. е. на входе линии ограничен величиной +17 дБм (G.691). Допустимый разброс величины уровня на входе оптического усилителя передачи составляет +3 дБм относительно 0 дБм. Такой допустимый разброс говорит о том, что к точности показаний измерителей средней оптической мощности не предъявляется жестких требований, верхний же предел измерителей может не превышать +20 дБ. В точке приема — MPI-R уровень мощности определяется минимально допусти­мым уровнем принимаемого оптического сигнала, который зависит от скорости передачи и типа фотоприемника. Например, для ВОСП ПЦИ со скоростью 2,048 Мбит/с минимально допустимый уровень мощности оптического цифрового сигнала равен —60 дБм (фотодетектор — лавинный фотодиод), для ВОСП СЦИ СТМ-256 (40 Гбит/с) — —27 дБм для лучших типов фотоприемников [65], типовое значение — —19 дБм [66]. Для ВОСП с использованием приемного оптического усилителя (предусилителя), по нормам Рек. G.691, допустимый минимальный уровень оптического сигнала на входе предусилителя лежит в пределах —38...—33 дБм [67]. Измерения уровней мощности оптических сигналов в указан­ных пределах (—60...+20) дБм обеспечиваются практически всеми измерителями средней оптической мощности любых изготовителей.

Спектральные параметры оптических сигналов в одноволновых ВОСП не имеют жесткой регламентации — достаточно того, чтобы длина волны излучения оптического сигнала входила в оптический диапазон 1280—360 нм

1525—1565 нм. Ширина линии излучения одноволновых ВОСП по нормам G.691 _и G.957 может быть от 1 нм до 0,1 нм (для ВОСП СТМ-64 и СТМ-256). Для изме­рений этих параметров может быть использован любой из производимых анализа­торов оптического спектра (OSA).