Optikai átviteli mérések

Átírás

1 Fénytávközlő eszközök (BMEVIHV HVM351) Mérések Gerhátné Dr. Udvary Eszter Budapest University of Technology and Economics Department of Broadband Infocommunication Systems since 1782 Optikai átviteli mérések 2 A technológia fejlődik => Egyre magasabb követelmények a méréstechnikával szemben Többcsatornás rendszer (WDM átvitel) Régen: egy csatorna 850 vagy 1300 nm-en Jelenleg: CWDM vagy DWDM csatornák (1260 nm-1625 nm) Sebesség Régen: pár*10 Mbit/s Jelenleg: 40 Gbit/s Optikai erősítők kifejlesztése Régen: rövid összeköttetések (pár km) Jelenleg: pár*1000 km

2 Csillapítás, Reflexió, Hossz Szálhegesztések, csatlakozók, törés CD, PMD Nemlinearitás (teljesítményt limitálja) Beiktatási csillapítás (csatornánként) Áthallás Jitter 3 Hullámhossz Lézermódusok elnyomása Teljesítmény Hőfokfüggés (λ, P) Vonalszélesség Chirp, RIN Kioltási tényező, Jitter Kimeneti/bemeneti teljesítmény Csatornánként erősítés Polarizáció függés Zajtényező Erősítés λ (egyenletesség, meredekség) Érzékenység Jitter tolerancia BER - teljesítmény BER - OSNR Optikai teljesítmény vizsgálat Diszperzió és kompenzálás Jitter BER, OSNR, Q, stb. különböző moduláció és bitsebesség esetén Optikai mérések 4 Szálvégek ellenőrzése (mikroszkóp) Hiba keresése (látható lézer) Optikai teljesítmény mérése Csillapítás (fényforrás + teljesítménymérő) OTDR Optikai spektrumkép Csillapítási görbe (széles spektrumú forrás) Diszperzió (CD, PMD)

3 Mikroszkóp 5 Mikroszkóp 6 Ferrule karcolás a mag közelében Szál Szennyeződés Mag (SM)

4 Mikroszkóp 7 Ferrule Szál Mag (MM) zsiradék (csatlakozó felületét tilos megérinteni!) Csillapítás mérés 8 Fényvezető szál csillapítása Visszavágásos Beiktatásos Optikai eszköz beiktatási csillapítása USB portra csatlakoztatható kivitelben is

5 Beiktatási csillapítás 9 Optikai forrás Ez a csatlakoztatás kritikus X Optikai teljesítmény mérő 1. Referencia felvétele (X: rövid fényvezető szál, azonos geometria, csatlakozók, azonos gyártó, mint a mérendő szálnál) => P1 mérése 2. Mérés (X: mérendő szálszakasz) => P2 mérése 3. A szál csillapítása: P1-P2 Független adó és vevő vagy integrált műszer (Optical Loss Test Set OLTS) OLTS kétirányú mérés (hullámhossz azonosítás lehetséges) Két technikus összehangolt munkája Követelmények Gyakran alacsony csillapítási értékeket kell mérni (0.1 db 0.5 db) Bármely ingadozás az adó és vevő paramétereiben befolyásolja a mérési eredményt Adó/vevő: legalább 10-szer nagyobb stabilitással rendelkezzen, mint a minimális mérendő csillapítási érték (pl. 0.1 db csillapítás mérése esetén a forrás stabilitása legyen jobb, mint 0.01 db Rendszeresen vegyünk fel referencia értéket (1-2 óránként), a hosszú idejű változás kiküszöbölésére Nagy pontossági igény esetén folyamatosan monitorozzuk az adó jelét egy csatolóval Mérőkábelek Jó minőség tesztkábelek Csatlakozóvégek tisztántartása, rendszeres ellenőrzése Rögzítsük a mérőkábeleket, a véletlenszerű görbületi változások hatásának kiküszöbölésére (pl. sugárzási veszteség) Rögzítsük a toldókat, adaptereket 10

6 OTDR működése 11 Rayleight => szálcsillapítás Frenel => határátmenet OTDR 12 Detektálható események Szálhegesztés Csatlakozó vagy mechanikai illesztés Erősítés Hajlítás λ függő Szálvég vagy törés Gyakran mindkét irányban mérnek és átlagolják az eredményt általában (850 - multimódus) 1310, 1550 és 1625 nm-en működnek Egy technikus elegendő Hibahely keresés, hibadetektálás felbontás, dinamika tartomány, átlagolás, holtzóna

7 OTDR mérési példa 13 1 Tiszta csatlakozó A szálvég szennyezettségének hatása a jelre Back Reflection = db Total Loss = db 3 Szennyezett csatlakozó Back Reflection = db Total Loss = 4.87 db OLTS - OTDR 14 OTDR Több információ Hibahely detektálás Drágább Komplikáltabb használat OLTS Pontosabb Nagyobb dinamika tartomány => hosszabb összeköttetés mérése Optikai erősítő nem zavarja Rövidebb mérési idő Pl. OTDR: 3 perc, OLTS: 30 másodperc 120 szálas kábel esetén OTDR mérés kb. 11 óra

8 Return Loss mérés 15 RL test set vagy OTDR OTDR: holtzóna, pontatlan mérés RL test set: RL>60 db (Inherent RL test set: 15-20dB-lel jobb) Csillapítás méréssel kombinálható Reflexiómentes lezárás 16 Return Loss mérés kalibrálásához, egyes eszközök méréséhez (pl. iránycsatoló) szükség lehet reflexiómentes lezárásra Mandrel wrap (eredetileg MMF esetén a magasabb rendű módusok kicsatolására/kiirtására): 20mm átmérőjű hurkok Törésmutató illesztő gél vagy folyadék

9 élő hálózat mérése 17 Meghatározható, hogy használatban van-e a szál Telepítés/kiépítés ellenőrzése Aktív/inaktív szálak azonosítása Javítás során ellenőrzés A szálra csíptetve, azt meghajlítva, a sugárzási veszteséget használjuk ki csillapítás< nm Detektálni lehet Van-e jel (-35dBm-ig) Hullámhossz azonosítás (ha adó küldi az azonosító jelet) Egyes típusok: becsült optikai teljesítmény Optical Spectrum Analyzer (OSA) 18 Rács Fiber Bragg grating Array waveguide grating PD tömb RÁCS Hangolható szűrő Fabry-Perot Acousto-optic Szűrő PD

10 Optikai jel/zaj viszony 19 Optikai spektrumanalizátor jel: maximum zaj: interpolációval (jel eltakarja) Automatizált mérés PMD mérés 20 Nem stabil, nem számolható, csak mérhető PMD idő és hőmérséklet függő (akár 20% eltérés is lehet) Nagy sebességű, nagy távolságú rendszerekben probléma Különböző rendszerekben (bitsebesség) megengedhető PMD (1 db penalty) Bit rate Maximum PMD T/10 (ps) PMD coefficient for 400 km link (ps/km1/2) STM Gbits/s 40 < 2 STM Gbits/s 10 < 0.5 STM Gbits/s 2.5 < 0.125

11 PMD mérés 21 Mérési módszert szabványok írják le IEC / ITU-T G.650.2/ EIA/TIA Standard FOTP-XXX Széles sugárzási spektrumú forrás (broadband source) polarizált jelét a szál kimenetén optikai spektrumanalizátor detektálja, polarizátor változtatja a polarizációs állapotot A PMD mérés sebessége az átviteli bitsebesség nagyságrendjébe esik ( ps) Általában egyirányú mérés.ha az eredmény túl közel van a határértékhez, akkor hosszú idejű mérést végeznek => időbeli változás vizsgálata ps CD mérése 22 Hangolható fényforrás CD Vevő Többféle módszer van a mérésére IEC / ITU-T G650.1; EIA/TIA-455- FOTP-175B A Phase Shift a leggyakoribb. Adó hullámhosszát változtatva fázismérés a vételi oldalon. Mérhető paraméterek: A teljes link diszperziója Diszperzió meredekség Diszperzió nullhelye nullhelyen a meredekség Tipikus nullhely változás (SMF) 0.025nm/ºC 1.75nm/%nyújtás 0.007nm/MPa

12 Csillapítás hullámhossz függése 23 Szélessávú forás Keskenysávú vevő Csillapítás hullámhosszfüggő Referencia mérés a forrás hatásának kiküszöbölésére. Pl. optikai erősítő sávszélesség vizsgálat Optikai szűrők, MUX, DEMUX vizsgálat, stb. Olcsóbb berendezések csak C+L sávban mérnek Water peak C+L DWDM Band AP results IEC Optical fibers Part 1-1: Generic Specification GeneralTest procedure ITU-T G Pl. Szál karakterizáció eredménye 24

13 Átviteli mérések 25 Szemábra Q (jósági tényező) BER Jel/zaj viszony Dzsitter Protokoll Szemábra 26 Oszcilloszkóp => szemábra paraméterei (Jósági tényező is számítható) µ 1 µ 0 Q = σ + σ 1 bitidő 0 nyitottság 1 0 Optimális mintavételi időpont

14 BER mérés 27 Számolja a hibásan átvitt biteket Vevőbe el kell juttatni az eredeti bitsorozatot és az órajelet (vagy órajel a vett mintából visszaállítva) Megbízható méréshez kb. 100 hibát kell detektálni (95%- os pontosság) BER Gbps 0.004ms 0.04s 11óra 4.5nap 10Gbps 0.001ms 0.01s 3óra 27óra Jósági tényező mérés (BER alapján) 28 Mért BER-ből számítják (közelítő képlet, nem mindig jó közelítés) MTS-8000 Q-factor mérő

15 Protokoll teszt pl. SDH Telepítésnél Upgrade előtt, után Monitorozás Védelmi kapcsolás (hiba detektálása, jelút megváltoztatása) Dinamikus szabályzás (pl. erősítő)