Vételi jelszintek mérése élő optika KTV hálózaton Összeállította: Békefi Ádám hallgató Mészáros István tanszéki mérnök
Elméleti összefoglaló Az optikai eszközök és berendezések két típusa különíthető el. Vannak a passzív és az aktív eszközök. Passzív minden olyan optikai eszköz, amely a fényt külső energia hozzáadása nélkül továbbítja, illetve alakítja át. Ide tartoznak a kötések, a csatlakozók, a kapcsolók, az optocsatolók, a splitterek, a szűrők, a lencsék, a csillapítók és a modulátorok. Ezzel szemben aktív optikai berendezések külső energiát használnak fel a fény erősítése, vagy átalakítása érdekében. Közéjük sorolhatók az optikai adók, vevők és erősítők. Mindkét eszköztípus esetében definiálható jellemző a reflexió és a numerikus apertúra, míg a csillapítás csak a passzív berendezések esetében értelmezhető. A csillapítás kiszámítása ugyanúgy történik, mint az optikai szálak esetében, értéke pedig különösen a splitterek, illetve a kötések és csatlakozók esetén kritikus. A splitterek ugyanis olyan eszközök, amelyek a bemenő optikai teljesítményt több szálra osztják szét. Értelemszerű, hogy jelentkezni fog egy csillapítási érték, ami az osztásarányból ered (pl. a jel 1:1 arányú kétfelé osztásánál ez áganként 3 db), de minden egyes kimeneten ennél nagyobb lesz a ténylegesen mérhető csillapítás. Az elméleti és a tényleges érték közötti különbség az eszköz saját csillapítása, amelynek értéke általában kisebb, mint 1 db. Az aktív optikai eszközök és berendezések közül az adók fontos jellemzője a kimenő jelszint és a félérték-szélesség. A kimenő jelszint az adóberendezés által előállított optikai teljesítmény. A kimeneti jelben nem csak egyetlen harmonikus spektrális összetevő van jelen, ennek megfelelően a kimenő jel spektrumának sávszélessége nem nulla. Azon spektrális összetevők távolságát, amelyek teljesítménye a legnagyobb szintű összetevő teljesítményének fele, félérték-szélességnek nevezik. A félérték-szélesség LED-ek esetében tipikusan 30-40 nm, lézer diódáknál 2-5 nm. Minél kisebb ez az érték, annál kisebb lesz a kromatikus diszperzió is. Az optikai vevők esetében mindenképpen ismerni kell a vételi érzékenységet. Ez ugyanis az a minimálisan megkövetelt vételi jelszint, ami egy adott bithiba-arány teljesítéséhez szükséges. A vételi érzékenység mérését tipikusan 10-3, 10-6 és 10-9 értékű bithiba-arányra szokás elvégezni. Tekintve, hogy a méréseket üzem közben kell elvégezni, feltétlenül figyelembe kell venni, hogy a hálózat végponti csatlakozóin láthatatlan lézersugárzás jelentkezik, amely tartós látáskárosodást okozhat, ha a szemet éri. Ennek megfelelően a teljesítménymérő csatlakoztatásakor először a műszerhez kell hozzákapcsolni a patchkábel FC/PC csatlakozóját, és aztán a működő hálózathoz az EURO2000 csatlakozót. Ennek oka az, hogy az EURO2000 csatlakozóban a csatlakozás oldásakor egy kis porvédő lemez automatikusan eltakarja a szálvéget, míg ez az FC/PC csatlakozó esetében nem történik meg. Ugyancsak a balesetek elkerülése érdekében a szálvégek tisztításakor nem szabad a mag tisztaságát szemmel ellenőrizni, illetve amennyiben lehetséges, ajánlott védőszemüveg viselete is. Egy egyszálas optikai összeköttetés kapacitása annyira nagy, hogy jelenleg egyetlen előfizető azt nem tudja kihasználni. Ennek megfelelően az optikai jelet több előfizető között osztják szét osztók, azaz splitterek segítségével. Ennek megfelelően a mérési összeállítás egy az adó és a splitter közötti hosszabb, kötéseket is tartalmazó szakaszból, az osztóból és egy rövidebb szakaszból áll. A mérőhálózatot a valóságnak megfelelően úgy kell felépíteni, hogy az osztó nagyobb csillapítású kimeneteihez kapcsolódjanak a rövid és ezáltal kis csillapítású szakaszok, míg a kisebb csillapítású kimeneteihez hosszú, és ezáltal nagy csillapítású szálak csatlakozzanak. A gyakorlatban azért alkalmazzák ezt az elrendezést, mert így az egyes szakaszok kimenetein
mérhető jelszintek között nem lesz akkora eltérés, mintha az osztó minden kimenetéhez azonos hosszúságú szakasz kapcsolódna. A mérést elegendő egy irányban elvégezni, mivel a működő hálózatoknál egy adott szálon egy adott hullámhosszon csak egy irányban van adatforgalom. Ha az adó a fejállomáson van (jelen esetben az I. jelű szál elején), akkor a mérés előre irányú. Az alkalmazott adó 1310 nm-en üzemel, ezen a hullámhosszon a felhasznált optikai szálak fajlagos csillapítása α = 0.36 db/km. Mivel a szálhosszak ismertek, kiszámítható az egyes szakaszok csillapítása. A szakaszokat patchkábelek kötik össze. A patchkábeleken két csatlakozó található, így csatlakozónként 0.1 db-lel számolva a kábelek csillapítása 0.2 db, mert a patchkábel hosszából adódó csillapítás elhanyagolhatóan kicsi. Mérési feladatok: 1. Mérje meg az optikai adó kimenő teljesítményét. 2. Mérje meg az osztó kimenetein, illetve az optikai szálak végein megjelenő optikai teljesítmény értékét! 3. A szálhosszak szempontjából megfelelő az osztót követő hálózat kialakítása? Ha nem, melyik szálat melyik kimenethez csatlakoztatná az osztón? Válaszát indokolja! 4. Megfelelő-e a hálózat kialakítása, ha minden végpontján egy olyan optikai vevő üzemel, amely 0 és 23 dbm közötti jelszintet igényel? Ha nem, milyen módosításokat hajtana végre a hálózat felépítésén? 1. Készítsen mérési jegyzőkönyvet és értékelje a mérést! A mérés menete: A mérés folyamán a szálvégeken láthatatlan lézersugárzás jelentkezik, amely tartós látáskárosodást okoz, ha a szemet éri. A gyakorlat elvégzésekor ezért ne nézzen közvetlenül a csatlakozókba még a száltisztítás során se! Ne oldja az FC/PC és SC/APC csatlakozásokat, amíg az adó üzemel! 1. A hamis mérési eredmények elkerülése érdekében alakítson ki módusirtót az adóhoz kapcsolandó patchkábelben! A módusirtó legyen egy a mellékelt kartonhengerre feltekert négymenetes tekercs! 2. Tisztítsa meg az alkalmazott optikai szálak végeit, hogy a patchkábelek a lehető legkisebb járulékos csillapítást okozzák! 3. Csatlakoztassa a patchkábel SC/APC csatlakozóját az adóhoz! Az adót csak ez után kapcsolja be! 4. Kapcsolja be a teljesítménymérőt, majd végezze el annak nulla szintre kalibrálását! Ehhez szerelje le a detektorról az FC/PC adaptert, és a helyére csavarja fel a porvédő sapkát! Tartsa lenyomva a λ billentyűt addig, amíg a NULL felirat meg nem jelenik a kijelzőn! Szerelje vissza az FC/PC adaptert a detektorra!
5. Csatlakoztassa a módusirtó nélküli patchkábel FC/PC csatlakozóját a teljesítménymérőhöz! Állítsa a mérési hullámhosszt 1310 nm-re a λ billentyű segítségével! 6. Csatlakoztassa egymáshoz a két patchkábelt egy EURO2000 toldó segítségével! Az ekkor mért teljesítmény a hálózatba becsatolt optikai teljesítmény értéke. 7. Csatlakoztassa az adót az összeállított hálózat bemenetére, a teljesítménymérőt pedig a hálózat vizsgált pontjára! A vizsgált ponton mért teljesítmény értéke megjelenik a műszeren. A mérésekhez felhasznált teljesítménymérő egy EXFO gyártmányú FPM-600 típusú mérővevő. Az eszköz a 55 és +26 dbm közötti tartományban képes mérni 800 és 1650 nm közötti hullámhosszal rendelkező jeleket. A mérés felbontása 0.01 db 45 és +26 dbm között, míg a mérési hiba értéke ±3 nw lehet. Ezek a specifikációk csak a kalibrált hullámhosszakon érvényesek. A műszer 800 és 1650 nm között 45 kalibrált hullámhosszon képes mérni, de bármely más hullámhossz használata is lehetséges, ezek esetében az eszköz hárompontos interpoláció segítségével a kalibrált hullámhosszakhoz tartozó értékekből számítja ki a méréshez szükséges állandókat. Az alkalmazott teljesítménymérő nagy előnye, hogy a vizsgált optikai szál csatlakozóját közvetlenül a fotodiódához lehet illeszteni egy FC/PC adapter segítségével. Ez ugyanis lehetővé teszi mérés közben a kötés oldását és újracsatlakoztatását anélkül, hogy változna a mért teljesítmény értéke. Az EXFO FPM-600 a pillanatnyi teljesítmény mérésén kívül a következő főbb funkciókkal rendelkezik: Folyamatosan változó jelszint esetén tartja a minimális, vagy a maximális jelszint értékét. Képes a hullámhosszt megadó információ fogadására, és a mérési hullámhosszt ennek megfelelően állítja be. Alkalmas modulált jelek vételére és a modulációs jellemzők felismerésére. A jelszintet képes megjeleníteni dbm-ben, vagy W-ban kifejezve. Lehetőséget nyújt egy adott vételi jelszint referenciaként való használatára. Ebben az üzemmódban a referenciaszinthez viszonyított különbség értéke jelenik meg a kijelzőn db-ben megadva. Ez a funkció csillapításmérésnél kedvező, ugyanis megfelelő referencia alkalmazása esetén a kijelzett mennyiség pontosan a mérendő csillapítás értéke. Lehetővé teszi annak a vizsgálatát, hogy a vett jel beleesik-e egy kijelölt teljesítménytartományba. Ha igen, akkor a kezelőfelületen elhelyezett LED zöld, ha pedig nem, akkor piros fénnyel világít.
Lehetőséget nyújt a mérési eredmények memóriában való tárolására. A tárolt értékeket egy USB kábel és a mellékelt szoftver segítségével számítógépre lehet menteni. A mentés formátuma lehet.txt,.csv, vagy.olts. Közülük a.txt bármely szövegszerkesztővel, a.csv pedig bármely táblázatkezelővel megtekinthető formátumot jelent. A.olts formátum kezelésére kizárólag a mellékelt szoftver képes, amely automatikusan formázott, nyomtatható jegyzőkönyvet készít. A jegyzőkönyv a mérési eredményeken kívül tartalmazza a műszer gyári számát, a mérés időpontját és egyéb megjegyzéseket is, amelyeket a felhasználó adhat meg a nyomtatás előtt. EXFO FPM-600 optikai teljesítménymérő 1., Hálózati kapcsoló 2., Mérési hullámhossz beállítása 3., Mérési mód választó 4., Főmenü 5., A tárolt hullámhosszak listája 6., Váltás a menüpontok között 7., Kijelzési mód váltás 8., USB csatlakozó 9., Optikai bemenet Az eszköz be- és kikapcsolása: A művelet az EXFO FLS-600 stabilizált fényforrás be- és kikapcsolásával azonos módon történik. A mérési hullámhossz beállítása: A mérési hullámhossz a billentyű lenyomásával növelhető. A legnagyobb hullámhossz elérése után a gomb megnyomásának hatására a legkisebb hullámhossz lesz a mérési hullámhossz. Csak azok a hullámhosszak választhatók ki, amelyek szerepelnek a tárolt hullámhosszak listáján. Amennyiben a mérendő optikai jelet egy az eszközzel kompatíbilis fényforrás (pl. EXFO FLS-600) szolgáltatja, és az auto üzemmódban működik, a mérési hullámhossz kézi beállítására nincs szükség. A tárolt hullámhosszak listájának összeállítása:
A főmenün belül a PM menüpontba kell belépni. (A menükezelés megegyezik az EXFO FLS-600-nál leírtakkal.) Ezen belül a FAV menüpontot kell kiválasztani. Ekkor megjelenik egy 40 elemből álló lista első eleme. A listában a Next gomb lenyomásával lehet váltani az egyes hullámhosszak között. A tárolt hullámhosszak listájára a billentyű lenyomásával vehető fel egy elem, és a törlés is ezzel a gombbal történik. Az az elem van fenn a listán, amely mellett csillag látható. A menü 40 elemű listájának az első 20 eleme gyárilag adott, a második 20 elem tetszőlegesen állítható be. A hullámhossz beállításához a gombot kell néhány másodpercig lenyomva tartani. Ezt követően a hullámhossz-érték helyett megjelenő ---- kiírás első helyiértéke villogni kezd. A számjegy értékének növelése a gombbal, a helyiértékek közötti váltás a Next gombbal történik. A beállított érték rögzítése a Next billentyű néhány másodperces nyomva tartásával valósítható meg. Váltás a teljesítménymérési és a csillapításmérési üzemmód között: Az egyes üzemmódok között mindössze a kijelzés formátumában van különbség. Teljesítményméréskor a mért érték dbm-ben, vagy W-ban megadva jelenik meg a kijelzőn, csillapításméréskor egy referenciaszinthez viszonyított érték db-ben kifejezve. A váltás az egyes kijelzési módok között a billentyűvel történik. A referenciaszint megadása ugyenezen gomb néhány másodperces nyomva tartásával adható meg, a beállított érték a pillanatnyilag mért teljesítmény lesz. A nulla szint beállítása: Mivel az EXFO FPM-600 kéziműszer, ezért nulla szintre kalibrálása nem szükséges, ennek ellenére van rá lehetőség. Ilyenkor az eszköz csatlakozójáról le kell szerelni az FC/PC adaptert, amelynek a helyére egy porvédő sapkát kell felhelyezni. Ez biztosítja, hogy a mért jelszint valóban nulla legyen. A kalibrálás ezt követően történhet meg a λ gomb néhány másodperces nyomva tartásával. Ha az eljárás során a vett jelszint nem nulla, a kalibrálás nem történik meg. Ebben az esetben a kijelzőn a LIGH felirat jelenik meg. A mérési eredmények tárolásra és számítógépre mentése: A műszer alkalmas 1000 mérési eredmény tárolására. Minden teljesítményérték mellett tárolásra kerül a kábelazonosító, a szálazonosító, a mérési hullámhossz és a referenciaszint. Egy eredmény rögzíthető a Next gomb néhány másodperces lenyomva tartásával. A tárolási adatok közvetlenül a műszer segítségével szerkeszthetők. Ez a DATA menüben történik. A menüben beállítható a kábelazonosító, amely alapértelmezetten CAB1, beállítható a szálazonosító kezdőértéke, ami a gyári beállítások esetén 001, és beállítható a szálazonosító növekménye, ami az alapbeállítások használatakor 1. Az egyes értékek szerkesztése ugyanúgy történik, mint a tárolt hullámhosszak beállítása. A gomb rövid idejű lenyomásával az a szálazonosító jelenik meg pár másodpercre a kijelzőn, amellyel a műszer tárolni fogja a soron következő mérés eredményét.
A gomb néhány másodperces lenyomva tartásával a már rögzített értékek tekinthetők meg. Ebben az üzemmódban a kijelzőn megjelenik a Recall felirat. A mért érték mellett megjelenik a mérési hullámhossz is. Eggyel nagyobb szálazonosítójú tárolt értékre a billentyűvel, míg eggyel kisebb szálazonosítójú a Next billentyűvel lehet váltani. A Recall üzemmódból a bekapcsoló gombbal lehet kilépni. A mért eredmények számítógépre való mentésekor első lépésben egy USB mini USB kábellel kell összekötni a számítógépet és a műszert. Ezt követően kell elindítani a PC-re telepített nevű programot. A Data Transfer fülön belül a Select Unit gombra kattintva választható ki a csatlakoztatott eszköz típusa (jelen esetben FPM-600). Ezt követően a File Type gombra kattintva, megadható a letöltött fájl típusa. A fájltípusok közül a.txt típus szövegszerkesztővel megnyitható, benne az egyes letöltött értékeket (azonosító, jelszint, referenciaszint stb.) egy tabulátornyi szóköz választja el. A.csv típus táblázatkezelővel nyitható meg, míg a.olts formátumot kizárólag a szoftvercsomagban mellékelt program képes kezelni. Ez a program egy eleve formázott jegyzőkönyvet készít, amelyben már csak olyan információkat kell megadni, mint például a mérést végző neve, vagy a mérés helye.
A mérés időpontját és a műszer gyári számát valamennyi típusú fájl tartalmazza. Az utolsó lépés maga a letöltés, ami a Download gombra kattintva indítható el. Ekkor egy üzenetablakban a szoftver megkérdezi, hogy törölhetők-e az adatok a műszerről. A Yes, vagy a No gombra kattintva a folyamat lezárul, és a mérési eredmények a kívánt formátumban megjelennek a C:\Dokumentumok\Beérkezett fájlok mappában.