Obsah

14

Měření optických vláken a optických kabelových tras

Optický spoj je ve své základní podobě tvořen modulovaným zdrojem záření, optickým prostředím a přijímačem záření. Vstupní a výstupní signál optického spoje je elektrický, a tak i vysílací a přijímací část obsahuje kromě optoelektronických prvků a optických soustav také elektronické obvody pro zpracování vstupního a výstupního signálu.

Průchodem optickým prostředím se parametry optického signálu mění. Dochází jednak k zeslabení a ke změnám tvaru přenášených impulzů, případně jejich časové polohy.

Při optickém přenosu informace je nosičem informace záření. Změny jeho amplitudy, kmitočtu, fáze, polarizace, trvání mohou zobrazovat každá samostatně nebo ve vhodné kombinaci přenášenou informaci.

Měření při přejímce optoelektronických komponentů

Měření při přejímce se soustřeďuje na měření části optických vláken v kabelu a měření optoelektronických prvků (namátkově některé kabely na bubnech a v nich některá vlákna).

Měření při montáži optické trasy a budování sítě

Při montáži optické trasy se provádí průběžná kontrola každého kroku prací a kontrola kvality jednotlivých částí trasy, měření přenosových parametrů – útlumu spojek, vložného útlumu a měrného útlumu kabelových délek. Měření se provádí v souladu s časovým postupem montáže ze strany A až do strany B.

Při měření se provádí:

  • měření kontinuity pomocí vizuálního zaměřovače poruch - červený laser,
  • inspekci kvality čela optických konektorů,
  • měření útlumu všech vláken kabelového úseku před montáží spojky,
  • měření útlumu každé kabelové délky po všech operacích při svařování,
  • měření útlumu všech vláken po úplné montáži spojky.

Měření kontinuity

Provádíme pomocí vizuálního zaměřovače poruch, je to červený laser, který slouží pro jednoduché zjištění poruch viditelným zářením. Použít ho lze v pulzním nebo kontinuálním režimu pro všechny typy ochran (0,25; 0,9; 3 mm) pro ferule 2,5 mm či 1,25 mm. Vizuální zaměřovač poruch je ideální pomůcka pro lokalizaci poruch v optickém rozvaděči, na vnitřní kabeláži nebo na propojovacích šňůrách.

Hledání defektu pomocí červeného laseru


Obr. 86: Červený laser

Mikroskop

Slouží pro inspekci kvality čela optických konektorů. Mikroskop umožňuje nasvícení čela konektoru nebo prosvícení jádra vlákna. Pro ochranu zraku je mikroskop vybaven filtry pro potlačení laserového záření.

Obr. 87: Mikroskop

Videomikroskop

Je zařízení, které pomocí miniaturní kamery a optiky zobrazuje čelo optického konektoru na displeji. Sonda videomikroskopu umožňuje nejen kontrolu ferule, ale i inspekci v konektorových spojkách a v rozvaděčích. Zobrazený obrázek je možné uložit v běžném elektronickém formátu pro účely dokumentace. Videomikroskop je možné připojit k PC k příručnímu displeji. Videomikroskop je zařízení, které pomocí miniaturní kamery a optiky zobrazuje čelo optického konektoru na displeji. Sonda videomikroskpu umožňuje nejen kontrolu ferule, ale i inspekci v konektorových spojkách a v rozvaděčích.

Využití videomikroskopu


Obr. 88: Videomikroskop

Čistý konektor Špinavý konektor Konektor se zbytky isiopropylakoholu před odpařením
Po odpaření isopropylakoholu Konektor znečištěný mastnotou Otisknutá špína po spojení dvou konektorů
Poškozený a špinavý konektor Poškrábaný konektor Konektor „vyčištěný o košili“
Vylomený okraj vlákna (pláště vlákna) – vylomené sklo na přechodu vlákno-ferule (černé skvrny) Vytečené lepidlo (epoxydové lepidlo) na přechodu vlákno-ferule (bílé skvrny)

Obr. 89: Vyhodnocení čel optických vláken

Měření při přejímce celé optické trasy – závěrečné měření

Po smontování optické trasy se provedou závěrečná měření v následujícím rozsahu:

  • měření kontinuity trasy pro ověření správnosti montáže optické trasy a zapojení optického rozvaděče;
  • měření metodou OTDR z obou stran pro zjištění
    • nehomogenity vláken;
    • útlumu všech spojek a měrného útlumu všech vláken jednotlivých kabelových délek v trati s určením umístění spojek;
    • měření celkového vložného útlumu optické trasy přímou metodou z obou stran.

Limity a rozsah dokumentace, předávané v rámci závěrečného měření, jsou věcí dohody mezi dodavatelem prací a odběratelem. V dohodě je třeba respektovat úroveň sítě, použité systémy, kvalitativní parametry optického kabelu, kabelových souborů a zařízení apod.

Zkrácená závěrečná měření

Zkrácená závěrečná měření se provádějí bezprostředně po definitivní opravě optického kabelu za předpokladu, že nelze z provozních důvodů provést úplné závěrečné měření z obou stran. Metodou OTDR se při zkráceném závěrečném měření kontroluje místo opravy poškozeného vlákna a jeho bezprostřední okolí. Přímou metodou se na celé trati z jedné strany zkouší kontinuita a měří vložný útlum.

Měření provozu a údržby sítě

Údržbová měření jsou měření, která se provádějí pro kontrolu parametrů optických kabelů za provozu. Mezi ně patří kontrola měření na záložních optických vláknech, chybovost provozního systému a náhodné poruchy; především zahrnujeme i kontrolní měření na záložních optických vláknech s ohledem k provoznímu využití kabelu.

Poruchová měření jsou měření, kterými se zjišťuje místo a rozsah poruchy. Mezi ně zahrnujeme i měření při provizorní opravě. K lokalizaci místa poruchy metodou OTDR použijeme přístroj s dostatečným dynamickým rozsahem a s možností přechodu na výhodnější vlnovou délku pro lokalizaci přes jeden či více optických rozvaděčů a s dostatečnou rozlišovací schopností pro přesné zaměření místa poruchy v přilehlém opakovacím úseku, přesná lokalizace místa poškození vlákna, přes jeden či více optických rozvaděčů, hrubá lokalizace závady na trati a následný přesun měřící techniky do místa optického rozvaděče nejblíže poškozenému místu, při současném přemístění čety na místo poruchy.

Identifikátor

Identifikátor živého vlákna je ohybový klip, který umožňuje identifikovat přítomnost optického signálu ve vlákně, úroveň signálu, směr provozu a modulaci optického záření signálem 270 HZ, 1 kHz, 2 kHz bez rozpojení optického vlákna.

Obr. 90: Identifikátor

Tónový generátor a identifikátor živého vlákna

Je to souprava založená na technologii pro identifikaci živého vlákna a měření úrovně signálu bez nutnosti rozpojení vlákna s garancí maximálního vložného útlumu do 1 dBm.

Tónový generátor modulací signálem 11 Hz, umístěný na vysílací stranu a doplněný o identifikátor na přijímací stranu, lze tak s výhodou využít k rychlému vyhledávání optického vlákna. To je vhodné pro případy, kdy je na určitém vlákně třeba provést technický zásah, ale není ho možné v množství ostatních vláken rychle identifikovat.

Obr. 91: Tónový generátor a identifikátor živého vlákna

Měření útlumu optických vláken

Optická vlákna představují z hlediska šíření světelného záření ztrátové prostředí. Optický signál je při průchodu optickým vláknem tlumen. Měřítkem kvality optického vlákna je hodnota útlumu, která umožňuje vytvořit si představu např. o maximální délce uvažovaného optického vlákna.

Na velikosti útlumu v optických vláknech se podílí materiálové a technologické ztráty.

Materiálové ztráty vyplývají z vlastnosti daného materiálu, ze kterých jsou vlákna vyrobena. Jsou způsobeny absorpcí záření v optickém vlákně a jeho rozptylem na nehomogenitě skleněného vlákna nebo poruchou geometrické struktury skleněného vlákna, které se podílejí v rozhodující míře na útlumu signálu.

Technologické ztráty, vyvolávající poruchy vlnovodné struktury vláken, jsou ovlivněny technologií výroby.

Bez měření a znalostí útlumu se při použití optických vláken neobejdeme.

Útlum

Mezníkem celkových ztrát optického vlákna je jeho útlum u (λ), udávaný v dB. Jeho velikost pro danou vlnovou délku záření λ je dána vztahem.

Měrný útlum

V praxi se ještě používá měrný útlum α (λ), což je útlum u(λ) vztažený na jednotu délky (km), vyjádřen vztahem:

`alpha(λ) = (u(λ))/l [(dB)/(km)]`

kde l je délka vlákna

Útlum i měrný útlum představují základní a nejdůležitější přenosové parametry každého optického vlákna a každé optické trasy.

U telekomunikačních optických vláken se vyžaduje, aby celkový měrný útlum byl menší než 1 dB/km, což klade velmi vysoké požadavky na technologii přípravy vláken a na čistotu výchozích surovin.

Měření útlumu

Pro měření útlumu, bez kterého se neobejdeme, používáme zdroje záření z úzkou spektrální čárou. Tomuto požadavku nejvíce vyhovují polovodičové lasery s vlnovou délkou λ = 850 nm, 1 310 nm a 1 550 nm.

Pro měření útlumu optických vláken jsou doporučovány tři standardní metody měření:

  • metoda dvou délek,
  • metoda vložných ztrát,
  • metoda optické reflektometrie - metoda zpětného rozptylu.

Metoda dvou délek

Metoda dvou délek se zakládá na přímé aplikaci definice útlumu. Tato metoda je nejpřesnější, a proto je doporučována jako referenční (porovnávací), i přesto, že je metodou destruktivní.

Měří se úroveň optického výkonu P1 a P2 ve dvou bodech vlákna bez změny vstupních podmínek.

Obr. 92: Postup měření útlumu metodou dvou délek

Postup měření

Po zavedení optického záření do zkoušeného vlákna o délce l se změří měřičem úrovně výkon P2 na jeho výstupu. Při zachování konstantních podmínek vazby se vlákno ve vzdálenosti přibližně 2 metry od výstupního čela zlomí a po úpravě konce vlákna se změří stejným měřičem úrovně výkon P1 na jeho výstupu.

Metoda vložných ztrát

Měření útlumu metodou vložných ztrát není destruktivní a provádí se ve dvou krocích. Měřicí souprava se kalibruje pomocí referenčního vlákna o délce asi 2 metry. Propojíme zdroj záření s měřičem optického výkonu a změříme výkon P1.

Video: Měření útlumu optické trasy přímou metodou


Obr. 93: Postup měření útlumu metodou vložných ztrát

Zapojíme zkoušené vlákno místo referenčního dvoumetrového vlákna. Měřením získáme výkon P2.

Obr. 94: Postup měření útlumu metodou vložných ztrát

Útlum zkoušeného vlákna vypočítáme ze vztahu:

`u(λ) = P_1-P_2 [dBm]`

Metoda vložných ztrát je vhodná v případech, kdy není možné použít destruktivní metodu, tj. lámat a zkracovat vlákno pro měření optických vláken, kabelů, spojovacích modulů i jiných optoelektronických součástek.

Souprava se vyrábí v různých variantách. Základem jsou dva přístroje: měřič optického výkonu a zdroj optického záření na příslušné vlnové délce. Dokonalejší přístroje umožňují obě funkce, a to na používaných vlnových délkách, které se volí výměnou příslušného modulu fotodetektoru a LD.

Obr. 95: Náčrt provedení jedné stanice pro měření optických ztrát kabelů

Metoda zpětného rozptylu – optická reflektometrie

Video: Měření útlumu nepřímou metodou optické reflektometrie

Metoda zpětného rozptylu je založena na vyhodnocování časové prodlevy zpětně rozptýleného optického výkonu při šíření úzkého optického impulzu měřeným vláknem.

Účinný přenos signálu po optické trase vyžaduje, aby optické vlákno bylo homogenní a co nejvíce přizpůsobené na navazující optické prvky. Pokud tomu tak není, dochází k odrazům a v optickém vláknu pak existuje kromě postupové vlny, šířící se od zdroje k zátěži, ještě odražená vlna, která se šíří opačným směrem. Tento stav vede ke zvýšenému útlumu přenášeného signálu a ke zhoršení kvality přenosu. Proto je nutné provádět měření a diagnostiku optických vláken, kabelů, tras a sítí.

V současné době je nejdůležitější metodou měření a diagnostiky optických vláken a kabelů při jejich výrobě, montáži a provozu.

Standardní metoda pro měření útlumu optických vláken je metoda zpětného rozptylu, někdy taky označovaná metoda optické reflektometrie v časové oblasti OTDR (Optical Time Domain Reflectometry). Při této metodě se vyhodnocuje závislost zpětně rozptýleného optického výkonu při šíření úzkého optického impulzu měřeným vláknem. V současné době představuje nejdůležitější metodu měření a diagnostiky optických vláken a kabelů, jak při jejich výrobě, tak při montáži a provozu.

Každá optická trasa musí být testována a kontrolována, zda světelný signál dodaný do optického vlákna v pořádku projde na opačný konec. Za jeden z nejdůležitějších parametrů při testování optického kabelu je považován útlum při šíření optického signálu přes vlákno. K tomuto měření muže být vzatý optický zdroj a měřič optického výkonu. Takto poskytnuté celkové měření ale nedává informace o prostorovém uspořádaní ztrát. Optický zdroj a měřič výkonu neposkytnou uživateli odpovědi na jednoduché otázky, jako například:

  • Jsou ztráty stejně rozděleny podél celého měřeného vlákna?
  • V kterém místě se nalézá nepřijatelná hodnota ztrát?
  • Je-li nějaká porucha a světlo se nedostane ke konci trasy, jak je možné danou poruchu lokalizovat?

Metoda OTDR může být považována za „optický radar“. Tato metoda dává odpovědi na otázky informacemi o prostorovém uspořádání ztrát. Pro příklad metoda OTDR zajistí převod hodnoty signálu na vzdálenost. Toto může být užitečné při výpočtu jednotlivých vzdáleností ke ztrátám, rozptylu, tak dobře jako útlum z celé délky vlákna a vlastnosti zpětných ztrát. Další výhoda je, že přístroj OTDR v sobě zahrnuje optický detektor, vysílač a přijímač, proto stačí pří měření přístup jenom k jednomu konci vlákna.

Princip metody OTDR

Metoda zpětného rozptylu využívá Rayleighova rozptylu v optických vláknech, případně Fresnelova odrazu na koncích, a je založena na principu jakéhosi optického radaru.

Rayleighův zpětný rozptyl se skládá z rozptylů způsobených vzájemným působením rozptylů na mikroskopických neregularitách podél celého vlákna. Při měření se část rozptýleného signálu vrátí zpět do zařízení, kde se vyhodnocují výsledky. Zpětně rozptýlený signál indikuje úroveň útlumu vlákna. Snižující se úroveň signálu je dokládána klesající úrovní rozptýleného světla, protože jak poslaný, tak rozptýlený paprsek jsou tlumeny se vzdáleností. Úroveň Rayleighova zpětného rozptylu je úměrná šířce pulsu a vlnové délce (čím je šířka a výška pulsu větší, tím je větší i zpětný rozptyl signálu). Jak již bylo zmíněno, úroveň Rayleighova zpětného rozptylu je závislá na vlnové délce signálu, který je posílán. Tím je míněno, že úroveň Rayleighova zpětného rozptylu trasy bude vyšší pro vlnovou délku 1 310 nm než na vlnové délce 1 550 nm. S vyšší vlnovou délkou (za 1 550 nm) Rayleighův zpětný rozptyl stále klesá. Tento jev se nazývá infračervené zředění (absorpce), které se zvyšuje a způsobí celkově větší úroveň útlumu. Z tohoto důvodu je 1550 nm nejvyšší útlumová vlnová délka. Přirozeně tyto úkazy ovlivňují OTDR. Jak při λ = 1 550 nm OTDR narazí na nižší hladinu útlumu, je schopen potenciálně krýt větší vzdálenosti.

Na druhé straně Fresnelovy odrazy jsou jednotlivé odrazy způsobeny jednotlivými složkami ve vlákně a náhlými změnami indexu lomu (např. sklo a vzduchová mezera). V tomto případě je velké množství světla oproti zpětnému rozptylu odráženo zpět na začátek. Díky tomuto jevu můžeme při měření OTDR metodou vyhodnocovat informace o tom v jaké vzdálenosti se nalézá optická spojka, konec vlákna nebo zlom optického vlákna.

Předpokládejme, že do měřeného vlákna navážeme obdélníkový optický impulz s výkonem P0 a šířkou λt. Část výkonu tohoto impulzu bude v každém bodě podél vlákna vlivem Rayleighova rozptylu zpětně rozptýlená a bude se tedy šířit zpět ke vstupu.

Rozdíl mezi časem vyslání a zpětným přijetím je svázán s rychlostí šíření světla ve skle a dovolí vypočítat vzdálenost. Rovnice používaná v OTDR pro měření vzdálenosti je následující:

`l = (c*t)/(2n) [m]`

kde l je vzdálenost,
c je rychlost světla ve vakuu,
t je čas od vyslání k přijetí světelného pulsu,
n je fektivní index lomu.

Efektivní index lomu musí být přesně znám pro měření vzdálenosti na optickém vlákně. Tento index lomu je specifikován výrobcem.

Ze vzdálenosti l do počátku vlákna se tak zpět ke vstupu dostane záření, jehož výkon Pb (l) lze popsat vztahem:

`P_b(l) = 1/2 * P_0 * Δ t * S * alpha_R * v_(g) e^(-2 alpha l)`

kde Pb (l) je zpětné odražený a detekovaný výkon,
P0 je vstupní výkon,
vg je skupinová rychlost šíření signálu,
Δt je šířka optického impulzu,
αR je činitel ztrát Rayleighovým rozptylem,
α je střední hodnota koeficientu útlumu vlákna na délce l v dopředném i zpětném směru.

Koeficient zpětného rozptylu S vyjadřuje, jaká poměrná část optického výkonu se po rozptylu šíří vláknem ve zpětném směru. Pro gradientní telekomunikační vlákna nabývá hodnoty přibližně 0,005. V souvislosti s tímto koeficientem je potřeba poznamenat, že je velice silně závislý i na numerické apertuře, geometrických rozměrech a profilu indexu lomu měřeného vlákna.

Délková souřadnice l použitá ve vztahu výše je svázaná s časem prostřednictvím skupinové rychlosti šíření signálu vg podle vztahu:

`t = (2*l)/v_(g) [s]`

Hodnotu Pb (l) proto můžeme detekovat na čele vlákna právě po uplynutí doby t od okamžiku navázání optického impulzu do měřeného vlákna. Sledováním časové závislosti zpětně rozptýleného výkonu z tohoto impulzu tak můžeme monitorovat průběh Pb (l) podél celého vlákna. Přitom hodnota zpětně rozptýleného optického výkonu exponenciálně klesá. Proto je vhodné vynést průběh Pb (l) v logaritmickém měřítku. V případě podélně homogenního vlákna potom dostaneme přímku, jejíž směrnice udává koeficient útlumu vlákna. Pro podélně nehomogenní vlákna je průběh Pb (l) v logaritmickém měřítku představován obecně klesající křivkou, jejíž tečna v každém bodě udává zdánlivou lokální hodnotu koeficientu útlumu. Zdánlivou proto, že průběh Pb (l) může být ovlivňován i změnami numerické apertury nebo geometrii měřeného vlákna, tedy faktory, které nemají s útlumem nic společného.

OTDR přístroj

Mezi základní komponenty, ze kterých se skládá OTDR přístroj, jsou zdroj světla, pulsní generátor, vazební člen, A/D převodník a řídicí jednotka.

Obr. 96: Blokové schéma OTDR přístroje

Jako zdroj světla je používán polovodičový laserový zdroj vysílající pulzy světla směrovány skrz vazební člen do měřeného vlákna. Tyto optické impulzy musí být dostatečně úzké s pološířkou řádově desítky až stovky ns a s opakovací frekvencí několik kHz. Kvůli těmto vlastnostem nemůže být použit jako zdroj záření pro měřící přístroj LED dioda, která nemá potřebnou pološířku vyzářeného impulzu.

OTDR detektor měří úroveň výkonu světla vracejícího se z vlákna a převádí tyto informace do elektrické podoby. Je důležité si uvědomit, že aktuální měření nejsou vyhodnocována ve spojitém tvaru, ale ve mnohonásobných vzorcích vzatých v určitých časových intervalech. OTDR detektor musí být citlivý, aby byl schopen zachytit nízkou míru úrovně zpětně rozptýleného signálu a zároveň musí být schopen odolat jakkoli velkému Fresnelovu odrazu. Typickým OTDR detektorem je lavinový fotodetektor (APD, Avalanche PhotoDetector). Toto zařízení nabízí mnohem větší zisk nebo citlivost než typy detektorů PIN používané v měřičích velkých výkonů.

Obr. 97: Porovnání šířky impulzu pro záření při spontánní a stimulované emisi

OTDR procesor nebo řídicí jednotka řídí světelný zdroj vystřelující pulzy světla a detekované vzorky z tisíců měření převede na referenční body podél celého vlákna. Přesné taktování je důležitá část řízení, protože se určuje, které referenční body budou vzaté nakonec a v kterých místech budou tyto ukazatele umístěny. Procesor průměruje data pro lepší poměr signál – šum a na displeji se zobrazuje optická trasa. Pro mnoho získaných informací musí systém poskytnout spolehlivou informaci.

Vazební člen nerozlišuje úroveň procházejícího výkonu, zda se jedná o záření ze zdroje nebo o zpětně rozptýlený signál. Jedná-li se o odražený signál, pak se musí zajistit, aby se počáteční Fresnelův odraz, který má (jak bylo již poznamenáno) asi tři krát větší amplitudu, nedostal na citlivou část fotodetektoru a nevznikly veliké chyby měření. Nejčastěji se počáteční odraz odstraňuje optickou cestou pomocí optického děliče vytvořeného na principu polarizačního hranolu. Lineárně polarizované záření z laseru zachovává po počátečním odrazu svou polarizaci a hranol jej nepropustí zpět k fotodetektoru. Užitečný zpětně rozptýlený signál je naopak v mnohavidovém vlákně depolarizován a hranolem prochází k fotodetektoru s přijatelnými ztrátami. Místo polarizačního hranolu se dá využít i některých speciálně navržených vláknových optických děličů.

Ať už je použito jakéhokoliv popsaného způsobu, první Fresnelův odraz se nikdy nepodaří odstranit bezezbytku. Správné měření útlumu je proto možné až po odeznění tohoto odrazu, tedy až po určité vzdálenosti od počátku vlákna.

Obr. 98: Funkce optického děliče

Úskalí metody OTDR

Každý uživatel by měl mít určitou představu o základních problémech souvisejících s danou metodou měření. Tato metoda umožnje jednak optimálně volit podmínky a parametry měření a jednak správně interpretovat obdržené výsledky. Mezi základní problémy, se kterými se můžeme při měření metodou zpětného rozptylu setkat, patří například navázání optických impulzů do měřeného vlákna a rozpor mezi dynamickým rozsahem a délkovou rozlišovací schopností měření.

Fresnelův odraz není zcela možné odstranit a správné měření je možné až od určité vzdálenosti od počátku vlákna. Tato vzdálenost bývá označována, jako mrtvá zóna (dead zone) a je v podstatě měřítkem efektivity potlačení prvního Fresnelova odrazu. Velikost mrtvé zóny se u komerčních přístrojů pohybuje v jednotkách až desítkách metrů a bývá jedním z parametrů, které jsou u těchto přístrojů udávány.

Obr. 99: Mrtvá zóna na počátku vlákna

Během posledních několika let se pojmu mrtvá zóna začalo používat i v souvislosti s dalšími odraznými poruchami na křivce zpětného rozptylu následujícími za prvním Fresnelovým odrazem (například konektory nebo mechanické spojky v trase). V případě těchto dalších odrazných poruch vyjadřuje pojem mrtvá zóna minimální vzdálenost, na které lze za odraznou poruchou indikovat další odraznou poruchu (event dead zone) nebo minimální vzdálenost mezi dvěma odraznými poruchami, kdy lze ještě měřit jejich individuální útlum (loss dead zone).

Druhý problém rovněž velmi důležitý pro uživatele metody zpětného rozptylu spočívá v rozporu mezi dynamickým rozsahem a délkovou rozlišovací schopností měření. Při šířce optického impulzu t = 100 ns se úroveň zpětně rozptýleného signálu na vlnové délce 850 nm pohybuje přibližně 40 dB pod úrovní výkonu vstupního impulzu. Při t = 10 ns se tento rozdíl ještě o 10 dB zvýší, což vyžaduje i příslušné zvýšení citlivosti fotodetekce. Proto by se na první pohled mohlo zdát, že je výhodné použít pokud možno široké optické impulzy . Je však taky patrné, že výkon P0 detekovaný v čase t je přímo úměrný energii impulzu rozptýlené v úseku vlákna o délce l = vg / 2. Šířka optického impulzu tedy, jak je vidět z předchozího vztahu, ovlivňuje délkovou rozlišovací schopnost měření. Pro uvedené hodnoty t = 10 ns a t = 100 ns bude délková rozlišovací schopnost měření přibližně 1 a 10 m. Při volbě šířky optického výkonu je potřeba volit kompromis mezi požadavkem na citlivost fotodetekce (dynamický rozsah měření) a délkovou rozlišovací schopností měření. Snaha některých výrobců po dosažení co nejvyšší délkové rozlišovací schopnosti měření, při zachování vysoké citlivosti fotodetekce, vede např. ke zvyšování odstupu signálu od šumu průměrováním signálu z velkého počtu měřených vzorků.

Měřicí rozsah je maximální útlum, který může být mezi OTDR a specifikovanou událostí odměřený, aniž by byla překročena povolená hodnota výkonu na vstupu měřiče. Proto musí být OTDR schopné uvidět a také změřit ztrátu v závislosti na vzdálenosti v daném měřicím rozsahu.

Vzorkování

Důležitou, ale často přehlíženou vlastností při OTDR měření, je vzorkování. Vzorkování je důležitý faktor určující vzdálenost mezi dvěma referenčními body nebo vzorky. Pro příklad mějme 16 000 vzorků na vzdálenost 1 200 m. Podle vzorkovacího teorému dosahuje vzdálenost mezi vzorky 7,5 cm.

`l_(vz) = l_l / p_(vz)`,
kde lvz je vzdálenost mezi vzorky,
ll je délka trasy nebo spoje,
pvz je počet vzorků.

Při 30 000 vzorcích a vzdálenosti 150 000 m je vzdálenost mezi vzorky 5 m. Z toho vyplývá, že umístění nějaké anomálie (např. nepřiměřená hodnota útlumu) se může objevovat někde v rozmezí pěti metrů. Při opravě optického spoje může tato vzdálenost hrát významnou roli. Je-li potřeba opravit např. poškozené vlákno na stavbě ve zdi, nebo je-li potřeba udělat výkop přes dopravní komunikaci.

Pro jakékoliv množství referenčních bodů je zřejmé, že delší rozsahy vzdálenosti mají za následek méně přesné výsledky měření. To je proto, že stejný počet referenčních bodů musí být rozprostřen na delší vzdálenosti a nakonec se referenční body vzdálí více od sebe. Trik v maximalizování vzorkování pro větší vzdálenosti je v nastavení měřícího rozsahu pro danou vzdálenost. OTDR software od firmy EXFO poskytuje uživateli schopnost koncentrovat všechny body uvnitř určité části vlákna. Světlo prochází jistou vzdáleností vláknem do té doby než dosáhne bodu zajímavého pro uživatele. Pro tento bod a omezenou vzdálenost jsou všechny referenční body v minimální vzdálenosti od sebe. To má za následek mnohem přesnější výsledky, které umožňují šetřit zbytečné kopání a čas při opravách.

Křivky zpětného rozptylu

Při měření útlumu reálných optických vláken a tras se nesetkáme s ideálním průběhem křivky zpětného rozptylu.

Obr. 100: Ideální průběh křivky zpětného rozptylu

Skutečné průběhy těchto křivek bývají různými způsoby deformovány. Tyto deformace mohou nastat v důsledku změn útlumu podél optické trasy, jednak nehomogenitami na trase (konektory, spojky a podobně) a jednak fluktancemi vlnovodné struktury (numerická apertura, průměr jádra, profil indexu lomu). Při vyhodnocování výsledků měření je potom velmi důležitá správná interpretace obdržených výsledků. Na obrázku 100 jsou znázorněny nejtypičtější příklady průběhů křivek zpětného rozptylu.

Obr. 101: Příklady některých možných reálných průběhů křivky zpětného rozptylu

Na úseku a podle obrázku 100 je měřené vlákno podélně homogenní a křivka zpětného rozptylu má tedy konstantní sklon. Na tomto úseku má vlákno i konstantní hodnotu koeficientu útlumu. Do měření přitom nesmíme zahrnovat již zmiňovanou mrtvou zónu, která je na obrázku rovněž vyznačena. Na úseku b se vyskytuje lokální nárůst útlumu. Tento nárůst může být způsoben např. svařovanou spojkou, bodovým tlakem na vlákno nebo defektem ve struktuře vlákna. V místě c je patrné ostré maximum křivky zpětného rozptylu. Toto maximum vzniká v důsledku Fresnelova odrazu na konektorové spojce dvou vláknem nebo na defektu ve vlákně. V této souvislosti je dobré připomenout, že se mohou vyskytnout i lomy nebo poruchy, jejichž Fresnelův odraz nemusí být měřičem zpětného rozptylu vůbec registrován. To se týká například kvalitních zlomů na vláknech se šikmým sklonem vůči podélné ose vlákna o více než přibližně 5°. V takovém případě se veškeré odražené záření vyváže v místě poruch z vlákna. Úsek d na křivce zpětného rozptylu je mírně zvlněný, to je obvykle způsobeno buď měřícím přístrojem, nebo fluktancemi vlnovodné struktury, které lze vyloučit vyhodnocením útlumu, např. pomocí metody nejmenších čtverců. Dále se pak sklon křivky zpětného rozptylu může podél vlákna měnit, jako například v úseku e, případně může docházet i k plynulému ohybu této křivky. Příčinou tohoto jevu může být měnící se útlum podél vlákna, ale i měnící se numerická apertura nebo průměr jádra vlákna. Změny útlumu mohou být přitom způsobeny nejenom vnitřními, ale i vnějšími faktory (nerovnoměrné navinutí kabelu na cívku). Místo f křivky zpětného rozptylu ukazuje Fresnelův odraz od konce celé měřené trasy. Za tímto odrazem již můžeme pozorovat pouze úroveň šumu.

Dalším zajímavým jevem, který se může objevit na křivce zpětného rozptylu naměřeného na optické trase sestavené z většího počtu úseků vláken, je zobrazen na obrázku 91, kdy na křivce zpětného rozptylu dojde k nárůstu optického výkonu. Tato situace může nastat tehdy, pokud je v optické trase zařazen úsek vlákna s větší numerickou aperturou, což má za následek zvětšení koeficientu zpětného rozptylu, který je úměrný druhé mocnině numerické apertury. U popsaného typu trasy pak můžeme po částech určit koeficient útlumu jednotlivých úseků, měření útlumu spojek je však v takovém případě problematické.

Obr. 102: Příklad křivky zpětného rozptylu se zařazeným úsekem vlákna s větší NA.

Měření útlumu optických konektorů metodou OTDR

Nejdůležitějším funkčním parametrem každé pasivní součástky je její útlum pro jistou vlnovou délku záření. U některých součástek může být důležitá rovněž spektrální závislost útlumu. Nejvýznamnější pasivní optoelektronickou součástkou jsou optické konektory, ať již jako samostatné součástky, nebo jako části jiných optoelektronických součástek. Vzhledem k četnosti jejich použití může jejich kvalita značně ovlivnit parametry celého optoelektronického traktu. Při měření útlumu konektoru je velice obtížné separovat jednotlivé zdroje ztrát jako například nedokonalosti jednotlivých mechanických dílů, nedokonalé opracování konců konektorovaných vláken (broušení, leštění). Útlum kvalitních telekomunikačních konektorů je zpravidla menší než 0,5 dB.

V praxi se útlum konektorů a spoje měří metodou OTDR, která je v mezinárodních dokumentech doporučována jako alternativní metoda, ale pro svoji praktičnost zejména při diagnostice celých sdělovacích traktů používána.

Pro co nejpřesnější měření potřebujeme celkem 5 kurzorů, viz obrázek 92. Kurzor 3 vymezuje přesnou pozici konektoru a někdy může být vynechán. Za pozici konektorů je pak považován střed mezi kurzory 2 a 4. Tyto kurzory by měly ležet co nejblíže měřeného konektoru nebo jiné nehomogenity, avšak nesmí zasahovat do mrtvé zóny měřicího přístroje. Kurzory 1 a 5 by pak měly ležet co nejdále na homogenním úseku vlákna před a za konektorem. Vzdálenosti mezi kurzory 1, 2 a 4,5 má tedy být co největší, avšak mezi každou uvedenou dvojicí kurzorů by se neměla vyskytovat žádná větší nehomogenita křivky zpětného rozptylu. Měřič zpětného rozptylu pak mezi kurzory 1, 2 a 4, 5 aproximuje křivku zpětného rozptylu přímkou (obrázek 102b a 102.c). V zásadě lze zvolit dva způsoby aproximace – dvoubodová metoda a metoda nejmenších čtverců.Rozdíl mezi dvěma aproximacemi je úroveň útlumu.

Obr. 103: Měření útlumu optického konektoru, a) rozmístění kurzorů, b) dvoubodová aproximace, c) metoda nejmenších čtverců

Opět je potřeba zdůraznit, že pro správné měření útlumu konektorů a jiných pasivních součástek metodou OTDR je třeba provést měření z obou konců a za výsledek pak považovat aritmetický průměr z obou obdržených výsledků.

Metoda zpětného rozptylu

Měřič zpětného rozptylu OTDR je měřicí přístroj, který slouží k měření útlumu trasy, svárů a konektorů lokalizování poruch v optických vláknech a ke zjišťování parametrů vyhledaných poruch Za poruchu můžeme považovat například útlum na spojích a konektorech ne útlum na úsecích s velkými ztrátami.

Obr. 104: Reflektometr FTB – 400 UTS

Obr. 105: Grafické zobrazení měřené trasy, ovládací prvky a displej reflektometru OTDR

Určení vzdálenosti poruchy je založeno na tom, že záření, které se odrazí zpět do reflektometru, je snímáno fotodetektorem, zjistí se doba, která uplynula od vyslání optického impulzu do jeho návratu do fotodetektoru.)

Pro výpočet vzdálenosti poruchy je zapotřebí znát index lomu optického vlákna, který udává výrobce (index lomu zmenšuje rychlost šíření světla v optickém vlákně) protože podstatně ovlivňuje přesnost výpočtu vzdálenosti poruchy. Index lomu se nastavuje na reflektometru před vlastním měřením.

Vzdálenost do místa zobrazené poruchy D v metrech se určí automaticky výpočtem podle vzorce

`D = (c * t)/(2n) [m]`

kde c je rychlost světla ve vakuu (2,998 * 108 m/s),
t je časová prodleva mezi vysláním a přijetím laserového pulsu (s),
n je index lomu měřeného vlákna.

Každý reflektometr obsahuje kromě optoelektronické měřicí jednotky i měřicí a řídicí počítač, který dává přístroji programové vybavení pro automatické režimy měření a analýzu optických tras.

Reflektometr OTDR umožňuje ruční nastavení podmínek pro buzení vlákna při měření trasy, vyhodnocení a spuštění autoanalýzy reflektografu a sestavení výstupní tabulky poruch.

Obr. 106: Reflektogram měřené trasy a výstupní tabulka poruch reflektometru OTDR

Pro opakovaná měření se používá technika tzv. „makra“ umožňující, aby reflektometr OTDR provedl posloupnost několika předprogramovaných měření. Jestliže se spustí „makra“, provede se požadovaná posloupnost operací podle daného programu sestaveného výrobcem nebo obsluhou (měření na 1 310 nm, uložení dat, autoanalýza, změna šířky pulsu atd.).

Optický reflektometr OTDR se využívá pro poruchová měření, měření při instalaci kabelu, pravidelná údržbová měření, závěrečná měření, přejímací měření.

Měřicí přístroje a systémy pro měření optických vláken a kabelů

V této oblasti existuje celá řada typů s různými parametry, určených pro servisní aplikace až po precizní laboratorní přístroje v různých cenových relacích. Zde uvedeme pouze některé nejčastěji používané provozní přístroje.

Analyzátor spektra

V souvislosti se stále prudším rozvojem systémů s vlnovým multiplexem (WDM, Wave Division Multiplex) a s optovláknovými zesilovači je velice potřebné znát jednak šířku spektra vyzařovaného zdrojem záření a jednak spektra podél celé trasy. Optický spektrální analyzátor (OSA, Optical Spectrum Analyzer) měří pro každý kanál optický výkon, vložné ztráty, stabilitu nosné frekvence, šířku pásma, odstup signál/šum a přeslech mezi kanály. Jedná se o velmi přesný opticko-mechanický přístroj, který využívá pro selekci spektra difrakční mřížku nebo přeladitelný optický filtr. Typický výstup OSA je patrný z obrázku 95, kde je uveden panel jednoho typu analyzátoru.

Analyzátor polarizace

Přístroje tohoto typu měří stav polarizace optického signálu, nejčastěji ve tvaru Stokesových parametrů zobrazených na Poincaréově kouli. Vzhledem ke stále rostoucí šířce pásma přenášené optickým vláknem se začíná projevovat rovněž polarizační vidová disperze. Tyto přístroje umožňují měřit tyto parametry: stav polarizace, polarizační vidovou disperzi, polarizační ztráty a nastavení čela vlákna zachovávajícího polarizaci vzhledem ke zdroji.

Obr. 107: Pohled na panel OSA se znázorněním spektra čtyř zdrojů v pásmu 1550nm

Optické atenuátory

Tyto přístroje jsou důležité při řadě měření pro vymezení hodnoty optického výkonu navázaného do vlákna, měření citlivosti přijímačů, zesilovačů apod. Z hlediska provedení mohou být pevné s hodnotami útlumu např. 5, 10, 15, 20, 25, 30 dB nebo laditelné s útlumem nastavitelným v rozsahu např. 0 – 60 dB. Jsou obvykle konstruovány na jednu vlnovou délku, pro kterou jsou zaručeny hodnoty jmenovitého útlumu. Hodnota zpětného odrazu bývá menší než –50 dB.

Optické izolátory

Odrazy v optovláknových systémech pocházejí od různých zdrojů včetně Fresnelova odrazu a Reyleighova zpětného rozptylu. Tyto odrazy mohou vážně narušit činnost laseru, neboť způsobují neočekávané spektrální změny a nestabilitu, včetně růstu amplitudového a fázového šumu. Druhotné jevy jsou zhoršená modulační frekvenční charakteristika, snížená odolnost vůči vnějším vlivům a snížená doba života. Z tohoto důvodu je nezbytné používat pro dosažení optimálních výsledků optického izolátoru. Pro optovláknové aplikace jsou k dispozici.

Závěrečná měření na optických kabelech

Při sestavení optické trasy, která může být dlouhá několik tisíc kilometrů, je důležité, aby hodnoty měřených veličin nepřekročily povolené jmenovité hodnoty. Optické trasy poskytující spojení na velké vzdálenosti jsou realizované z několika jednotlivých úseků, na nichž mohou být použita vlákna s rozdílnými hodnotami numerické apertury, útlumu, disperze. Optické kabely jsou mechanicky namáhané při jejich pokládání a může dojít k jejich poškození, které může způsobit zvýšení útlumu a disperzí.

Při závěrečných měřeních by se měla celá optická trasa nejdříve proměřit po jednotlivých úsecích (optické kabely nejsou propojeny optickými spojkami), ověřit zdaje jsou splněny náležité podmínky. Následně může dojít ke spojení celé trasy a opětovnému proměření, zda je vše v pořádku.

Nesmí se také zapomínat na údržbu optického spoje, při kterém by se měl v pravidelných časových cyklech opakovaně proměřovat již fungující spoj, zda se nezměnily parametry nad dovolenou hodnotu.

Kdybychom pravidelně nehlídali přenosové parametry, mohlo by být spojení zprvu ještě funkční a postačující, ale po delším čase by mohlo být nepoužitelné. Ztrátě spojení je lepší předcházet, než řešit poruchovou situaci. Přenosové parametry vláken jsou závislé na tom, pro kterou vlnovou délku byl optimalizován profil indexu lomu jádra. V praxi se často vyskytují požadavky na provoz optické trasy na vlnových délkách 850 nm a 1 300 nm. V takovém případě je nutné použít vlákna, jejichž parametry jsou optimalizovány pro provoz tohoto typu. Při výrobě takových vláken nelze dosáhnout maximální šířky pásma ani pro 850 nm ani pro 1 300 nm, a proto je nutné hledat kompromis.

Měření mnohovidových optických vláken

Základními přenosovými parametry mnohovidových vláken je jejich útlum, přenosová šířka pásma, numerická apertura. S přenosovou šířka pásma a numerickou aperturou souvisí průběh profilu indexu lomu.

Měření útlumu, šířky pásma

Metoda dvou délek je nejpřesnější metodou měření útlumu optických vláken, je doporučovaná jako referenční, jedinou nevýhodou je, že se jedná o metodu destruktivní. V praxi je nejpoužívanější metodou pro měření útlumu metoda zpětného rozptylu – OTDR, při které se vyhodnocuje časová závislost na zpětně rozptýlený optický výkon při šíření optického impulzu měřeným vláknem. S přenosovou šířkou pásma jsou spojené disperzní vlastnosti vlákna, určující mezní frekvenci, kterou lze tímto vláknem přenášet bez zkreslení. Největší pozornost je v praxi věnována měření celkové vidové disperze. Numerická apertura umožňuje vytvořit si představu o možnostech vazby optického záření z vlákna nebo do vlákna nebo o ztrátách na svárech a spojích dvou vláken. Numerickou aperturou je možné měřit dvěma způsoby. Jedním způsobem je určení z profilu indexu lomu nebo měření dalekého pole vlákna.

Měření jednovidových optických vláken

Základními přenosovými parametry jednovidových vláken – SM – jsou útlum, chromatická disperze, průměr vidového pole, mezní vlnová délka a polarizační vlastnosti.

Měření útlumu, chromatické disperze

Pro měření útlumu SM vláken se používají naprosto shodné metody jako při měření MM vláken. Při měření se pak nejrůznější nehomogenity na trase (mikroohyby, makroohyby, spojky) projevují na každé vlnové délce poněkud jiným útlumem. Chromatickou disperzi optických vláken charakterizujeme pomocí koeficientu chromatické disperze D. Chromatická disperze se měří např. metodou diferenciálního zpoždění impulzů.

Při předání optické trasy montážní firmou uživateli by měly být proměřeny právě tyto vlastnosti.

Metodika měření PON sítí

Měření pasivních optických sítí tvoří jeden z hlavních bloků výstavby těchto sítí. Pro očekávanou bezchybnou funkci je potřeba provádět mnoho měření jak při samotné realizaci PON sítě, tak před jejím uvedením do provozu. Tato měření slouží především k odhalení a eliminaci veškerých nežádoucích jevů či poruch, které by zabraňovaly bezchybnému přenosu optického signálu. Měření jsou rozdělena do dvou základních bloků.

První blok tvoří tzv. konfigurační testy, při kterých je měřena fyzická vrstva OSI modelu (optická vlákna, optické síťové prvky apod.).

Druhý blok je tvořen tzv. akceptačními testy, při kterých jsou měřeny parametry vyšších vrstev síťového OSI modelu a vlastnosti signálu přenášeného v této síti (Ethernetové rámce).

Konfigurační testy

Jak již bylo zmíněno, blok konfiguračních testů je zastoupen veškerými měřeními, která jsou prováděna v průběhu výstavby pasivní optické sítě. Pomocí těchto průběžných měření je možné zjišťovat parametry, případně poruchy jednotlivých segmentů PON sítě a ihned je odstranit. V případě, kdy jsou optická vlákna spojována provařováním, je to jediná možnost, jak provézt měření charakterizující vlastnosti jednotlivých segmentů. Mezi konfigurační testy patří především měření vloženého útlumu optické přenosové trasy, útlumu odrazu a charakteristika přenosové cesty. Pro tato měření jsou v podstatě využívány měřící přístroje principiálně známé z realizací a měření transportních či metropolitních optických sítí. Na některé měřící přístroje jsou kladeny odlišné požadavky, z důvodů specifických postupů pro měření v PON sítích, které budou rozebrány v následujícím textu.

Měřicí přístroje využívané při konfiguračních testech v síti FTTH:

  • optický reflektometr OTDR (Optical Time Domain Reflectometer);
  • přímá metoda zdroj záření + měřidlo výkonu (Light Source + Power Meter);
  • měřidlo útlumu odrazu ORL (Optical Return Loss);
  • souprava pro měření útlumu OLTS (Optical Loss Test Set);
  • měřidlo výkonu v PON sítích (wavelength-isolating Power Meter);
  • identifikátor živého vlákna, videomikroskop, vizuální zaměřovač poruch;
  • měření vloženého útlumu.

Vložený útlum IL (Insertion Loss) je definován jako ztráta optické energie vzniklá při průchodu optického záření optickým prvkem. Vložený útlum optické přenosové trasy je pak definován jako součet vložených útlumů všech prvků (konektory, optická vlákna, odbočnice), začleněných do optické distribuční infrastruktury. Způsobů, jak provádět měření vloženého útlumu PON sítě, je hned několik. Jelikož komunikace v síti FTTH probíhá obousměrně, je nutno měření realizovat pro oba směry komunikace. Měření vloženého útlumu musí být taktéž provedeno pro každou vlnovou délku, která je v této síti využita. Toto měření je doporučeno realizovat pro každé spojení konec–konec, čili jak pro celou síť, tak pro každý segment sítě FTTH (obrázek 106). Vložený útlum je možno měřit pomocí tzv. „přímé metody“, která využívá zdroje záření a měřidla výkonu. Zdroj záření vysílá na vstupu do optického vlákna optický signál s danou hodnotou výkonu, který je na výstupu optického vlákna vyhodnocen měřidlem výkonu. Z naměřených hodnot je stanoven výsledný útlum.

Na obrázku 108 je prezentována další možnost měření vloženého útlumu optické sítě, která pro měření útlumu využívá soupravu OLTS. Souprava OLTS obsahuje v jednom přístroji zdroj i přijímač optického záření. Tato skutečnost umožňuje měření vloženého útlumu v obou směrech bez přejíždění techniků. Měření však neprobíhá současně, neboť v jednom časovém okamžiku je možno měřit útlum pouze v jednom směru, kdy jeden přístroj plní funkci zdroje optického záření a druhý funkci měřidla výkonu. OLTS soupravy vyšší třídy (např. FOT-930 firmy Exfo) umožňují automatizované měření vloženého útlumu v obou směrech a vyhodnocení naměřených výsledků. Mimo tyto funkce disponují také funkcemi pro měření útlumu odrazu, vzdálenosti optické přenosové trasy či chromatické disperze. Díky možnosti využití automatizovaného měření útlumu dochází nejen k časové úspoře, ale především k eliminaci chyb způsobených lidským faktorem. Naměřené výsledky jsou ukládány a následně mohou být vyhodnoceny a využity pro vytvoření přehledné dokumentace. Vysoký dynamický rozsah, umožňující měření vysoko útlumových optických prvků (odbočnice) stejně jako možnost měření na vlnových délkách 1 310 nm, 1 490 nm, 1 550 nm, umožňuje bezproblémové využití v PON sítích.

V současné době nejvyhledávanější metodou měření útlumu nejen v PON sítích je metoda optické reflektometrie v časové oblasti OTDR. Přístroj OTDR již při měření útlumu nevyužívá rozdíl vyzářeného výkonu k výkonu naměřenému, nýbrž vyhodnocuje závislost zpětně rozptýleného optického výkonu úzkého optického impulzu v měřeném vlákně. Tato metoda měření využívá Rayleghova rozptylu (rozptyl na mikroskopických neregularitách podél celého optického vlákna). Na obrázku 109 je zobrazen příklad reflektogramu, jenž tvoří výstup měření přístroje OTDR. Měření pomocí OTDR nabízí oproti dvěma předešlým měřením několik výhod. Zásadní výhodou je poskytnutí informace o prostorovém uspořádání ztrát. Díky této vlastnosti má operátor přístroje perfektní přehled o tom, jakým způsobem jsou ztráty optického výkonu v měřeném segmentu přenosové trasy rozloženy. OTDR představuje jakýsi optický radar, čili kombinaci optického vysílače i přijímače, díky tomu stačí pro realizaci měření pro jeden směr komunikace přístup pouze k jednomu konci optického vlákna. Měření je prováděno pro oba směry jak celé sítě (obr. 106a,b), tak i dílčí segmenty (obr. 106c). Stejně jako OLTS nabízí možnost uložení naměřených výsledků a jejich vyhodnocení na PC pro vytvoření přehledné dokumentace.

Obr. 108: Měření vloženého útlumu a útlumu odrazu pomocí OTDR

Aby bylo možno použít metodu OTDR pro měření vloženého útlumu v PON sítích, je nutno použít OTDR přístroj s velkým dynamickým rozsahem, velmi krátkou mrtvou zónou a možností měřit vlnové délky 1 310, 1 490, 1 550 nm. Všechny tyto požadavky splňuje např. OTDR FTB-7000D firmy EXFO. Velký dynamický rozsah společně s co nejkratší mrtvou zónou jsou předpokladem hlavně pro měření pasivních odbočnic využívaných v PON sítích. Tyto odbočnice jsou pro měření útlumu úskalím, neboť představují vysokou hodnotu vloženého útlumu (15–18 dB pro odbočnici 1:32) na velmi krátké vzdálenosti. Z tohoto důvodu by se přístroje OTDR s malým dynamickým rozsahem doměřily pouze k odbočnici. Aby nedošlo k chybnému měření, respektive „neviditelnosti“ optických prvků, které se nacházejí v mrtvé zóně OTDR, jsou při měření výhradně použita předřadná vlákna.

Měření útlumu odrazu

Útlum odrazu ORL (Optical Return Loss) je definován jako podíl vyzářeného výkonu k výkonu odraženému, přičemž odražený signál je dán Rayleghovým zpětným rozptylem uplatňujícím se uvnitř jádra optického vlákna a reflektancí, neboli odrazivostí rozhraní, která je definována jako odraz od bodových nehomogenit či optických prvků (odbočnice, konektory) vložených do distribuční sítě. Míra bezchybnosti přenesených informací pasivní optickou sítí bude tím vyšší, čím vyšší hodnotu útlumu odrazu a nižší hodnotu odrazivosti bude tato síť vykazovat.

ORL je možno, stejně jako vložený útlum, měřit několika způsoby. Prvním způsobem je využití soupravy OLTS, která umožňuje mimo měření vloženého útlumu měřit také útlum odrazu. Ten je možné měřit souběžně s měřením vloženého útlumu, a to tak, že měřidlo, které plní funkci zdroje záření při měření vloženého útlumu, zároveň měří útlum odrazu vyhodnocením odraženého optického signálu. Možnost tohoto simultánního měření nabízí značnou úsporu času. Pro měření ORL platí shodné požadavky, jako pro měření vloženého útlumu, čili obousměrné měření všech použitých vlnových délek jak pro celou distribuční infrastrukturu (obr. 107a), tak i pro jednotlivé segmenty (obr. 107b).

Obr. 109: Měření vloženého útlumu a útlumu odrazu pomocí soupravy OLTS

Další způsob měření útlumu odrazu je naznačen na obrázku 108, kdy je využito měřidla OTDR. Tato metoda měření nepodává tak přesné výsledky jako měření se soupravou OLTS, je však značně rychlejší. Dalšími výhodami použití OTDR pro měření útlumu odrazu jsou přehlednější výsledky měření či lokalizace míst s vysokými odrazy. Již zmíněnou výhodou je potřeba přístupu vždy jen k jednomu zakončení optické trasy pro měření v daném směru.

Charakteristika realizované FTTH PON sítě

Je-li výstavba FTTH PON sítě přivedena do finálního stádia, přichází na řadu provedení její charakteristiky, která má podat výpověď především o prostorovém rozložení útlumu nově realizované pasivní optické sítě. Pro provedení celkové charakteristiky sítě je využito přístroje OTDR, neboť reflektogram nám poskytne informace jak o prostorovém rozložení útlumu, tak i útlumu jednotlivých optických prvků v této PON síti. Na obrázku 109 je znázorněn reflektogram jednoduché PON sítě (obr. 108).

Díky provedení charakteristiky, která vyhodnocuje vlastnosti jak jednotlivých segmentů, tak i celé distribuční infrastruktury PON sítě, mohou být odhaleny případné nedostatky, které nebyly zjištěny při měřeních provedených během realizace. Tyto nedostatky mohou být představovány:

  • nepřesnými svary;
  • nečistotami na čelech optických vláken v konektorech;
  • poruchami optických vláken;
  • makroohyby.

Aby charakteristika nově realizované pasivní distribuční infrastruktury měla přesný vypovídající charakter, musí být použita OTDR měřidla s co nejkratší mrtvou zónou a co největším dynamickým rozsahem. Aby byla interpretace naměřených výsledků správná, je třeba si uvědomit, že reflektogram za odbočnicí je tvořen příspěvky signálů z jednotlivých větví distribuční infrastruktury připojených k odbočnici.

Obr. 110: Topologie PON sítě s využitím odbočnice 1:2 v kombinaci s odbočnicí 1:8

Obr. 111: OTDR charakteristika PON sítě pro vlnovou délku 1550 nm provedena ve směru od jednotky OLT k jednotkám ONT

Aktivace realizované FTTH PON sítě

Aktivace neboli uvedení FTTH PON sítě do provozu má za úkol zjistit, zda jsou úrovně signálů zprostředkovávající komunikaci mezi jednotkami OLT a ONT vyhovující pro bezchybný přenos optického signálu. Pro měření výkonu vysílaného signálu je možno využít běžné měřidlo výkonu či měřidlo výkonu pro PON sítě. Aby bylo možno využít běžného měřidla výkonu, je nezbytné rozpojit síť v místě měření úrovně signálu. Při tomto kroku může management sítí FTTH činit potíže, neboť zaregistruje-li jednotka ONT ztrátu signálu z jednotky OLT, může z bezpečnostních důvodů automaticky vypnout vysílač. S ohledem na tento fakt je výhodnější použít měřidla výkonu navržená pro PON sítě (PPM-350B firmy EXFO). Ta jsou zapojena do optické sítě jako průchozí a umožní jak průchod tak měření tohoto optického signálu. PON měřidla výkonu nám tedy za provozu stanoví hodnotu výkonu signálu pro každou vlnovou délku.

Při aktivaci je úroveň signálu měřena podle obrázku 110a za jednotkou OLT, následně v každé větvi sítě za odbočnicí a před jednotkou ONT. Měřidlo výkonu při tomto průchozím zapojení měří v každém ze zmíněných umístění úroveň signálu jak pro sestupný směr (1 490, případně 1 550 nm), tak pro vzestupný směr (1 310 nm). V případě, že všechny úrovně signálu jsou vyhovující, je možno přistoupit k akceptačním testům. V opačném případě je zapotřebí proměřit úrovně signálů ve všech segmentech FTTH sítě (obr. 110) a eliminovat nedostatky zabraňující distribuci optického signálu.

Obr. 112: Měření úrovní signálů aktivní PON sítě pomocí PON měřidla výkonu

Akceptační testy

Před zavedením telekomunikačních služeb v nově realizované FTTH PON síti je nutno provést sérii měření, tzv. akceptační testy, jejichž cílem je podat výpověď o charakteru sítě z hlediska vyšších vrstev. Jedná se především o druhou (linkovou) a třetí (síťovou) vrstvu OSI modelu. Metodologie testování těchto vrstev PON sítí byla specifikována skupinou IETF (Internet Engineering Task Force) v doporučení RFC 2544.

Mezi parametry, jejichž hodnoty jsou měřeny při akceptačních testech, patří:

  • propustnost;
  • zpoždění;
  • chybovost;
  • ztráta paketů.

Pro tato měření jsou použity vhodné měřicí přístroje, které podléhají zásadám testování zvoleného přenosového mechanizmu použitého v dané PON síti. Pro EPON sítě jsou nejčastěji využívanými přístroji Ethernet analyzátor pro diagnostiku přenášených ethernet rámců, TV měrný přijímač s analyzátorem pro diagnostiku přenášeného TV signálu a další. Na základě výsledků těchto měření jsou uživatelům garantovány kvality služeb poskytovaných touto PON sítí.

Kvízové otázky: