Анализ оптоволоконных линий

Теперь, познакомившись с отдельными элементами оптоволоконных систем – источниками, кабелями, детекторами и техникой прокладки кабеля – мы можем обратиться к полной системе. Перед прокладкой кабеля необходимо провести анализ линии передачи, который покажет потери или усиления сигнала на каждом каскаде системы. Такой анализ не будет излишним и для других передающих сред, но для оптоволоконных линий передачи он особенно важен, так как в этом случае мы имеем дело с очень низкими уровнями мощности. Эти уровни достаточны для распространения на многие километры, но если мы не позаботимся о микроскопических соединениях, то на линии могут возникнуть потери.

Цель анализа линии передачи заключается в определении силы сигнала в каждой точке полной системы и расчете мощности на приемнике (детекторе) – достаточна ли она для приемлемого функционирования системы. Если нет, то следует исследовать все каскады и какие‑то из них заменить (обычно на более дорогие), в противном случае будут снижены гарантированные характеристики системы (расстояние, скорость, ошибки).

10.57. Очень важно провести анализ линии до прокладки оптоволоконного кабеля

Для оптоволоконных систем анализ линии передачи должен также включать неизбежные вариации характеристик линии, связанные с изменениями температуры и старением компонентов, а также с разницей характеристик почти идентичных устройств, выпущенных разными производителями. В этом отношении оптоволоконные системы нуждаются в более тщательном исследовании, чем любые другие электронные системы, так как в первом случае более велики различия между устройствами одного типа и больше изменений в характеристиках системы, связанных со старением и температурой.

В качестве практического примера на рис. 10.57 приведена «поточечная» схема базовой оптоволоконной системы, состоящей из входного электрического сигнала, возбудителя источника (задающее устройство), оптического источника, километрового оптического кабеля с максимальным ослаблением сигнала в 4 дБ/км, фотоприемником (оптическим детектором) и приемником оптического излучения.

Мы предполагаем, что система обрабатывает цифровой сигнал, как в случае PTZ‑блока, но логика тут такая же, как и в случае аналогового сигнал.

Расчеты начинаются с выходной оптической мощности источника (‑12 дБм в этом случае) и заканчиваются оценкой мощности, видимой детектором.

В процессе анализа рассматривается каждая часть системы и для каждого звена два варианта – наилучший и наихудший – потери (или усиления) мощности, определяемой различными факторами: потерями в соединениях, ослаблением сигнала на трассе, допустимыми отклонениями обычных частей системы (наилучшее и наихудшее для данной модели), температурой и временем.

Анализ также позволяет учесть дополнительные потери в 5 дБ на случай, если в течение времени жизни системы будут проделаны дополнительные работы по ремонту или сращиванию кабеля.

Вывод: в этом примере выходная оптическая мощность, обеспечивающая распознаваемый сигнал, должна лежать в пределах от +7 дБ (в лучшем случае) до ‑23 дБ (в худшем случае) относительно значения номинального источника. С технической точки зрения 7 дБ означают усиление, чего мы на самом деле не имеем, скорее это относится к возможными допустимым вариациям компонентов. Поэтому приемный детектор должен обрабатывать динамический диапазон оптических сигналов от ‑5 дБм (‑12 дБм + 7 дБм = ‑5 дБм) до ‑35 дБм (‑12 дБм ‑23 дБ = ‑35 дБм), представляющих двоичную 1.

Конечно, когда источник затемнен (нет света, что дает двоичный 0), то получаемый сигнал тоже равен нулю (не считая шумов).

Понятно, что при той же электронике и том же оптоволоконном кабеле цифровой сигнал может быть передан на большие расстояния, чем аналоговый видеосигнал – благодаря большим допускам на ошибку, свойственным цифровым сигналам. Можно проделать такой же анализ и для аналогового сигнала.

Даже если мы не подготовлены или не знаем, как это сделать, мы все же можем получить ответ на главный вопрос: «Будет ли система работать?» К сожалению, ответ можно получить только после прокладки кабеля. Для этого потребуется инструмент для измерения непрерывности кабеля и ослабления сигнала. Это оптический рефлектометр временной области.

OTDR

Оптический рефлектометр временной области (OTDR, optical time domain reflectometer ) предназначен для тестирования оптоволоконного кабеля после его установки с целью определения возможных повреждений, ослабления сигнала и качества концевых заделок.

OTDR посылает световой импульс на один конец оптической линии и определяет возвращаемую световую энергию во времени, величина которой напрямую зависит от пройденного светом расстояния.

Устройство подсоединяется только к одному концу кабеля и показывает нарушения непрерывности оптического пути, то есть сращения кабеля, повреждения и соединения. Работа прибора основана на физическом явлении, получившем название рэлеевское обратное рассеяние. Обратное рассеяние происходит внутри волокна и показывает ослабление сигнала по длине световода. При прохождении световых волн по световоду очень небольшая часть падающего света отражается атомной структурой и примесями оптического волокна в обратном направлении (по направлению к источнику). Затем это излучение измеряется и выводится на экран и/или на печать и служит характеристикой конкретной установки кабеля. При помощи OTDR легко выявить возможные повреждения оптоволоконного кабеля. Это очень дорогой инструмент, обычно его берут на прокат для оценки установки оптоволоконного кабеля или используют специалисты по концевой заделке кабеля.

Рис. 10.58. Оптический рефлектометр временной области (OTDR)