Глава 4. Применение измерительного оборудования в PON

Многие из новичков-«PON`оводов», изучив теорию построения PON сетей, рвутся на местность кидать кабель по опорам, совершенно забывая о том, что при прокладке волокна необходимо постоянно следить за показателями оптического сигнала. Поэтому не редко в техподдержку поступают звонки такого плана: «Вы нам продали не качественные ONU — они на OLT-е не регистрируются». На вопрос «А Вы приходящий на ONU сигнал мерили?» получаем ожидаемый ответ «А (за)чем?». После подобных звонков было принято решение написать данную статью и затронуть в ней более практические вопросы, касающиеся измерения PON сетей, а именно: что измерять, чем измерять и как измерять?

4.1 Что измерять?

В оптических сетях существует большое количество паразитных явлений, ухудшающих качество передачи сигнала, однако для PON сети особое влияние имеют лишь два из них: затухание и возвратные потери.

Затухание — потеря мощности оптического сигнала при его распространении по оптоволокну и при прохождении через пассивные элементы сети: сплиттеры, механические и сварные соединения.

Рисунок 23 — Влияние затухания на амплитуду сигнала

Возвратные потери (англ. ORL — OpticalReturnLoss) — искажение формы оптического сигнала при его распространении по оптоволокну под действием отражённого сигнала, который формируется на механических и, реже, сварных соединениях.

Рисунок 24 – ORL

*ORL определяется как логарифмическое отношение мощности базового сигнала к мощности отражённого, поэтому чем показатель ORL выше, тем лучше качество передаваемого сигнала.*

Уменьшить отражённый сигнал можно, используя в местах механических соединений коннекторы с APC полировкой (ORL = 65…70дБ) вместо стандартной UPC (ORL = 50…55дБ). Как уже писалось выше, особенно важно следить за показателем ORL в случае, если Вы хотите передать CATV через PON, т.к. отражённый сигнал сильно влияет на качество аналогового TV сигнала (особенно если он имеет амплитудную модуляцию).

Таким образом, при строительстве и эксплуатации PON сети необходимо следить всего за двумя показателями: затуханием в линии и возвратными потерями (ORL).

4.2 Чем измерять?

Для измерения PON применяется то же оборудование, что и для FTTX, но с более совершенными характеристиками. Поэтому в данном разделе мы не будем описывать принципы работы тех или иных приборов (надеемся, что читатель имеет об этом минимальное представление), а лишь приведём список необходимого измерительного оборудования с основными техническими характеристиками, подходящими для измерения PON сетей.

Оптический измеритель мощности (англ. OpticalPowerMeter — ОРМ).
Основные характеристики: тип фотодиода (Ge, GeX или InGaAs), рабочие длины волн (нм), чувствительность фотодиода (дБм). При выборе OPM лучше обратить внимание на модели с фотодиодом из арсенида галлия (InGaAs), т.к. такие измерители стабильно работают в любых температурных условиях. Для работы с PONOPM должен мерить сигнал мощностью от -40дБм до +20дБм на длинах волн 1310нм, 1490нм (1550нм и 1625нм — опционально).

Стабилизированный источник света (англ. StabilizedLightSource — SLS).
Основные характеристики: мощность лазера (дБм), рабочие длины волн (нм). Обычно SLS генерируют слабый сигнал мощностью -5…-7дБм, поэтому для измерения затухания между оконечными узлами PON сети, SLS должен работать в паре с OPM, который способен измерять сигнал до -40дБм. Желательно, чтобы SLS поддерживал не только стандартные длины волн (1310нм и 1550нм), но и 1625нм (на данной длине волны удобно проводить измерения в «живой» сети).

*На рынке измерительного оборудования существуют приборы, объединяющие в себе OPM и SLS —  анализаторы затухания (англ. OpticalLossTestSet — OLTS). При наличии пары таких приборов можно крайне эффективно проводить двустороннее тестирование оптической линии.*

Оптическийрефлектометр (англ. Optical Time Domain Reflectometer — OTDR).
Основные характеристики: рабочие длины волн (нм), ширина импульса (нс), динамический диапазон (дБ). Обычно OTDR проводит измерения на двух длинах волн (1310нм и 1550нм). Тем не менее,OTDR, способный также работать на длине волны 1625нм, позволяет более чётко детектировать дефекты волокна (макроизгибы) и может проводить измерения в рабочей сети без прерывания связи.

Ширина импульса — показатель, от которого во многом зависит динамический диапазон. Широкие импульсы позволяют снимать рефлектограмму с более длинных линий, но ухудшают детализацию измерений. Короткие импульсы, наоборот, позволяют точно определить местоположение неоднородности, но на малых дистанциях. Качественный рефлектометр способен генерировать импульсы шириной от 5нс до 20000нс.

Динамический диапазон определяет длину волокна, которую может «просветить» рефлектометр. Если перед инсталлятором стоит задача «просветить» небольшой участок PON сети, то подойдёт OTDR с динамическим диапазоном ~30дБ; если же надо «просветить» всё дерево PON целиком, то стоит выбирать рефлектометр с динамическим диапазоном не менее 35дБ (лучше 38-40дБ).

*В характеристиках OTDR динамический диапазон указывается вместе с шириной импульса, при которой он был измерен, поэтому при равных динамических диапазонах выбирать стоит тот прибор, который имеет меньшую ширину импульса.*

Измерители ORL.Данные приборы редко выпускаются в виде отдельного устройства — вместо этого модули измерения ORL встраиваются во многие OLTS и OTDR. Измеритель ORL по принципу работы чем-то похож на рефлектометр, однако он определяет уровень возвратных потерь более точно.

Основные характеристики: рабочие длины волн (нм) и диапазон ORL (дБ). Простые измерители ORL работают на двух длинах волн (1310нм и 1550нм), более дорогие также работают на длине волны 1625нм. Диапазон ORL для измерителей среднего класса составляет около 50дБ. Для PON этого вполне достаточно. Если же стоит задача внедрить в PONCATV, то необходимо измерять самые слабые отражённые сигналы — в этом случае диапазон ORL должен быть не ниже 60дБ.

Повышенные требования к измерительному оборудованию для PON сетей вызваны большим бюджетом оптических потерь (более 25дБ), заложенных в саму технологию. Если перед инсталлятором сети не стоит задача измерять сигнал между оконечными точками сети (грубо говоря, между OLT и ONU), то нет необходимости приобретать самые современные и дорогие  измерительные приборы.

4.3Как измерять?

На всех этапах строительства оптической сети (и PON не исключение) необходимо производить оценку её качества  — измерять погонные затухания пролёта кабеля, затухания на отдельных пассивных компонентах (адаптерах и сплиттерах) и сварных соединениях, полные затухания между оконечными точками сети, а также возвратные потери.

В большинстве случаев инсталляторы сети — люди экономные и практичные, поэтому для измерений используют только источник стабилизированного излучения (SLS) и оптический измеритель мощности (OPM). Включая их в разные точки сети, можно измерять затухания как на отдельных пассивных элементах и соединениях, так и потери мощности всей оптической трассы (Рисунок 25).

Рис 25 Пример подключения SLS + OPM

Самые экономные сетевики обходятся только измерителем мощности. Вместо SLS они используют передатчики оптических модулей (SFP, XFP и т.д.). В этом случае измерения будут менее точными (±1дБ), т.к. передатчики трансиверов не являются постоянными источниками света. При такой схеме (Рисунок 26) теряется гибкость измерений, т.к. источник излучения привязан к одной точке сети.

Рисунок 3.2 Пример подключения OPM + терминального оборудования в качестве источника излучения

Если Вы планируете передавать CATV через PON, то неизбежно столкнётесь ещё с одной проблемой — как измерить мощность сигнала на конкретной длине волны. Обычные OPM имеют широкополосный фотоприёмник и не имеют встроенных фильтров, т.е. они измеряют групповой сигнал. В этом случае OPM необходимо подключить к линии через CWDM колбу (световой фильтр), которая отсечёт ненужный сигнал.

Рисунок 27. Подключение OPM через CWDM колбу

Однако существует более простое решение — это проходной PON измеритель, который способен мерить сигнал на трех длинах волн (1310нм, 1490нм и 1550нм) одновременно, внося при этом минимальные (<1.5дБ) затухания в линию. Другая особенность данного измерителя будет описана ниже.

Рисунок 28. Пример подключения проходного PON измерителя

Как правило, при завершении строительства сети, все важные оптические показатели линии связи необходимо задокументировать. В качестве таких документов обычно выступают рефлектограммы, снятые в разных узлах сети. При возникновении неполадок наличие опорных рефлектограмм позволяет быстро обнаружить место и характер неисправности путём сравнения опорной рефлектограммы с «аварийной».

Рисунок 29. Пример подключения рефлектометра (OTDR)

Однако если в FTTX сети использование рефлектометра является привычным и понятным, то у инсталлятора PON сети возникает много вопросов:

• Можно ли просветить дерево PON целиком? Да. Как уже отмечалось ранее, для этого необходим OTDR с динамическим диапазоном ~38..40дБ.
• В каком направлении нужно снимать рефлектограмму? Снимать рефлектограмму нужно от ONU в сторону OLT. В противном случае на приёмнике рефлектометра будет «каша» из отражённых сигналов — анализировать такую рефлектограмму будет невозможно.
• На каких длинах волн нужно снимать рефлектограмму? Рефлектограмму лучше делать на 3 длинах волн (1310нм, 1550нм и 1625нм). Длины волн 1310нм и 1550нм используются для того, чтобы получить более точное представление о характере неоднородности в оптическом волокне (например, на длине волны 1550нм происходит большая потеря мощности сигнала на макроизгибах волокна, чем на 1310нм). Длина волны 1625нм может использоваться для снятия рефлектограммc «живой» сети.

После того, как сеть построена и введена в эксплуатацию, возникает новый вопрос: как проводить измерения в действующей сети? Измерения на длинах волн 1310нм и 1490нм, по понятным причинам, не возможны. Остаётся только 1550nm (если в Вашей сети нет CATV) и резервная 1625нм (о которой столько упоминалось ранее). Именно поэтому желательно приобретать SLS, OPM и OTDR, способные работать с этой длиной волны. Чтобы ввести резервный сигнал из SLS в волокно и вывести его из волокна на OPM, достаточно использовать две CWDM колбы (одну на передающей и одну на принимающей стороне). Аналогично можно подключить рефлектометр.

Рисунок 30. Пример измерений без разрыва связи

Ещё одной проблемой является измерение мощности сигнала с ONU. Если подключить к ONU измеритель мощности, то он ничего не покажет, т.к. ONU не передаёт сигнал без «разрешения» OLT-а (Рисунок 31/а). Если измеритель подключить к ONU через сплиттер (Рисунок 31/б), то он покажет неверное значение, т.к. обычный измеритель вычисляет среднее значение мощности за определённый интервал времени, а ONU большую часть времени «молчит».

Рисунок 31. Варианты измерения мощности передатчика ONU

Решить эту проблему позволит упомянутый ранее проходной PON-измеритель (Рисунок 31/в). На длине волны 1490нм и 1550нм он работает как обычный измеритель мощности, но на длине волны 1310нм он работает в импульсном режиме, т.е. измеряет пиковую амплитуду сигнала, что позволяет корректно определять мощность передатчика ONU.

Итоги: для качественного построения и дальнейшего обслуживания оптической сети (необязательно PON) измерительное оборудование обязательно необходимо иметь в наличии и необходимо уметь им пользоваться. Отсутствие измерительных приборов может привести к потере времени, абонентов и к дополнительным затратам (например, аренда специалиста со своим измерительным оборудованием по любому, даже самому «мелкому» и несущественному поводу).