14. Merenja na optičkim komunikacionim sistemima

Transcription

1 14. Merenja na optičkim komunikacionim sistemima Zadatak 1. Slabljenje optičkog vlakna meri se metodom unesenih gubitaka. Koristi se izvor optičke snage i sa referentnim optičkim vlaknom slabljenja a 0. Referentno vlakno je povezano na izvor spojem zatopljenim u električnom luku, čije iznosi 0,03 db. Vlakno koje se testira povezano je, sa jedne strane, na izvor i referentno vlakno pomoću optičkog konektora za koji je poznato da mu iznosi 0,3 db, a sa druge strane na merač optičke snage čiji konektor ima od 0,2 db. U prvoj fazi izmerena je snaga na izlazu od 1 1,157 mw (slika 1.1). i 0,03 db a 0 0,3 db a 0,2 db 1 Referentno vlakno Vlakno koje se testira Slika 1.1. rva faza merenja otom je merenje ponovljeno, ali ovaj put samo na referentnom optičkom vlaknu i očitana je snaga 2 1,424 mw (slika 1.2). i 0,03 db a 0 0,2 db 2 Referentno vlakno Slika 1.2. Druga faza merenja Koliko iznosi testiranog optičkog vlakna? Za prvo merenje važi da je a za drugo 0,03 db + a0 + 0,3 db + a 1 + i 2 0,03 db + a0 + 0,2 db i 0,2 db (1.1) (1.2) Oduzimanjem dve gornje jednačine dobija se da je traženo testiranog optičkog vlakna 1 1,157 mw a 0,3 db 0,3 db 0,602 db (1.3) 1,424 mw

2 Zadatak 2. Na slici 2.1 prikazan je izgled ekrana OTDR-a dobijen prilikom testiranja multimodnog optičkog vlakna na talasnoj dužini od 850 nm. 0 db Slika 2.1. Kriva povratnog rasejanja za deonicu multimodnog vlakna na 850 nm Jedan podeok na vertikalnoj osi odgovara slabljenju od 0,2 db, a jedan podeok na horizontalnoj osi rastojanju od 100 m. Identifikovati elemente krive povratnog rasejanja, izračunati rastojanja do njih, kao i podužno svake deonice i na svakom od "događaja" i ustanoviti da li je sistem usklađen sa standardima. Koliko je ukupno cele deonice? Ako je indeks prelamanja silicijumskog jezgra n 1 (850 nm) 1,493, koliko je najveće trajanje impulsa za ovu trasu? Koliko je najmanje dozvoljeno trajanje impulsa ako je dinamički opseg OTDR-a 25 db, a za dobijanje krive na slici 2.1 upotrebljen je impuls trajanja 1 μs? Napomena: brzna svetlosti u vakuumu iznosi tačno c 2, m. rilikom rešavanja poslužićemo se slikom 2.2. mrtva zona 200 m splajs 1,80 km <0,1 db mehanički konektor 3,50 km 0,2 db 0,4 db / 1,60 km 0,5 db / 1,70 km mehanički konktor 5,80 km 0,3 db 0,6 db / 2,15 km polirani završetak vlakna 7,85 km 0,4 db / 1,90 km šum Slika 2.2. Očitavanja sa krive OTDR-a 14-2

3 Elementi krive povratnog rasejanja su redom: 1. rvi pik odgovara Frenelovoj refleksiji od konektora na instrumentu. 2. Mrtva zona koja se prostire na 200 m od instrumenta. 3. Linearni deo krive posledica Rejlijevog rasejanja na dužini od 1,60 km i podužnim m od 0,250 db/km. 4. Splajs na 1,8 km sa m manjim od 0,1 db. 5. Linearni deo krive posledica Rejlijevog rasejanja na dužini od 1,70 km i podužnim m od 0,294 db/km. 6. Mehanički konektor na 3,5 km od instrumenta i m od oko 0,2 db. 7. Linearni deo krive posledica Rejlijevog rasejanja na dužini od 2,15 km i podužnim m od 0,279 db/km. 8. Mehanički konektor udaljen oko 5,8 km od instrumenta i m od oko 0,3 db. 9. Linearni deo krive posledica Rejlijevog rasejanja na dužini od 1,90 km i podužnim m od 0,211 db/km. 10. oslednji pik usled refleksije od poliranog završetka vlakna na rastojanju od 7,85 km. 11. Šum Zaključuje se da je sistem usklađen sa standardima. Ukupno cele deonice od 7,85 km dobija se očitavanjem sa krive, a ne sabiranjem dobijenih vrednosti zbog prisustva "mrtvih zona" i iznosi približno a 2,4 db (2.1) Da bi se događaji na trasi uspešno detektovali maksimalna dužina impulsa l koju OTDR emituje u vlakno mora zadovoljiti uslov l max + m < L min (2.2) gde je m širina mrtve zone, a L min rastojanje između dva najbliža "događaja". Sa krive se očitava da je mrtva zona instrumenta oko 200 m, a najkraće rastojanje između dva susedna "događaja" 1,8 km, pa je Odavde sledi da je najduže trajanje impulsa l < 1,8 km 200 m 1,6 km (2.3) max lmax n1 t max < 7,97 μs (2.4) c Najkraće trajanje impulsa je ono za koje će signal biti oslabljen toliko da povratni signal neće doseći nazad do OTDR-a. Kako je snaga proporcionalna amplitudi, dobija se sistem jednačina iz koga se izračunava minimalno trajanje impulsa. 14-3

4 Oduzimanjem se dobija da je 1 min i i 2 2,6 db 5,2 db 25 db (2.5) t min 1μs min 1 19,8 db (2.6) pa je traženo minimalno trajanje impulsa -1,98 t 1μs 10 10,47 ns (2.7) min Zadatak 3. Na slici 3.1 prikazan je trag krive povratnog rasejanja na ekranu OTDR-a. O kakvom vlaknu je reč? Koja je talasna dužina upotrebljena? Očitati vrednosti svih parametara grafika i ustanoviti da li je sistem usklađen sa standardima za dato vlakno? U kom režimu rada se nalazi OTDR? Ako se identifikacija događaja obavlja ručno, šta je potrebno učiniti da bi se minimizovala greška očitavanja? Izračunati prosečno podužno. Kakav je zaključak o dobijenom rezultatu? DR: 100km λ: 1310nm SM NoE: db/div W: 2000ns IOR: Len: km km/div AVG: 10/10 Res: 20.00m TotAt: db No Dist. (km) Typ Att. (db) END Slika 3.1. rikaz krive povratnog rasejanja 14-4 db/km Sum(dB)

5 Sa instrumenta se mogu očitati sledeći parametri: λ: 1310nm SM reč je o (SM) singlmodnom (monomodnom) vlaknu koje komunicira u drugom optičkom prozoru (1310 nm) NoE: 5 na grafiku se može identifikovati pet "događaja" DR: 100km dinamički opseg (dinamic range) je 100 km W: 2000ns širina impulsa (pulse width) je 2000 ns AVG: 10/10 uprosečavanje (averaging) je obavljeno nad 10 od 10 impulsa. Dakle, OTDR radi u usrednjavajućem režimu. IOR: indeks prelamanja (index of refraction) je 1,5 Res: 20.00m prostorna rezolucija (space resolution) iznosi 20 m Len: km izmerena dužina vlakna je 55,36 km TotAt: db ukupno (total attenuation) je 21,088 db db/div razmera na vertikalnoj skali je 10 db po podeoku km/div razmera na horizontalnoj skali je 10 km po podeoku et događaja koji su identifikovani: 1. Konektor (0,611 db) 2. Splajs (0,319 db) 3. Splajs (0,492 db) 4. Konektor (0,649 db) 5. olirani završetak vlakna Sistem nijje usklađen sa standardima za singlmodna vlakna na 1310 nm, jer su slabljenja na konektorima i splajsevima prevelika. ored toga što OTDR radi u usrednjavajućem režimu, očigledno je uključen i režim za automatsku identifikaciju događaja. Ukoliko bi se rezultati očitavali ručno, potrebno je, radi smanjenja greške, razvući grafik vertikalno tako da nivo šuma bude na dnu ekrana, odnosno horizontalno tako da je raspon linije raspoređen na celu širinu ekrana. ored toga, prilikom 14-5

6 pozicioniranja kurzora i određivanja slabljenja na pojedinim događajima, neophodno je zumirati sliku, kako bi se kurzori postavili što bliže prevojnim tačkama na grafiku. rosečno podužno iznosi auk 21,088 db α 0,381dB/km (4.1) L 55,36000 km uk Dobijeno podužno je veće od podužnog slabljenja za bilo koju deonicu, što pokazuje da ovaj parametar nema praktičnog smisla. Zadatak 4. Na slikama 4.1 i 4.2 prikazana su dva zumirana "događaja" na jednoj trasi. O kakvim "događajima" je reč? Koliko iznosi na svakom od "događaja"? 10,000 m/pod Slika 4.1. rvi "događaj" 0,0200 db/pod 10,000 m/pod Slika 4.2. Drugi "događaj" 14-6

7 S obzirom na oblik krive, zaključujemo da je događaj prikazan na slici 4.1 najverovatnije splajs, a događaj sa slike 4.2 konektor. Na ekranu je, zbog velike širine impulsa, dobijena nemoguća dužina ovih "događaja". Zbog toga je, očigledno u ukupno između dve prevojne tačke uračunat i deo podužnog slabljenja na izmerenoj dužini "događaja". Korektno očitavanje prikazano je na slikama 4.3 i 4.4. stvarno spoja 27,75 pod greška Slika 4.3. Korekcija greške očitavanja slabljenja na spoju uzrokovane konačnom širinom impulsa instrumenta Tačno na splajsu iznosi 10,000 m/pod a 27,75 pod 0,0010 db/ pod 0,0278 db (4.1) 1 stvarno konektora 13,5 pod greška 0,0200 db/pod 10,000 m/pod Slika 4.4. Korekcija greške očitavanja slabljenja na konektoru uzrokovane konačnom širinom impulsa instrumenta Tačno na konektoru je a 13,5 pod 0,0200 db/ pod 0,2700 db (4.2)

8 Zadatak 5. rilikom merenja slabljenja na splajsu pomoću OTDR-a, dobijen je trag povratnog rasejanja na ekranu prikazan na slici ,000 m/pod Slika 5.1. Trag povratnog rasejanja dobijen merenjem na splajsu Kako je dobijeno negativno (pojačanje), što je nemoguće, pristupilo se merenju sa drugog kraja vlakna i dobijen je trag prikazan na slici 5.2. Koliko iznosi stvarno na spoju? 20,000 m/pod Slika 5.2. Trag krive povratnog rasejanja dobijen merenjem sa daljeg kraja rvo je neophodno korigovati grešku nastalu uračunavanjem podužnog slabljenja u spoja (kao u prethodnom zadatku). Ovo je ilustrovano na slikama 5.3 i

9 Slika 5.3. Korekcija krive slabljenja zbog konačne dužine impulsa OTDR-a 38,25 pod -25,75 pod 20,000 m/pod 20,000 m/pod Slika 5.4. Očitavanje vrednosti prividnog pojačanja na spoju Sa slika 5.3 i 5.4 očitavaju se vrednosti slabljenja na spoju od a' 25,75 pod 0,0010 db / pod 0,0257 db a'' 38,25 pod 0,0010 db / pod 0,0382 db (5.1) U prvom slučaju na spoja dodat je pik usled pojačanog Rejlijevog rasejanja. Vlakno sa većim prečnikom jezgra ima jače Rejlijevo rasejanje, što se na krivoj vidi kao pojačanje. rilikom merenja sa drugog kraja, situacije obrnuta i izmereno je veće od stvarnog. rava vrednost slabljenja na spoju dobija se kao aritmetička sredina izmerenih vrednosti i iznosi a' + a'' 0,0257 db + 0,0382 db a 0,00625 db (5.2)