• Главная
  • Обратная связь
  • Поиск
  • Карта сайта
1USD - 57,65 руб.

Отдел продаж

Сервисный центр

Россия: 8-800-500-57-56

СНГ и Европа: +7-499-500-57-56

Вместе мы лучшие!

               

Динамический диапазон рефлектометра

СтатьиКонтрольно-измерительное оборудование для ВОЛС (Anritsu, Exfo, Yokogawa)
В процессе развития волоконно-оптической связи постоянно увеличивается длина волоконных линейных участков, при этом оптические рефлектометры должны обеспечивать возможность измерений свойств наиболее удалённых частей трассы. Количественной мерой такой способности является динамический диапазон рефлектометра. Он характеризует максимальное затухание в оптической линии, которая может быть протестирована.

Динамический диапазон рефлектометра определяется по шкале прибора как разница между сигналом в начале рефлектограммы и среднеквадратичным значением шумов в ее конце. Наиболее простым способом определения этого значения является оценка по абсолютному максимуму шумов, с учетом превышения уровня максимума над среднеквадратичным значением шумов. Такой подход рекомендуется в частности фирмой ANDO. Превышение уровня, согласно известному из радиотехники эмпирическому правилу, составляет три раза, что в пересчете к двойной логарифмической шкале рефлектометра составляет 5lg3 ~ 2,4 дБ.

Для полноты картины необходимо отметить, что существуют другие способы определения уровня среднеквадратичного значения шума. Так фирма НР рекомендует фиксировать шумовую дорожку не по абсолютному максимуму шумов, а по 98% вероятности попадания в нее сигнала. Величина превышения уровня в этом случае соответственно снижается, и в предположении нормального распределения шумов составляет 1,6 дБ. Такой метод, однако, требует, строго говоря, дополнительной статистической обработки рефлектограммы.

Превышение уровня, дБ

Число отсчетов

Рис. 1. Результаты моделирования по превышению максимального значения шума над среднеквадратичным значением

Определение точности измерения динамического диапазона возможно, например, с помощью численного моделирования. Результаты такого моделирования для превышения уровня максимального значения над среднеквадратичным уровнем для случайной величины, распределенной по нормальному закону, приведены на рисунке 1. Из рисунка видно, что для достаточно длинной последовательности отсчетов случайной величины (> 50 отсчетов) среднее значение превышения совпадает с величиной 2,4 дБ с точностью порядка 0,5 дБ.

При практическом определении динамического диапазона рефлектометра необходимо выбрать соответствующую длину оптической линии и установить настройки прибора в соответствии с рекомендациями фирмы производителя. Кроме того, обычно ограничивают температурный диапазон, при котором производятся измерения, в частности в рекомендациях фирмы Bellcore указан диапазон 23 ± 2°С.

Рис. 2. Рефлектограмма, демонстрирующая динамический диапазон 40,1 дБ рефлектометра AQ7250. Первый маркер установлен вблизи начала линии, маркеры 2 и 3 на конец измерительного диапазона и максимум шумов соответственно

На рисунке 2 приведена рефлектограмма, предназначенная для определения динамического диапазона новейшего рефлектометра AQ7250 японской фирмы ANDO со сменным оптическим блоком AQ7255, работающим на двух длинах волн 1310 нм и 1550 нм. Динамический диапазон такого блока по спецификации составляет на этих длинах волн 41,5 дБ и 39,5 дБ соответственно.

Длина трассы составляла 200 км и ее конец отчетливо виден в шумах. Первый маркер устанавливался вблизи начала линейного участка рефлектограммы, в нашем случае это расстояние 5 км. Соответственно фиксировалась поправка, учитывающая затухание оптической линии до первого маркера и составляющая в нашем случае 5 км x 0.2 дБ/км = 1 дБ. Другой маркер (в нашем случае это маркер 3) устанавливался на максимум шумов. Рассчитанный уровень среднеквадратичного значения шума, которое на 2.4 дБ ниже, показан на рефлектограмме стрелкой. Окончательный расчет динамического диапазона дает 36.7+2.4+1=40.1 дБ, что слегка превосходит значение указанное в спецификации.

Точности ради, надо отметить, что измерение динамического диапазона по рефлектограмме на Рис. 3 скорее иллюстрирует принцип, чем методику. В частности, для измерения надежнее использовать более короткие трассы (около 100 км), целесообразно также принимать меры для подавления сигнала, отраженного от дальнего торца волокна. Такие меры позволяют исключить влияние сигнала, рассеянного в трассе, на уровень шумов прибора.

Анализ рефлектограммы на рис. 2 показывает, что рефлектометр способен производить измерения только на части линии, затухание в которой совпадает с его динамическим диапазоном. Поэтому возникает вопрос об определении запаса по динамическому диапазону (т.е. о разности между динамическим диапазоном и затуханием), необходимым для фиксирования рефлектограммы с необходимой точностью. Решить этот вопрос можно с помощью расчета избыточного шума в зависимости от запаса по динамическому диапазону. Такой расчет приведен в приложении, а его результаты представлены на рисунке:

Как видно из рис. 3, существует две принципиально различных ситуации. В том случае, если запас по динамическому диапазону превышает 10 дБ, вклад шумов рефлектометра составляет менее 0,05 дБ. При этом фактические искажения рефлектограммы определяются уже не шумами фотоприемного тракта, а поляризационными или когерентными эффектами. Наоборот, если запас по динамическому диапазону составляет менее 5 дБ, то искажения рефлектограммы, вызваны шумом и превышают 0,5дБ. Часто это является практической границей целесообразности рефлектометрических измерений затухания в линии.

На рефлектограмме на рис. 2 граница, где шум превышает 0,5 дБ, отмечена маркером 2. Расстояние по шкале затухания между маркерами 2 и 3 составляет в соответствии с расчетами 3 дБ. Таким образом, рефлектометр способен измерять затухания в линии с динамическим диапазоном порядка 35 дБ, что соответствует длинам трасс до 170 км.

Надо заметить, что рассчитанный выше диапазон не является, в принципе, физическим пределом для данного типа прибора. Это, в частности, связано с тем, что при измерении динамического диапазона время измерений ограничивается интервалом, например, в 3 мин. При дальнейшем усреднении рефлектограммы возможно, в принципе, уменьшение шума. Другим ресурсом увеличения динамического диапазона является математическая обработка (в частности, цифровая фильтрация) сигнала, здесь, однако, приходится жертвовать пространственным разрешением рефлектограммы.

Не следует думать, что динамический диапазон рефлектометра важен только при измерении сверхдлинных трасс на магистральных линях. Наличие в приборе низкошумящего фотоприемного тракта позволяет уменьшить время усреднения сигнала и, следовательно, повысить производительность прибора на коротких, например, городских линиях. Теоретически оценить выигрыш во времени, исходя из запаса по динамическому диапазону, затруднительно, т. к. приходится учитывать большое число параметров (например, продолжительность и скважность зондирующих импульсов, частоту дискретизации и т. п.). Однако, прямые измерения показывают, что рефлектометр AQ7250 с динамическим диапазоном более 40 дБ обеспечивает минимальный уровень шумов (менее 0,02 дБ) при измерении линий длиной до 20км с шириной импульса 200 нс менее чем за 30 секунд.

В заключении хотелось бы отметить, что фирма Bellcore в своих рекомендациях GR-196-CORE ввела новую характеристику рефлектометра — измеряемый диапазон. Эта характеристика предназначена для определения способности прибора к обнаружению локального дефекта вблизи конца линии. Дефект в 0,5 дБ считается обнаруженным, если результаты измерений с вероятностью 80% укладываются в интервал ±0,1 дБ. Такие измерения требуют специальных образцовых линий со многими встроенными неоднородностями и по причине их сложности пока не повсеместно распространены, особенно у нас в стране. Ориентировочно величина измеряемого диапазона оказывается на 4 — 6 дБ меньше величины динамического диапазона рефлектометра.


Яндекс.Метрика
Счетчик тИЦ и PR