VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ METODIKA MĚŘENÍ OPTICKÝCH SÍTÍ FTTH

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKACNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV TELEKOMUNIKACÍ FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF TELECOMMUNICATIONS METODIKA MĚŘENÍ OPTICKÝCH SÍTÍ FTTH TITLE SEMESTRÁLNÍ PRÁCE SEMESTRAL THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BC. JAROSLAV GAJDOŠ DOC. ING. MILOSLAV FILKA, CSC. BRNO 2008

2 Diplomová práce magisterský navazující studijní obor Telekomunikační a informační technika Student: Bc. Jaroslav Gajdoš ID: Ročník: 2 Akademický rok: 2008/2009 NÁZEV TÉMATU: POKYNY PRO VYPRACOVÁNÍ: Metodika měření optických sítí FTTH Úkolem projektu je návrh metod měření v optických sítí FTTH z pohledu odlišnosti, od běžných měření optických sítí. Navrhněte příslušnou metodiku měření pro tento typ sítí. Na praktickém modelu sítě se splitterem 1 : 8 proveďte měření sítě. Výsledky vyhodnoťte. DOPORUČENÁ LITERATURA: [1] KUCHARSKI, M., DUBSKÝ, P. Měření přenosových parametrů optických vláken, kabelů a tras. Mikrokom, Praha [2] GIRARD. A. FTTx PON Technology and Testing. EXFO. Quebec [3] FILKA, M. Optické sítě. Skripta. VUT FEKT, Brno Termín zadání: Termín odevzdání: Vedoucí práce: doc. Ing. Miloslav Filka, CSc. prof. Ing. Kamil Vrba, CSc. Předseda oborové rady UPOZORNĚNÍ: Autor diplomové práce nesmí při vytváření diplomové práce porušit autorská práve třetích osob, zejména nesmí zasahovat nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a musí si být plně vědom následků porušení ustanovení 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení 152 trestního zákona č. 140/1961 Sb.

3 Abstrakt Cílem této diplomové práce je navrhnout metodiku měření optických sítí FTTH z pohledu odlišnosti od běžných měření optických sítí a pomocí této metodiky provést měření na praktickém modelu pasivní optické sítě se splitterm 1:8, a dále vyhodnotit výsledky tohoto zkušebního měření. V první části práce jsou obecně popsány optické sítě, zvláštnosti a architektura sítí FTTx. Blíže jsou popsány důležité prvky pasivních optických sítí, jako jsou optická síťová jednotka ONU, optické síťové zakončení OLT a zejména pasivní optický splitter. Blíže je rozebrána problematika vlnového multiplexu WDM, který je v pasivních sítích typu FTTx využíván. V další kapitole jsou podrobně rozebrány metody měření těchto sítí používané v současné době v praktických aplikacích. Důraz je kladen zejména na optoreflektometrickou metodu OTDR, která při měření v praxi dosahuje nejlepších výsledků a podává nám ucelený přehled o stavu měřené trasy. V druhé části práce je popsáno měření praktického modelu pasivní optické sítě se splitterem 1:8 za využití dříve uvedených metod, vyhodnocení výsledků tohoto zkušebního měření a zhodnocení užitečnosti získaných výsledků v praxi. Klíčová slova Měření, vlákno do domu, optoreflektometrická metoda, pasivní optická síť, optický rozbočovač.

4 Abstract The main topic of this master thesis is a FTTH measurement methodology of optical networks and its specific features - compared with other measurement methodologies. Also, the use of the FTTH measurement methodology: an example of measurements of a passive network with splitter 1:8 and analysis of the results of these experimental measurements. The first part of the thesis concerns itself with the description of optical networks and characteristics and features of the FTTH networks. A detailed description of the passive optical networks is provided: e.g. the optical network unit ONU, the optical line termination OLT, and, most importantly, the passive optical splitter. The wavelength division multiplex - WDM - which is used in passive optical networks is also described in detail. The chapter on measurement methodologies focuses in detail and provides many examples of currently used measurement methodologies of these networks. The best results are currently achieved with the OTDR methodology. The second part of the thesis concentrates on the description of the measurement of a passive optical network with splitter 1:8 using the methods described in previous chapters. As conclusion, a detailed analysis, assessment of the results and their usefulness when put into practice is provided.. Keywords Measurement, Fiber to the Home, Optical Time Domain Reflection Method, Pasive Optical Network, Optical splitter.

5 Bibliografická citace této práce GAJDOŠ, J. Metodika měření optických sítí FTTH. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Miloslav Filka, CSc.

6 Prohlášení o původnosti práce Prohlašuji, že svůj semestrální projekt na téma METODIKA MĚŘENÍ OPTICKÝCH SÍTÍ FTTH jsem vypracoval samostatně pod vedením vedoucího semestrálního projektu a s použitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jsou všechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury na konci práce. Jako autor uvedeného semestrálního projektu dále prohlašuji, že v souvislosti s vytvořením tohoto projektu jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně vědom následků porušení ustanovení 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení 152 trestního zákona č. 140/1961 Sb. V Brně dne.. (podpis autora)

7 Poděkování Děkuji vedoucímu diplomové práce Doc. Ing. Miloslavu Filkovi, CSc., za velmi užitečnou metodickou pomoc a cenné rady při zpracování diplomové práce. V Brně dne.. (podpis autora)

8 Obsah Úvod Optická vlákna Jednovidová optická vlákna Mnohavidová optická vlákna Gradientní optická vlákna Optické přístupové sítě FTTx Rozdělení sítí FTTx Hlavní prvky sítí PON Optický rozbočovač (splitter) Optická síťová jednotka Optické linkové zakončení Vlnový multiplex WDM Dense WDM Coarse WDM Měření pasivních optických sítí PON Měření útlumu v sítích PON Měření útlumu odrazu ORL Potřebné vybavení pro měření ORL Postup při měření ORL Měření vložného útlumu OLTS Potřebné vybavení pro měření OLTS Postup při měření OLTS Měření metodou zpětného rozptylu OTDR Potřebné vybavení pro měření OTDR Nastavení parametrů OTDR Postup při měření OTDR Měření na praktickém modelu sítě se splitterem 1: Měření od ústředny k účastníkovi Měření od účastníka k ústředně Závěr Seznam použité literatury: Seznam použitých zkratek, veličin a symbolů:... 46

9 Seznam obrázků Obr. 1.1: Jednovidové optické vlákno Obr. 1.2: Mnohavidové optické vlákno Obr. 1.3: Gradientní optické vlákno Obr. 3.1: Rozdíl mezi CWDM a DWDM Obr. 4.1: Blokové schéma metody OTDR Obr. 5.1: Měření OLT -> ONU, 10 ns Obr. 5.2: Měření OLT -> ONU, 30 ns Obr. 5.3: Měření OLT -> ONU, 1310 nm, dva uživatelé Obr. 5.4: Měření OLT -> ONU, 1550 nm, dva uživatelé Obr. 5.5: Měření OLT -> ONU, 1625 nm, dva uživatelé Obr. 5.6: Měření OLT -> ONU, 1310 nm, jeden uživatel Obr. 5.7: Měření OLT -> ONU, 1550 nm, jeden uživatel Obr. 5.8: Měření OLT -> ONU, 1625 nm, jeden uživatel Obr. 5.9: Měření ONU -> OLT, 1310 nm Obr. 5.10: Měření ONU -> OLT, 1550 nm Obr. 5.11: Měření ONU -> OLT, 1625 nm... 41

10 Seznam tabulek Tab. 2.1: Útlum rozbočovače (splitteru) v závislosti na počtu výstupních portů Tab. 3.1: Porovnání technologií WDM Tab. 4.1: Doba trvání signálu keep alive jednotky ONU bez provozu Tab. 4.2: Příklad šířek měřícího pulsu a souvisejících parametrů pro měření OTDR, 1310 nm Tab. 5.1: Použité přístroje Tab. 5.2: Naměřené hodnoty... 42

11 Úvod Optické přístupové sítě v současné době prodělávají velký rozvoj související s rostoucími požadavky na šířku pásma, která je nutná na poskytování služeb někdy nazývaných jako triple play (trojí hra). Tyto zahrnují hlasovou telefonii, vysokorychlostní internet, a multimediální přenosy (přenos televizního signálu ve vysokém rozlišení, video na požádání). Požadavky těchto služeb na přístupovou síť jsou u hlasové telefonie především stabilní a nízké zpoždění, vysoká spolehlivost a malé ztráty paketů. Multimediální služby jsou velmi náročné na šířku pásma a jejich nároky budou nadále růst, trendem nových standartů v této oblasti je zvyšování kvality multimediálního obsahu, zejména zvyšování rozlišení přenášeného obrazu. Vysokorychlostní internet je v současné době jednou z nejžádanějších služeb. Současné technologie využívající metalických vedení, případně bezdrátového přenosu, jsou náročné na údržbu a jejich poskytovaná přenosová kapacita brzy přestane stačit. Optická vlákna jsou v současné době používána hlavně na páteřních spojích s velkým dosahem, ovšem s klesajícími cenami se tyto technologie začínají postupně prosazovat i do přístupových sítí a do řešení poslední míle. Přístupová síť založená pouze na optických vláknech dovoluje poskytování všech náročných služeb a stále má možnost na zvyšování přenosové kapacity. Ceny optických vláken a dalších optických zařízení stále klesají a proto v současné době již nepředstavují takový problém. Architektura FTTx využívající pasivní optické sítě PON pomáhá velmi snížit cenovou náročnost přivedení optického vlákna až ke koncovému uživateli a splňuje všechny současné požadavky na šířku pásma a kvalitu poskytovaných služeb. Cílem tohoto projektu je seznámit se s metodami měření optických sítí z pohledu praxe, ve druhé části práce se zaměřit na odlišnosti, které nastávají při proměřování sítí FTTH a navrhnout příslušnou metodiku měření pro tento typ sítí. Pomocí této metodiky změřit praktický model sítě se splitterem 1:8 a výsledky vyhodnotit. 11

12 1. Optická vlákna Optická vlákna využívají jako nositele informace neutrální foton, na rozdíl od metalických vedení, která využívají elektricky nabité elektrony. To přináší spoustu výhod, protože neutrální fotony na sebe navzájem nepůsobí, při přenosu nejsou vytvářena žádná elektrická a magnetická pole a žádná vnější pole nemohou signál ovlivnit. Dále zde nedochází ke zpětnému ovlivňování z výstupu na vstup a tyto jsou úplně galvanicky odděleny. Umožňují dosáhnout rychlostí až desítek Tbit/s, šíře využitelného pásma je teoreticky 200 THz. Optický spoj obsahuje modulovaný zdroj světelného signálu, přenosové medium a přijímač záření. Zdrojem světelného signálu bývá luminescenční dioda (LED, Light Emitting Diode) nebo laser. Dosahované přenosové rychlosti závisí mimo jiné na použitém zdroji světelného signálu. U LED diod je za nejvyšší rychlost považováno 300 Mbit/s, u laserů je to podstatně více. Nemají problém s rychlostmi 10 Gbit/s či ještě vyššími. Laserové diody jsou mnohem náročnější na výrobu, tudíž jsou mnohem dražší než LED diody. Navíc potřebují mnohem více podpůrné elektroniky, případně řízení okolní teploty. Přijímač optického signálu musí zajistit převedení optického signálu zpět na elektrický a to pokud možno s co nejmenšími ztrátami. Přijímače se realizují fotodiodami (lavinové fotoelektrické diody), PIN diodami nebo elektrooptickými měniči. V optickém vlákně se využívá infračervená oblast světla. Nejvyšší význam pro přenos informace má oblast vlnových délek v rozmezí 0,4 až 1,7 µm. V této oblasti optická vlákna vykazují nejmenší útlum přenášeného světelného signálu. Ten se projevuje zmenšováním intenzity světla. Z toho důvodu je nutné světelný paprsek po určité vzdálenosti regenerovat. V 70. letech, kdy se začaly optické kabely výrazněji používat, se útlum pohyboval až okolo 20 db na kilometr. V současné době se vyrábějí nízkoútlumová vlákna s útlumem v hodnotách 0,2 až 0,3 db na kilometr. Maximální délka optického vedení kterou je možné se bez použití opakovače realizovat závisí na použitém zdroji světla, typu optického vlákna a jeho kvalitě (hlavně jeho útlumu). Starší typy kabelů s vyšším útlumem byly použitelné na jednotky, maximálně desítky kilometrů. Se zvyšující se kvalitou vláken (např. menší obsah nečistot ve vlastním vlákně) se zmenšujícím se útlumem a se zdokonalováním světelných zdrojů značně roste dosažitelná vzdálenost. Dnes se běžně dosahuje stovek kilometrů, v laboratorních podmínkách i tisíců kilometrů, jak je uvedeno v [3]. 12

13 1.1 Jednovidová optická vlákna Těmito optickými vlákny je možné vést pouze jeden vid (světelný paprsek). Tím nedochází k disperzi (zkreslení signálu) a je možné přenášet informaci pouze jedním směrem. Tato vlákna mají velmi malý průměr, typicky 8 až 10 µm. Díky tomu, že vlákno obsahuje pouze jeden vid, můžeme realizovat přenos na hodně velké vzdálenosti. Ovšem pro generování je zapotřebí přesnější a tím pádem samozřejmě i dražší generátor (obdobně tomu je i u detektoru). Samotné vlákno je kvůli malému průměru velice náročné na výrobu a proto je velmi drahé. Používá se především u páteřních sítí, kde je zapotřebí překlenout značně velké vzdálenosti. generátor detektor Obr. 1.1: Jednovidové optické vlákno 1.2 Mnohavidová optická vlákna Zde je možné přenášet více vidů, průměr jádra je 50 až 100 µm, vlnová délka přibližně 0,85 µm. Ovšem při přenášení více vidů dochází k disperzi, neboť každý paprsek vstupuje do vlákna pod jiným úhlem a pod jiným úhlem se odráží. Z tohoto důvodu jsou dráhy různých paprsků různě dlouhé. Každý z nich dorazí k detektoru po jinak dlouhé dráze, i když byly vygenerovány ve stejný časový okamžik. Detektor není schopen vnímat samostatně jednotlivé složky, vyhodnocuje pouze příjem světelných paprsků, ne jejich pořadí. Tím, že jsou tyto složky rozdělené v čase, dochází k disperzi, tj. výsledný signál je zkreslen. Toto musí být korigováno, aby chybovost nepřesáhla určitou mez, za kterou by přijímací strana nedokázala rekonstruovat vysílaná data. Tato vlákna mají jen malý dosah. Disperze se s délkou zvětšuje a proto se obvykle používají na vzdálenosti okolo 2 km. Díky většímu průměru jsou méně náročná na výrobu a vzhledem k používaným vzdálenostem se mohou použít levnější a jednodušší generátory a detektory. Jejich jednoznačnou výhodou je tedy jejich cena. 13

14 Obr. 1.2: Mnohavidové optické vlákno 1.3 Gradientní optická vlákna Dalším typem vláken jsou gradientní vlákna, která se od mnohavidových liší pouze v tom, že odraz paprsku neprobíhá skokově, ale pozvolně. Jejich výhodou je výrazné snížení vidové disperze, díky tomu umožňují mnohavidový přenos na větší vzdálenosti než obyčejná mnohabodová vlákna. Obr. 1.3: Gradientní optické vlákno 14

15 2. Optické přístupové sítě FTTx Jednovidová optická vlákna s jejich téměř neomezenou šírkou pásma jsou nyní využívána jako transportní médium v metropolitních sítích. Použitím kabelů s optickými vlákny místo metalických kabelů se výrazně snižují náklady na zařízení a údržbu, výrazně stoupá kvalita služeb (QoS, Quality of Service). Optické kabely jsou nyní využívány při řešení poslední míle, segmentu sítě od ústředny (CO, central office) k uživateli. Tato byla dříve řešena pomocí metalických vedení a využívala xdsl technologie a koaxiálních kabelových rozvodů (HFC, hybrid fiber coaxial transmissions), případně bezdrátové spojení. Hlavní nevýhody těchto řešení spočívají v malé šířce pásma při současném masovém růstu poptávky po velké šířce pásma pro vysokorychlostní přenosy na dlouhé vzdálenosti. Zároveň vyžadují nákladnou údržbu. Optická vlákna netrpí žádným z těchto omezení, a proto se při realizaci přístupových sítí hojně využívají. Mluvíme pak o optických přístupových sítích OAN (Optical Access Network). Jedinou překážkou je vysoká cena připojení každého uživatele k poskytovateli. Optický přístup FTTx (Fiber To The x) může být založen na pasivní optické síti PON (Passive Optical Network), dvoubodové optické síti P2P (Peer to Peer), případně aktivní optické síti AON (Active Optical Network). Pasivní optické sítě jsou teď na vzestupu a předpokládá se jejich rozvoj právě v souvislosti s požadavky realizací optiky do domácností FTTH (Fiber To The Home), jak je uvedeno v [2]. 2.1 Rozdělení sítí FTTx Jednotlivé typy sítí FTTx, zdroj [8]: FTTEx (Fibre to the Exchange) je založeno na zakončení optického vlákna v místě telefonní ústředny, kde je umístěn účastnický multiplexor DSLAM a přes hlavní rozvod ústředny jsou účastníci připojeni prostřednictvím metalického vedení. FTTCab (Fibre to the Cabinet), optická vlákna jsou přivedena do rozvaděče v terénu FTTC (Fibre to the Curb), optická vlákna jsou přivedena k účastnickému rozváděči, k němuž jsou koncové body sítě připojeny metalickými kabely FTTB (Fibre to the Building), optická vlákna jsou přivedena až do budov účastníků, kteří jsou připojování pomocí vnitřních účastnických rozvodů 15

16 FTTO (Fibre to the Office), optická vlákna jsou zavedena do prostor důležitých zákazníků s velkými nároky na přenosovou kapacitu FTTH (Fibre to the Home), u kterých jsou optická vlákna zavedena až ke koncovým bodům sítě, tj. až na účastnické zásuvky. Systémy FTTC a FTTB se prakticky od sebe liší jen provedením skříní pro umístění koncového zařízení účastnického systému. Zařízení systémů FTTC jsou navrhována pro umístění na volném prostranství, což mimo jiné znamená i zvýšené požadavky na klimatickou odolnost. 2.2 Hlavní prvky sítí PON Architektura FTTx nabízí atraktivní řešení přístupové sítě. Jedná se o P2MP pasivní optickou síť PON, která umožnuje několika uživatelům sdílet stejné připojení bez jediného aktivního prvku mezi poskytovatelem a zákazníkem. Sítě PON se skládájí ze zakončení optického vedení (OLT, Optical Line Termination) na straně ústředny, odkud je vedeno hlavní vlákno k distribučnímu uzlu (FDH, Fiber Distribution Hub). V distribučním uzlu je optický rozbočovač (splitter), ke kterému jsou připojena vlákna vedoucí k jednotlivým uživatelům. Na straně uživatele je umístěna optická síťová jednotka (ONU, Optical Network Unit). Tato architektura výrazně snižuje cenu instalace a následné údržby celé sítě. Vzdálenost mezi OLT a ONU může dosáhnout až několika desítek kilometrů Optický rozbočovač (splitter) Jak je uvedeno v [4], splitter je obousměrný optický větvící prvek. Tato pasivní součástka umožňuje sdílet kapacitu sítě. Na jeden splitter bylo podle doporučení ITU-T G.983 možné připojit maximálně 32 účastníků, novější doporučení G.984 umožňuje až 64 účastníků na jednom splitteru. Splittery jsou pasivní prvky proto, že nepotřebují žádný vnější zdroj energie, pouze rozdělí optický signál do požadovaného počtu dílčích dopředných směrů, nebo v opačném směru sdruží příchozí signály od jednotlivých uživatelů. Neprovádí zesilování ani jakékoliv jiné úpravy signálu. Mají tedy jeden vstupní port a několik výstupních portů. Splittery jsou širokopásmové a zavádí do sítě poměrně velký útlum v závislosti na počtu výstupních portů, jak je uvedeno v tabulce 2.1. Uvedené hodnoty útlumu platí v obou směrech vysílání a nejsou zde započítány útlumy konektorů, skutečný útlum bývá o 1 db větší. 16

17 Tab. 2.1: Útlum rozbočovače (splitteru) v závislosti na počtu výstupních portů Počet portů Útlum rozbočovače(db) Ve směru upstreamu se provoz koncentruje od více účastníků do jedné vlnové délky. Aby se zabránilo kolizím signálů od různých účastníků přicházejících do splitteru, je použita metoda TDMA (Time Division Multiple Access), dělení kanálů po časových úsecích (timeslot). TDMA dovolí posílat data od různých síťových jednotek v přesně specifikovaný čas. Mezi ústřednou a účastníkem může být jeden nebo několik kaskádovitě zapojených splitterů v závislosti na použité síťové topologii Optická síťová jednotka Optická síťová jednotka (ONU, Optical Network Unit) ), zabezpečuje funkce účastnického rozhraní mezi koncovými zařízeními účastníků a přístupovou sítí. Dále může navazovat síťové zakončení NT (Network Termination). Provádí demodulaci a demultiplexaci signálů, které přicházejí z PON ve směru downstreamu. Rozděluje příchozí optický datový tok na signály vhodnější pro koncového uživatele podle poskytovaných služeb a tento signál posílá dále na navazující zařízení. K ONU se mohou připojovat domácí sítě (nejčastěji ethernet), dále pak běžné telefony a Set-Top Boxy pro službu video na požádání (VoD, Video on Demand). Vysílání ve směru upstreamu z ONU je koncentrováno do jednoho vlákna a jedné vlnové délky. O tento vysílací kanál se jednotlivé stanice dělí metodou TDMA (Time Division Multiple Access). Stanice tedy vysílají pouze v přidělených časových úsecích (timeslotech). Jednotka ONU tedy pracuje v takzvaném Burst režimu, k vysílání dochází pouze v krátkých buňkách. Pokud stanice nemá žádná data k odeslání, a má navázanou komunikaci s OLT, vyšle alespoň tzv. keep alive (stále jsem naživu) signál. Toto působí určité specifické komplikace při měření optického výkonu v sítích typu FTTx, což je blíže popsáno v kapitole 4. 17

18 2.2.3 Optické linkové zakončení Optické linkové zakončení (OLT, Optical Line Termination), často také nazývané optický linkový terminál, je koncový bod poskytující služby pasivní optické sítě. Je to zařízení zajišťující funkce síťového rozhraní mezi přístupovou sítí a sítěmi telekomunikačních služeb. V pasivních sítích typu FTTx poskytuje OLT hlasové a datové služby ve směru downstreamu v pásmu 1490 nm, zatímco upstream je vysílán v pásmu 1310 nm. Toto umožňuje obousměrný přenos po jednom vlákně bez vzájemného rušení. Jedná se vlastně o velmi jednoduchou aplikaci technologie WDM, která je podrobněji popsána v kapitole 3. OLT může být také zapojen do WDM slučovače, jehož druhá větev je připojena k vysílači videa po optice (Optical Video Transmiter) pro poskytnutí služby video na požádání (VoD, Video on Demand). Video signál je obvykle vysílán v pásmu 1550 nm, případně může být vysílán v pásmu 1490 nm současně s daty a hlasem. OLT zahrnuje následující vlastnosti: prostředky zpracovávající příchozí tok rámců a generování odchozích rámců konverzí paralelních dat do sériového toku dat prostředky připravující vlnový multiplex, konverze elektrických signálů na optické prostředky pro vysílání toku rámců, které extrahují data z vlnového multiplexu a vyhledávají hlavičku rámce, dále nalezení hranice slotu a zajištění operací s buňkou a jednotlivými dílčími sloty prostřednictvím administrativních a údržbových operací fyzické vrstvy (PLOAM, Physical Layer Operations Administration and Maintance) prostředky generující řídící signály pro přípravu přístupu k médiu (MAC, Media Access Control), generování proměnných a časovací signály, které jsou využívány prostředky při příjmu a odesílání rámců řídící prostředky pro řízení toku příchozích a odchozich rámců 18

19 3. Vlnový multiplex WDM Jak je uvedeno v [2], vlnové dělení (WDM, Wavelenght Division Multiplexing) je technika využívající schopnost přenosu více nezávislých optických signálů na různých vlnových délkách přes jediné optické vlákno. Tímto způsobem můžeme vytvářet shora omezený počet kanálů, které jsou prakticky izolované na fyzické (optické) vrstvě. Díky takto hluboké izolaci je možné pomocí kanálů přenášet značně heterogenní signály - například jedna vlnová délka může být použita pro Ethernet, druhá pro SONET/SDH (přenosová technologie využívající časové multiplexování) a další mohou být použity třeba pro nativní ATM. S ohledem na použitou přenosovou technologii je možné v současnosti přenášet jediným kanálem až 1 Gb/s pro gigabitový Ethernet, až 10 Gb/s pro 10-gigabitový Ethernet, či až 40 Gb/s pro SONET/SDH. Optická izolace znamená také vyšší bezpečnost pro přenášená data, protože pro uživatele přenášející data v jednom kanálu není možné odposlouchávat data v ostatních kanálech, ani není možné nějakým způsobem (byť neúmyslným) data v jiných kanálech poškodit. Nejstarší WDM technologií byl dvoukanálový přenos na 1310 a 1550 nm současně. Optický přenosový systém WDM se skládá z optického multiplexoru (OADM, Optical Add/Drop Multiplexer), optického zesilovače (OAMP, Optical Amplifier) a optického přepínače (OXC, Optical crossconnect). Dnešní optické přepínače jsou schopny podporovat až 256 vlnových kanálů po 10 Gbit/s. WDM se dále dělí na hustý vlnový multiplex DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplexing) a hrubý vlnový multiplex CWDM (Coarse Wavelenght Division Multiplexing). Porovnání technologií WDM je v tabulce 3.1, zdroj [8]. 3.1 Dense WDM Hustý vlnový multiplex DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplexing) je starší metodou a používá odstupy pod 1 nm mezi jednotlivými kanály podle doporučení G.694.1, šířka pásma jediného vlákna dosahuje při použití této technologie řádově Tbit/s. Tato technologie je využívána hlavně na dálkových trasách. Je finančně velmi náročná, protože potřebuje precizní laserové zdroje záření s regulací teploty a ostatní drahé komponenty. Zařízení DWDM jsou dle typu určena pro spoje od malých vzdáleností v metropolitních sítích až po pokrytí velkých vzdáleností stovek a tisíců kilometrů. Při pokrývání velkých vzdáleností je však nezbytné signál na trase zesilovat, neboť na optickém vlákně dochází k útlumu, který je přímo závislý na překonávané 19

20 vzdálenosti. Pro jeden optický signál se zesilování klasicky provádí pomocí konverze na signál elektrický a zpět na signál optický, přičemž dochází k úplné regeneraci signálu včetně eliminace šumu. Pro více vlnových délek na jednom vlákně je takové řešení ovšem problematické, protože by znamenalo demultiplexování všech signálů, jejich individuální zesílení a následné multiplexování zpět do vlákna, přičemž počet potřebných zesilovačů by byl roven počtu použitých vlnových délek. Rozvoj WDM na dlouhé vzdálenosti proto nastal až s příchodem erbiem dopovaných zesilovačů (EDFA) umožňujících zesílení optického signálu na trase v definovaném rozsahu vlnových délek a tedy zesílení celého vlnového multiplexu v oblasti 1550 nm najednou nezávisle na počtu použitých vlnových délek. Na druhou stranu tyto zesilovače signál neregenerují, ale pouze zesilují a nedochází tak k odfiltrování šumové složky. 3.2 Coarse WDM Hrubý vlnový multiplex CWDM (Coarse Wavelenght Division Multiplexing) je novější a levnější variantou WDM. Je specifikován doporučením G.694.2, které definuje využití 18 vlnových délek s odstupem 20 nm z celého spektra pro jednovidová optická vlákna. V typickém jednovidovém optickém vlákně má obecně CWDM limit osmi vlnových délek. CWDM je levnější než DWDM díky větším odstupům mezi kanály, které dovolují použití laserů bez řízení teploty. CWDM je vhodné do vzdálenosti 50 km, proto se uplatňuje hlavně v metropolitních sítích a v řešení poslední míle. Dělení kanálů CWDM podle ITU-T G : O Original, nm, kanály 1 až 5 E Extended, nm, kanály 6 až 10, využitelné pro vlákna s potlačeným maximem útlumu v důsledku iontů OH S Short, nm, kanály 11 až 14 C Conventional, nm, kanál 15 L Long, nm, kanály 16 až 18 Obvykle se používají kanály 2 až 5, při vyšších vzdálenostech a útlumech kanály 14 až

21 Tab. 3.1: Porovnání technologií WDM Aplikace / parametr CWDM - metropolitní přístup DWDM - metropolitní přístup, regionální síť DWDM dálkové spoje kanály na vlákno IV.16 požité spektrum pásma O,E,S,L,C pásma C,L pásma C,L,S vzdálenost mezi kanály 20 nm (2500 GHz) 0,8 nm (100 GHz) 0,4 nm (50 GHz) kapacita vlnové délky 1,5 Gbit/s 10 Gbit/s Gbit/s kapacita vlákna Gbit/s Gbit/s Tbit/s typ laseru nechlazený DFB chlazený DFB chlazený DFB dosah do km stovky km tisíce km optický zesilovač Žádný EDFA EDFA, Raman Obr. 3.1: Rozdíl mezi CWDM a DWDM 21

22 4. Měření pasivních optických sítí PON Účelem všech optických sítí je poskytovat vysokorychlostní bezchybný přenos dat. Jak je uvedeno v [4], důsledné testování v průběhu instalace sítě zaručí, že výsledný produkt splní požadavky a zamezí následnému časově i finančně náročnému a namáhavému hledání špinavých nebo poškozených konektorů, špatných spojů a jiných závad v síti. Jedním z nejdůležitějších faktorů pro zajištění řádného přenosu je kontrola ztrát výkonu v síti proti specifikacím z doporučení ITU-T a norem IEEE, které stanovují maximální ztrátovost celé trasy. Důležitá je také redukce zpětných odrazů na minimum. To je zvláště důležité pro vysokovýkonné analogové video signály z extrémně úzkopásmových laserů, protože příliš velké zpětné odrazy snižují kvalitu vysílaného videa. Čtyři hlavní optické testy prováděné v průběhu instalace jsou: jednosměrné měření útlumu každého vlákna před jeho instalací obousměrné měření útlumu odrazu (ORL, Optical Return Loss) obousměrné měření vložného útlumu (OLTS, Optical Loss Test Set) obousměrné měření metodou zpětného rozptylu (OTDR, Optical Time-Domain Reflectometry) Důležitým krokem před každým měřením je kontrola konektorů. Vzhledem k tomu, že se v sítích FTTH používají jednovidová vlákna s velmi malými průměry jader, typicky 9 µm v průměru, může jediná částečka prachu nebo špíny způsobit velký útlum přenášeného optického výkonu. Důležité úkony při práci s konektory jsou: připojený konektor se nesmí dotýkat jakéhokoliv povrchu z jiného důvodu než čištění vyčistění a prohlížení konektorů měřícího přístroje pomocí fiberskopu nebo videmikroskopu dříve, než ho připojíme použít doporučené způsoby čistění, čistící sady, speciální čistící hadřík, čistý alkohol může být také použit nepoužité konektory by měly být vždy zavíčkované a uzavřené v ochranném pouzdře 22

23 4.1 Měření útlumu v sítích PON Při měření útlumu ve směru downstreamu od OLT k ONU je možno použít klasický měřič optického výkonu. Jak je zmíněno v kapitole 2, vysílání ve směru upstreamu z ONU je koncentrováno do jednoho vlákna a jedné vlnové délky. O tento vysílací kanál se jednotlivé stanice dělí metodou TDMA (Time Division Multiple Access). Stanice tedy vysílají pouze v přidělených časových úsecích (timeslotech). Jak je uvedeno v [1] jednotka ONU pracuje v takzvaném Burst režimu, k vysílání dochází pouze v krátkých buňkách, které by obyčejný měřič výkonu vůbec nezaznamenal. Signál je z ONU vysílán i v případě, že stanice nemá žádná data k odeslání, jedná se o tzv. keep alive (stále jsem naživu) signál, ovšem pouze v případě že má ONU navázanou komunikaci s OLT. Doba trvání tohoto signálu pro jednotlivé technologie je uvedena v tabulce 4.1, zdroj [1]. Při použití obyčejného měřiče výkonu by se spojení nenavázalo a upstream nelze takto vůbec měřit. Proto je nutné použít speciální PON power metry, které jsou průchozí, čili umožňují ONU jednotce navázání komunikace s OLT v průběhu měřeni a jsou vybaveny detektorem burst signálu. Zároveň jsou PON power metry schopné měřit na všech použitých vlnových délkách (1310, 1490 a 1550 nm). Tab. 4.1: Doba trvání signálu keep alive jednotky ONU bez provozu Konfigurace Standard upstream bitů doba vysílání BPON ITU 983, Mb/s 440 2,83 µs BPON ITU 983, Mb/s ns GPON ITU 984 1,24 Gb/s ns EPON IEEE 802.3ah 1,24 Gb/s ns 4.2 Měření útlumu odrazu ORL Jak je uvedeno v [4], útlum odrazu ORL je definován jako poměr odraženého výkonu ku vlastnímu vysílanému výkonu, je dán vztahem vysílaný výkon ORL ( db ) = 10 log 10, (4.1) odražený výkon a měří se na vstupu testovaného zařízení (DUT, Device Under Test). Hodnota ORL vyjadřuje součet všech odrazů na celé měřené optické trase. Je udáván v decibelech a nabývá kladných hodnot. Čím vyšší hodnota útlumu odrazu, tím lépe. Dalším pojmem 23

24 používaným v souvislosti s ORL je odrazivost, ta je definována jako hodnota odraženého výkonu ku vysílanému výkonu a nabývá záporných hodnot. Útlum odrazu linky je tvořen Rayleighovým rozptylem na jádru vlákna a odrazivostí všech rozhraní a nehomogenit na lince. ORL může být problém u vysokorychlostních digitálních přenosových systémů, ale je přímo kritický pro analogové vysílání, jako například vysílání videa v pásmu 1550 nm používané v FTTx sítích (analogové RF video v sítích PON). Zatímco Rayleighův rozptyl je vlastností vlákna a nemůže být úplně eliminován, odrazivost je způsobena prvky sítě s rozhraním vzduch-sklo nebo sklo-sklo a vždy může být řešena lepším návrhem, případně použitím kvalitnějších konektorů. Například konektory typu UPC dosahují typicky hodnot 50 až 55 db útlumu odrazu, konektory typu APC dosahují typicky 60 až 65 db útlumu odrazu ORL. K optimalizování kvality přenosu musí být odrazivost snížena na minimum. To znamená že musí být věnována velká pozornost kvalitě spojů v síti a měření ORL. Hlavní důsledky ORL jsou: silné kolísání výstupního výkonu laseru přeslechy na straně přijímače menší odstup signál-šum v analogových systémech, vedoucí k deformaci video signálu vyšší poměr chybovosti (BER, Bit Error Rate) v digitálních systémech možnost úplného zničení laserů Potřebné vybavení pro měření ORL K měření ORL potřebujeme ORL metr (nebo ORL test set). ORL metr se skládá ze zdroje optického signálu a měřiče optického výkonu (OPM, Optical Power Meter) k měření odražené energie. Některé OLTS nebo OTDR metry umí změřit ORL celého systému a činí tak samostatný ORL metr nepotřebným Postup při měření ORL ORL metr by měl být zkalibrován a ověřen. Před připojováním kabelů je třeba změřit ORL zvlášť na každém výstupu rozbočovače v obou směrech. Ověřit jednotnost naměřených hodnot na všech portech rozbočovače. Poté provést pospojování a změřit celkové ORL. 24

25 4.3 Měření vložného útlumu OLTS Vložný útlum je definován jako rozdíl mezi úrovní energie vysílané zdrojem a úrovní energie přijímané měřičem výkonu. Celkový vložný útlum systému je součtem vložných útlumů OLT konektoru, WDM slučovače, svárů nebo konektorů na trase, útlumů vláken, útlumů rozbočovačů, útlumu ONU konektoru a jakýchkoli chybných spojů. Vložný útlum je ztráta optické energie na celé optické trase Potřebné vybavení pro měření OLTS Útlum může být měřen použitím samostatného zdroje a měřiče optického výkonu. Základní OLTS jednotky sestávají ze světelného zdroje a OPM, zatímco pokročilejší se skládají z optického zdroje a OPM v jednom měřícím přístroji a jsou zvláště užitečné pro obousměrné testování, automatické vyhodnocení a analýzu výsledků. Některé ještě pokročilejší OLTS jednotky umí současně automaticky změřit útlum celé trasy a útlum odrazu ORL, také provádí odhad délky trasy a měření chromatické disperze. Mezi přístroji dostupnými na trhu jsou malé rozdíly ve vysílaném výkonu a dynamickém rozsahu jejich detektorů. Největší rozdíly mezi přístroji jsou v tom, zda obsahují automatické testovací sekvence. Hlavním účelem automatického měření je zkrácení doby vlastního měření a redukce možných chyb ze strany operátora. Automatické měření nikdy nemůže úplně vyloučit případné lidské chyby, ale může výrazně snížit jejich počet. Přístroje vybavené automatickými sekvencemi jsou dražší než přístroje manuální, ale investice do nich se může vrátit v podobě zkrácení času potřebného pro měření a snížení počtu chyb při měření. Přístroje schopné měřit útlum odrazu a odrazivost nejsou vhodné pro měření v sítích s mnohavidovými vlákny, protože odrazivost je v těchto sítích velmi vysoká. Naproti tomu mohou být velmi užitečné pro měření v sítích s jednovidovými vlákny, jako jsou například sítě FTTx. Blíže viz [9] Postup při měření OLTS K provedení automatického měření útlumu pomocí dvou OLTS metrů jsou obvykle potřeba tyto čtyři kroky: offset nulling (pokud je vyžadováno přístroji) kompenzující šum detektoru a vnitřní offset některé přístroje nevyžadují tento krok test setup potřebný pro nastavení vlnových délek a ostatních testovacích parametrů 25

26 kalibrace (referencing) obou přístrojů je potřebná pro měření útlumu vlákna a ne útlumu konektorů a příslušenství měřících přístrojů některé přístroje provádí tento krok automaticky test initialization - některé přístroje provádí tento krok automaticky Metoda vzájemné kalibrace zpětnou smyčkou je podporována a prováděna na každém OLTS metru. Kalibrace se provádí připojením světelného zdroje měřicího přístroje přímo na detektor toho samého přístroje. Změřená úroveň výkonu na vstupu detektoru je nastavena jako referenční. Jiný, preciznější způsob kalibrace spočívá v připojení světelného zdroje měřícího přístroje A na vstup detektoru měřícího přístroje B a zdroje přístroje B k detektoru přístroje A. Jakmile jsou oba přístroje zkalibrovány, jsou konektory odpojeny z detektorů přístrojů a jsou připojeny k měřenému vláknu. Jeden přístroj zahájí test vysláním světelného signálu skrz vlákno, druhý přístroj změří úroveň přijímaného signálu a vyšle tuto hodnotu prvnímu přístroji, ten ji porovná s referenční hodnotou. Rozdíl mezi těmito hodnotami vyjadřuje útlum měřené přenosové linky. 4.4 Měření metodou zpětného rozptylu OTDR Jak je uvedeno v [4], v průběhu instalace PON sítě je důležité zabezpečit, aby každá část kabelového vedení splňovala specifikace. To může být nejlépe zajištěno použitím optického reflektometru OTDR. Na rozdíl od OLTS, které měří celkový útlum každé linky za použití dvou přístrojů, OTDR poskytuje detailní přehled nad ztrátami v každé části vedení, umožňuje uživateli lokalizovat a charakterizovat každý jednotlivý prvek na lince, včetně konektorů, svárů, rozbočovačů, slučovačů a chyb na vedení. Metoda zpětného rozptylu, někdy také označována jako metoda optické reflektometrie v časové oblasti, vyhodnocuje závislost zpětně rozptýleného optického výkonu při šíření úzkého optického impulsu měřeným vláknem, pro měření útlumu využívá Raygleighova rozptylu. Pro lokalizování poruch využívá Fresnelovy odrazy na bodové poruše nebo na koncích vlákna. Tyto odrazy jsou z hlediska měření útlumu nežádoucím jevem, ale jsou vhodné pro měření délky trasy a pro lokalizaci poruch. Fresnelův odraz nastává při dopadu optického záření na rozhraní dvou prostředí s různým indexem lomu. Taková situace nastane v každém optickém konektoru nebo mechanické spojce, případném lomu na vlákně atd. 26

27 Princip OTDR spočívá ve vyslání velmi výkonného světelného impulsu do vedení a měření zpětných odrazů. Každý prvek v síti způsobuje odraz nebo útlum, případně obojí. Konce vláken a poruchy na vláknech, stejně jako konektory, sváry a ostatní prvky v síti odrazí část vyslaného impulsu zpět k měřícímu přístroji. OTDR používá čas každého samostatného odrazu k určení vzdálenosti každé události. Blokové schéma metody OTDR je uvedeno na obrázku 4.1. Obr. 4.1: Blokové schéma metody OTDR Optická vlákna vykazují rovnoměrný zpětný rozptyl v průběhu celé své délky, OTDR měří tento rozptyl k určení útlumu vlákna. Náhlé poklesy zpětně rozptýleného světla poukazují na spoje nebo jiné nehomogenity na trase. Chyby, které mohou být odhaleny pomocí OTDR zahrnují vychýlené a špatné spoje, osové odchylky, špínu na ochranách konektorů, lomy na vlákně a makroohyby. Makroohyby vznikají pokud je vlákno ohnuto více než je jeho maximální ohýbací rádius a mohou být jednoduše detekovány porovnáním útlumů v pásmech 1310, 1490 a 1550 nm díky faktu, že makroohyby způsobují větší útlum u větších vlnových délek. Nejlepší vlnová délka použitelná pro detekci makroohybů pomocí OTDR je 1625 nm, případně 1650 nm. Výhodou měření na těchto vlnových délkách je, že můžeme makroohyby detekovat za plného provozu na měřené trase. Každé vlákno by mělo být změřeno od OLT k rozbočovači, a od rozbočovače k ONU, obousměrně pokud je to možné. Některé typy chyb, jako chyby velikosti jádra 27

28 vlákna, generují rozdílné úrovně(zisky a ztráty), v závislosti na tom, z kterého směru přijde světelný signál. Obousměrné testování umožňuje dosažení přesnějších výsledků zprůměrováním naměřených hodnot útlumů z obou směrů. Dalším důležitým jevem, na který je třeba brát ohled při použití metody OTDR, je tzv. mrtvá zóna, viz[6]. Vzhledem k tomu, že detektor OTDR je extrémně citlivý, může dojít k jeho saturaci při silném odrazu, jako například od výstupního konektoru OTDR a od prvního konektoru sítě. Často nejdelší mrtvá zóna vzniká na prvním spoji. Útlum bez mrtvých zón, útlum spojů a konektorů blízko OTDR měřícího přístroje tedy není možné měřit běžným způsobem. Tento problém lze vyřešit použitím tzv. předřadného vlákna. Předřadné vlákno o známém útlumu nám umožní zahrnout do měření i první konektor a případné chyby, které by jinak nebyly kvůli efektu mrtvé zóny měřitelné. Útlum posledního konektoru může být měřen stejným způsobem, tedy připojením předřadného vlákna k poslednímu konektoru. Mrtvá zóna dále vzniká u všech odrazných prvků na trase, nehomogenity umístěné bezprostředně za odraznou nehomogenitou díky tomu nejsou detekovány. Tyto mrtvé zóny se dále dělí na mrtvé zóny identifikační a mrtvé zóny útlumové. Identifikační mrtvá zóna udává minimální vzdálenost konektorů, aby bylo možné je rozpoznat (identifikovat). Útlumová mrtvá zóna udává minimální vzdálenost konektorů, aby bylo možné je rozpoznat a samostatně vyhodnotit. Ve specifikacích měřících přístrojů se tyto mrtvé zóny udávají zpravidla při nejkratším měřícím pulsu Potřebné vybavení pro měření OTDR Pro měření v sítích PON by měl být OTDR přístroj schopný měřit na všech třech vlnových délkách v těchto sítích použitých (1310, 1490 a 1550 nm). V mnoha případech měření na vlnové délce 1550 nm odpovídá měření na 1490 nm. Útlum vlákna v pásmu 1490 nm je obvykle o 0,02 db větší než útlum v pásmu 1550 nm, což při maximální délce 20 km znamená 0,4 db celkového útlumu. Toto platí pro moderní vlákna vyrobená ve druhé polovině devadesátých let minulého století a mladší, zvláště pro vlákna odpovídající standardu G.652.C, ovšem nemusí to platit pro vlákna z první poloviny devadesátých let a starší, kdy nebyl kladen důraz na útlum vláken v E-pásmu ( nm), viz. kapitola 3. Pro testování dlouhých tras a zařízení s velkým útlumem je potřeba velký dynamický rozsah, naproti tomu pokud potřebujeme přesně zjistit vlastnosti jedné konkrétní poruchy, je potřeba vyslat krátký impuls. Tyto dva požadavky jdou proti 28

29 sobě, dlouhý impuls poskytuje velký dynamický rozsah, kratší impuls omezuje dynamický rozsah. Dynamický rozsah je rozdíl mezi navázanou úrovní signálu a úrovní šumu. V souvislosti s měřením metodou OTDR se ještě zavádí tzv. efektivní dynamický rozsah nebo někdy také využitelný rozsah, který dynamický rozsah omezuje na hodnoty, při kterých jsme ještě schopni rozeznat nehomogenity na reflektogramu. Efektivní dynamický rozsah je vlastně dynamický rozsah zmenšený o úroveň šumu a při měření v sítích PON se uvažuje zhruba o 6 až 8 db menší než dynamický rozsah. Pro měření metodou OTDR v sítích PON je třeba klást velký důraz na kvalitu samotného měřícího přístroje, zejména na dynamický rozsah, který je přístroj reálně schopen poskytnout, zda je dynamický rozsah udáván pro každou vlnovou délku, pro jaký typ vlákna udávaný dynamický rozsah platí atd. V současnosti se v souvislosti s měřením v sítích PON hovoří o tzv. PON ready reflektometrech, jak je uvedeno v [6]. Použití pasivních splitterů v těchto sítích klade zvýšené požadavky na kvalitu reflektometrů. Je potřeba, aby přístroj poskytoval dostatečný dynamický rozsah pro překonání splitteru při použití relativně krátkého pulsu kvůli minimalizaci délky mrtvých zón, zvláště mrtvé zóny vznikající za splitterem. Toto platí zejména v tzv. malých sítích PON, kde jsou použity splittery s velkým poměrem, až 1:64, a vzdálenosti mezi zařízeními v síti jsou malé. PON ready tedy znamená koncentraci dynamického rozsahu do kratších pulsů a minimalizaci mrtvých zón za splitterem. PON ready reflektometry poskytují větší možnosti nastavení délky pulsu oproti obyčejným reflektometrům, jako například 50 ns pro měření sítí se splitterem 1:8 nebo 500 ns pro měření na splitteru 1:64. Pro měření na živé síti za plného provozu lze využít jakýkoli OTDR metr schopný měřit na vlnové délce 1625 nm s příslušným vlnovým filtrem, nebo reflektometr s tzv. live portem. Dnešní OTDR metry určené pro terénní použití jsou schopny samy vyhodnotit naměřené hodnoty a podle předem nastavených vyhodnocovacích kritérií na místě rozpoznat a hlásit případné poruchy nebo nedostatečné hodnoty měřené trasy, čímž se snižují požadavky na odborné znalosti obsluhy takového přístroje. Naměřené hodnoty je dále možné uložit na vnitřní nebo vnější paměťové medium. Pro jejich podrobnější vyhodnocování se používá software od výrobce, případně software třetích stran, obvykle označovaný jako post procesing sofware, který bývá obvykle alespoň ve zkušební verzi volně ke stažení. 29

30 4.4.2 astavení parametrů OTDR Před použitím metody zpětného rozptylu OTDR je potřeba porozumět měřeným parametrům, aby bylo možné změřit je správně. Ačkoli většina OTDR přístrojů má automatický režim, ve kterém se přístroj pokusí najít správné nastavení parametrů pro měřenou trasu, v některých situacích může být pro získání požadovaných výsledků nutné nastavit tyto parametry ručně. Pokud měříme na několika vlnových délkách, je možné použít stejné nastavení parametrů pro všechny vlnové délky, nebo různá nastavení pro každou vlnovou délku. Nastavované parametry jsou následující: Dosah (distance range): Udává maximální vzdálenost na kterou je OTDR schopna detekovat poruchu. Šířka impulsu (pulse width): Udává šířku měřícího impulsu, který je vyslán měřícím přístrojem. Delší impuls zvyšuje dosah měření a zlepšuje odstup signál šum, ale snižuje přesnost výsledků, je těžší rozeznat nehomogenity, které jsou blízko sebe. Delší impuls také způsobuje delší mrtvé zóny. Naproti tomu kratší impuls poskytuje vyšší přesnost výsledků a kratší mrtvé zóny, ale snižuje rozsah a odstup signál šum. Obecně je upřednostňováno použití nejkratšího možného impulsu umožňujícího odhalit všechny nehomogenity a poté upravovat šířku pulsu podle potřeby. Pokud měříme douwnstream v sítích PON, optický výkon impulsu musí být dostatečně velký, aby prošel skrz rozbočovače a dynamický rozsah musí být veliký. Příklad šířek pulsu a souvisejících parametrů je uveden v tabulce 4.2, zdroj [5]. Doba vyhodnocení (acquisition time): Nastaví dobu vyhodnocování výsledků. Obecně při delším vyhodnocování budou výsledky přesnější, zvláště na dlouhých trasách, vzhledem k faktu, že při dlouhodobějším vyhodnocování se velká část šumu zprůměrňuje. Toto zvyšuje odstup SNR a schopnost OTDR přístroje rozeznat malé a blízké nehomogenity. Při provádění rychlého testu za účelem lokalizace významných poruch, jako například lomu vlákna, bude použit krátký vyhodnocovací čas, řádově v desítkách sekund. Pro podrobné změření charakteristiky trasy a přesné změření celkového útlumu se nastaví delší čas vyhodnocování, řádově v jednotkách minut. Vyhodnocovací kritéria: Některé OTDR přístroje umí zobrazit zprávu s analýzou jestli prvky měřené trasy odpovídají jejich přednastaveným požadovaným hodnotám. Jednotlivé prahové hodnoty pro varovná a chybová hlášení mohou být 30

31 zvlášť nastaveny pro různé typy měření (útlum svárů, útlum konektorů, odrazivost, útlum vlákna, celkový útlum, útlum odrazu, atd.). Tato funkce může být použita pro ověření, zda každý optický prvek na měřené trase odpovídá požadavkům. Tab. 4.2: Příklad šířek měřícího pulsu a souvisejících parametrů pro měření OTDR, 1310 nm délka měřícího impulzu (ns) délka mrtvé zóny v místě připojení přístroje (m) dynamický rozsah (db) , , , , , , , , doporučená délka předřadného vlákna (m) Postup při měření OTDR V průběhu instalace by měl být metodou OTDR přeměřen každý prvek sítě po jeho umístění. Je důležité měřit touto metodou obousměrně, protože některé poruchy jako například sváry mezí dvěma vlákny s trochu rozdílnou geometrií budou vykazovat rozdílné hodnoty útlumu při měření z různých směrů. Zprůměrování hodnot útlumů při obousměrném měření nám poskytne přesnější výsledky. Při proměřování sítě v průběhu instalace je možné se částečně vyhnout měření přes splittery a jednotlivé úseky sítě měřit zvlášť od splitteru k ONU nebo OLT, připadně mezi splittery, pokud je v síti použito splitterů více. Po zkompletování sítě je takovýto způsob měření komplikovaný, ne-li nemožný v případě, že jsou spoje v síti realizovány svařováním vláken. Dále je tedy potřeba měřit přes splittery, při čemž je potřeba klást zvýšený důraz na kvalitu a parametry použitých měřících přístrojů a vhodně volit délku měřícího pulsu, pokud chceme měřit celou trasu od OLT až k účastnickému ONU. Zde se nabízí využití tzv. PON ready reflektometrů, které jsou optimalizovány přímo pro měření pasivních sítí, koncentrují dynamický rozsah do kratších pulsů a omezují mrtvé zóny za splitterem na minimum. Rychlé vyhodnocení výsledků je možné přímo na místě na měřícím přístroji pomocí přednastavených vyhodnocovacích kritérií, podrobnější zpracování výsledků se 31

32 provádí na PC za pomoci vyhodnocovacího softwaru dodaného výrobcem měřícího přístroje. 32

33 5. Měření na praktickém modelu sítě se splitterem 1:8 Tab. 5.1: Použité přístroje Přístoj Typ Sériové číslo universální měřící platforma Exfo FTB 200-S OTDR metr EXFO FTB-7400E Předřadné vlákno 500 m Profiber FiberBox E Předřadné vlákno 1000 m typ FTB-PSB Optický splitter 1:8 MLS0303D1x8C003 Základní specifikace požitého modulu optického reflektometru: až 4 vlnové délky v jednom vysílacím portu dynamický rozsah až 42 db počet vzorkovacích bodů až identifikační mrtvá zóna 0,8 m útlumová mrtvá zóna do 4,5 m Naměřené výsledky byly zpracovány pomocí programu FastReporter ve verzi , který je volně ke stažení na adrese < Při měření bylo nejprve nutno vyzkoušet nastavení důležitých parametrů a jejich vliv na praktickou použitelnost získaných výsledků. Na přístroji byla možnost nastavit okamžité zobrazování výsledného průběhu reflektogramu v reálném čase, této možnosti bylo využito při hledání správného nastavení parametrů. Dosah měření byl nastaven s ohledem na nejdelší variantu modelu sítě, a sice na 2,5 km. Doba průměrování byla ve všech případech nastavena na 15 s. Přesnost získaných výsledků nebyla při použití výše uvedeného přístroje dobou průměrování příliš ovlivněna. Na následujících dvou obrázcích jsou vidět průběhy reflektogramů při použití příliš krátkého měřícího pulsu, a sice v prvním případě 10 ns a v druhém případě 30 ns. Dynamický rozsah je při použití takto krátkých měřících pulsů příliš malý na to, aby překonal útlum použitého splitteru. Na naměřených průbězích je sice vidět i odraz od vzdáleného konce vlákna, ale není možno odečíst útlum splitteru ani útlum vlákna za ním, nehledě na potřebu rozeznání případných poruch na trase za splitterem. 33