CWDM szűrő átviteli jellemzőinek mérése

SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM MŰSZAKI TUDOMÁNYI KAR TÁVKÖZLÉSI TANSZÉK Távközlési Laboratórium

CWDM szűrő átviteli jellemzőinek mérése

Összeállította: Békefi Ádám MSc hallgató Mészáros István tanszéki mérnök

1


üvegszálon keresztül átvihető információ mennyiség növelésének egyik lehetséges módja, hogy több, eltérő hullámhosszú, eltérő modulációs tartalommal bíró optikai jel kerül átvitelre egyetlen optikai szálon. Ez az eljárás a hullámhossz-osztású multiplexálás, azaz Wavelength Division Multiplexing, röviden WDM. A jelenleg alkalmazott WDM rendszereknek két fő típusa különböztethető meg, a CWDM és a DWDM technológián alapuló megoldás. A CWDM a Coarse, azaz ritka osztású WDM, amely az 1271 és 1611 nm közötti hullámhossz-tartományban üzemel 20 nm csatornatávolsággal. Ez az intervallum csak speciális optikai szálak, például a Corning SMF-28e esetében használható ki teljes mértékben, mivel a hagyományos szálak csillapítása az úgynevezett vízgyök miatt az 1400 nm-es hullámhossz környezetében lokális maximumot mutat. Az 1470 nm alatti tartomány így a második átviteli ablak kivételével használhatatlanná válik, és az elérhető csatornák száma 18 helyett mindössze 8 lesz. A CWDM rendszerek további hátránya, hogy az átvitt jelek erősítését nem teszik lehetővé. Az EDFA-k ugyanis csak a C-sáv, tehát az 1530 és 1565 nm közötti tartomány, míg a Raman-erősítők csak az Lsáv, vagyis az 1565 és 1625 nm közötti tartomány erősítésére képesek, ezek közül pedig egyik sem fedi le a CWDM teljes sávszélességét. Az ily módon korlátozódó használhatóságot ellensúlyozza, hogy a nagy csatornatávolságnak köszönhetően nincs szükség nagy hullámhossz-pontosságú, hűtött lézeradók alkalmazására, mindez olcsó elemekből felépíthető hálózat kialakítását teszi lehetővé.

ITU-T hullámsávok 1260 – 1360 nm O-sáv (Original) 1360 – 1460 nm E-sáv (Extended) 1460 – 1530 nm S-sáv (Short wavelenght) 1530 – 1565 nm C-sáv (Conventional) 1565 – 1625 nm L-sáv (Long wavelenght) 1625 – 1675 nm U-sáv (Ultra-long wavelenght)

2


A WDM rendszerekben a különböző hullámhosszú jelek egyesítésére multiplexert, szétválasztásukra pedig demultiplexert használnak. A gyakorlatban ezt a két feladatot ugyanaz az eszköz képes ellátni. Fizikai megvalósításuk szempontjából a multiplexer/demultiplexer szűrőknek három típusa különíthető el, a diffrakciós rács, a tömbös hullámvezető rács és a Bragg-rács segítségével megvalósított szűrő. A diffrakciós rácson alapuló megoldás lényege, hogy a rács felületén bekövetkező reflektálódás reflexiós szöge arányos a hullámhosszal. Ezáltal az eltérő hullámhosszú optikai jelek különböző szálakba való becsatolása a bemeneti és a kimeneti szálvégek alkalmas elhelyezésével megoldható. Ebből következik, hogy a beiktatási csillapítás nem függ a hullámhosszak számától, értéke tipikusan 3 dB alatti, viszont a szomszédos csatornák közötti áthallás –30 dB-nél nagyobb lesz. Az eszköz minősége szempontjából kritikus a szálak megfelelő pontosságú pozícionálása, ami a technológiát drágává teszi.

A tömbös hullámvezető rács, vagy Arrayed Waveguide Grating (AWG) esetében a bejövő optikai jel egy rendezőn keresztül planár technikával megvalósított, eltérő optikai úthosszal rendelkező hullámvezetőkbe jut. Az eltérő optikai úthosszak hatására hullámhosszfüggő szögeltolás jelentkezik a kimeneti rendezőben. Az úthosszak közötti különbséget úgy kell megválasztani, hogy a második rendezőben jelentkező interferencia hatására minden hullámhossz intenzitás-eloszlása a hozzá tartozó kimeneti szálvég helyén legyen a legnagyobb. Az AWG-k beiktatási csillapítása a csatornák számától függetlenül nem haladja meg az 5 dB-t, a szomszédos csatornák közötti áthallás értéke –30 és –40 dB közötti.

Bragg-rács előállításakor a szál törésmutatóját periodikusan megváltoztatják. Ez megvalósítható UV-technológiával, ilyenkor a germániummal adalékolt magot egy rácsmintán keresztül UV-fénnyel világítják meg, a törésmutató-változás ennek hatására áll elő. Az eszköz a bemenetére érkező hullámhosszak közül egyet reflektál, a többi optikai jelet minimális csillapítással továbbengedi. Az a jel fog reflektálódni, amely hullámhosszának fele megegyezik a d rácsállandóval. A reflektált sáv szélessége a rácselemek számának, azaz a Bragg-rács hosszának növelésével csökkenthető. A visszavert optikai jel kicsatolása a szálból cirkulátor segítségével lehetséges. Az eszközre a néhány tized dB értékű beiktatási csillapítás és –30 dB-nél jobb szomszédos csatornák közti áthallás jellemző.

3


A szűrő-karakterisztika felvétele A rézalapú hálózatokon alkalmazott szűrőkhöz hasonlóan a WDM rendszerek hullámhosszmultiplexereinek három legfontosabb paramétere a sávszélesség, a sávközépi hullámhossz és a beiktatási csillapítás. E három érték közül a sávközépi hullámhosszt és a sávszélességet az ITU-T G.694.2 szabvány rögzíti. A rendelkezésre álló multiplexer az 53-as, 55-ös, 57-es és 59-es csatornát képes kezelni, ennek megfelelően a sávközépi hullámhosszak várható értéke rendre 1531 nm, 1551 nm, 1571 nm és 1591 nm, míg a sávszélességé 20 nm. A beiktatási csillapítás várható értékét a multiplexer gyártástechnológiája határozza meg. Első lépésben az optikai spektrumanalizátor beállításait kell illeszteni az optikai adó jellemzőihez. Mivel az adó stabilizált fényforrással rendelkezik, nincs szükség több mérés elvégzésére, és a kapott eredmények átlagolására. A műszer a teljes dinamikatartományt skálázási zónákra osztja, és a spektrumot ezeken belül külön-külön vizsgálja meg. A leggyorsabb munka érdekében a dinamikatartományt így a legkisebb olyan értékre kell beállítani, ami helyes eredményt ad. A spektrumanalizátor DWDM jelek vizsgálatára készült, ennek megfelelően a hullámhossz-tartománybeli spektrális felbontása nem konstans. A legnagyobb érték a vizsgált tartományon belül Bres=0,078 nm. A fényforrás spektrális teljesítménysűrűsége nem változtatható, ez a gyártó által mellékelt mérési jegyzőkönyv szerint p= -12 dBm/nm, azaz p=0,06137 mW/nm. A felbontási sávszélességre jutó teljesítmény ez alapján: P=ρ×B

res

= 0,00478 mW → P

dB

= –23,19 dB

Ekkora az a maximális teljesítmény, amelyet a fényforrás és a spektrumanalizátor közvetlen összekapcsolásakor a műszer jelezhet. A felkínált dinamikatartomány-értékek közül ennek leginkább a –2/– 73 dBm felel meg. A beállítás elvégzése után kell felvenni az adó kimeneti spektrumát, ami referenciaként szolgált a karakterisztikák felvételekor.

Az 1530 nm-es csatorna alsó határhullámhossza környezetében a kimenő teljesítmény még nem éri el a maximális értéket, illetve a spektrális teljesítmény-eloszlás nem tökéletesen egyenletes. Mindezt a 4


multiplexer vizsgálata során figyelembe kell venni. A következő lépésként kell meghatározni az egyes csatornákat jellemző szűrőkarakterisztikákat. Ennek során a mérendő eszközt demultiplexer irányban kell csatlakoztatni:

Az áthallás vizsgálata a szomszédos csatornák között A WDM rendszerek használata esetén bár jelentősen megnő az optikai szál adatátviteli kapacitása, és ezáltal javul a hálózat használhatósága, elvész az egyhullámhosszú hálózatoknál tapasztalható teljes áthallásmentesség. A jelek szétválasztásához használt demultiplexer karakterisztikájának meredeksége ugyanis nem végtelenül nagy, ezáltal a vételi oldalon nem lehetséges a párhuzamosan haladó, eltérő modulációs tartalmakat továbbító optikai jelek tökéletes elkülönítése. Bármely csatornából a szomszédos csatornákba átjutó teljesítmény csökkenteni fogja az azokban mérhető optikai jelzaj viszonyt, ezért a tervezett hálózat aktív elemeinek kiválasztása előtt célszerű megismerni az alkalmazott demultiplexer kimenetei között jelentkező áthallás mértékét. A szomszédos csatornák karakterisztikáinak keresztezési pontja egy ideális eszköz esetében pontosan a két sávközépi hullámhossz számtani közepével esik egybe. A keresztezési hullámhosszak várható értéke így rendre 1540 nm, 1560 nm és 1580 nm. Ezúttal a „Compare” panelen két-két szomszédos karakterisztikát kell megjeleníteni, és a marker segítségével megkeresni a keresztezési pontjaikat. Az itt mérhető teljesítményeket kivonva az ugyanezeken a pontokon mért adóteljesítményből, előállt az egyes karakterisztikák csillapítása a keresztezési hullámhosszakon. A multiplexer és a demultiplexer irány összehasonlítása Monomódusú optikai szálak használatakor ugyanaz a felépítésű eszköz használható multiplexerként és demultiplexerként a WDM rendszerekben. Ideális építőelemek esetében a multiplexer és a demultiplexer irányban valamennyi hullámhosszon azonos csillapításértékek várhatók. A multiplexer irány karakterisztikáinak felvételekor az alábbi mérési összeállítást kell megvalósítani:

5


Mérési feladatok: 1. Vegye fel a szűrő demultiplexer irányú karakterisztikáját, és ez alapján határozza meg sávszélességét, illetve csillapítását! A mérést a demultiplexer mindegyik kimenetére ismételje meg! Van eltérés a szabványban előírt jellemzőktől? Elegendőek a mért sávszélességek? Van a csatornák között hibás karakterisztikájú? Válaszait indokolja! 2. Mérje meg a szomszédos csatornák közötti áthallást valamennyi csatornapár esetében! Van összefüggés az előző mérési pont eredményei és az áthallásértékek között? Mi ennek az oka? 3. Vegye fel a szűrő multiplexer irányú átviteli karakterisztikáit, és hasonlítsa össze azokat a demultiplexer irányban mért görbékkel! Van-e különbség a két irányban jelentkező átviteli karakterisztikák között? Ha igen, miért? 4. Jegyzőkönyvezze a mérést.

A mérés menete: 1. Tisztítsa meg az alkalmazott optikai szálak végeit, hogy a patchkábelek a lehető legkisebb járulékos csillapítást okozzák! 2. Csatlakoztassa a patchkábelek FC/PC csatlakozóit a szélessávú fényforráshoz, illetve az optikai spektrumanalizátorhoz! 3. A patchkábelek másik végeit kapcsolja egymáshoz egy toldó segítségével! 4. Kapcsolja be a műszereket! A fényforrást a kulcs

állásba fordításával, majd az

gomb megnyomásával aktivizálhatja. Az univerzális teszt rendszeren indítsa el a programot, majd válassza ki a spektrumanalizátor modult! Jelenítse meg az eszköz szoftveres kezelőszerveit a

gomb segítségével! A kapcsolót állítsa „Custom” állásba, a sávhatárok értékét válassza 1510 és 1610 nm-re, a „Power Range” tárcsa –2/-73 dBm állásban legyen! Elegendő-e ez a dinamikatartomány, ha az adó spektrális teljesítménysűrűsége –12,12 dB/nm, a spektrumanalizátor felbontási sávszélessége pedig a vizsgált tartományban legfeljebb 0,078 nm? 5. Az

gombbal térjen vissza a főmenübe! Válassza ki a 6

fület, és indítsa el a mérést


a használhat.

gombbal! Ezáltal veszi fel az adó kimeneti spektrumát, amelyet referenciaként

6. Csatlakoztassa most a mérendő eszközt a műszerekhez, majd váltson a spektrumanalizátor főmenüjében! Indítsa el a mérést a

fülre a

gombbal!

7. A fülön jelölje be az jelölőnégyzeteket! Most az adó kimeneti spektruma és a szűrő egyik kimenetén megjelenő spektrum látható egyszerre a képernyőn. A szűrő karakterisztikája a két görbe közti különbség, melyet a delta-marker segítségével tetszőleges hullámhosszakon megmérhet. Jegyezze fel a sávhatárok, valamint a sávközépi frekvencia értékét, és rögzítse a megjelenő spektrumképeket az univerzális teszt rendszerre telepített képernyő-fényképező program segítségével!

A program a műszerről a

+ + billentyűk egyidejű lenyomásával indítható. 8. Ismételje meg a 6. és a 7. lépéseket a többi csatornára! 9. A fentiekhez teljesen hasonló módon vegye fel a

és a

fülön két szomszédos

csatorna jelét! A fülön keresse meg a két karakterisztika keresztezési pontját, és az itt mért jellemzőkből határozza meg az áthallás értékét! 10. Ismételje meg a 9. lépést a többi csatornapárra! 11. A fentiekhez teljesen hasonló módon vegye fel a és a fülön egy adott csatorna multiplexer és demultiplexer irányú karkterisztikáját, és hasonlítsa össze azokat! 12. Ismételje meg a 11. lépést a többi csatornára!

7

CWDM szűrő átviteli jellemzőinek mérése

Recommend Documents