Fénytávközlő eszközök (BMEVIHVM351) Mérések 2014.09.25. Gerhátné Dr. Udvary Eszter
[email protected]
Budapest University of Technology and Economics Department of Broadband Infocommunication Systems http://www.mht.bme.hu/omt
since 1782
Optikai átviteli mérések • A technológia fejlődik => Egyre magasabb követelmények a méréstechnikával szemben – Többcsatornás rendszer (WDM átvitel) • Régen: egy csatorna 850 vagy 1300 nm-en • Jelenleg: CWDM vagy DWDM csatornák (1260 nm-1625 nm)
– Sebesség • Régen: pár*10 Mbit/s • Jelenleg: 40 Gbit/s
– Optikai erősítők kifejlesztése • Régen: rövid összeköttetések (pár km) • Jelenleg: pár*1000 km
2
Csillapítás, Reflexió, Hossz Szálhegesztések, csatlakozók, törés CD, PMD Nemlinearitás (teljesítményt limitálja)
Hullámhossz Lézermódusok elnyomása Teljesítmény Hőfokfüggés (λ, P) Vonalszélesség Chirp, RIN Kioltási tényező, Jitter
Beiktatási csillapítás (csatornánként) Áthallás Jitter
Kimeneti/bemeneti teljesítmény Csatornánként erősítés Polarizáció függés Zajtényező Erősítés – λ (egyenletesség, meredekség)
3
Érzékenység Jitter tolerancia BER - teljesítmény BER - OSNR
Optikai teljesítmény vizsgálat Diszperzió és kompenzálás Jitter BER, OSNR, Q, stb. különböző moduláció és bitsebesség esetén
Optikai mérések • • • • • • • •
Szálvégek ellenőrzése (mikroszkóp) Hiba keresése (látható lézer) Optikai teljesítmény mérése Csillapítás (fényforrás + teljesítménymérő) OTDR Optikai spektrumkép Csillapítási görbe (széles spektrumú forrás) Diszperzió (CD, PMD)
4
Ferrule
Mikroszkóp
5
Mikroszkóp
6
karcolás a mag közelében
Szennyeződés Szál
Mag (SM)
7
Mikroszkóp
Ferrule
Szál
Mag (MM)
zsiradék (csatlakozó felületét tilos megérinteni!)
Csillapítás mérés • Fényvezető szál csillapítása – Visszavágásos – Beiktatásos
• Optikai eszköz beiktatási csillapítása USB portra csatlakoztatható kivitelben is
8
9
Beiktatási csillapítás Ez a csatlakoztatás kritikus
Optikai forrás X
1. 2. 3. • • •
Optikai teljesítmény mérő
Referencia felvétele (X: rövid fényvezető szál, azonos geometria, csatlakozók, azonos gyártó, mint a mérendő szálnál) => P1 mérése Mérés (X: mérendő szálszakasz) => P2 mérése A szál csillapítása: P1-P2 Független adó és vevő vagy integrált műszer (Optical Loss Test Set – OLTS) OLTS – kétirányú mérés (hullámhossz azonosítás lehetséges) Két technikus összehangolt munkája
Követelmények • Gyakran alacsony csillapítási értékeket kell mérni (0.1 dB … 0.5 dB) • Bármely ingadozás az adó és vevő paramétereiben befolyásolja a mérési eredményt • Adó/vevő: – legalább 10-szer nagyobb stabilitással rendelkezzen, mint a minimális mérendő csillapítási érték (pl. 0.1 dB csillapítás mérése esetén a forrás stabilitása legyen jobb, mint 0.01 dB – Rendszeresen vegyünk fel referencia értéket (1-2 óránként), a hosszú idejű változás kiküszöbölésére – Nagy pontossági igény esetén folyamatosan monitorozzuk az adó jelét egy csatolóval
•Mérőkábelek – Jó minőség tesztkábelek – Csatlakozóvégek tisztántartása, rendszeres ellenőrzése – Rögzítsük a mérőkábeleket, a véletlenszerű görbületi változások hatásának kiküszöbölésére (pl. sugárzási veszteség) – Rögzítsük a toldókat, adaptereket
10
11
OTDR működése
Rayleight => szálcsillapítás Frenel => határátmenet
12
OTDR • Detektálható események
Szálhegesztés
Csatlakozó vagy mechanikai illesztés
Erősítés
Hajlítás λ függő
Szálvég vagy törés
• Gyakran mindkét irányban mérnek és átlagolják az eredményt • általában (850 - multimódus) 1310, 1550 és 1625 nm-en működnek • Egy technikus elegendő • Hibahely keresés, hibadetektálás • felbontás, dinamika tartomány, átlagolás, holtzóna
OTDR – mérési példa 1
13
Tiszta csatlakozó
A szálvég szennyezettségének hatása a jelre
Back Reflection = -67.5 dB Total Loss = 0.250 dB
3
Szennyezett csatlakozó
Back Reflection = -32.5 dB Total Loss = 4.87 dB
OLTS - OTDR • OTDR – – – –
Több információ Hibahely detektálás Drágább Komplikáltabb használat
• OLTS – Pontosabb – Nagyobb dinamika tartomány => hosszabb összeköttetés mérése – Optikai erősítő nem zavarja – Rövidebb mérési idő • Pl. OTDR: 3 perc, OLTS: 30 másodperc 120 szálas kábel esetén OTDR mérés kb. 11 óra
14
Return Loss mérés
15
• RL test set vagy OTDR • OTDR: holtzóna, pontatlan mérés • RL test set: RL>60 dB (Inherent RL test set: 15-20dB-lel jobb)
• Csillapítás méréssel kombinálható
Reflexiómentes lezárás • Return Loss mérés kalibrálásához, egyes eszközök méréséhez (pl. iránycsatoló) szükség lehet reflexiómentes lezárásra – Mandrel wrap (eredetileg MMF esetén a magasabb rendű módusok kicsatolására/kiirtására): 20mm átmérőjű hurkok – Törésmutató illesztő gél vagy folyadék
16
17
„élő” hálózat mérése • Meghatározható, hogy használatban van-e a szál – Telepítés/kiépítés ellenőrzése – Aktív/inaktív szálak azonosítása – Javítás során ellenőrzés
• A szálra csíptetve, azt meghajlítva, a sugárzási veszteséget használjuk ki – csillapítás< 0.4 dB @ 1310 nm
• Detektálni lehet – Van-e jel (-35dBm-ig) – Hullámhossz azonosítás (ha adó küldi az azonosító jelet) – Egyes típusok: becsült optikai teljesítmény
18
Optical Spectrum Analyzer (OSA) • Rács – Fiber Bragg grating – Array waveguide grating
PD tömb
RÁCS
• Hangolható szűrő – Fabry-Perot – Acousto-optic
Szűrő
PD
19
Optikai jel/zaj viszony Optikai spektrumanalizátor jel: maximum zaj: interpolációval (jel eltakarja) Automatizált mérés
20
PMD mérés • Nem stabil, nem számolható, csak mérhető • PMD idő és hőmérséklet függő (akár 20% eltérés is lehet) • Nagy sebességű, nagy távolságú rendszerekben probléma
Különböző rendszerekben (bitsebesség) megengedhető PMD (1 dB penalty) Maximum PMD T/10 (ps)
PMD coefficient for 400 km link (ps/km1/2)
2.5 Gbits/s 10 Gbits/s
40
<2
10
< 0.5
40 Gbits/s
2.5
< 0.125
Bit rate STM-16 STM-64 STM-256
PMD mérés
21
•
Mérési módszert szabványok írják le • IEC 60793-1-48/ ITU-T G.650.2/ EIA/TIA Standard FOTP-XXX • Széles sugárzási spektrumú forrás (broadband source) polarizált jelét a szál kimenetén optikai spektrumanalizátor detektálja, polarizátor változtatja a polarizációs állapotot A PMD mérés sebessége az átviteli bitsebesség nagyságrendjébe esik (0.1 - 60 ps) Általában egyirányú mérés.Ha az eredmény túl közel van a határértékhez, akkor hosszú idejű mérést végeznek => időbeli változás vizsgálata ps
CD mérése Hangolható fényforrás
CD Vevő
• Többféle módszer van a mérésére – IEC 60793-1-42 / ITU-T G650.1; EIA/TIA-455- FOTP-175B
• A „Phase Shift” a leggyakoribb. Adó hullámhosszát változtatva fázismérés a vételi oldalon. Mérhető paraméterek: – – – –
22
A teljes link diszperziója Diszperzió meredekség Diszperzió nullhelye nullhelyen a meredekség
Tipikus nullhely változás (SMF) – 0.025nm/ºC – 1.75nm/%nyújtás – 0.007nm/MPa
23
Csillapítás hullámhossz függése Szélessávú forás
• • •
•
Keskenysávú vevő
Csillapítás hullámhosszfüggő Referencia mérés a forrás hatásának kiküszöbölésére. Pl. optikai erősítő sávszélesség vizsgálat Optikai szűrők, MUX, DEMUX vizsgálat, stb. Olcsóbb berendezések csak C+L sávban mérnek
Water peak
C+L DWDM Band AP results
IEC 60793-1-1 Optical fibers – Part 1-1: Generic Specification – GeneralTest procedure ITU-T G.650.1
Pl. Szál karakterizáció eredménye
24
25
Átviteli mérések
• • • • • •
Szemábra Q (jósági tényező) BER Jel/zaj viszony Dzsitter Protokoll
26
Szemábra Oszcilloszkóp => szemábra paraméterei (Jósági tényező is számítható) Q = µ − µ 1
0
σ1 + σ 0
bitidő
nyitottság
1
0 Optimális mintavételi időpont
27
BER mérés
• Számolja a hibásan átvitt biteket • Vevőbe el kell juttatni az eredeti bitsorozatot és az órajelet (vagy órajel a vett mintából visszaállítva) • Megbízható méréshez kb. 100 hibát kell detektálni (95%os pontosság) 10-14
10-15
2.5Gbps 0.004ms 0.04s
11óra
4.5nap
10Gbps
3óra
27óra
BER
10-4
10-8
0.001ms 0.01s
Jósági tényező mérés (BER alapján)
28
Mért BER-ből számítják (közelítő képlet, nem mindig jó közelítés)
MTS-8000 Q-factor mérő
Protokoll teszt – pl. SDH
29
30
• Telepítésnél • Upgrade előtt, után • Monitorozás – Védelmi kapcsolás (hiba detektálása, jelút megváltoztatása) – Dinamikus szabályzás (pl. erősítő)
