ПОТЕРИ В ВОЛС И ИХ ИЗМЕРЕНИЕ

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены направления проведения измерений и виды потерь волоконно-оптической линии связи (ВОЛС). Предложены варианты минимизации потерь волоконно-оптического кабеля.

Ключевые слова: волоконно-оптический линия связи, затухания, оптическое волокно, мощность.

Существует несколько направлений, имеющих отношение к ВОЛС, в которых затрагивается проблема проведения измерений:

• при разработке и прокладывании линии связи,
• при обслуживании линии связи,
• при эксплуатации линии связи.

Самый значительный комплекс измерений проводится при разработке и прокладывании ВОЛС. На данном этапе все параметры линии связи измеряются наиболее тщательно. Результаты заносятся в протоколы и оформляются в виде исполнительной документации на построенную ВОЛС, которая является важнейшим документом, на основании которого ведется дальнейшее использование этой ВОЛС. Именно качество документации, разрабатываемой при разработке и прокладывании ВОЛС, точность указанных в ней данных, определяет удобство и точность работы использованной линии связи.

Под измерениями при обслуживании ВОЛС обычно понимаются мероприятия, направленные на поддержание линии связи в рабочем состоянии. Обслуживание проводится на основании договора между собственником линии и организацией, которая предоставляет свои услуги. Как правило, в рамках договора организация обязана не только следить за работоспособностью линии, но и устранять аварийные ситуации, которые на ней могут возникнуть. В таких случаях измерения проводятся с целью локализации повреждения, выяснения его вида и характера, позволяют оперативно устранить это повреждение

Измерения при эксплуатации подразумевают периодическую проверку состояния ВОЛС. Они производятся согласно установленному регламенту, который принят в данной организации, использующей эту линию связи. Различают два способа контроля. Первый осуществляется в автоматическом режиме, когда за состоянием ВОЛС осуществляет контроль специализированный программно-аппаратный комплекс, который получает сведения с оптических датчиков. Второй – в «ручном» режиме, когда инженер лично проверяет линию с помощью специального измерительного оборудования.

Самый простой путь измерения затухания ВОЛС – это измерение прямых потерь, показывающее самую точную информацию о затухании ВОЛС, но требующее доступа к двум концам оптического кабеля. Для проведения измерения таким способом, необходимо пустить по линии связи оптический сигнал с одного конца, после чего, измерить полученный уровень на другом. Для проведения измерения данным способом применяют измерители оптической мощности и оптические источники.

Измеритель оптической мощности – один из основных приборов для проведения оптических измерений. Основная его функция заключается в отображении уровня излучения, приходящего на фотодиод. Также с помощью данного прибора можно выполнять такие функции, как индикация относительной мощности оптического излучения, автоматическое измерение длины волны оптического сигнала, частоты модуляции, отображение мощности, превышающей нормированную.

Источником оптического излучения является прибор, который генерирует стабильный оптический сигнал, на одной или нескольких длинах волн. В качестве основного излучающего элемента в таких источниках используются светодиодные или лазерные излучатели. Также данный прибор может иметь такие возможности, как модуляция сигнала определенными частотами, генерация 2-х или более длин волн одновременно и др.

Для измерения потерь используется децибелы (дБ), которые показывают отношение сигнала на выходе линии связи к сигналу на входе. К сожалению, избежать потерь в ВОЛС невозможно, но их можно минимизировать.

Причин возникновения потерь много и для их минимизации необходимо понимать их характер. Выделяют следующие причины затухания сигнала:

• потери на неразъёмных соединениях;
• потери на разъёмных соединениях;
• потери на изгибах волокна;
• затухание в волокне за счёт рассеяния и поглощения излучения;
• потери на пассивных компонентах линии.

Потери на неразъемных соединениях появляются из-за несовпадения сердцевин соединяемых волокон, что может быть вызвано нарушением геометрии сечения оптического волокна (ОВ). В данном случае ответственность за качество несёт сварочный аппарат. Именно технология регулировки волокон перед сваркой, распознавание компьютером местоположения сердцевин ОВ определяет качество неразъемных соединений. Также, необходимо соблюдение всех указанных требований к подготовке волокна к сварке так, чтобы соединение было без лишних дефектов. Качественным неразъёмным соединением обычно называют, если потери не превышают 0,05 дБ на длине волны 1550 нм (длина волны, при передаче на которой достигается минимум потерь).

Потери, возникающие на разъёмных соединениях, вносят значительно больше потерь, чем потери на неразъёмных соединениях. Так, как между поверхностями коннекторов есть небольшой воздушный зазор и при присоединении теряется преимущественно полезный сигнал. Допустимая величина потерь на разъемах, составляет 0,5 дБ. Значение потерь на поверхностях коннекторов проверяют на производстве.

Потери на изгибах волокна принято делить на микроизгибы и макроизгибы. Под микроизгибами понимается изгиб волокон внутри кабеля, при котором потери не существенны. Основной причиной макроизгибов являются сотрудники, которые неправильно прокладывают волоконно-оптический кабель. Менее частой причиной становится нарушение при монтаже кросса или муфты.

Затухания в волокне за счёт рассеяния и поглощения излучения возникают в сердцевине ОВ за счет примесей, которые содержит кварцевое стекло. Вследствие этого, ОВ теряет часть света, проходящего по нему. Области примесей являются источником рассеяния исходного сигнала, т.е., вызывают его потерю. Так, как примеси по длине ОВ считают, что распределены равномерно, следовательно, свет равномерно ослабевает по степени прохождения по волокну. Так же, с увеличением длины волны, волокно имеет меньшую способность рассеивания излучения. Начиная с некоторого значения длин волн появляется ещё одна составляющая затухания, а именно – инфракрасное поглощение света.

Потери света в ОВ измеряются величиной, называемой километрическим затуханием (величина потерь на единицу длины волокна) и выражаются в дБ/км.

В настоящее время для λ = 1550 нм стандартным значением затухания в одномодовом ОВ считается α = 0,19–0,22 дБ/км. В зависимости от марки ОВ это значение может быть разным.

Имея сведения о будущей линии: о ее составе, о марке кабеля, о строительных длинах, о количестве сварных сростков волокна и о количестве коннекторов, можем подсчитать оптический бюджет линии.

Оптический бюджет – совокупность потерь, которые предварительно учитываются в будущей линии. Зная эту величину, можем проанализировать, будет ли работать активное оборудование, которое мы собираемся использовать в этой линии.

Оптический бюджет можно рассчитать по следующей формуле:

где: 

А – значение потерь, дБ;

a_i – километрическое затухание i-й строительной длины кабеля, дБ/км;

l_i – i-я строительная длина, км;

n_нс – количество неразъёмных соединений;

n_рс – количество разъемных соединений;

A_экспл – эксплуатационный запас, дБ;

Эксплуатационный запас – прибавка, которую добавляют в бюджет до проектирования, с расчетом на появления дополнительных потерь (деградация волокна, ухудшение коннекторов и др.). Величина запаса, как правило, составляет от 3 до 6 дБ.

Если в линии появляются иные оптические элементы (такие как сплиттеры, фильтры и др.), номинальные значения этих потерь нужно указать в формуле оптического бюджета.

Список литературы:

1. Горлов, Н. И. Волоконно-оптические линии передачи. Методы и средства измерений параметров.
2. Васильев, А. Б. Механизмы потерь в одномодовых волоконно-оптических линиях связи.