Измерение затухания волоконных световодов в полевых условиях

Достижение столь впечатляющих результатов невозможно без специальной измерительной техники, для реализации которой сначала надо разработать концепцию.

Как показывает пример Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet, увеличение скоростей передачи сопровождается уменьшением максимальной длины тракта и снижением энергетического потенциала. Уменьшение бюджета затухания резко ужесточает требования как к измерительному оборудованию, предназначенному для его тестирования, так и к пользователю этого оборудования.

Заказчику кабельной системы для правильного выполнения приемных испытаний приходится обращаться к нескольким нормативным документам. Характеристики тракта (Channel) даются в стандарте ISO/IEC 11801, а правила полевого тестирования описаны в документе ISO/IEC TR 14763-3. Последний представляет собой рекомендацию и не является обязательным к исполнению, поэтому в необходимых случаях ссылается на соответствующие разделы IEC 61280-4-1 (многомодовые волокна) и IEC 61280-4-2 (одномодовые волокна). Наличие трех различных методов задания опорного значения вносит свою лепту в эту неразбериху. Во многих случаях специалисты выбирают ошибочную стратегию тестирования, что оборачивается неправильными результатами измерений. Какие же факторы оказывают существенное влияние на точность измерений (см. Таблицу 1)? Приходится констатировать, что величина ошибки во многом определяется качеством соединительных шнуров и розеток.

ВЛИЯНИЕ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ШНУРОВ И РОЗЕТОК НА ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ

Предположим, что вместо штатного измерительного шнура в процессе тестирования применяется точно такой же, но обычный низкокачественный соединительный шнур. При определении затухания тракта протяженностью 100 м на длине волны 850 нм это приведет к следующему результату:

бюджет затухания = 0,75 дБ (на соединение) + 3,5 дБ/км = 2 х 0,75 дБ + 100 х 3,5 / 1000 = 1,85 дБ.

Предполагается, что для измерений используются дешевые измерительные кабели и разъемные соединения с затуханием 0,6 дБ. Определение опорного значения выполнялось по методу 3 (трех тестовых шнуров) вместо того, чтобы использовать нормативный для данного случая метод 2 (одного тестового шнура).

В рассматриваемой ситуации ошибка измерений составит 2 х 0,6 дБ = 1,2 дБ, что является сравнительно малой величиной для 100BaseFX при нормативном значении энергетического потенциала тракта 11 дБ. Однако она становится фатальной в случае интерфейса 10GBase, так как составляет примерно 50% от его энергетического потенциала, не превышающего 2,6 дБ. Приведенный выше пример наглядно демонстрирует, насколько сложна проблема.

ВЛИЯНИЕ ТИПА ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ НА ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ

Тип источника излучения при работе с одномодовыми трактами не играет никакой роли, распределение же мод в многомодовом волокне, напротив, оказывает весьма заметное влияние на получаемый результат. Моды высокого порядка испытывают существенно большее затухание, что заметнее всего проявляется в разъемном соединителе из-за осевого смещения сердцевин волокон. Если в процессе проведения полевых измерений мы хотим получить воспроизводимые результаты, то моды высокого порядка не стоит оставлять на произвол изготовителя измерительного прибора или случай.

Стремление к увеличению точности измерений приводит к тому, что в источниках излучения полевых измерителей устанавливают лазеры VCSEL, которые в отличие от светодиодов, возбуждающих световод в режиме переполнения, освещают своим лучом только сердцевину волокна. В итоге результаты получаются чрезмерно оптимистичными и не могут использоваться на практике. Дело в том, что в стандартах нормировано применение источников с коэффициентом мощности связи (Coupling Power Ratio, CPR), отвечающим Категории 1. Параметр CPR численно равен логарифму отношения мощности мод малого порядка к полной мощности источника излучения. При использовании этого параметра следует соблюдать осторожность, так как в различных национальных и международных нормативных документах его определения отличаются.

СРАВНЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ РЕФЛЕКТОМЕТРА И ИЗМЕРИТЕЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ

Рисунок 1. Измеритель оптических потерь и оптический рефлектометр можно применять для одних и тех же тестов.

На международном и национальном уровне имеются свои подходы к определению затухания. Отметим, что в немецкоязычных странах и Франции широко распространено применение рефлектометрического метода, который рассматривается как альтернатива определению затухания с помощью измерителя оптических потерь. Причем ситуация для одномодовой техники радикально отличается от того, что наблюдается в отношении многомодовой. При тестировании одномодовых трактов оба метода дают практически идентичные результаты, тогда как при работе с многомодовыми линиями совпадение следует считать скорее исключением. Многочисленные попытки установить корреляционную связь между теми и другими результатами пока не принесли успеха, несмотря на то что усилия в данном направлении предпринимаются вот уже более 30 лет. Основная причина трудностей заключается в том, что известные модули многомодовых оптических рефлектометров используют в качестве источника излучения лазер, что не позволяет получить воспроизводимое распределение мод высоких порядков (см. Рисунок 1).

Оптический рефлектометр — единственное средство измерений, которое помогает выявить и локализовать место повышенного затухания оптического тракта в процессе проведения инсталляционных работ. Однако его применение дает заниженные величины общего затухания. Попытки достижения равновесного распределения мод с помощью удлиняющего волокна не дают желаемого результата при работе с короткими участками.

В мае 2006 г. институт IEEE утвердил новый стандарт «Внедрение и эксплуатация кабельной системы заказчика. Часть 3. Тестирование оптической кабельной системы», получивший на международном уровне номер ISO/IEC 14763-3:2006.

В отличие от своего предшественника этот документ является стандартом, а не рекомендацией. Объем его увеличился с прежних 16 до 62 страниц. Основные положения стандарта мы рассмотрим ниже, но прежде выскажем важное замечание: новый документ позволяет быстро и логично опровергнуть возражения некоторых специалистов, выдвигаемые ими в отношении подходов к тестированию затухания многомодового оптического тракта.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СТАНДАРТА ISO/IEC 14763-3:2006

Рисунок 2. Измерительный прибор со сменным приборным адаптером. Здесь представлена модель DTX-MFM2 компании Fluke Networks.

Новый стандарт определяет два альтернативных метода задания опорного значения уровня мощности. Основной - метод трех тестовых шнуров, вспомогательный - метод одного тестового шнура. Целесообразно познакомиться с ними подробнее и выяснить некоторые небольшие различия.

Метод трех тестовых шнуров. Внимательный читатель немедленно задаст вопрос о том, почему указанные методы рассматриваются как альтернативные, ведь в приведенном выше примере возможная ошибка измерений в 1,2 дБ была охарактеризована как недопустимо большая. Однако стандарт ISO/IEC 14763-3:2006 задает теперь качество соединительных шнуров измерителя: эти изделия должны соответствовать определенным требованиям, а их затухание не должно превышать 0,1 дБ при соединении друг с другом. Таким образом, гарантируется результирующая статистическая ошибка измерений в 0,15 дБ. Пользователю следует очень бережно обращаться с этими дорогими изделиями, чтобы увеличить продолжительность их службы.

Рисунок 3. Оптические модули MFM, GFM и SFM предназначены для работы с кабельными сканерами серии DTX.

Метод одного тестового шнура. Метод обеспечивает более точное измерение и является основным в процессе проведения лабораторных исследований. Однако он предполагает, что измеритель мощности имеет сменный приборный адаптер, что — в случае необходимости — позволяет выполнить согласование измерителя с объектом тестирования (см. Рисунок 2 и 3). Существенное преимущество задания опорного значения по методу одного тестового шнура заключается в том, что по сравнению с предыдущим методом качество изготовления и состояние кабелей соединительных шнуров оказывают существенно меньшее влияние на точность измерения.

ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ ПО СТАНДАРТУ ISO/IEC 14763-3:2006

Стандарт ISO/IEC 14763-3:2006 позволяет решить проблему недостаточности соблюдения одного только параметра CPR за счет ввода второго параметра — модового распределения мощности (Modal Power Distribution, MPD). Чтобы можно было использовать универсальный источник для тестирования многомодовых волокон с диаметром серд-цевины в 62,5 мкм и 50 мкм, необходимо взять катушки смесителей мод с диаметром, заданным новым нормативным документом.

БЮДЖЕТ МОЩНОСТИ ПОД ПРИЦЕЛОМ КРИТИКИ

Если исходить из того, что вносимое затухание высококачественного измерительного шнура при подключении к стандартной розетке не превышает стандартного значения 0,75 дБ, то новые параметры стандарта представляются весьма логичными. Многие специалисты наверняка одобрят более строгие допуски на затухание, тем более что и так использовали их в проектах.

Теперь отвлечемся от скучной теории и обратимся к практике. Если вернуться к предыдущему примеру, то теперь затухание составит всего 50% от предшествующего значения: 2 x 0,3 дБ (соединительные розетки) + 100 x 3,5 / 1000 = 0,95 дБ.

Дополнительный запас, зафиксированный в новом стандарте, должен быть учтен в процессе тестирования — таков далеко не очевидный для многих вывод, следующий из более жестких требований нового стандарта.

БАЗОВЫЙ И РАСШИРЕННЫЙ РЕЖИМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАТУХАНИЯ

Новый стандарт объединяет достоинства основных методов измерения и предлагает использовать для определения величин затухания оптического тракта с окончательным результатом в форме «соответствует — не соответствует» исключительно измеритель оптических потерь.

Это, однако, далеко не все. При работе в расширенном режиме (см. Таблицу 2) инсталлятор может применять оптический рефлектометр для качественной оценки характеристик контролируемого тракта. Такой подход обеспечивает контроль качества выполнения инсталляционных работ и позволяет выявить и устранить возможные узкие места. В результате более полно используются резервы оптической подсистемы структурированной проводки, что имеет важнейшее значение для практики инсталляции.

ИЗМЕНЕНИЕ ПРОЦЕДУРЫ ТЕСТИРОВАНИЯ

Рисунок 4. Оценка данных, полученных с помощью измерительного прибора, осуществляется посредством программы LinkWare.

Основное положение, которое имеет важное значение как для проектировщика структурированной проводки, так и для технического персонала, выполняющего различные измерения непосредственно на объекте, можно сформулировать так: новый стандарт содержит значительные изменения, которые оказывают существенное влияние на граничные значения параметров и результаты измерений, поэтому в процессе подготовки реализации проекта необходимо четко и ясно определять, в каком режиме должны осуществляться измерения (см. Рисунок 4).

? AWi Verlag

Таблица 1. На точность получаемых результатов влияет качество измерительных шнуров и соединительных розеток. В таблице приведено сравнение между обычными и измерительными шнурами.

Таблица 2. Измерение параметров оптических трактов, выполняемое с помощью оптического тестера, новый стандарт позволяет дополнять рефлектометрическими измерениями в расширенном режиме тестирования. Их цель — более полное использование системных резервов.