Разработка методов и средств рефлектометрии со спектральным разделением по длинам волн для волоконно-оптических систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат технических наук Слепцов, Михаил Алексеевич

• Слепцов, Михаил Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Слепцов, Михаил Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I

Традиционные технологии контроля параметров волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и способы повышения надежности (обзор).

1.1 Тенденция развития рынка волоконно-оптических сетей передачи.

1.2 Обзор технологий, повышающих качество эксплуатации волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП).

1.2.1 Технология резервирования ВОЛП.

1.2.2 Мониторинг «темного» волокна.

1.2.3 Мониторинг «рабочего» волокна на длине волны 1625 нм.

1.3 Рефлектометрия оптических волокон.

1.4 Обзор технологии плотного спектрального уплотнения DWDM.

1.5 Технические требования к рефлектометру со спектральным • —

разделением по длинам волн.

1.6 Принципиальные технические решения для проектирования рефлектометра со спектральным разделением по длинам волн.

Выводы к главе 1.

ГЛАВА II

Теоретическая модель работы рефлектометра со спектральным разделением по длинам волн.

2.1 Расчет требуемых спектральных характеристик для рефлектометрии со спектральным разделением по длинам волн.

2.2 Использование EDFA для рефлектометрии со спектральным разделением по длинам волн.

2.3 Математическая модель влияния рефлектометрии со спектральным разделением по длинам волн на передачу трафика.

Выводы к главе 2.

ГЛАВА III

Экспериментальные исследования работы рефлектометра со спектральным разделением по длинам волн.

3.1 Оборудование для экспериментальной установки.

3.1.1 Технические характеристики оборудования

К19-8и-2Р/48.

3.1.2 Технические характеристики блока транспондера ТР-ХБР

3.1.3 Технические характеристики блока усилителя оптической мощности.

3.1.4 Технические характеристики отладочной платы рефлектометра со спектральным разделением по длинам волн.

3.2 Экспериментальные исследования.

3.2.1 Эксперимент 1.

3.2.2 Эксперимент 2.

3.2.3 Эксперимент 3.

3.2.4 Эксперимент 4.

Выводы к главе 3.

ГЛАВА IV.

Разработка опытного образца рефлектометра со спектральным разделением по длинам волн.

4.1 Обобщение основных конструктивных особенностей.

4.2 Разработка и дизайн корпуса для рефлектометра со спектральным разделением по длинам волн.

4.3 Результаты приемо-сдаточных испытаний на тестовой эксплуатации рефлектометра с частотным разделением по длинам волн.

Выводы к главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов и средств рефлектометрии со спектральным разделением по длинам волн для волоконно-оптических систем»

Работа посвящена решению важной проблемы в области повышения качества эксплуатации и надежности волоконно-оптических линий связи (BOJIC), а именно, разработке технологии контроля и измерения параметров оптического волокна, которая позволит на ранних стадиях обнаруживать предаварийные ситуации и осуществлять контроль несанкционированного доступа к BOJTC.

Требование к повышению качества эксплуатации и надежности BOJIC обусловлено растущим объемом информационного потока (трафиком). Исследования показывают, что это примерно в четыре раза-за восемнадцать месяцев [1, 2]. Это сильно усугубляется дефицитом оптических волокон, отсутствием резервных BOJIC и низким качеством BOJIC, построенных десять-пятнадцать лет назад.

Решение проблемы растущего трафика в условиях дефицита оптических волокон было найдено на закате девяностых годов применением технологии спектрального разделения по длинам волн. Позже была освоена технология плотного спектрального уплотнения по длинам волн (DWDM - Dense Wavelength Division Multiplexing). Эта технология позволяет передавать до 175 оптических каналов в диапазоне длин волн 1530 — 1565 нм с расстоянием между каналами в 25 ГГц или 0,2 нм. Максимальная скорость передачи данных в одном канале сейчас составляет 40 Гбит/с, а к 2012 году максимальная скорость будет составлять 100 Гбит/с. Заявления об этом регулярно поступают от ведущих мировых производителей оборудования.

Таким образом, суммарный объем передаваемого трафика уже сейчас может составлять 7 Тбит/с. Но для Российского рынка связи эта цифра пока несколько меньше и составляет 1,6 Тбит/с, что представляется как 40 каналов с шагом 100 ГГц по 40 Гбит/с в каждом канале.

При передачи такого объема информации перерывы в связи недопустимы, так как влекут за собой не только большие финансовые потери, но и более тяжелые последствия, связанные с разными чрезвычайными ситуациями.

Для повышения надежности ВОЛС необходимо регулярно проводить профилактические измерения параметров оптического волокна. Такие измерения называются рефлектометрией. Для классического метода измерений необходимо отключение трафика, а, как говорилось ранее, это недопустимо.

До настоящего времени данная задача решалась следующими способами:

- рефлектометрия отдельного оптического волокна на участке ВОЛС;

- рефлектометрия участка ВОЛС на длине волны 1625 нм.

Следует выделить следующие основные недостатки традиционных способов контроля параметров телекоммуникационных оптических волокон:

- рефлектометрия отдельного оптического волокна не дает информации об оптическом волокне, по которому идет передача данных;

- проведение измерений на длине волны 1625 нм. не дает информации о потерях в диапазоне 1550 нм., так как для 1625 нм. характерны большие, чем на 1550 нм, изгибные потери и потери из-за инфракрасного поглощения, которых нет на 1550 нм;

- конструктивные ограничения системы при измерениях на 1625 нм., которые вносят дополнительные потери при передаче информационного сигнала по оптическому волокну.

Таким образом, целью работы является разработка новой технологии рефлектометрии с частотным разделением по длинам волн, которая обеспечивает измерение параметров задействованного оптического волокна в рабочем диапазоне длин волн 1550 нм без прерывания информационного потока, передаваемого по этому волокну.

Наиболее эффективным способом решения поставленной задачи является разработка новой технологии рефлектометрии с использованием частотного разделения по длинам волн. Эта технология является развитием технологии измерения на длине волны 1625 нм, однако отличием является перенос длины волны, на которой происходит измерение в диапазон 1550 нм. Для этого будет использоваться один из свободных оптических каналов, который лежит в диапазоне 1549,39 - 1551,00 нм. Таким образом, используя один из 40 оптических каналов, мы получим возможность проводить требуемые измерения.

Для решения поставленной цели по разработке новой технологии рефлектометрии с использованием частотного разделения по длинам волн необходимо решить следующие задачи: определить технические требования к рефлектометру с частотным разделением по длинам волн на основании потребности операторов связи; выбрать принципиальные технические решения; разработать математическую модель, описывающую влияние рефлектометрии с частотным разделением; по длинам волн на передачу информационного потока;

- провести экспериментальное исследование влияния рефлектометрии с частотным разделением по длинам волн на. передачу информационного потока;

- разработать принципиальную конструкцию прибора;

- изготовить опытный образец изделия- и провести апробацию оборудования на действующих сетях операторов связи Российской Федерации.

Таким образом, актуальность данной работы определяется потребностью операторов связи Российской Федерации в контроле параметров телекоммуникационных оптических волокон без прерывания информационного потока и в рабочем диапазоне длин волн 1550 нм.

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Слепцов, Михаил Алексеевич

Выводы к главе 4.

В четвертой главе разработана конструкторская документация на опытный образец рефлектометра с частотным разделением по длинам волн.

Испытания опытного образца проведены по разработанной программе тестирования. По результатам тестирования рефлектометр установлен на опытную эксплуатацию на сеть Вологодского филиала ОАО «СЗТ» и ООО «Стек Телеком», по результатам которой получены заключения о внедрении.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении обобщены результаты исследований и разработки рефлектометра со спектральным разделением по длинам волн, на основании которых сформулированы основные выводы:

1. Разработаны технические требования, предъявляемые к средствам контроля современных межрегиональных сетей связи. Эти требования актуализируют задачи, которые ставят операторы связи Российской Федерации, и исключают недостатки традиционных технологий контроля ВОЛП.

В ходе выполнения работы определено, что измерения должны производиться в диапазоне длин волн 1528 — 1565 нм, динамический диапазон измерений должен быть не хуже 32 дБ. Точность производимых измерений должна быть не хуже 1%.

2. В результате теоретических исследований определено, что оптимальная ширина спектра сигнала, требуемая для применения разрабатываемого метода рефлектометрии составляет 0,4 нм. в заданном диапазоне длин волн. Доказано, что для проведения измерений при ширине спектра излучения 0,4 нм требуется использовать оптический усилитель для достижения динамического диапазона 37 дБ.

3. Разработана математическая модель. Определено, что при мощности сигнала рефлектометра более 29 дБм спектры соседних каналов расширяются до критического, более 0,8 нм. При мощности менее 29 дБм качество передачи трафика не страдает, а мощность обратно рассеянного излучения удовлетворяет заданному значению.

4. Проведенные экспериментальные исследования, показали, что использование метода рефлектометрии с частотным разделением по длинам волн обеспечивает точность измерений более 99%, по сравнению с традиционным методом рефлектометрии. без ухудшения качества передачи информации.

5. Разработана конструкторская документация на опытный образец рефлектометра с частотным разделением по длинам волн.

Испытания опытного образца проведены по разработанной программе тестирования на сети ОАО «Северо-Западный Телеком», и показали, что вновь разработанное оборудование позволяет своевременно регистрировать предаварийные ситуации и в плановом порядке проводить ремонтно-восстановительные работы. Заинтересованность в производстве и внедрении серийных устройств проявили крупнейшие операторы связи РФ, что подтверждается в отзывах и актах внедрений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Слепцов, Михаил Алексеевич, 2011 год

1. Telecordia Notes on Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) and Optical Networks, Special Report, SR-Notes-Series-02, Issue 1, Piscataway, NJ, may 2000.

2. Мир Связи «Волоконно-оптические системы связи», 3-е дополнение, Фриман Р. Москва: Техносфера, 2006. 496с.3. http://internet.cnews.ru/news/top/index.shtml?2010/10/07/411285 Россия среди лидеров роста интернет-трафика.

3. Рефлектометрия оптических волокон, А. В. Листвин, В. Н. Листвин — Москва.: ЛЕСАРарт, 2005. 208 с, ил.

4. НАУКА И ТЕХНИКА № 4 (293), 2005 Влияние изгибов оптических волокон на их характеристики P. Matthijsse и G. Kuyt, фирма Draka Comteq Fibre (Германия) 17-22 стр.

5. МСЭ-Т 0.207 Аппаратура измерения Q-фактора для оценки качественных показателей передачи оптических каналов7. ITU-T G.652

6. IEC 60297 Механические конструкции для электронного оборудования -Размеры механических конструкций серии 482,6 мм (19 дюймов)

7. ГОСТ 28601.1-90, Система несущих конструкций серии 482,6 мм. Панели и стойки. Основные размеры

8. ГОСТ 28601.2-90, Система несущих конструкций серии 482,6 мм. Шкафы и стоечные конструкции. Основные размеры

9. ГОСТ 28601.3-90, Система несущих конструкций серии 482,6 мм. Каркасы блочные и частичные вдвижные. Основные размеры

10. Наний O.E. Основы технологии спектрального мультиплексирования каналов передачи, Lightwave Russian Edition,№ 2, 2004, с. 47.

11. Мамедов A.M., Потапов В.Т. Одноволоконные распределенные волоконно-оптические датчики физических величин. - Радиотехника. №12, стр.61-67, 2004.

12. Мамедов A.M., Потапов В.Т. Распределенный волоконно-оптический датчик, использующий эффект невзаимной фазовой модуляции. - Труды НТОРЭС им. А.С. Попова, LVII научная сессия, посвященная дню радио, т.2, стр.55-58, 19-20 мая 2004г. г. Москва

13. Mamedov A.M., Potapov V.T., Shatalin S.V., Juskaitis R. The use of Rayleigh backscattering for interferometric remote fiber optic sensor system. -Turkish Journal of Physics, vol.20, №4, 1996, pp. 340-343

14. Mamedov A.M., Potapov V.T., Shatalin S.V., Juskaitis R. Interferometry with Rayleigh backscattering in a single-mode optical fiber. Optics Letters, vol.19, № 3, 1994, pp. 225-227

15. Mamedov A.M., Potapov V.T., Shatalin S.V., Juskaitis R. Distributed interferometry using Rayleigh backscattering in optical fibres. - OFS-9, Firenze, Italia, may 4-6, 1993, pp. 203-205

16. Mamedov A.M., Potapov V.T., Shatalin S.V., Juskaitis R. Interferometric distributed contact pressure fiber sensor. - ISFOC-93, The Third International Russian Fiber Optical Conference', St. Petersburg, Russia, April 26-30, 1993, pp. 271-274

17. Мамедов A.M., Потапов B.T., Шаталин C.B., Юшкайтис P.B. -Автодинные мультиплексные волоконно-оптические датчики. Квантовая электроника, т.20, №19, 1993, стр. 903-912

18. Мамедов A.M., Потапов В.Т., Шаталин С.В., Юшкайтис Р.В. -Распределенный интерферометрический волоконно-оптический датчик. Письма в ЖТФ, т. 19, вып.8, 1993, стр. 6-12

19. Мамедов A.M., Потапов В.Т., Шаталин С.В., Юшкайтис Р.В. -Распределенная волоконно-оптическая система сигнализации. Письма в ЖТФ, т. 19, вып. 14, 1993, стр. 83-86

20. Distributed interferometric fiber sensor system. Optic Letters, vol.17, №22, 1992, pp. 1623-1625

21. Mamedov A.M., Potapov V.T., Shatalin S.V., Juskaitis R. Distributed interferometric fiber sensor system. ISFOC-92, The Second International Russian Fiber Optical Conference, St. Petersburg, Russia, October 5-9, 1992, pp. 340-345

22. Mamedov A.M., Potapov V.T. Fiber Optic phase modulator to provide optical frequency shift range of up to 20 GHz. 8-th European Conference Networks &Optical Communications July 1-3, 2003, Vienna, Austria.

23. Мамедов A.M., Потапов B.T., Шаталин C.B. Волоконно-оптический фазовый модулятор, обеспечивающий диапазон сдвига оптической частоты до 20 ГГц. - Письма в ЖТФ. Том 28, №8, стр.60-68, 2002.

24. Мамедов A.M., Потапов В.Т., Шаталин С.В. Волоконно-оптический фазовый модулятор с высоким индексом модуляции. - Труды РНТОРЭС им. А. С. Попова, 55-я научная сессия, посаященная дню радио, Москва, 2000, стр. 171

25. Мамедов A.M., Потапов В.Т., Седых Д.А., Шаталин С.В -Широкополосный волоконно-оптический свип-генератор. Письма в ЖТФ, т.17, вып. 16, 1991, стр. 13-17

26. Мамедов A.M., Потапов В.Т., Седых Д.А., Шаталин С.В -Псевдогетеродинный метод измерения характеристикбыстродействующих фотоприемников. Вторая Научно-Техническая Конференция "Оптические Сети Связи", г. Владимир, 21-25 Октября, 1991, стр. 134-137

27. IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 46, NO. 7, JULY 2010, Group Velocity Control of Ultrafast Pulses Based on Electro-Optic Effect and Quadratic Cascading Nonlinearity, Wenjie Lu, Yuping Chen, Xianfeng Chen, and Yuxing Xia

28. Б.К. Чернов, И.С. Каминейкий, Технология грубого спектрального плотнения основы построения и перспективы развития, Научно технический журнал «LIGHTWAVE russian edition», стр. 20 №2/2004 Издательство «Высокие технологии»

29. Оптические волокна для линий связи. A.B. Листвин, В.Н. Листвин, Д.В. Швырков, М.: ЛЕСАРарт, 2003

30. ООО «Т8», НТО «ИРЭ-Полюс», Мультисервисная DWDM платформа «ПУСК», Руководство по эксплуатации, 2009 г.

31. РД 45.047-99 «Лини передачи волоконно-оптические на магистральных и внутризоновых первичных сетях ВСС России. Техническая эксплуатация». Руководящий технический материал. М.: ООО «Резонанс», 2000.

32. Волоконно-оптические сети. Убайдулаев P.P. М.: Эко-Трендз 2001г 267с.

33. Тестирование и диагностика систем связи. Бакланов И.Г. М.: Эко-Трендз 2001 г 260с.

34. Контроль соответствия в телекоммуникациях и связи. Часть — 1. Иванов А.Б., Москва, Компания Сайрус Системе, 2001 г. 274с.

35. Контроль соответствия в телекоммуникациях и связи. Часть — 2. Засецкий A.B. Иванов А.Б. Постников С.Д. Соколов И.В., Москва, Компания Сайрус Системе, 2001 г. 335с.

36. Методы измерений в системах связи. Бакланов И.Г. М.: Эко-Трендз 1999 г. 195с.

37. Рефлектометрия оптических Волокон, А. В. Листвин, В. Н. Листвин — Москва.: ЛЕСАРарт, 2005. 208 с, ил.

38. Экспериментальные методы исследований. Погрешность и неопределенности измерений. Походун А.И., Санкт-Петербург., ИТМО., 2006 г. 113с.

39. Теория измерений. Методы обработки результатов измерений. Санкт-Петербург., СЗТУ., 2006 г., 127с.

40. Кондратенко B.C. Слепцов М.А. Применение рефлектометров в DWDM системах. // «Приборы». №10 (124). Москва. 2010. С. 33-38.

41. Трещиков В.Н., Слепцов М.А., Абонентские выносы на основе DWDM PON сети, // «Фотон-Экспресс» №3 (51) 2006. Москва. С. 42-43

42. Трещиков В.Н., Шаталин C.B., Слепцов М.А. Системы обнаружения воздействия на основе когерентной рефлектометрии. // сб. трудов «Всероссийской конференция по волоконной оптике», 2007 г., г. Пермь. -С. 57-58.

43. Наний O.E., Слепцов М.А. Математическая модель применения рефлектометра с частотным разделением по длинам волн. //Сб. трудов «Конференция молодых ученых в МТУ СИ», 2010 г., г. Москва. С. 102103

44. Трещиков В.Н., Шаталин C.B., Слепцов М.А. Системы обнаружения воздействия на основе когерентной рефлектометрии. //СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС»-НАУКА 2008», 2008. Москва. С. 57-58

45. Трещиков М.А., Слепцов М.А., Передача 8 DWDM каналов STM-16 на 350 км без промежуточных усилителей // "ФОТОН-ЭКСПРЕСС" №4 2007. Москва. С. 37-39.

46. Трещиков В.Н., Слепцов М.А., Передача 8 каналов DWDM STM 16 на 375 км без промежуточных усилителей // "ФОТОН-ЭКСПРЕСС" №3 (75) 2009. Москва. - С. 43-45.

47. Андрэ Жирар. Руководство по технологии и тестированию систем WDM. — M.:EXFO, 2001

48. Спектральное уплотнение каналов в волоконно-оптических линиях связи., Дианов Е.М., Кузнецов А.А. Квантовая электроника., 1983 №10, с 245-264.

49. ITU-T G692 «Optical interface for multichannel systems with optical amplifier» October 1998.

50. ITU-T G694.1 «Spectral grid for WDM application DWDM frequency grid» May 2002.

51. ITU-T G694.2 «Spectral grid for WDM application CWDM frequency grid» Jun 2002.

52. ITU-T G695 «Optical interfaces for CWDM application» Nov 2003.

53. ITU-T G.709 Интерфейсы оптической транспортной сети (OTN)

54. Telcordia Information SuperStore 1

55. Telcordia Information SuperStore

56. HeadwallTelcordiaGR-1221 -CORE DS

57. ГОСТ 2.701-2008 Единая система конструкторской документации. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.

58. ГОСТ 26599-85 Системы передачи волоконно-оптические. Термины и определения.