传输仪表使用.pdf
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1、传输仪表使用培训传输仪表使用培训 郭栋郭栋 2011年年3月月 传输仪表使用培训传输仪表使用培训 概述概述 传输仪表简介传输仪表简介 SDH仪表仪表 WDM仪表仪表 光功率计光功率计 色散分析仪色散分析仪 以太网仪表以太网仪表 设计院常用仪表设计院常用仪表 工程公司常用仪表工程公司常用仪表 OTDR l 传输仪表的种类很多,包括光功率计、色散分析仪、OTDR、SDH系统测量、WDM 系统测量和以太网系统测量等仪表,对于设计院而言,一般用于工程设计阶段测量线 路的参数,因此比较常用的是功率计、OTDR和色散分析仪(含PMD分析仪)。 l 传输仪表的厂家包括EXFO、安立、安捷伦等,我司采购的是主
2、要是EXFO产品,因 此本课件的主要基于EXFO产品进行介绍。 测量系统的构成测量系统的构成 光源光功率计光源光功率计 待测光纤待测光纤 测量人员测量人员 OTDR 待测光纤待测光纤 光纤终止点光纤终止点 测量人员测量人员 测量人员测量人员 双端测量系统双端测量系统 单端测量系统单端测量系统 总目录总目录 1. 光纤特性光纤特性 衰耗、色散、偏振模色散的成因及影 响。 2. 光纤类型光纤类型 光纤发展历程 光纤类型 光接头类型。 3. 测量方法测量方法 衰耗、色散、PMD、PON的测量方法 原理。 1. 仪表介绍仪表介绍 我司已采购的仪表以及EXFO主流仪 表介绍。 2. 测量流程和操作测量流
3、程和操作 衰耗、色散、PMD操作流程 仪表使用方法、曲线分析方法 注意事项 理论篇操作篇理论篇操作篇 传输仪表使用培训传输仪表使用培训 理论篇理论篇 总目录总目录 测量方法测量方法 3 2 光纤类型光纤类型 1 光纤特性光纤特性 光纤结构光纤结构 中心层中心层 包层包层涂敷层涂敷层 光纤原理光纤原理 光纤是基于全反射原理传送光信号。 光纤结构光纤结构 中心层:中心层采用高折射率的玻璃芯, 直径一般为950um。 包层:包层采用低折射率的玻璃。 涂敷层:一般是加强用的树脂涂层 光纤分类光纤分类 根据光的传输模式可分为单模和多模光纤 ,多模光纤中心层较粗,可传多种模式的 光信号,但模间色散较大,这
4、就限制了传 送信号的频率和距离。 按照折射率可分为突变型和渐变型,单模 光纤通常采用突变型,多模光纤通常采用 渐变型。 什么是衰耗什么是衰耗 衰耗的定义衰耗的定义 光线在光纤中传输,不可避免存在衰耗,其成因包括吸收衰耗和散射衰耗等, 具体如下所列 吸收衰耗 散射衰耗 本征吸收 杂质吸收 线性散射 非线性散射 结构不完整散射 其他衰耗微弯曲等 衰耗系数的定义衰耗系数的定义 描述光纤衰耗的大小采用衰耗系数,其定义为每公里光纤对光信号功率的衰减 值,表达式如下: A=10lg(Po/Pi) 其中Po为输出光功率,Pi为输入光功率,A为衰耗系数,单位dB/km 衰耗对系统传输距离的计算衰耗对系统传输距
5、离的计算 按照0.18dB/km 的衰耗系数,对于一个光信号,若经过放大后输出功率为+5dBm ,其接收端的接收灵敏度若为- 28dBm ,则衰耗不得超过33dB ,除以衰耗系数 ,最长传输距离为33/0.18=183公里。具体设计中长度的计算还需要考虑活接头 损耗和光缆富裕度。 什么是色度色散什么是色度色散 12312 3 1 3 Pulse Pulse Spreading l 光信号在光纤中传输,由于各个不同频率成分的光信息在光纤中传播速率的不同, 传送相同距离后会有时延,时延会引起光脉冲的展宽,这种效应称为色散。 l 光纤的色散主要有材料色散、波导色散、偏振模色散和模间色散四种,模间色散
6、只 在多模光纤中存在,通常把波导色散和材料色散合称为色度色散,简称色散(CD)。 从原理上来说,它是传播时延随波长(频率)变化产生的结果。 色度色散对系统的影响色度色散对系统的影响 l 色散对高信道数字系统 影响较大。传输距离越长 ,脉冲就变得越宽。当脉 冲展宽至和相邻脉冲重叠 时,就会出现码间干扰。 l 但是一定量的可控制色 散,能降低光纤传输的非 线性效应,如四波混频。 因此避免四波混频的一种 方法是在光纤中人为地引 入一定量的色散来破坏相 邻波长的相位匹配条件, 从而抵消非线性效应。 系统速度与色散容限的关系系统速度与色散容限的关系 系统速率系统速率2.5Gb/s10Gb/s40Gb/s
7、 色散容限16000ps/nm1000ps/nm62ps/nm G.652传输距离640km60km3.6km G.655传输距离3555km222km14km 色散容限色散容限 随着系统速率的提升,色散容限下降很快,G.652光纤在1550nm的典型色散系数 取17ps/nm/km,G.655光纤在1550nm的典型色散系数取4.5ps/nm/km,得到不同 速率下在两种光纤中的传送距离,如上表。 色散补偿的办法色散补偿的办法 色散的影响随着如下因色散的影响随着如下因素增加素增加: 光纤长度 每通道的速率 不受不受下下列列因因素素影响影响: 减小通道间隔 增加通道数 色散补偿原理色散补偿原理
8、: 色散补偿的基本原理是使用一个或多个大负色散的器件对色散的正色散实施抵消 ,对光纤中的色散累积进行补偿,从而使系统的总色散量减小。目前色散补偿的 办法有:色散补偿光纤(DCF)、啁啾光纤光栅和电子色散补偿技术等。 在传统的长途光缆传输系统中,通常是在每个或几个光纤跨段的输出端配置由 DCF制成的光无源器件色散补偿模块(DCM),以抵消传输色散的正色散。 随着系统速率升到40Gbit/s,色散容限只有约60ps/nm,即使采用DCF进行了完善 的静态色散和色散斜率补偿,也难以保证系统的性能,并且DCF存在较大的插入 损耗,因此40Gbit/s系统有必要引入基于光纤布拉格光栅(FBG)的动态色散
9、补偿技 术。 什么是什么是PMD PMD定义定义 由于在不同的偏振模式下光传输的速度不同而造成的群时延的不同。 几何尺寸内部应力 侧方向的挤压 弯曲 受热 刮风 (架空光 缆) PMD成因成因 光缆缺陷 环境影响 PMD系数系数 PMD对系统的影响特点对系统的影响特点 引起脉冲展宽:PMD和色度色散对系统性能具有相同的影响,即引起脉冲展宽 ,从而限制传输速率。 随机性:与确定性的色度色散不同,由于PMD的产生可能与光纤制作工艺、材 料、传输线路长度和应用环境等因素密切相关,这样造成每一段光纤的PMD性 能都不一样,即使同一段光纤,也存在纵向不均匀性以及随温度时间变化的特 性。 随系统速率提升器
10、影响逐渐加大:在低速系统中PMD对信号的影响不大可以忽 略,但传输系统向随着高速率多信道长距离方向发展,对于10G尤其是40G系统 ,PMD成为主要限制因素。 PMD系数的定义系数的定义 通常用PMD系数来表示光纤的PMD特性,定义为对测量长度归一化的PMD平均 值。 对长距离光纤,两个偏振模呈强耦合状态,PMD系数定义为线路平均PMD除以 光纤长度的平方根,单位ps/km1/2 对短距离或保偏光纤,两个偏振模呈弱耦合状态, PMD系数定义为线路平均 PMD除以光纤长度,单位ps/km。 不同不同速率速率PMD的容限的容限 系统速率系统速率2.5Gbit/s10Gbit/s40Gbit/s D
11、GD容限 (NRZ) 40ps10ps2.5ps PMDc=0.5ps/km1/26400km400km25km PMDc=0.2ps/km1/240000km2500km156km PMD容限容限 PMD效应导致两偏振态之间的时延,定义为差分群时延(DGD),所以系统的 PMD容限通常用DGD来衡量。 低速率的光纤通信系统PMD容限较大,而10Gbit/s以及40Gbit/s系统的DGD容限 大大降低:采用NRZ编码的40Gbit/s,DGD容限是2.5ps,当PMD系数是 0.5ps/km1/2时,能够传输25km,PMD系数是0.2ps/km1/2时,能够传输156km。因 此,为保障4
12、0Gbit/s系统的正常使用,建议保证PMD系数系数小于小于0.2ps/km1/2。 在光纤的PMD系数逐步降低的同时,也在寻求其他办法克服PMD,一种有效的 方式是编码技术,不同的编码技术对于提升DGD容限非常有效。RZ- DQPSK能 够将系统DGD容限提升到6ps,而目前最受关注的PM- QPSK能够将DGD容限提 升到25- 30ps。 总目录总目录 测量方法测量方法 3 2 光纤类型光纤类型 1 光纤特性光纤特性 光纤光纤发展历发展历程程 只要只要设法设法降低玻璃降低玻璃纤纤维维中中 的的杂质,就能够获得能杂质,就能够获得能用用 于通信于通信的传输的传输损损耗耗较低较低的的 光光导导
13、纤纤维。维。- 高锟高锟 1970年, 康宁公司 研制出损 耗 20dB/km 的光纤 19811966 1984年CCITT发 布G.651、 G.652标准;同 年开始使用第 三窗口1550nm 1985年美日研 发G.653光纤开 始商用 1988年CCITT发 布G.653、G.654 标准 多模光纤 开始使用 第二窗口 1300nm 19922006 单单模模光纤光纤 大规模使大规模使用用 1993年,非零色散 位移光纤问世,开 始第3窗口,随后扩 展到4、5窗口 1996年ITU- T制 定G.655标准 2002年ITU- T把 光波段划分6带 OESCLU 2004年ITU-
14、T制 定G.656标准 2006年ITU- T制定接入 网用的G.657标准 多模多模光纤光纤 研发研发和和应应用用 光纤光纤波段向波段向 4、5窗口发展窗口发展 光纤光纤标准标准 G.652 G.652是常规单模光纤,零零色散点色散点在在1300nm,在1310nm典型衰耗系数0.35dB/km,在1550nm典 型衰耗系数0.27dB/km,在1550nm典型色散系数17ps/nm/km。现在分G. 652A、B、C、D几种, 主要的区别在于PMD。目前比较推荐比较推荐G.652D。 G.653 光纤在1310nm附近有最小的色散,称为零色散波长,把零色散波长从1310nm移到1550nm
15、 的色散位移光纤DSF。 G.654 G. 654光纤是超低损超低损耗光纤耗光纤,主要用于跨洋光缆,常见的纤芯是纯的SiO2,而普通的光纤纤芯 要掺锗。在在1550nm附近附近的的损损耗耗最小最小,仅为0.185dB/km,但在此区域色散比较大,约 1720ps/nm/km,但在1300nm波长区域色散为零。 G.655 DSF在1550nm色散为零,不利于多信道的WDM传输,因此研制了非零色散光纤G.655(NZDSF) 。在在1550nm典典型色散系数型色散系数4.5ps/nm/km。主要主要用用于长途于长途距离传输距离传输。 G.656 工作工作波长增大波长增大,包括S,C和L波段(14
16、60到1625nm)。 G.657 G.652标准光纤的弯曲半径为25mm,受弯曲半径的限制,光纤不能随意地进行小角度拐弯安装 ,因此,FTTx的施工比较困难。提出新的光纤标准G.657,称为“用用于接入于接入网的网的低弯曲损低弯曲损耗耗敏感敏感 单单模模光纤和光光纤和光缆缆特性特性”,弯曲半径可达510mm,降低降低了运营商的光纤网络安装安装成成本本。 光纤光纤通信波段通信波段 频带频带窗口窗口波长范围波长范围/nm频频率率范围范围/THz 1850(770- 910) O带原始波段212601360237.9220.4 E带扩展波段513601460220.4205.3 S带短波长波段61
17、4601530205.3195.9 C带常规波段315301565195.9191.6 L带长波长波段415651625191.6184.5 U带超长波长波段16251675184.5179.0 l 40波和80波DWDM:C波段1529.161560.61nm。 l CWDM:4波长,1270nm1366nm,间隔25nm;8波长,1270nm1410nm,间隔20nm。 l PON:1310nm用于上行链路, 1490用于下行数据,1550nm用于下行有线电视。 光光接头接头类型类型 “/”前面部前面部分表分表示尾示尾纤的纤的连接器连接器型型号号 SC:标准方型接头,采用工程塑料 ,具有耐
18、高温,不容易氧化优点。 传输设备侧光接口一般用SC接头。 LC:与SC接头形状相似,较SC接头 小一些。目前较新的传输设备一般 使用LC接头。 FC:是金属接头,一般在ODF侧采 用。 “/”后面后面表表明明光纤光纤接头截面接头截面工工艺,即研磨艺,即研磨 方方式式 PC:接头截面是平的,最为普遍。 APC:在广电和早期的CATV中应用 较多的是APC型号。尾纤头采用了 带倾角的端面,可以改善电视信号 的质量。 UPC:衰耗比PC要小,特殊要求使 用。 总目录总目录 测量方法测量方法 3 2 光纤类型光纤类型 1 光纤特性光纤特性 衰耗测量方法衰耗测量方法 测量原理测量原理 在发送端发送稳定功
19、率的光信号,接收端记录收到光信号的功率值,两者对比 得到衰耗系数。 方法分类方法分类 光功率计单端测量:使用光功率计需要双端测量,由一方带稳定光源发光,另 一方带光功率计接收发送来的信号,记录功率值,以得到整个链路的衰耗。 OTDR双端测量:使用OTDR可以单端测量,其原理是瑞利散射和菲涅尔散射, 即通过OTDR发送光信号,不断接受反馈回来的信号,经仪器计算得到链路的长 度和衰耗。 注意事注意事项项 使用光功率测量需要考虑光功率计的接收灵敏度和最大收光功率。 使用OTDR测量需要考虑仪器自身的盲区,即最短可测距离。 光源光功率计光源光功率计待测光纤待测光纤OTDR待测光纤待测光纤 光纤终止点光
20、纤终止点 OTDR原理原理 瑞利瑞利散散射射 由光纤中粒子的反射引起 OTDR使用瑞利背向散射来测量光纤 链路的衰减值。 背向散射水平约为- 70dB (取决于脉冲 长度) 较长波长的光信号由于瑞利背向散射 引起的衰减值较小 菲涅尔菲涅尔散散射射 来自于折射率的突变,例如:玻璃/空 气、光纤断裂、机械连接、法兰盘、 连接器等 在OTDR曲线中以尖峰形势出现 UPC连接头典型反射率为- 55dB,APC 为- 65dB (ITU标准) 菲涅尔反射强度约为瑞利背向散射的 20000倍 菲涅尔反射将在OTDR测试曲线中产 生盲区 光源 光束 硅粒子 瑞利瑞利散散射菲涅尔射菲涅尔散散射射 OTDR工作
21、方工作方式式 工作工作参参数数 动态范围:注入光纤处的背向散射水平与接收器的灵敏度或噪声水平之间的 差异将随脉冲宽度和波长变化。 测试范围:定义为OTDR可精确探测和测量一个事件(熔接损耗0.5dB)时所 需的背向散射水平与注入水平之间的差异,测试范围=动态范围- 8dB。 盲区:由于反射事件反射回光接收器的能量造成,探测器暂时处于饱和状态 ,需要时间从过载之中恢复,这种暂时性至盲的后果是事件点后方的若干光 纤无法探测到。盲区与脉冲宽度、波长、反射数量有关。 OTDR脉宽脉宽的的选择选择 短脉宽短脉宽:盲区小,连接头能够分辨出两个事件,但功率较低,动态范围较小; 宽脉宽:宽脉宽:盲区大,连接头
22、合并显示为一个事件,但功率高,动态范围较大。 连接头将被 识别为不同 的事件 连接头将合 并显示为一 个事件 由于短脉冲功率较小,未达到链 路末端 长脉冲可识别链路末端并定位 5ns脉冲 30ns脉冲 相距3米的两个连接器链路末端 可可以用以用OTDR做做什么什么 l观察整条观察整条光纤光纤 l定定位末位末端端 (断断点点) l定定位位接接续续点点 (“事事件”件”) l测量测量接接续续点点损损耗耗 l测量端测量端到到端端损损耗耗 l测量测量反射反射 l测量光测量光回回损损 l标标记记事事件件 l制制作光纤作光纤信信息息的的文档文档 l存档存档 CD测量方法测量方法- 时延时延法法 脉冲时延脉
23、冲时延法法 为了测定光纤的色散曲线,通常需要测量相对时延与波长的函数关系。例如在 需要波长上同时产生多个短光脉冲,然后注入到较长的光纤中,由于色散的原 因,不同波长上的光脉冲将以不同的速度在光纤中传播,最终导致到达时刻的 相对时延。这就是大多数用于测试光纤色散的测量仪器的基本原理。 直直接接测量测量不同波长上的脉冲间相相对对时延时延的方法,成为脉冲时延法,遵守FOTP- 168标准。 脉冲时延法通常采用窄脉冲调制光源,需要时间同步极其准确,其准确性还依 赖于脉冲的波形,总体而言,其原理比较简单,精确度不高。 CD测量方法测量方法- 相移相移法法 微微分分相移相移法法 遵守FOTP- 175A标
24、准。 测量两个相邻波长之间的相位差 ,相对复杂。 需要测量第二根光纤。 相移相移法法 相移法是通过测量不同波长下同一正弦调制信号的相移得出群时延与波长的关 系,进而算出色散系数。遵守FOTP- 169标准。 相对于波长的相位变化是在给定的高频调制下测量的,因此可以获得高度精确 的相移,从而得到时延,比脉冲时延法精确得多。 光源光源 被被测光纤测光纤 波长波长 选择选择器器 检检测测器器 检检测测器器 相位相位计计 PMD测量方法测量方法- 斯托克斯参斯托克斯参数分析法数分析法 斯托克斯参斯托克斯参数分析法数分析法 ITU- T G650和IEC61941(1999)中介绍了单模光纤偏振模色散的
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