Szczególnych pomiarów wymagają tory przeznaczone dla transmisji zwielokrotnianej w zakresie długości fali (WDM) oraz regenerowane. Systemy WDM pozwalają w ramach jednego włókna przeprowadzić wiele równoczesnych transmisji na różnych długościach fali, co umożliwia przykładowo osiągnięcie prędkości transmisji powyżej 10 Gb/s. W przypadku systemów WDM konieczne jest sprawdzenie przykładowo dyspersji. Dyspersja to zjawisko powodujące rozszerzanie się impulsów światła w trakcie przebiegu przez włókno światłowodowe. W przypadku wzmacniaczy optycznych EDFA konieczne jest także strojenie systemu pod kątem widma i mocy sygnału. Niezbędne jest przeprowadzenie analizy widma w ramach włókna.

Właściwości FTTx/PON a budżet mocy

Testy punkt-punkt są stosunkowo dobrze opisane w wielu dokumentach, natomiast nowością są problemy i testy w sieci FTTx, szczególnie zyskujących popularność rozwiązań pasywnych sieci optycznych PON. Testowanie sieci FTTx (Fiber-to-the-X) włączając w to infrastrukturę PON stanowi duże wyzwanie dla dostawców usług. Niezwykle istotną kwestią jest poprawna instalacja z zachowaniem odpowiednich standardów, spełniająca unormowane parametry.

Architektura PON jest aktualnie najpopularniejszą technologią FTTx. Zaletą PON jest bezpośrednie dostarczenie łącza optycznego pomiędzy klientem a operatorem, bez potrzeby konwersji medium. W sieciach PON wykorzystuje się urządzenia OLT, stanowiące koncentratory zlokalizowane po stronie operatora. Po stronie klienta zamianę sygnału optycznego na połączenie Ethernet realizuje urządzenie ONT. Pomiędzy OLT a ONT znajduje się pasywna infrastruktura optyczna w postaci kabli światłowodowych oraz splitterów. Splitter to osprzęt optyczny dzielący moc sygnału optycznego w różnym stosunku. Splitter nie wymaga zarządzania i zasilania, ale posiada znaczącą tłumienności, przykładowo około 15dB przy podziale 1:32. Transmisja w kierunku do klienta w przypadku transmisji danych, realizowana jest na długości fali 1490nm. W kierunku od klienta transmisja realizowana jest na długości fali 1310 nm. Możliwa jest także transmisja wideo w kierunku do klienta na długości fali 1550 nm.

Podczas testowania PON z wykorzystaniem miernika mocy optycznej, ważną czynności jest wcześniejsze teoretyczne obliczenie budżetu strat łącza optycznego jeszcze przed podjęciem pomiarów. Miernik mocy optycznej pozwala zweryfikować tak utworzony budżet mocy toru światłowodowego. Konieczne będzie rozważenie wpływu złącz spawanych i mechanicznych, nadajników i odbiorników, a także charakterystyki światłowodu. Budżet strat optycznych powinien uwzględniać typowe tłumienie różnych elementów toru światłowodowego, m.in.:

0,2 dB/km tłumienności jednostkowej światłowodu jednomodowego dla dugości fali 1550nm

0,35 dB/km tłumienności jednostkowej światłowodu jednomodowego dla dugości fali 1310nm

0,05 dB dla połączenie spawanego

0,3 dB dla połączenia spawanego mechanicznie

0,5 dB dla połączenia realizowanego przez adaptery

3,5 dB dla splittera 1:2

Budżet optyczny sieci PON można dość łatwo policzyć. Wkładka optyczna do OLT Class C PON oferuje moc 25 dB, natomiast wkładka Class C PON oferuje moc 30dB. Jeżeli założymy stratę 12 dB na splitterach pozostaje 13 dB. Zakładając stratę na kilku konektorach i spawach na poziomie 6 dB pozostaje 7 dB. W przypadku fali o długości 1310nm można założyć straty na poziomie 0,33-0,35 dB/km, dla fali o długości 1490 nm straty na poziomie 0,25-0,35 dB/km, a w przypadku 1550nm około 0,19-0,20 dB/km. Dzięki określeniu budżetu mocy, określamy parametry toru, które powinniśmy uzyskać.

Podstawowe pomiary PON

Typowa instalacja infrastruktury PON jest realizowana dwuetapowo. Każdy z etapów wymaga innych metod i urządzeń pomiarowych. Pierwszym etapem jest instalacja kabla światłowodowego od lokalizacji centralnej operatora do punktu dystrybucyjnego, znajdującego się możliwie blisko klientów. Ten element jest mierzony bezpośrednio po instalacji w formie tradycyjnych pomiarów punkt-punkt. Parametry wymagające sprawdzenia wiążą się z pomiarem strat, zarówno kabla, jak i spawów oraz połączeń. Do pomiarów tego segmentu sieci niezbędny będzie reflektometr OTDR z wysokim zakresem dynamiki oraz możliwością przeprowadzenia testów z wykorzystaniem różnej długości fali. Budżet mocy w sieciach PON w całej relacji dla każdej długości fali jest najważniejszym parametrem fizycznego medium. Test powinien zostać wykonany dla każdej długości fali oraz powinien włączyć w to końcowe konektory. Test powinien zostać przeprowadzony dwukierunkowo z zastosowaniem testów strat, wskazując prawdziwy budżet mocy. Każde połączenie powinno być sprawdzone zarówno pod kątem strat oraz reflektancji. Jeżeli straty lub reflektancja konektora nie spełniają specyfikacji, dany element powinien zostać naprawiony lub wymieniony. Podobnie należy sprawdzić spawy. Pomiary te powinno zostać przeprowadzone z wykorzystaniem OTDR, zanim przyłączymy splittery.

Drugi etap związany jest z pomiarem realizowanym pomiędzy punktem dystrybucyjnym a ONT. Najczęściej realizowany jest przez mierniki mocy optycznej. Testy podczas instalacji i eksploatacji typowo będą wymagały lokalizacji usterek, sprawdzenia łączności. Typowo do tego typu zastosowań nie będzie potrzebny reflektometr OTDR. Pomiar jest o tyle skomplikowany, że realizowany poprzez splittery nie pozwala uzyskać widoczności bezpośredniej ścieżki punktu-punkt, jak w tradycyjnej sieci światłowodowej. PON jest współdzielony przez wielu klientów, więc nie ma możliwości rozłączenia wszystkich na czas pomiarów. Dodatkowym problemem jest brak transmisji na częstotliwości 1310 nm, aż do czasu gdy nie zostanie zainicjowana transmisja na 1490nm oraz 1550nm. Ten problem rozwiązują mierniki mocy przelotowe dla PON.

Rozwiązywanie problemów PON

Co warto sprawdzić, jeżeli nie działają wszyscy klienci PON w danym segmencie? Diagnostyka problemu powinna rozpocząć się od sprawdzenia poprawności funkcjonowania systemu OLT. Jeżeli OLT jest sprawny, należy zlokalizować potencjalne uszkodzenie światłowodu z wykorzystaniem miernika OTDR lub prostego lokalizatora uszkodzeń. Konieczna będzie naprawa uszkodzonego elementu toru.

Sieć PON za pomocą reflektometru możemy mierzyć wyłącznie po odłączeniu urządzeń aktywnych lub wykorzystując czwarte okno transmisyjne (1625nm). Sieć PON powinno się mierzyć od strony klienta w kierunku punktu centralnego. Warto także posiadać reflektometr o odpowiedniej dynamice. Przejście przez splitter czy kaskadę splitterów o podziale 1:64 wymaga blisko 34dB dynamiki, natomiast dla podziału 1:32 powinno wystarczyć 30dB dynamiki.

Metodologia rozwiązywania problemów jest bardziej skomplikowana jeżeli nie działa jeden lub więcej klientów podłączonych do sieci PON. Jeżeli inne ONT współdzielące infrastrukturę w ramach danego splittera działają poprawnie, problem stanowi kabel pomiędzy splitterem oraz ONT. Technik powinien odłączyć ONT od włókna światłowodowego i sprawdzić moc optyczną z wykorzystaniem miernika mocy. Jeżeli miernik nie zmierzy poprawnej wartości mocy wynikającej z budżetu oraz wcześniejszych pomiarów, istnieje opcja uszkodzenia światłowodu lub bardzo dużych strat na spawach lub połączeniach mechanicznych. Jeżeli miernik nie identyfikuje żadnego sygnału (brak mocy optycznej) po stronie ONT, a inne końcówki pracują poprawnie na danym splitterze, przerwa z pewnością występuje za splitterem w kierunku danej lokalizacji. W tym przypadku możemy bez problemu w miejsce ONT podłączyć do pomiarów miernik OTDR. Miernikiem ODTR możemy dość łatwo zidentyfikować przerwę. Problem rozwiążemy naprawiając połączenie lub kabel.

Jeżeli moc optyczna jest po prostu niższa niż podana w specyfikacji, istnieje możliwość, że włókna uległy zniszczeniu. Analiza takiej sytuacji wymaga szczególnej ostrożności ponieważ cała sieć dookoła pracuje poprawnie. Jednym z pomysłów jest odizolowanie danego kabla tuż za splitterem od pozostałej części sieci, ale czasami jest to zbyt skomplikowane, szczególnie przy dużej gęstości spawów. Rozwiązaniem może być użycie miernika OTDR wykorzystującego falę o niewielkiej duygości przykładowo 780nm. Taki pomiar nie będzie miał wpływu na funkcjonujących klientów i infrastrukturę PON.