DE60102340T2

DE60102340T2 - Reflektometer mit verbesserter Emfängerempfindlichkeit

Info

Publication number: DE60102340T2
Application number: DE60102340T
Authority: DE
Inventors: Josef Beller
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2001-09-08
Filing date: 2001-09-08
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2021-09-09
Also published as: EP1206056A1; US6836318B2; US20030048434A1; DE60102340D1; EP1206056B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Reflektometermessungen.
Optische Reflektometermessungen werden in den heutigen faseroptischen Netzwerken zum Testen von faseroptischen Kabeln angewendet und im Detail beschrieben z. B. durch den Erfinder in Kapitel 11 des Buchs „Fiber Optic Test and Mesurement" durch Derickson Dennis, 1998, ISBN 0-13-534330, in US-A-5,589,933 oder in US-A-5,963,313 .
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Reflektometermessung zu liefern. Dies wird gelöst durch die unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungen werden durch die abhängigen Ansprüche gelöst.
Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Reflektometer vorgesehen zum Messen – in Antwort auf ein Stimulus-Signal – von Rücksignalen, welche in einem zu messenden Netzwerk reflektiert und/oder rückgestreut werden. Ein Empfänger des Reflektometers ist geeignet, die Rücksignale bei unterschiedlichen Empfängerempflindlichkeiten zu empfangen.
Im Betrieb können mindestens zwei unterschiedliche Reflektometermessungen durchgeführt werden, entweder nacheinander oder alternativ: eine Fernbereichsmessung mit höherer Empfängerempfindlikchkeit zum Messen von Rücksignalen aus einem entfernteren Bereich des Netzwerks, und eine Nahbereichsmessung mit geringerer Empfängerempfindlichkeit zum Messen von Rücksignalen aus einem näheren Bereich des Netzwerks.
Während der Fernbereichsmessung wird die Operation des Empfängers temporär abgeschaltet (oder zumindest unterdrückt) während solcher Operationsmodes des Empfängers, bei denen Rücksignale aus näheren Bereichen des Netzwerks den Empfänger dazu bringen könnten, wesentliche Störsignale zu generieren, welche zu Interferenzen führen, wenn der Empfänger Rücksignale aus entfernteren Bereichen des Netzwerks empfängt. Ohne ein solches Ausschalten oder Unterdrücken würden die generierten wesentlichen Störsignale die empfangenen Rücksignale aus entfernteren Bereichen des Netzwerks überlagern.
Der Begriff „Störsignale" wie hier verwendet bedeutet unerwünschte Signale, welche nicht aus stochastischem Rauschen resultieren, sondern verursacht werden können z. B. durch dynamische Wiederherstellungsprozesse als Ergebnis z. B. aus thermischer Zunahme in dem Empfänger, resultierend aus den Rücksignalen aus näheren Bereichen. Solche Rücksignale aus näheren Bereichen haben im Allgemeinen eine signifikant höhere Energie als die Rücksignale aus entfernteren Bereichen des Netzwerks. Jedoch können solche Hochenergie-Rücksignale, welche mit höherer Empfängerempfindlichkeit (in der Fernbereichsmessung) empfangen werden, zu einer signifikanten Temperaturerhöhung des Empfängers führen, was Störsignale in dem Empfänger verursachen kann, welche resultieren aus dynamischen Wiederherstellungsprozessen sobald das Aufheizen stoppt oder abnimmt.
Klar ist, dass während stochastisches Rauschen im Allgemeinen bis zu einem gewissen Grad aus den gemessenen Ergebnissen extrahiert werden kann, Störsignale kaum als solche detektiert werden können und daher als (valide) Signale betrachtet werden, was so die Messung verfälscht. Insbesondere Störsignale aus dynamischen Wiederherstellungsprozessen zeigen im Allgemeinen exponentiale Eigenschaft "matching well" (passt gut) mit erwarteten Reflektometermessungen, und werden daher nicht als Messfehler transparent.
Auf Grund des Reflektiert- und/oder Rückgestreutseins der Rücksignale, erscheinen die Rücksignale aus dem näheren Bereich eher am Empfänger als die Rücksignale aus dem entfernteren Bereich des Netzwerks. Das bedeutet, dass die Hochenergie-Rücksignale aus dem näheren Bereich den Empfänger, oder Komponenten des Empfängers, zunächst erwärmen, was dann später Störsignale verursacht, wenn die Niedrigenergie-Rücksignale aus entferntem Bereich auftauchen. Auf Grund der signifikanten Energieunterschiede zwischen Rücksignalen aus näheren und entfernten Bereichen, können die daraus "induzierten" Störsignale die Fernbereichsmessung signifikant stören. Die Erfindung jedoch verhindert oder reduziert zumindest die Generierung solcher Störsignale durch Ausschalten (oder zumindest Unterdrücken) der Operation des Empfängers während solcher Zeiten der Fernbereichsmessung, in denen die Rücksignale aus näheren Bereichen auftauchen, die solche Wiederherstellungsprozesse verursachen und damit die Störsignale.
Da solche Störsignale aus dem Nahbereich früher an dem Empfänger erscheinen als die Rücksignale aus dem entfernteren Bereich des Netzwerks, kann sich die Erfindung diesen Effekt zunutze machen durch Ausschalten (oder zumindest Unterdrücken) solcher Hochenergie-Rücksignale aus dem Nahbereich bis die Niedrigenergie-Rücksignale aus dem Fernbereich auftauchen.
Die Unterscheidung zwischen solchen Hochenergie-Rücksignalen aus dem Nahbereich (die auszuschalten oder zu unterdrücken sind) und den Niedrigenergie-Rücksignalen aus dem Fernbereich kann erfolgen z. B. durch Aufstellen von Trigger- oder Schwellenwerten (z. B. für die Energie) der Rücksignale, durch Definieren eines geeigneten Zeitintervalls oder durch Erfahrung, die z. B. aus früheren Messungen resultiert.
In einer vorteilhaften Ausführung erfolgt das Ausschalten (oder zumindest Unterdrücken) der Operation des Empfängers durch Maskieren des Rücksignals z. B. durch Vorsehen eines Schalters, eines Abschwächungs- oder Klappenelements in dem Signalpfad des Rücksignals des Empfängers, so dass das Rücksignal den Empfänger nur teilweise, abgeschwächt oder überhaupt nicht erreicht.
In einer anderen Ausführung kann der Empfänger abgeschaltet werden zum Ausschalten (oder zumindest Unterdrücken) der Operation. Vorzugsweise wenn der Empfänger eine Photodiode aufweist (z. B. eine Avalanche Photodiode ADP), wird diese Photodiode ausgeschaltet durch Modifizieren ihrer Vorspannung (in der Technik wohlbekannt).
Sollte das Ausschalten (oder zumindest Unterdrücken) der Operation des Empfängers zu Übergangsverhalten führen, so kann solches Übergangsverhalten in Betracht gezogen werden, wenn die Messergebnisse interpretiert werden. Dies kann z. B. erfolgen durch Erlauben, dass ein Zeitintervall für den Übergang von dem Zustand niedriger zu hoher Sensibilität später in dem Messergebnis unberücksichtigt bleibt.
Ein komplettes Messergebnis kann erhalten werden durch Kombinieren der Ergebnisse aus mindestens zwei Reflektometermessungen wie z. B. in dem zuvorgenannten Buch "Fiber Optic Test and Measurement" beschrieben.
In einer vorteilhaften Ausführung, in der ein optischer Zeitbereichsreflektometer (OTDR) verwendet wird, wird die Messhardware während jeder Trace-Akquisition auf eine konstante Energie gesetzt. Die Energie wird dann während der Trace-Akquisition verändert. Auf diese Weise wird der Empfänger zunächst auf einen unempfindlichen Status eingestellt, wenn hohe Energiesignale wahrscheinlich auftreten, und dann auf hohe Empflindlichkeit, wenn auf Grund der Abschwächung der optischen Faser lediglich schwache Signale den Empfänger erreichen. Der Vorteil ist, dass – bei sauberer Implementierung – hohe Energieniveaus keinen hohen zeitlichen Energieverlust in der Photodiode generieren, was andererseits zu einem unerwünschten thermischen Wiederherstellungsprozess führen würde.
Eine Standardverfahren zum Erhöhen der Performance, z. B. den Messbereich der OTDRs, ist die Verwendung von Laserdioden mit sehr hoher Ausgabeenergie. Dies ist ein eher geradliniger Weg, da das Faserantwortsignal proportional ist zu der Testimpuls-Energie. Dieses Verfahren kollidiert jedoch mit der Erfordernis, einen sehr sensitiven Empfängerschaltkreis zu haben, da ein sensitiver Empfänger normalerweise eine hohe Empfänglichkeit für Hochenergiesignalniveaus hat. Die Erfindung liefert jedoch einen verbesserten opto-elektronischen Empfängerschaltkreis, der verhindert, dass der Empfänger saturiert ist oder thermal im Ungleichgewicht, was zu einem hochsensitiven OTDR Empfänger führt, der optische Hochenergiesignale toleriert.
Die Erfindung kann teilweise oder ganz ausgeführt werden oder unterstützt durch eines oder mehrere passende Softwareprogramme, welche gespeichert sein können oder anderweitig zur Verfügung gestellt durch jede Art von Datenträger, und welche ausgeführt werden können in oder durch jede passende Datenverarbeitungseinheit.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Aufgaben und viele der begleitenden Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden gewürdigt und besser verständlich durch Hinzuziehen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen. Merkmale, die im Wesentlichen oder funktional gleich oder ähnlich sind, werden mit denselben Referenzzeichen bezeichnet.
1 zeigt eine vorteilhafte Ausführung eines OTDR Empfängers nach der vorliegenden Erfindung,
2 zeigt zwei Traces entnommen bei unterschiedlichen, aber festgelegten, Empfängerenergien.
3 zeigt zwei Traces entnommen gemäß der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine vorteilhafte Ausführung eines OTDR – Empfängers 100 nach der vorliegenden Erfindung, mit einer Datenakquisitions- und Verarbeitungseinheit 110, einem Empfänger 120, einer ADP 130, einem Vorspannungsschalter 140 und einem Vorspannungsgenerator 150.
Reflektometermessungen im Allgemeinen sind in der Technik wohlbekannt (wie beschrieben z. B. im zuvorgenannten Buch "Fiber Optic Test and Measurement") und müssen hier nicht im Detail beschrieben werden. Ein optischer Laserimpuls wird an eine zu testende Faser geschickt und das rückgestreute und reflektierte Lichtsignal wird gemessen und verarbeitet. Bei sehr langen Faserleitungen werden die Rücksignale schließlich zu klein, um detektiert zu werden. Dies kann kompensiert werden durch Erhöhen des Energienivaus des Testsignals. Dieses Verfahren ist jedoch limitiert durch die Fähigkeit des Empfängers, starken optischen Signalen zu widerstehen. In OTDR Messungen hat der Empfänger des Instruments im Allgemeinen einen sehr weiten Energiebereich abzudecken. Hochenergieniveaus können zu thermischem Ungleichgewicht an der Empfängerfront führen und enden mit einer langen Wiederherstellungszeit, was das Instrument unfähig macht, (kleine) Signale akkurat zu empfangen.
2 zeigt zwei Traces 210 und 220, entnommen bei unterschiedlichen, aber festgelegten, Empfängerenergien. Wie aus 2 ersichtlich, gibt es starke Signale kurz nach Abfeuern eines Testimpulses, während die Signalintensität mit der Distanz zunimmt. Starke Signale generieren im Allgemeinen Photoströme, welche den kleinen Diodenchip der ADP 130 dazu bringen, die Temperatur auf Grund der hohen Vorspannung zu erhöhen. Dies führt wiederum zu einem dunklen Strom während eines Settlingprozesses. Die Zeitkonstante ist normalerweise lang verglichen mit der Geschwindigkeit optischer Signale, so dass der Effekt für eine komplette Messung andauert.
Hohe Impulsenergie und hohe Energie für die ADP 130 wird nur benötigt für Fernbereiche. Mit kurzen Fasern ist reduzierte Power oder reduzierte Energie möglich, was den beschriebenen Gegeneffekt verhindert. Fernbereichsmessungen können erreicht werden durch Kombinieren von Messergebnissen, welche bei unterschiedlicher Impulsenergien und unterschiedlichen Energiezuwächsen erfolgen.
3 zeigt zwei Traces, der erste 310 mit einer geringeren, festgelegten Energie, der zweite 320 mit einer variablen Empfängerenergie. Zudem ist ein Beispiel eines Kontrollsignals 330 für die Vorspannungsversorgung der ADP 130 dargestellt.
Die empfindlichste Einstellung wird für die Signale genommen, welche aus Fasersektionen weit weg stammen. Signale aus kurzen Fasern sind zu stark und saturieren den Empfänger. Die Zeit, während der der Empfänger saturiert ist fügt keine verwertbare Information hinzu. Während dieser Zeit kann die ADP komplett ausgeschaltet werden (wie durch das Kontrollsignal 330 gezeigt), wodurch das Erhitzen dieser ADP vermieden wird.

Claims

Ein Verfahren zum Liefern einer Reflektometermessung zum Messen – in Antwort auf ein Stimulus-Signal – von Rücksignalen, welche in einem zu messenden Netzwerk reflektiert und/oder rückgestreut werden, mit folgenden Schritten: a) Ausführen einer Nahbereichsmessung mit geringer Empfängerempfindlichkeit zum Messen von Rücksignalen aus einem näheren Bereich des Netzwerks, b) Ausführen einer Fernbereichsmessung mit hoher Empfängerempfindlichkeit zum Messen von Rücksignalen aus einem entfernteren Bereich des Netzwerks, wobei folgende Schritte ausgeführt werden: (b1) eine Operation zum temporären Abschalten oder zumindest Unterdrücken zum Empfangen der Rücksignale während solcher Operationsmodes, wobei Rücksignale aus näheren Bereichen des Netzwerks wesentliche Störsignale verursachen können, welche Rücksignale überlagern könnten, die aus entfernteren Bereichen des Netzwerks resultieren, wobei die Störsignale unerwünschte Signale darstellen, die nicht aus stochastischem Rauschen resultieren, und (b2) eine Steueroperation zum Empfangen der Rücksignale auf andere Weise, und c) Kombinieren der Ergebnisse der Messungen im Nah- und Fernbereich zu einem Messergebnis.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt b1 des temporären Abschaltens oder zumindest Unterdrückens zum Empfangen der Rücksignale während solcher Operationsmodes ausgeführt wird, wobei Rücksignale, die aus näheren Bereichen des Netzwerks resultieren, die Bildung von wesentlichen Störsignalen verursachen könnten, wenn Rücksignale, die aus entfernteren Bereichen des Netzwerks resultieren, empfangen würden, so dass ohne solches Abschalten oder Unterdrückung die generierten wesentlichen Störsignale die empfangenen Rücksignale aus den entfernteren Bereichen des Netzwerks überlagern würden.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Schritt b1 ausgeführt wird während einer Fernbereichsmessung mit höherer Empfängerempfindlichkeit zum Messen von Rücksignalen aus entfernteren Bereichen des Netzwerks.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der oben genannten Ansprüche, wobei Schritt b1 ausgeführt wird solange Rücksignale auftreten, welche Wiederherstellungsprozesse verursachen, die zu Störsignalen führen.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der oben genannten Ansprüche, wobei Schritt c einen Schritt aufweist, Übergangsverhalten in Betracht zu ziehen, welches durch Ausführen der Schritte b1 und b2 verursacht ist, um die Messergebnisse von Schritt b zu interpretieren.
Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Zeitintervall für den Übergang von dem Zustand niedriger zu hoher Empflindlichkeit in dem Messergebnis unberücksichtigt bleibt.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der oben genannten Ansprüche, wobei Schritt b zum Ausschalten oder Unterdrücken ausgeführt wird, wenn die Rücksignale definierte Trigger- oder Schwellenwerte übersteigen oder während eines vordefinierten Zeitintervalls.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der oben genannten Ansprüche, wobei ein Trace mittels einer optischen Zeitbereichsreflektometer-OTDR-Messung zum Messen – als Antwort auf das Stimulus-Signal – der Rücksignale ermittelt wird, welche in dem zu messenden Netzwerk reflektiert und/oder rückgestreut werden, mit zusätzlich folgenden Schritten: einen Empfänger zunächst auf einen unempfindlichen Status einzustellen, wenn hohe Energiesignale wahrscheinlich auftreten, und den Empfänger auf hohe Empfindlichkeit einzustellen, wenn kleine Signale aufgrund der Abschwächung in dem Netzwerk lediglich den Empfänger erreichen.
Ein Softwareprogramm oder -produkt, vorzugsweise gespeichert auf einem Datenträger, zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der oben genannten Ansprüche, wenn es auf einem Datenverarbeitungsprogramm wie einem Computer durchgeführt wird.
Ein Reflektometer (100), der geeignet ist zum Messen – in Antwort auf ein Stimulus-Signal – von Rücksignalen, welche in einem zu messenden Netzwerk reflektiert und/oder rückgestreut werden, mit: einer Empfangseinheit (100) zum Empfangen der Rücksignale bei unterschiedlichen Empfängerempfindlichkeiten, einer Kontrolleinheit (140, 150), angepasst zum temporären Abschalten oder zumindest Unterdrücken der Empfangseinheit (100) während solcher Operationsmodes, wobei Rücksignale, welche aus näheren Bereichen des Netzwerks resultieren, wesentliche Störsignale verursachen können, welche den Rücksignalen aus den entfernteren Bereichen des Netzwerks hinzuzufügen sind, und zum Starten der Operation zum Empfangen der Rücksignale auf andere Weise, wobei die Störsignale unerwünschte Signale darstellen, welche nicht aus stochastischem Rauschen resultieren, und einer Verarbeitungseinheit (110), angepasst zum Kombinieren der Ergebnisse aus einer Nahbereichsmessung und einer Fernbereichsmessung zu einem Messergebnis, wobei die Nahbereichsmessung mit geringerer Empfängerempfindlichkeit zum Messen von Rücksignalen aus einem näheren Bereich des Netzwerks ausgeführt wurde und die Fernbereichsmessung mit höherer Empfängerempfindlichkeit zum Messen von Rücksignalen aus einem entfernteren Bereich des Netzwerks ausgeführt wurde.
Das Reflektometer (100) nach Anspruch 10, wobei die Empfangseinheit (100) eine Avalanche Photo Diode (130) aufweist, und die Kontrolleinheit (140, 150) einen Vorspannungsgenerator (150) und/oder einen Vorspannungsschalter (140).