СПОСОБ МОНИТОРИНГА ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК G01M11/02 H04B10/00 

Предлагаемые технические решения объединены единым изобретательским замыслом, относятся к области измерительной техники в волоконно-оптических системах передачи со спектральным разделением каналов и могут быть использованы в существующих и создаваемых волоконно-оптических системах, и сетях связи.

Известен способ мониторинга цифровых систем передачи и устройство, его реализующее (См. Патент РФ №2573266, G06F 11/00, Н04В 17/00 опубл. 20.01.2016, бюл. №2), при котором формируют тестовые сигналы и подают их на входы объекта контроля, на основании полученной информации определяют техническое состояние объекта контроля, прогнозируют техническое состояние объекта контроля на заданный интервал времени, формируют решение по выбору наилучшего объекта контроля на заданное время, переключают на объект контроля, обладающий наилучшими параметрами и характеристиками.

Недостатком указанного способа является низкая точность контроля характеристик физической среды передачи информационных сигналов, обусловленная тем, что определяют только техническое состояние объекта контроля, а переключение на наилучшую среду передачи осуществляют на основании прогноза его состояния на заданном интервале времени, при этом не учитывают реальные изменения характеристик физической среды передачи, что в итоге потребует значительных временных затрат на переключение передачи информационных сигналов между оптическими волокнами волоконно-оптических линий связи с наименьшим затуханием и дисперсией в случае ошибки в прогнозировании.

Известен способ мониторинга канала связи и передающее устройство (См. Патент РФ №2460223, H04L 12/56, опубл. 27.08.2012, бюл. №24), при котором первое передающее устройство и второе передающее устройство распознают рабочий канал, используемый для передачи клиентского сигнала, и группу резервных каналов, отличных от рабочего канала, из множества каналов связи между обоими устройствами; первое передающее устройство выбирает канал измерения из группы резервных каналов и передает тестовый сигнал на второе передающее устройство через канал измерения; второе передающее устройство измеряет качество связи посредством использования тестового сигнала от первого передающего устройства, записывает данные измерения и передает тестовый сигнал, содержащий записанные данные измерения, на первое передающее устройство через канал измерения; и первое передающее устройство записывает данные измерения, содержащиеся в тестовом сигнале от второго передающего устройства, измеряет качество связи посредством использования тестового сигнала от второго передающего устройства, записывает данные измерения, выбирает новый канал измерения из группы резервных каналов и передает тестовый сигнал, содержащий записанные данные измерения, на второе передающее устройство через новый канал измерения.

Известный способ учитывает наличие между приемопередающими устройствами основного и резервных каналов связи, а также оценивает качество связи в них, чем обеспечивает сокращение времени переключения на резервный канал с лучшим качеством связи.

Однако недостатком указанного способа также является относительно низкая точность контроля характеристик оптических волокон волоконно-оптических линий связи. Это объясняется тем, что при оценке качества связи не учитывается влияние дисперсии на качество передающихся информационных сигналов по разным оптическим волокнам волоконно-оптических линий связи, подключенных к волоконно-оптической системе передачи со спектральным разделением каналов, что требует значительных временных затрат на сбор статистики о качестве связи с учетом дисперсии в каждом оптическом волокне и, следовательно, на переключение на канал с лучшим качеством связи.

Известен приемо-передающий блок волоконно-оптической системы передачи информации (см. патент РФ 2239286, С1. кл Н04В 10/12, опубл. 27.10.2004 г. Бюл. №30), содержащий оптический передатчик, включающий в себя блок управления, устройство управления излучателем, сумматор и излучатель, полосовой фильтр, контрольный фотодетектор, детектор, блок управления, устройство управления излучателем, ЦАП, цифровой генератор, регулятор-сумматор, интегратор, оптический выход излучателя соединен через волоконно-оптическую линию передачи с входом оптического приемника, включающего в себя последовательно соединенные приемный оптический модуль, усилитель информационных сигналов и устройство решения, выход которого является выходом приемопередающего блока волоконно-оптической системы передачи информации, устройство контроля приемопередающего блока волоконно-оптической системы передачи информации, включающее в себя последовательно соединенные ФНЧ, усилитель контрольного сигнала, ФВЧ, детектор уровня, фильтр полосы контроля, АЦП и цифровой блок контроля, при этом вход устройства управления излучателем является входом приемопередающего блока волоконно-оптической системы передачи информации.

Недостатком известного приемо-передающего блока волоконно-оптической системы передачи информации является низкая точность контроля характеристик оптических волокон волоконно-оптических линий связи. Контроль осуществляется на одной длине волны оптического излучения и в одном оптическом волокне волоконно-оптической линии связи по изменению уровня контрольного сигнала. Для переключения на другое оптическое волокно той же самой, или другой, волоконно-оптической линии необходимы значительные временные затраты не только на переключение, но и на сбор статистических данных о качестве каналов и дисперсии в них, при этом в процессе измерения качество связи в уже измеренном волокне может измениться. Даже в случае определения снижения качества связи в оптическом волокне факторы, влияющие на это снижение, остаются неизвестными, что требует большего времени для выбора оптического волокна с минимальным затуханием и дисперсии для организации канала связи и передачи по нему информации.

Известно устройство комплексного контроля волоконно-оптических линий (См. Патент РФ №2611588, Н04В 10/00, опубл. 28.02.2017, бюл. №7), содержащее оптический передатчик, оптический коммутатор, оптический выход которого является выходом устройства в волоконно-оптическую линию, а вход управления соединен с выходом управления микроконтроллера, выход сигнализации которого соединен со входом устройства сигнализации, отличающееся тем, что дополнительно введены оптический демультиплексор и последовательно соединенные оптический мультиплексор, циркулятор, первый фотодиод и первый логарифмический усилитель, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера, выход передачи которого соединен со входом оптического передатчика, оптический выход которого соединен со вторым входом циркулятора, причем первый вход оптического мультиплексора является входом устройства, а выход мультиплексора соединен с оптическим входом коммутатора, вход оптического демультиплексора является входом с волоконно-оптической линии, первый его выход является выходом устройства, а второй выход - соединен со входом второго фотодиода, выход которого соединен со входом второго логарифмического усилителя, выход которого соединен со вторым входом микроконтроллера.

Недостатком известного устройства является низкая точность контроля характеристик оптических волокон волоконно-оптических линий связи. Это объясняется тем, что контроль осуществляет на одной длине волны оптического излучения и в одном оптическом волокне волоконно-оптической линии связи, что не позволяет проводить измерение дисперсии в оптическом волокне, а для переключения на другое оптическое волокно той же самой, или другой, волоконно-оптической линии необходимы значительные временные затраты, при этом в процессе измерения качество связи в уже измеренном волокне может измениться.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному способу мониторинга характеристик оптических волокон волоконно-оптических линий связи является способ мониторинга каналов связи в волоконно-оптической системе и устройство для его осуществления (См. Патент РФ №2785587, Н04В 10/00, опубл. 09.12.2022, бюл. №34).

Способ-прототип заключается в том, что определяют количество подключенных к оптическому коммутатору оптических волокон волоконно-оптических линий связи, включают оптические излучатели, передают одновременно информационные сигналы от абонентов на длинах волн λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k и поочередно импульсный тестовый сигнал на длине волны λ_т по оптическим волокнам волоконно-оптических линий связи, принимают отраженный импульсный сигнал по каждому подключенному к оптическому коммутатору оптическому волокну волоконно-оптических линий связи и формируют рефлектограмму каждого оптического волокна волоконно-оптических линий связи, записывают сформированные рефлектограммы в блоке памяти, поочередно перестраивают оптический излучатель с изменяемой длиной волны на длину волны λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k отключаемого оптического излучателя соответственно, после чего подключают к нему генератор тестовых сигналов, передают тестовые информационные сигналы мощностью принимают информационные оптические сигналы по оптическим волокнам волоконно-оптических линий связи, измеряют их мощность и записывают полученные значения в блоке памяти, рассчитывают затухание в каждом оптическом волокне , поочередно отключают оптические излучатели, на время измерения значения мощности кумулятивной помехи на выходе оптического демультиплексора корреспондирующего приемопередающего устройства, подключенного к выбранному резервному оптическому волокну из группы резервных оптических волокон, измеряют значение мощности кумулятивной помехи на длине волны отключенного оптического излучателя относительно длин волн излучающих оптических излучателей, рассчитывают значение защищенности от кумулятивной помехи на длине волны отключенного оптического излучателя, записывают в блок памяти значение защищенности от кумулятивной помехи А_к, после чего включают ранее отключенный оптический излучатель, при переключении с рабочего оптического волокна на резервное оптическое волокно из группы резервных оптических волокон учитывают не только качество связи, но и его рефлектограмму, затухание А и значение защищенности от кумулятивной помехи А_к.

Способ-прототип учитывает спектральное разделение каналов в волоконно-оптической системе передачи, наличие между приемопередающими устройствами несколько оптических волокон волоконно-оптических линий связи для каждого из которых обеспечивается формирование рефлектограммы и измерение затухания, чем обеспечивает сокращение времени переключения на резервное оптическое волокно.

Однако способ-прототип имеет недостаток: относительно низкую точность контроля характеристик оптических волокон волоконно-оптических линий связи. Это объясняется тем, что способ-прототип при оценке характеристик оптических волокон волоконно-оптических линий связи не учитывает влияние дисперсии на качество передачи информационных сигналов, что при переключении на резервное оптическое волокно не обеспечит наилучшее качество передачи информационных сигналов.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному устройству является способ мониторинга каналов связи в волоконно-оптической системе и устройство для его осуществления (См. Патент РФ №2785587, Н04В 10/00, опубл. 09.12.2022, бюл. №34).

Устройство мониторинга каналов связи в волоконно-оптической системе, содержащее оптический коммутатор, вход управления которого соединен с первым выходом управления контроллера, оптический демультиплексор, первый выход которого соединен со входом второго фотодиода, выход которого соединен со входом второго логарифмического усилителя, выход которого соединен со первым входом контроллера, оптический мультиплексор, первый выход которого соединен с входом оптического коммутатора, а второй выход которого соединен с входом первого фотодиода, выход которого соединен с входом первого логарифмического усилителя, выход которого соединен с вторым входом контроллера, дополнительно введены оптические излучатели, первые входы которых передают информационные сигналы от абонентов на длинах волн λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k вторые входы которых соединены с выходом контроллера и выходы которых соединены с соответствующими входами оптического мультиплексора. Оптический излучатель с изменяемой длиной волны λ_т, передающий тестовые сигналы на длине волны λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k отключенного оптического излучателя соответственно, вход которого соединен с выходом генератора тестовых сигналов, а выход соединен с входом оптического мультиплексора. Генератор тестовых сигналов, вход которого соединен с выходом контроллера, блок памяти вход которого соединен с вторым управляющим выходом контроллера, а выход соединен с третьим входом контроллера, выходы и входы оптического коммутатора соединены с оптическими волокнами волоконно-оптических линий связи, выходы оптического демультиплексора подключены к абонентам, а вход соединен с выходом оптического коммутатора

Однако устройство-прототип имеет недостаток: низкую точность контроля характеристик оптических волокон волоконно-оптических линий связи. Это объясняется тем, что устройство-прототип осуществляет контроль целостности подключенных к волоконно-оптической системе передачи оптических волокон волоконно-оптических линий связи, путем снятия рефлектограммы и измерения затухания в каждом из них, при этом измерение дисперсии, влияющей на качество передачи информационных сигналов по оптическому волокну не осуществляется, что при переключении на другое оптическое волокно той же самой, или другой, волоконно-оптической линии не позволит выбрать оптическое волокно, обеспечивающее наилучшую передачу информационных сигналов.

Целью заявленных технических решений является разработка способа и устройства мониторинга характеристик оптических волокон волоконно-оптических линий связи, обеспечивающих повышение точности контроля и сокращение временных затрат для переключения на резервное оптическое волокно с наилучшими параметрами из группы резервных оптических волокон волоконно-оптических линий связи при ухудшении качества передачи информационных сигналов по основному оптическому волокну.

В заявленном способе технический результат достигается тем, что в известном способе мониторинга характеристик оптических волокон волоконно-оптических линий связи, заключающемся в том, что приемопередающие устройства со спектральным разделением сигналов определяют количество подключенных к оптическому коммутатору оптических волокон (ОВ) волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), передают одновременно информационные сигналы от абонентов на длинах волн λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k с мощностью Р_вх(λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k) и поочередно импульсный тестовый сигнал на длине волны К, принимают отраженный импульсный сигнал по каждому подключенному к оптическому коммутатору ОВ ВОЛС и формируют рефлектограмму каждого ОВ ВОЛС, записывают сформированные рефлектограммы в блоке памяти, принимают информационные оптические сигналы по оптическим волокнам волоконно-оптических линий связи, измеряют их мощность Р_вых(λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k) и записывают полученные значения в блоке памяти, рассчитывают затухание в каждом оптическом волокне передают данные измерения между приемопередающими устройствами, дополнительно определяют границы спектрального диапазона λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k и шаг изменения длины волны приемопередающего устройства со спектральным разделением сигналов. Записывают в блок памяти зависимость среднего значения коэффициента хроматической дисперсии от длины волны D_cp(λ) для каждого типа оптического волокна. Определяют номиналы длин волн λi, …, _j∈λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k выключенных оптических излучателей не использующихся на интервале времени Т₁ для передачи информационных сигналов от абонентов. Выбирают количество и номиналы длин волн для проведения измерения хроматической дисперсии. На основе данных о затухании А_ов в каждом ОВ выбирают ОВ с наименьшим затуханием и один из номиналов длин волн из числа выключенных оптических излучателей для передачи опорного сигнала. Поочередно перестраивают оптический излучатель с изменяемой длиной волны λ_т на один из номиналов длин волн Включают оптический излучатель после чего одновременно подключают измерительный генератор к оптическому излучателю с изменяемой длиной волны λ_т и к оптическому излучателю 7.c. Одновременно передают синусоидальный измерительный сигнал на корреспондирующее приемопередающее устройство со спектральным разделением сигналов на одном из номиналов длин волн по измеряемому оптическому волокну и на длине волны опорный сигнал по другому оптическому волокну где На корреспондирующем приемопередающем устройстве со спектральным разделением сигналов принимают синусоидальный измерительный сигнал на одном из номиналов длин волн и опорный сигнал на длине волны λ_с. Сравнивают фазу пришедшего измерительного сигнала с фазой опорного сигнала, рассчитывают значение сдвига фаз как где f - частота модуляции сигнала. Измерение сдвига фаз повторяют на каждом выбранном для измерения номинале длин волн на интервале времени Т₁. Записывают измеренные значения сдвига фаз в блок памяти, сравнивают записанные измеренные значения сдвига фаз с зависимостью среднего значения коэффициента хроматической дисперсии от длины волны D_cp(λ) для каждого типа оптического волокна. Подбирают функциональную зависимость ϕ(γ), значения которой на измеряемых длинах волн наиболее близки к измеренным значениям. Рассчитывают относительные задержки для всех длин волн λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k спектрального диапазона приемопередающего устройства со спектральным разделением сигналов. Уточняют функциональную зависимость ϕ(γ) за счет использования результатов измерения сдвига фаз на номиналах длин волн на последующих интервалах времени T_z.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в способе реализована возможность повышение точности контроля характеристик оптических волокон волоконно-оптических линий связи за счет формирования рефлектограммы и мониторинга затухания, а также дисперсии в каждом оптическом волокне волоконно-оптических линий связи, что позволяет сократить временные затраты при переключении на резервное оптическое волокно с наилучшими параметрами из группы резервных оптических волокон волоконно-оптических линий связи при ухудшении качества передачи информационных сигналов по основному оптическому волокну.

Технический результат в заявленном устройстве мониторинга характеристик оптических волокон волоконно-оптических линий связи достигается тем, что в известном устройстве, содержащем первый оптический коммутатор 1.1, первые выходы 1.1.1.1, ..., 1.1.1.n и первые входы 1.1.2.1, ..., 1.1.2.n которого соединены с оптическими волокнами 10.1, 10.2, 10.3, ..., 10.n волоконно-оптических линий связи 11.1, ..., 11.m, второй выход 1.1.4 которого соединен со вторым входом 6.3 оптического мультиплексора 6, четвертый вход 1.1.8 которого соединен с седьмым выходом 2.12 контроллера 2, второй выход 6.2 оптического мультиплексора 6 соединен с входом 4.1.1 первого фотодиода 4.1, выход 4.1.2 которого соединен с входом 5.1.1 первого усилителя 5.1, выход 5.1.2 которого соединен с первым входом 2.1 контроллера 2, второй фотодиод 4.2, выход 4.2.3 которого соединен со входом 5.2.1 второго усилителя 5.2, оптический демультиплексор 3, оптические излучатели 7.1, 7.2, ..., 7.j, ..., 7.k ко вторым входам 7.1.3, 7.2.3, …7.j.3, …, 7.k.3 которых подключен четвертый выход 2,8 контроллера (2), оптический излучатель с изменяемой длиной волны λ_т 8, передающий измерительные сигналы на длине волны λ₂, …, λ_j, …, λ_k отключенного оптического излучателя соответственно, третий вход 8.3 которого подключен к четвертому выходу 2.8 контроллера 2, блок памяти 9 вход 9.1 которого соединен с первым выходом 2.2 контроллера 2, а выход 9.2 соединен с вторым входом 2.3 контроллера 2, дополнительно введены второй 1.2 и третий 1.3 оптические коммутаторы, первый 12.1 и второй 12.2 оптические разветвители, третий 4.3, четвертый 4.4 и пятый 4.5 фотодиоды, первый 14.1 и второй 14.2 аттенюаторы, первый 15.1 и второй 15.2 генераторы синусоидального сигнала, фазометр 16, электрический коммутатор 17, импульсный генератор 18, оптические приемники

Первые входы второго оптического коммутатора 1.2 соединены с соответствующими выходами оптических излучателей Второй вход 1.2.4 второго оптического коммутатора 1.2 соединен с выходом 8.4 оптического излучателя с изменяемой длиной волны 8. Первые выходы второго оптического коммутатора 1.2 соединены с соответствующими входами оптического мультиплексора 6, а второй выход 1.2.3 которого подключен к третьему входу 1.1.5 оптического коммутатора 1.1. Третий выход 1.1.6 оптического коммутатора 1.1 соединен с входом 1.3.3 третьего оптического коммутатора 1.3. Вход 12.1.1 первого оптического разветвителя 12.1 подключен к первому выходу 6.1 оптического мультиплексора 6. Первый выход 12.1.2 первого оптического разветвителя 12.1 подключен ко второму входу 1.1.3 первого оптического коммутатора 1.1, а второй выход 12.1.3 подключен к входу 4.4.1 четвертого фотодиода 4.4. Выход 4.4.2 четвертого фотодиода 4.4 подключен к третьему входу 2.4 контроллера 2. Вход 12.2.1 второго оптического разветвителя 12.2 подключен к четвертому 1.1.7 выходу оптического коммутатора 1.1, первый его выход 12.2.2 подключен ко входу 3.1 оптического демультиплексора 3, а второй выход 12.2.3 соединен с входом 4.5.1 пятого фотодиода 4.5. Выход 4.5.2 пятого фотодиода 4.5 соединен с пятым входом 2.11 контроллера 2. Первые выходы третьего оптического коммутатора 1.3 подключены к соответствующим входам оптических приемников второй 1.3.4 и третий 1.3.5 выходы третьего оптического коммутатора 1.3 подключены к первым входам 14.1.1 и 14.2.1 первого 14.1 и второго 14.2 аттенюаторов соответственно, ко вторым входам 14.1.3 и 14.2.3 которых подключен шестой выход 2.10 контроллера 2. Выходы 14.1.2 и 14.2.2 первого 14.1 и второго 14.2 аттенюаторов подключены к первым входам 4.2.1 и 4.3.1 второго 4.2 и третьего 4.3 фотодиодов. Вторые входы 4.2.2 и 4.3.2 второго 4.2 и третьего 4.3 фотодиодов подключены к выходам первого генератора синусоидального сигнала 15.1, а выходы 4.2.3 и 4.3.3 подключены к соответствующим входам 5.2.1 и 5.3.1 второго 5.2 и третьего 5.3 усилителей соответственно. Выходы 5.2.2 и 5.3.2 второго 5.2 и третьего 5.3 усилителей подключены к соответствующим входам 16.1 и 16.2 фазометра 16, выход которого подключен к четвертому входу 2.5 контроллера 2. Первый вход 17.1 электрического коммутатора 17 подключен к выходу 18.1 импульсного генератора 18. Вход 18.2 импульсного генератора 18 подключен к второму выходу 2.6 контроллера 2. Второй вход 17.2 электрического коммутатора 17 подключен к первому выходу 15.2.1 второго генератора синусоидального сигнала 15.2. Второй выход 15.2.2 генератора синусоидального сигнала 15.2 подключен к второму 8.2 входу оптического излучателя с изменяемой длиной волны λ_т 8, а вход 15.2.3 подключен к пятому выходу 2.9 контроллера 2. Третий вход 17.3 электрического коммутатора 17 подключен к третьему выходу 2.7 контроллера 2. Входы электрического коммутатора 17 подключены к входу от абонентов. Первый выход 17.5 электрического коммутатора 17 подключен к первому входу 8.1 оптического излучателя с изменяемой длиной волны λ_т 8. Вторые выходы электрического коммутатора 17 подключены к соответствующим входам оптических излучателей Выходы оптических приемников подключены к выходу к абонентам. Выходы оптического демультиплексора 3 соединены с соответствующими входами третьего оптического коммутатора 1.3.

Благодаря новой совокупности существенных признаков за счет дополнительно введенных элементов в заявленное устройство, фазометра, импульсного генератора, двух генераторов синусоидального сигнала, одного электрического и двух оптических коммутаторов, трех фотодиодов, двух оптических разветвителей реализовано повышение точности контроля характеристик оптических волокон волоконно-оптических линий связи за счет формирования рефлектограммы и мониторинга затухания и дисперсии в каждом оптическом волокне волоконно-оптических линий связи, что позволяет сократить временные затраты при переключении на резервное оптическое волокно с наилучшими параметрами из группы резервных оптических волокон волоконно-оптических линий связи при ухудшении качества передачи информационных сигналов по основному оптическому волокну.

Заявленные объекты изобретения поясняются чертежами, на которых показано:

фиг. 1 - структура волоконно-оптической сети связи;

фиг. 2 - зависимость среднего значения коэффициента хроматической дисперсии от длины волны D_cp(λ);

фиг. 3 - уточнение функциональной зависимости коэффициентов хроматической дисперсии от длины волны на последующих интервалах времени при двух, четырех и шести измерениях;

фиг. 4 - функциональная схема устройства мониторинга характеристик оптических волокон волоконно-оптических линий связи.

Возможность реализации заявленного способа объясняется следующим. Волоконно-оптическая сеть связи представляет собой совокупность узлов связи на которых установлены приемопередающие устройства со спектральным разделением сигналов и волоконно-оптических линий связи 11.1, ..., 11.m их соединяющих (фиг. 1). Волоконно-оптической линией связи называют совокупность оборудования оконечных и промежуточных станций различного типа и назначения и оптического кабеля [Оптические телекоммуникационные системы. Учебник для вузов / В.Н. Гордиенко, В.В. Крухмалев, А.Д. Моченов, Р.М. Шарафутдинов. Под ред. профессора В.Н. Гордиенко. - М: Горячая линия - Телеком, 2011. - 368. С: ил. стр. 14]. Оптический кабель содержит оптические волокна, которые служат средой распространения оптического излучения [Оптические телекоммуникационные системы. Учебник для вузов / В.Н. Гордиенко, В.В. Крухмалев, А.Д. Моченов, Р.М. Шарафутдинов. Под ред. профессора В.Н. Гордиенко. - М: Горячая линия - Телеком, 2011. - 368. С: ил. стр. 16]. На узле связи к оптическому коммутатору могут быть подключены как однотипные, так и разнотипные оптические волокна волоконно-оптических линией связи, соответствующие Рекомендациям МСЭ-Т: G.652 (одномодовые волокна), G.653 (одномодовые волокна со сдвигом дисперсии), G.654 (одномодовые волокна с затуханием, минимизированным на волне 1550 нм), G.655 (одномодовые волокна со смещенной ненулевой дисперсией, в том числе с малым наклоном кривой дисперсии, с большой эффективной площадью модового поля), G.656 (одномодовое широкополосной волокно с ненулевой смещенной дисперсией до 1625 нм), G.657 (одномодовое волокно с минимальным радиусом изгиба) [Портнов Э.Л. Оптические кабели связи, их монтаж и измерение. Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., стереотип - М: Горячая линия - Телеком, 2018. - 448. с: ил. стр. 25]. Оптические волокна, кроме того, что отличаются значением затухания, в том числе вызванного особенностями прокладки волоконно-оптических линий, отличаются характеристиками хроматической дисперсии, влияющей на максимально допустимую длину безретрансляционных участков и качество передачи приемопередающих устройств со спектральным разделением сигналов [Портнов Э.Л. Оптические кабели связи, их монтаж и измерение. Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., стереотип - М: Горячая линия - Телеком, 2018. - 448. с: ил. стр. 31].

Вначале определяют количество подключенных к оптическому коммутатору оптических волокон 10.1, 10.2, 10.3, ..., 10.n волоконно-оптических линий связи 11.1, ..., 11m волоконно-оптической сети связи (фиг. 1) методом обратного рассеяния [Субботин Е.А. Методы и средства измерения параметров оптических телекоммуникационных систем. Учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия-Телеком, 2018. - 224 с: ил. стр. 62-71]. После чего включают оптические излучатели и передают одновременно информационные сигналы от абонентов на длинах волн λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k и поочередно импульсный тестовый сигнал на длине волны λ_т по оптическим волокнам волоконно-оптических линий связи Из-за флюктуаций показателя преломления сердцевины вдоль волокна, отражений от рассеянных и локальных неоднородностей, распределенных по всей длине волокна, возникает поток обратного рассеяния [Субботин Е.А. Методы и средства измерения параметров оптических телекоммуникационных систем. Учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия-Телеком, 2018. - 224 с: ил. стр. 62-63]. Принимают отраженный импульсный сигнал по каждому подключенному к оптическому коммутатору оптическому волокну 10.1, 10.2, ..., 10.n волоконно-оптических линий связи и формируют рефлектограмму каждого оптического волокна волоконно-оптических линий связи На рефлектограмме определяют распределение оптических потерь по длине ОВ, затухание в ОВ, параметры распределенных и локальных неоднородностей типа обрыва, мест соединения оптических волокон, а также пространственные координаты неоднородностей, длину ОВ и расстояние до мест обрыва или конца ОВ. Длину ОВ и координаты неоднородностей рассчитывают по формуле , где L_x - измеряемая длина или координата неоднородности ОВ; Δt - разность времени между пиками начального и конечного импульсов, с; с₀ - скорость света в вакууме, равная 300000 км/с; n_g - действительный групповой показатель преломления стекла сердцевины. [Субботин Е.А. Методы и средства измерения параметров оптических телекоммуникационных систем. Учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия-Телеком, 2018. - 224 с: ил. стр. 65].

Передают информационные сигналы с мощностью Р_вх(λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k), принимают информационные оптические сигналы по оптическим волокнам 10.1, 10.2, …, 10.n волоконно-оптических линий связи измеряют их мощность Р_вых(λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k) и записывают полученные значения в блоке памяти. Рассчитывают затухание в каждом ОВ [Оптические кабели связи: Учеб. Пособие для техникумов / С.М. Верник, В.Я. Гитин, В.С. Иванов. - Радио и связь, 1988. - 144 с: ил. стр. 109].

Определяют границы спектрального диапазона λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k и шаг изменения длины волны приемопередающего устройства со спектральным разделением сигналов. В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т по разнесению оптических каналов определяют два класса мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM): грубого спектрального мультиплексирования на основе технологии CWDM (G.694.2) и плотного спектрального мультиплексирования на основе технологии DWDM (G.694.1). Расстояние между каналами определено стандартами ITU-T. В CWDM границы спектрального диапазона λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k составляют от 1270 до 1610 нм. Шаг изменения длины волны приемопередающего устройства 20 нм в диапазонах длин волн: О, Е, S, С и L. В DWDM границы спектрального диапазона λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k составляют от 1450 до 1610 нм. Шаг изменения длины волны приемопередающего устройства 1,6 нм, 0,8 нм, 0,4 нм, 0,2 нм и 0,1 нм в диапазонах длин волн: S, С и L [Оптические телекоммуникационные системы. Учебник для вузов / В.Н. Гордиенко, В.В. Крухмалев, А.Д. Моченов, Р.М. Шарафутдинов. Под ред. профессора В.Н. Гордиенко. - М: Горячая линия - Телеком, 2011. -368. С: ил. стр. 280].

Записывают в блок памяти зависимость среднего значения коэффициента хроматической дисперсии от длины волны D_cp(λ) для каждого типа оптического волокна, например для оптического волокна серии G.652 коэффициент хроматической дисперсии на длине волны 1550 нм Dxp₁₅₅₀= 20 (nc/нм*км), крутизна коэффициента хроматической дисперсии на длине волны 1550 нм Sxp₁₅₅₀=0.092 (пс/нм²*км). Формирование зависимости среднего значения коэффициента хроматической дисперсии от длины волны D_cp (λ) (фиг. 2) осуществляют в соответствии с следующим выражением:

Определяют номиналы длин волн выключенных оптических излучателей не использующихся на интервале времени Т₁ для передачи информационных сигналов от абонентов путем получения информации от мультиплексоров WDM по протоколу SNMP при помощи программного обеспечения для сетевого управления оборудованием, например, сетевой системы управления NMS «Фрактал» [«Система управления NMS «ФРАКТАЛ» (версия ПО 4.0)» ТВСЕ.11011-04, выписка из единого реестра российских программ для электронных вычислительных машин и баз данных и единого реестра программ для электронных вычислительных машин и баз данных из государств - членов Евразийского экономического союза, за исключением Российской Федерации, порядковый номер реестровой записи: 789 от 16.05.2016].

На основе данных о затухании А_ов в каждом оптическом волокне выбирают оптическое волокно с наименьшим затуханием и один из номиналов длин волн из числа выключенных оптических излучателей для передачи опорного сигнала.

Одновременно передают синусоидальный измерительный сигнал с частотой 20 МГц на корреспондирующее приемопередающее устройство со спектральным разделением сигналов на одном из номиналов длин волн по измеряемому оптическому волокну и на длине волны и опорный сигнал по другому оптическому волокну где N ≠ М.

На корреспондирующем приемопередающем устройстве со спектральным разделением сигналов принимают синусоидальный измерительный сигнал на одном из номиналов длин волн и опорный сигнал на длине волны λ_с. Вследствие воздействия хроматической дисперсии каждый сигнал в оптическом волокне испытывает задержку, зависящую от длины волны соответствующего оптического излучателя

Согласование уровней сигналов обеспечивают аттенюаторы (14.1) и (14.2). Генератор (15.1) имеет частоту, отличающуюся от частоты генератора (15.2) на 300 Гц.

В фазометре сравнивают фазу пришедшего измерительного сигнала с фазой опорного сигнала, рассчитывают значение сдвига фаз ϕ(γ) как τ(λ)=ϕ/(2πf), где f - частота модуляции сигнала [Субботин Е.А. Методы и средства измерения параметров оптических телекоммуникационных систем. Учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия-Телеком, 2018. - 224 с: ил. стр. 87].

Повторяют на каждом выбранном для измерения номинале длин волн λ_a, …, λ_d на интервале времени T_n, записывают измеренные значения сдвига фаз в память. На фиг. 3 представлены результаты измерений:

для двух измерений

для четырех измерений ,

Для шести измерений:

Подбирают функциональную зависимость ϕ(γ), значения которой на измеряемых длинах волн наиболее близки к измеренным значениям, рассчитывают относительные задержки для всех длин волн λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k спектрального диапазона приемопередающего устройства со спектральным разделением сигналов. Вид аппроксимирующего полинома зависит от типа измеряемого волокна [Оптические телекоммуникационные системы. Учебник для вузов / В.Н. Гордиенко, В.В. Крухмалев, А.Д. Моченов, Р. М. Шарафутдинов. Под ред. профессора В. Н. Гордиенко. - М: Горячая линия - Телеком, 2011. - 368. С: ил. стр. 40]. Аппроксимацию стандартного волокна осуществляют по формуле

Аппроксимацию волокна со смещенной нулевой дисперсией осуществляют по формуле

Аппроксимацию волокна со смещенной нулевой дисперсией осуществляют по формуле

где λ0 - длина волны нулевой дисперсии; S₀ - крутизна дисперсионной характеристики при относительная групповая задержка на длине волны 1550 нм.

Уточняют функциональную зависимость ϕ(γ) за счет использования результатов измерения сдвига фаз на номиналах длин волн и на последующих интервалах времени T_n (фиг. 3).

Устройство мониторинга характеристик оптических волокон волоконно-оптических линий связи (фиг. 4), состоит из первого (1.1), второго (1.2) и третьего (1.3) оптических коммутаторов, оптического мультиплексора (6), контроллера (2), первого (4.1), второго (4.2), третьего (4.3), четвертого (4.4) и пятого (4.5) фотодиодов, первого (5.1), второго (5.2), и третьего (5.3) усилителей, оптического демультиплексора (3), оптических излучателей ( оптического излучателя с изменяемой длиной волны λ_т (8), блока памяти (9), первого (12.1) и второго (12.2) оптических разветвителей, оптических приемников (13.1, первого (14.1) и второго (14.2) аттенюаторов, первого (15.1) и второго (15.2) генераторов синусоидального сигнала, фазометра (16), электрического коммутатора (17), импульсного генератора (18), электрического коммутатора (17).

Элементы соединены между собой следующим образом (см. фиг. 4). Первые выходы и первые входы первый оптического коммутатора 1.1 соединены с оптическими волокнами волоконно-оптических линий связи Второй выход 1.1.4 оптического коммутатора 1.1 соединен со вторым входом 6.3 оптического мультиплексора 6. Четвертый вход 1.1.8 оптического коммутатора 1.1 соединен с седьмым выходом 2.12 контроллера 2. Второй выход 6.2 оптического мультиплексора 6 соединен с входом 4.1.1 первого фотодиода 4.1, выход 4.1.2 которого соединен с входом 5.1.1 первого усилителя 5.1. Выход 5.1.2 первого усилителя 5.1 соединен с первым входом 2.1 контроллера 2. Выход 4.2.3 второго фотодиода 4.2 соединен со входом 5.2.1 второго усилителя 5.2. Ко вторым входам оптических излучателей подключен четвертый выход 2.8 контроллера (2). Третий вход 8.3 оптического излучателя с изменяемой длиной волны λ_т 8 подключен к четвертому выходу 2.8 контроллера 2. Вход 9.1 блока памяти 9 соединен с первым выходом 2.2 контроллера 2, а выход 9.2 соединен с вторым входом 2.3 контроллера 2. Первые входы второго оптического коммутатора 1.2 соединены с соответствующими выходами оптических излучателей Второй вход 1.2.4 второго оптического коммутатора 1.2 соединен с выходом 8.4 оптического излучателя с изменяемой длиной волны λ_т 8. Первые выходы второго оптического коммутатора 1.2 соединены с соответствующими входами оптического мультиплексора 6, а второй выход 1.2.3 которого подключен к третьему входу 1.1.5 оптического коммутатора 1.1. Третий выход 1.1.6 оптического коммутатора 1.1 соединен с входом 1.3.3 третьего оптического коммутатора 1.3. Вход 12.1.1 первого оптического разветвителя 12.1 подключен к первому выходу 6.1 оптического мультиплексора 6. Первый выход 12.1.2 первого оптического разветвителя 12.1 подключен ко второму входу 1.1.3 первого оптического коммутатора 1.1, а второй выход 12.1.3 подключен к входу 4.4.1 четвертого фотодиода 4.4. Выход 4.4.2 четвертого фотодиода 4.4 подключен к третьему входу 2.4 контроллера 2. Вход 12.2.1 второго оптического разветвителя 12.2 подключен к четвертому 1.1.7 выходу оптического коммутатора 1.1, первый его выход 12.2.2 подключен ко входу 3.1 оптического демультиплексора 3, а второй выход 12.2.3 соединен с входом 4.5.1 пятого фотодиода 4.5. Выход 4.5.2 пятого фотодиода 4.5 соединен с пятым входом 2.11 контроллера 2. Первые выходы третьего оптического коммутатора 1.3 подключены к соответствующим входам оптических приемников второй 1.3.4 и третий 1.3.5 выходы третьего оптического коммутатора 1.3 подключены к первым входам 14.1.1 и 14.2.1 первого 14.1 и второго 14.2 аттенюаторов соответственно, ко вторым входам 14.1.3 и 14.2.3 которых подключен шестой выход 2.10 контроллера 2. Выходы 14.1.2 и 14.2.2 первого 14.1 и второго 14.2 аттенюаторов подключены к первым входам 4.2.1 и 4.3.1 второго 4.2 и третьего 4.3 фотодиодов. Вторые входы 4.2.2 и 4.3.2 второго 4.2 и третьего 4.3 фотодиодов подключены к выходам первого генератора синусоидального сигнала 15.1, а выходы 4.2.3 и 4.3.3 подключены к соответствующим входам 5.2.1 и 5.3.1 второго 5.2 и третьего 5.3 усилителей соответственно. Выходы 5.2.2 и 5.3.2 второго 5.2 и третьего 5.3 усилителей подключены к соответствующим входам 16.1 и 16.2 фазометра 16, выход которого подключен к четвертому входу 2.5 контроллера 2. Первый вход 17.1 электрического коммутатора 17 подключен к выходу 18.1 импульсного генератора 18. Вход 18.2 импульсного генератора 18 подключен к второму выходу 2.6 контроллера 2. Второй вход 17.2 электрического коммутатора 17 подключен к первому выходу 15.2.1 второго генератора синусоидального сигнала 15.2. Второй выход 15.2.2 генератора синусоидального сигнала 15.2 подключен к второму 8.2 входу оптического излучателя с изменяемой длиной волны λ_т 8, а вход 15.2.3 подключен к пятому выходу 2.9 контроллера 2. Третий вход 17.3 электрического коммутатора 17 подключен к третьему выходу 2.7 контроллера 2. Входыэлектрического коммутатора 17 подключены к входу от абонентов. Первый выход 17.5 электрического коммутатора 17 подключен к первому входу 8.1 оптического излучателя с изменяемой длиной волны λ_т 8. Вторые выходы электрического коммутатора 17 подключены к соответствующим входам оптических излучателей Выходы оптических приемников подключены к выходу к абонентам. Выходы оптического демультиплексора 3 соединены с соответствующими входами третьего оптического коммутатора 1.3.

Оптические излучатели предназначены для формирования лазерного оптического излучения на определенной длине волны. Описание работы и схема такого оптического излучателя известны и приведены, например, в книге: Оптические телекоммуникационные системы. Учебник для вузов / В.Н. Гордиенко, В.В. Крухмалев, А.Д. Моченов, Р.М. Шарафутдинов. Под ред. профессора В.Н. Гордиенко. - М: Горячая линия - Телеком, 2011. - 368. С: ил. Стр. 92-94. Оптический излучатель может быть реализован в различных вариантах, например, в виде полупроводникового лазерного диода.

Первый 15.1 и второй 15.2 генераторы синусоидального сигнала предназначены для преобразования электрической энергии источника постоянного тока в энергию незатухающих электрических колебаний синусоидальной формы. Описание работы и схема таких генераторов синусоидального сигнала известны и приведены, например, в книге: Балтруков Н.Н., Кочетков Ю.Д. Электротехника и электроника. 4.2.: Учебное пособие. СПб.: Факультет технической кибернетики СПбГПУ, 2011,135 с. Первый 15.1 и второй 15.2 генераторы синусоидального сигнала могут быть реализованы в различных вариантах, например, на основе моста Вина.

Импульсный генератор 18 предназначен для преобразования энергии источников постоянного напряжения в энергию электрических импульсов прямоугольной формы. Описание работы и схема такого импульсного генератора известны и приведены, например, в книге: Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. Учебник. - М.: «Горячая линия - Телеком». 1999. Импульсный генератор (18) может быть реализован в различных вариантах, например, в виде мультивибратора.

Первый 1.1, второй 1.2 и третий 1.3 оптические коммутаторы предназначены для оптической коммутации входного оптического полюса заданного оптического переключателя поочередно с выходным оптическим полюсом. Описание работы и схема таких оптических коммутаторов известны и приведены, например, в книге: Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи (ATM, PDH, SDH, SONET и WDM) 2-е изд., исправ. - М.: Радио и связь, 2003. - 468 с. стр. 325-333. Первый 1.1, второй 1.2 и третий 1.3 оптические коммутаторы могут быть реализованы в различных вариантах, например, в виде интегрального активно-волноводного коммутатора.

Электрический коммутатор (17) предназначен для переключения электрических сигналов между входами и выходами. Электрический коммутатор (17) может быть реализован в различных вариантах, схемы которых известны и приведены, например, в книге: Бирюков С.А. Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхмах. - М.: Радио и связь, 1990 - 128 с.; ил.- Массовая радиобиблиотека; Вып. 1132., Электрический коммутатор (17) может быть реализован в различных вариантах, например, в виде микросхемы К176КТ1 (CD4016).

Оптический мультиплексор 6 и демультиплексор 3 предназначены для объединения и разделения оптических сигналов с различными длинами волн с входных оптических полюсов в выходные оптические полюса. Оптический мультиплексор 6 и демультиплексор 3 могут быть реализованы в различных вариантах, например, в виде дифракционной решетки на массиве волноводов - AWG [Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи (ATM, PDH, SDH, SONET и WDM) 2-е изд., исправ. - М.: Радио и связь, 2003. - 468 с. стр. 367-370].

Контроллер 2 предназначен для выработки необходимой последовательности управляющих сигналов, обеспечивающих выполнение операций по мониторингу каналов связи в волоконно-оптической системе. Контроллер 2 может быть реализован в различных вариантах, например, в виде процессора Intel Core i9-9900KF LGA1151 v2, 8 x 3600 МГц, BOX.

Первый 4.1, второй 4.2, третий 4.3, четвертый 4.4 и пятый 4.5 фотодиоды предназначены для приема оптического излучения. Первый 4.1, второй 4.2, третий 4.3, четвертый 4.4 и пятый 4.5 фотодиоды могут быть выполнены в виде лавинных фотодиодов APDI-55.

Первый 5.1, второй 5.2 и третий 5.3 усилители предназначены для усиления сигнала. Первый 5.1, второй 5.2 и третий 5.3 усилители могут быть выполнены на микросхеме LOG114.

Блок памяти 12 предназначен для хранения статистической информации о снятии с ОВ рефлекторам, значений остаточного затухания оптических волокон и дисперсии в них. Блок памяти 12 может быть реализован в различных вариантах, например, в виде энергонезависимой памяти на микросхеме DS1270Y/AB.

Первый (12.1) и второй (12.2) оптические разветвители предназначены для распределения оптических сигналов по нескольким направлениям. Первый (12.1) и второй (12.2) оптические разветвители могут быть реализованы в различных вариантах, например, в виде симметричных, Х-образных, устройств, например, типа 2×2 (2 входа и 2 выхода).

Первый (14.1) и второй (14.2) аттенюаторы предназначены для согласования уровней сигналов. Первый (14.1) и второй (14.2) аттенюаторы могут быть реализованы в различных вариантах, например, в виде оптических фиксированных аттенюаторов, например, фиксированных FM-аттенюатор FC, 5,10,15, 20 и 25 дБ (male-female).

Заявляемое устройство работает следующим образом. После включения напряжения питания контроллер 2 на втором выходе 2.6 формирует команду, передаваемую на вход 18.2 импульсного генератора 18 на его включение. Одновременно с этим через третий выход 2.7 контроллер 2 формирует команду, передаваемую на вход 17.3 электрического коммутатора 17 на подключение к входу 17.1 импульсного генератора 18. Одновременно с этим через четвертый выход 2.8 контроллер 2 формирует команду, передаваемую на оптические излучатели на их включение, и через седьмой выход 2.12 команду на четвертый вход 1.1.8 первого оптического коммутатора 1.1 на поочередное подключение оптических волокон волоконно-оптических линий связи

Информационные сигналы от абонентов поступают на входы электрического коммутатора 17, где коммутируются на соответствующие входы оптических излучателей Импульсный генератор 18 формирует короткие зондирующие импульсы длительностью Т_и с периодом следования Т_п, которые коммутируются электрическим коммутатором 17 на один из выключенных оптических излучателей где они преобразуются в оптические импульсы. Информационные сигналы от абонентов на длинах волн λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k и оптические импульсы от импульсного генератора 18 поступают на входы оптического мультиплексора 6, где мультиплексируются и с его выхода 6.1 оптический сигнал с мощностью Р_вх(λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k) поступает на вход 12.1.1 первого оптического разветвителя 12.1. Со второго выхода 12.1.3 оптический сигнал поступает на вход 4.4.1 четвертого фотодиода 4.4 где преобразуется в фототок. Значения напряжения с амплитудой, пропорциональной логарифму фототока, поступают на третий вход 2.4 контроллера 2, который через первый выход 2.2 записывает значение мощности оптического сигнала Р_вх(λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k) в блок памяти 9. Одновременно с этим оптический сигнал с мощностью Р_вх(λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k) поступает с первого выхода 12.1.2 на второй вход 1.1.3 первого оптического коммутатора 1.1 и далее на скоммутированное оптическое волокноволоконно-оптических линий связи подключенное к оптическому коммутатору 1.1. Передают одновременно информационные сигналы от абонентов на длинах волн (λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k) и поочередно импульсный сигнал на длине волны λ_т по оптическим волокнам волоконно-оптических линий связи После отражения от рассеянных и локальных неоднородностей, распределенных по всей длине волокна, возникает поток обратного рассеяния, который принимается оптическим мультиплексором 6 и через второй выход 6.2 передается на вход 4.1.1 первого фотодиода 4.1, где преобразуется в фототок. Импульсы фототока усиливаются усилителем 5.1 ив виде импульсов напряжения с амплитудой, пропорциональной логарифму фототока, поступают на первый вход 2.1 контроллера 2, который формируют рефлектограмму каждого оптического волокна волоконно-оптических линий связи и через первый выход 2.2 записывает сформированные рефлектограммы в блок памяти 9. Одновременно получают от корреспондирующего приемопередающего устройства оптический сигнал Р_вых(λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k) который поступает с четвертого выхода 1.1.7 на вход 12.2.1 второго оптического разветвителя 12.2. С второго выхода 12.2.3 оптически сигнал поступает на вход 4.5.1 пятого фотодиода 4.5, где преобразуется в фототок который поступает на вход 2.11 контроллера 2, для измерения их мощности Р_вых(λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k). Контроллер 2 формирует команду на запись полученного значения в блоке памяти 9. Контроллер 2 по специальной программе рассчитывает затухание в каждом оптическом волокне

На основе данных о затухании А_ов в каждом ОВ, хранящихся в памяти 9, контроллер 2 выбирает ОВ с наименьшим затуханием и один из номиналов длин волн из числа выключенных оптических излучателей для передачи опорного сигнала.

Контроллер 2 через пятый выход 2.9 передает сигнал на вход 15.2.3 второго генератора синусоидального сигнала 15.2 на включение и одновременно с этим через четвертый вход 2.8 на перестроение оптического излучателя с изменяемой длиной волны λ_т 8 на один из номиналов длин волн а также команду на включение оптического излучателя Синусоидальный измерительный сигнал с второго генератора синусоидального сигнала 15.2 поступает одновременно на оптический излучатель с изменяемой длиной волны λ_т 8 и на оптический излучатель 7.с, откуда одновременно с информационными сигналами от абонентов поступает на второй оптический коммутатор 1.2 через оптический мультиплексор 6, первый оптический разветвитель 12.1 и первый оптический коммутатор 1.1 в измеряемое оптическое волокно Одновременно с этим, синусоидальный измерительный сигнал, в качестве опорного сигнала, с выхода 8.4 оптического излучателя с изменяемой длиной волны λ_т 8 поступает на вход 1.2.4 второго оптического коммутатора 1.2 и минуя оптический мультиплексор 6 и первый оптический разветвитель 12.1 коммутируется на вход 1.1.5 первого оптического коммутатора 1.1, где по команде контроллера 2 коммутируется на ОВ с наименьшим затуханием при этом N ≠ М. Передают синусоидальный измерительный сигнал на корреспондирующее приемопередающее устройство со спектральным разделением сигналов на одном из номиналов длин волн по измеряемому оптическому волокну [ на длине волны опорный сигнал по другому оптическому волокну где N ≠ М. На корреспондирующем приемопередающем устройстве со спектральным разделением сигналов принимают синусоидальный измерительный сигнал на одном из номиналов длин волн λ_а, ..., λ_d и опорный сигнал на длине волны λ_с. С четвертого выхода 1.17 первого оптического коммутатора 1.1 оптический сигнал Р_вых(λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k) поступает на вход 3.1 оптического демультиплексора 3 и далее на третий оптический коммутатор 1.3, откуда информационные сигналы поступают на входы оптических приемников и далее после преобразования из оптического вида в электрический вид сигналы поступают к абонентам. Синусоидальный измерительный сигнал на одном из номиналов длин волн коммутируется через выход 1.3.4 на вход 14.1.1 первого 14.1 аттенюатора. При этом на вход 14.2.1 второго 14.2 аттенюатора поступает синусоидальный измерительный сигнал с третьего выхода 1.1.6 первого оптического коммутатора 1.1 являющегося опорным сигналом. С шестого выхода 2.10 контроллер 2 посылает команду на вторые входы 14.1.3 и 14.2.3 первого 14.1 и второго 14.2 аттенюаторов на согласование уровней сигналов. Второй генератор синусоидального сигнала 15.2 генерирует частоту, отличающуюся от частоты первого генератора синусоидального сигнала 15.1 на 300 Гц, которая поступает на второй 4.2 и третий 4.3 фотодиоды, где осуществляется гетеродинное преобразование сигналов. Преобразованные сигналы несут информацию о разности фаз между сигналами, полученными по опорному и измерительному волокну. В фазометре 16 сравнивают фазу пришедшего измерительного сигнала с фазой опорного сигнала и передают полученные значения с выхода 16.3 на четвертый вход 2.5 контроллера 2, где рассчитывают значение сдвига фаз ' где f - частота модуляции сигнала. Измерение сдвига фаз повторяют на каждом выбранном для измерения номинале длин волн λ_а, ..., λ_d на интервале времени Т₁ и записывают измеренные значения сдвига фаз в блок памяти 9. В контроллере 2 сравнивают записанные в блоке памяти 9 измеренные значения сдвига фаз с зависимостью среднего значения коэффициента хроматической дисперсии от длины волны D_cp(λ) для каждого типа оптического волокна и подбирают функциональную зависимость ϕ(γ), значения которой на измеряемых длинах волн наиболее близки к измеренным значениям. В контроллере 2 рассчитывают относительные задержки для всех длин волн λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k спектрального диапазона приемопередающего устройства со спектральным разделением сигналов и уточняют функциональную зависимость ϕ(γ) за счет использования результатов измерения сдвига фаз на номиналах длин волн на последующих интервалах времени T_z. Таким образом, в памяти 9 по результатам измерений записывают данные о рефлектограмме, затухании, а также дисперсии в каждом оптическом волокне волоконно-оптических линий связи, что позволяет повысить точность контроля характеристик оптических волокон волоконно-оптических линий связи и сократить временные затраты при переключении на резервное оптическое волокно с наилучшими параметрами из группы резервных оптических волокон волоконно-оптических линий связи при ухудшении качества передачи информационных сигналов по основному оптическому волокну.

Изобретение относится к области измерительной техники в волоконно-оптических системах передачи со спектральным разделением каналов. Техническим результатом является повышение точности контроля и сокращение временных затрат для переключения на резервное оптическое волокно (ОВ) с наилучшими параметрами из группы резервных ОВ волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) при ухудшении качества передачи информационных сигналов по основному ОВ. Упомянутый технический результат достигается тем, что при мониторинге характеристик ОВ ВОЛС измеряют сдвиг фаз ϕ(γ) на каждом выбранном для измерения номинале длин волн λ_a, …, λ_d, сравнивают записанные измеренные значения сдвига фаз с зависимостью среднего значения коэффициента хроматической дисперсии от длины волны D_cp(λ), подбирают функциональную зависимость ϕ(γ), рассчитывают относительные задержки для всех длин волн λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k, уточняют функциональную зависимость ϕ(γ) за счет использования результатов измерения сдвига фаз на номиналах длин волн λ_f, …, λ_l ∈ λ_i, …, λ_j и λ_a, …, λ_d ≠ λ_{f, …,} λ_i на последующих интервалах времени Т_z, при этом устройство мониторинга характеристик ОВ ВОЛС состоит из трех оптических и одного электрического коммутатора, оптических мультиплексора и демультиплексора, импульсного генератора, двух генераторов синусоидального сигнала, двух оптических разветвителей, двух аттенюаторов, пяти фотодиодов, трех усилителей, фазометра и контроллера. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ мониторинга характеристик оптических волокон волоконно-оптических линий связи, в котором приемопередающие устройства со спектральным разделением сигналов определяют количество подключенных к оптическому коммутатору оптических волокон (ОВ) волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), передают одновременно информационные сигналы от абонентов на длинах волн λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k, с мощностью P_вх(λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k) и поочередно импульсный тестовый сигнал на длине волны λ_т, принимают отраженный импульсный сигнал по каждому подключенному к оптическому коммутатору ОВ ВОЛС и формируют рефлектограмму каждого ОВ ВОЛС, записывают сформированные рефлектограммы в блоке памяти, принимают информационные оптические сигналы по оптическим волокнам волоконно-оптических линий связи, измеряют их мощность P_вых(λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k) и записывают полученные значения в блоке памяти, рассчитывают затухание в каждом оптическом волокне передают данные измерения между приемопередающими устройствами, отличающийся тем, что определяют границы спектрального диапазона λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k и шаг изменения длины волны приемопередающего устройства со спектральным разделением сигналов, записывают в блок памяти зависимость среднего значения коэффициента хроматической дисперсии от длины волны D_cp(λ) для каждого типа оптического волокна, определяют номиналы длин волн λ_i, …, λ_j ∈ λ_1, λ_2, …, λ_j, …, λ_k выключенных оптических излучателей 7.i, …7.j ∈ 7.1, 7.2, ..., 7.j, ..., 7.k, не использующихся на интервале времени Т₁ для передачи информационных сигналов от абонентов, выбирают количество и номиналы длин волн λ_a, …, λ_d ∈ λ_i, …, λ_j для проведения измерения хроматической дисперсии, на основе данных о затухании А_ов в каждом ОВ выбирают ОВ с наименьшим затуханием и один из номиналов длин волн λ_с ∈ λ_i, ..., λ_j из числа выключенных оптических излучателей 7.i, …, 7.j для передачи опорного сигнала, поочередно перестраивают оптический излучатель с изменяемой длиной волны на один из номиналов длин волн λ_a, ..., λ_d, включают оптический излучатель 7.с ∈ 7.i, …7.j, после чего одновременно подключают измерительный генератор к оптическому излучателю с изменяемой длиной волны λ_т и к оптическому излучателю 7.с, одновременно передают синусоидальный измерительный сигнал на корреспондирующее приемопередающее устройство со спектральным разделением сигналов на одном из номиналов длин волн λ_a, ..., λ_d по измеряемому оптическому волокну N ∈ 10.1, 10.2, ..., 10.n и на длине волны λ_с ∈ λ_i, ..., λ_j, где λ_a, ..., λ_d ≠ λ_с опорный сигнал по другому оптическому волокну M ∈ 10.1, 10.2, ..., 10.n, где N ≠ М, на корреспондирующем приемопередающем устройстве со спектральным разделением сигналов принимают синусоидальный измерительный сигнал на одном из номиналов длин волн λ_a, ..., λ_d и опорный сигнал на длине волны λ_с, сравнивают фазу пришедшего измерительного сигнала с фазой опорного сигнала, рассчитывают значение сдвига фаз ϕ(γ) как τ(λ)=ϕ/(2πf), где f - частота модуляции сигнала, измерение сдвига фаз повторяют на каждом выбранном для измерения номинале длин волн λ_a, ..., λ_d на интервале времени Т₁, записывают измеренные значения сдвига фаз в блок памяти, сравнивают записанные измеренные значения сдвига фаз с зависимостью среднего значения коэффициента хроматической дисперсии от длины волны D_cp(λ) для каждого типа оптического волокна, подбирают функциональную зависимость ϕ(γ), значения которой на измеряемых длинах волн λ_a, ..., λ_d наиболее близки к измеренным значениям, рассчитывают относительные задержки для всех длин волн λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k спектрального диапазона приемопередающего устройства со спектральным разделением сигналов, уточняют функциональную зависимость ϕ(γ) за счет использования результатов измерения сдвига фаз на номиналах длин волн λ_f, …, λ_l ∈ λ_i, …, λ_j и λ_а, ..., λ_d ≠ λ_f, .., λ_l на последующих интервалах времени T_z.

2. Устройство мониторинга характеристик оптических волокон волоконно-оптических линий связи, содержащее первый оптический коммутатор (1.1), первые выходы (1.1.1.1, ..., 1.1.1.n) и первые входы (1.1.2.1, ..., 1.1.2.n) которого соединены с оптическими волокнами (10.1, 10.2, 10.3, ..., 10.n) волоконно-оптических линий связи (11.1, ..., 11.m), второй выход (1.1.4) которого соединен со вторым входом (6.3) оптического мультиплексора (6), четвертый вход (1.1.8) которого соединен с седьмым выходом (2.12) контроллера (2), второй выход (6.2) оптического мультиплексора (6) соединен с входом (4.1.1) первого фотодиода (4.1), выход (4.1.2) которого соединен с входом (5.1.1) первого усилителя (5.1), выход (5.1.2) которого соединен с первым входом (2.1) контроллера (2), второй фотодиод (4.2), выход (4.2.3) которого соединен с входом (5.2.1) второго усилителя (5.2), оптический демультиплексор (3), оптические излучатели (7.1, 7.2, ..., 7.j, ..., 7.k), ко вторым входам (7.1.3, 7.2.3, ..., 7.j.3, ..., 7.k.3) которых подключен четвертый выход (2.8) контроллера (2), оптический излучатель с изменяемой длиной волны λ_т (8), передающий измерительные сигналы на длине волны λ₁, λ₂, …, λ_j, …, λ_k отключенного оптического излучателя (7.1, 7.2, ..., 7.j, ...7.k) соответственно, третий вход (8.3) которого подключен к четвертому выходу (2.8) контроллера (2), блок памяти (9), вход (9.1) которого соединен с первым выходом (2.2) контроллера (2), а выход (9.2) соединен со вторым входом (2.3) контроллера (2), отличающееся тем, что дополнительно введены второй оптический коммутатор (1.2), первые входы (1.2.1.1, 1.2.1.2, ..., 1.2.1.j, ..., 1.2.1.k) которого соединены с соответствующими выходами (7.1.2, 7.2.2, ..., 7.j.2, ..., 7.k.2) оптических излучателей (7.1, 7.2, ..., 7.j, ..., 7.k), второй вход (1.2.4) которого соединен с выходом (8.4) оптического излучателя с изменяемой длиной волны λ_т (8), первые выходы (1.2.2.1, 1.2.2.1, ..., 1.2.2.j, …, 1.2.2.k) которого соединены с соответствующими входами (6.4, 6.5, ..., 6.j, ..., 6.k) оптического мультиплексора (6), а второй выход (1.2.3) которого подключен к третьему входу (1.1.5) оптического коммутатора (1.1), третий выход (1.1.6) которого соединен с входом (1.3.3) третьего оптического коммутатора (1.3), первого оптического разветвителя (12.1), вход (12.1.1) которого подключен к первому выходу (6.1) оптического мультиплексора (6), первый выход (12.1.2) которого подключен ко второму входу (1.1.3) первого оптического коммутатора (1.1), а второй выход (12.1.3) подключен к входу (4.4.1) четвертого фотодиода (4.4) выход которого (4.4.2) подключен к третьему входу (2.4) контроллера (2), второй оптический разветвитель (12.2), вход (12.2.1) которого подключен к четвертому (1.1.7) выходу оптического коммутатора (1.1), первый выход (12.2.2) второго оптического разветвителя (12.2) подключен ко входу (3.1) оптического демультиплексора (3), а второй выход (12.2.3) соединен с входом (4.5.1) пятого фотодиода (4.5), выход (4.5.2) которого соединен с пятым входом (2.11) контроллера (2), первые выходы (1.3.1.1, 1.3.1.2, ..., 1.3.1.j, ..., 1.3.1.k) третьего оптического коммутатора (1.3) подключены к соответствующим входам оптических приемников (13.1, 13.2, ..., 13.j, ..., 13.k), второй (1.3.4) и третий (1.3.5) выходы третьего оптического коммутатора (1.3) подключены к первым входам (14.1.1) и (14.2.1) первого (14.1) и второго (14.2) аттенюаторов соответственно, ко вторым входам (14.1.3) и (14.2.3) которых подключен шестой выход (2.10) контроллера (2), выходы (14.1.2) и (14.2.2) которых подключены к первым входам (4.2.1) и (4.3.1) второго (4.2) и третьего (4.3) фотодиодов, вторые входы которых (4.2.2) и (4.3.2) подключены к выходам первого генератора синусоидального сигнала (15.1), а выходы (4.2.3) и (4.3.3) которых подключены к соответствующим входам (5.2.1) и (5.3.1) второго (5.2) и третьего (5.3) усилителей соответственно, выходы (5.2.2) и (5.3.2) которых подключены к соответствующим входам (16.1) и (16.2) фазометра (16), выход которого подключен к четвертому входу (2.5) контроллера (2), электрический коммутатор (17), первый вход (17.1) которого подключен к выходу (18.1) импульсного генератора (18), вход (18.2) которого подключен ко второму выходу (2.6) контроллера (2), второй вход (17.2) электрического коммутатора (17) подключен к первому выходу (15.2.1) второго генератора синусоидального сигнала (15.2), второй выход (15.2.2) которого подключен ко второму (8.2) входу оптического излучателя с изменяемой длиной волны (8), а вход (15.2.3) подключен к пятому выходу (2.9) контроллера (2), третий вход (17.3) электрического коммутатора (17) подключен к третьему выходу (2.7) контроллера (2), входы (17.4.1, 17.4.2, ..., 17.4.j, …, 17.4.k) электрического коммутатора (17) подключены к входу от абонентов, первый выход (17.5) электрического коммутатора (17) подключен к первому входу (8.1) оптического излучателя с изменяемой длиной волны λ_т (8), вторые выходы (17.6.1, 17.6.2, ..., 17.6.j, ..., 17.6.k) электрического коммутатора (17) подключены к соответствующим входам (7.1.1, 7.2.2, ..., 7.j.1, …, 7.k.1) оптических излучателей (7.1, 7.2, ..., 7.j, ..., 7.k), выходы оптических приемников (13.1, 13.2, ..., 13.j, ..., 13.k) подключены к выходу к абонентам, выходы (3.2.1, 3.2.2, ..., 3.2.j, ..., 3.2.k) оптического демультиплексора (3) соединены с соответствующими входами (1.3.2.1, 1.3.2.2, ..., 1.3.2.j, ..., 1.3.2.k) третьего оптического коммутатора (1.3).