ntvНаучно-технический вестник информационных технологий, механики и оптикиScientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics2226-14942500-0373Университет ИТМО10.17586/2226-1494-2024-24-6-907-912ntv-396Research ArticleОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИOPTICAL ENGINEERINGМетодика компенсации постоянной составляющей шумов рефлектограммы волоконно-оптической линии связи в условиях недостаточного динамического диапазона оптического рефлектометра обратного рассеяния во временной областиMethod for compensating the constant component of noise in the reflectogram of a fiber-optic communication line under conditions of insufficient dynamic range of an optical backscatter reflectometer in the time domainhttps://orcid.org/0009-0003-1562-9362СандровскийА. А.SandrovskiiA. A.

Сандровский Александр Андреевич - инженер, Санкт-Петербург, 197101;

инженер-программист, Москва, 111033

Alexandr A. Sandrovskii - Engineer, Saint Petersburg, 197101

Software Development Engineer, Moscow, 111033

aasandrovskii@itmo.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2047-5738ШарковИ. А.SharkovI. A.

Шарков Илья Александрович - кандидат технических наук, научный сотрудник, 

Санкт-Петербург, 197101

Ilya A. Sharkov - PhD, Scientific Researcher,

Saint Petersburg, 197101

isharkov@itmo.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2506-0379ПлотниковМ. Ю.PlotnikovM. Yu.

Плотников Михаил Юрьевич - кандидат технических наук, доцент, заведующий лабораторией, 

Санкт-Петербург, 197101

Mikhail Yu. Plotnikov - PhD, Associate Professor, Head of Laboratory,

Saint Petersburg, 197101

plotnikov-michael@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0000-9812-4447УшановС. А.UshanovS. A.

Ушанов Святослав Анатольевич - инженер-исследователь,

Санкт-Петербург, 197101

Svyatoslav A. Ushanov - Researching Engineer,

Saint Petersburg, 197101

saushanov@itmo.ruhttps://orcid.org/0009-0001-0021-9737ГончаровД. Б.GoncharovD. B.

Гончаров Денис Борисович - инженер, Санкт-Петербург, 197101;

инженер, Москва, 111033

Denis B. Goncharov - Engineer, Saint Petersburg, 197101;

Engineer, Moscow, 111033

denis.goncharov.1998@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-9822-9898КарповЕ. Е.KarpovE. E.

Карпов Евгений Евгеньевич - инженер,

Санкт-Петербург, 197101

Evgenii E. Karpov - Engineer,

Saint Petersburg, 197101

eekarpov@itmo.ruУниверситет ИТМО; АО «Управление перспективных технологий»РоссияITMO University; JSC Department of Advanced TechnologiesRussian FederationУниверситет ИТМОРоссияITMO UniversityRussian Federation202428122024246907912Copyright © Сандровский А.А., Шарков И.А., Плотников М.Ю., Ушанов С.А., Гончаров Д.Б., Карпов Е.Е., 20242024Сандровский А.А., Шарков И.А., Плотников М.Ю., Ушанов С.А., Гончаров Д.Б., Карпов Е.Е.Sandrovskii A.A., Sharkov I.A., Plotnikov M.Y., Ushanov S.A., Goncharov D.B., Karpov E.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ntv.elpub.ru/jour/article/view/396Введение

Введение. Предложена методика компенсации постоянной шумовой составляющей рефлектограмм для когерентного оптического рефлектометра обратного рассеяния во временной области. Представленное решение обеспечивает корректную визуализацию рефлектограмм, улучшает их читаемость и позволяет осуществлять регистрацию слабых отраженных сигналов с волоконной линии связи. Экспериментальная апробация методики проведена на действующем образце когерентного оптического рефлектометра.

Метод

Метод. Для компенсации постоянной составляющей шумов рефлектограммы предложено регистрировать сигнал шумов со входного тракта рефлектометра непосредственно до отправки оптического зондирующего сигнала в линию связи. Полученные таким образом данные не несут в себе полезного сигнала с линии связи. При этом данные можно использовать для определения постоянной составляющей уровня шума с помощью вычисления его среднеквадратического значения. Компенсация постоянного уровня шума осуществляется путем вычитания постоянной составляющей шумов из данных всей рефлектограммы.

Основные результаты

Основные результаты. Апробация описанной методики выполнена на действующем образце когерентного оптического рефлектометра, разработанного в научно-исследовательском центре световодной фотоники Университета ИТМО. Методика апробирована на двух тестовых волоконных линиях: оптическом волокне длиной 200 км и линии длиной 300 км с тремя оптическими усилителями. Показано, что применение методики позволяет существенно расширить динамический диапазон сигналов, представленных на рефлектограммах, на величину более 10 дБ, и повысить различимость слабых сигналов на уровне шумов прибора.

Обсуждение

Обсуждение. Практическая значимость работы заключается в возможности компенсации постоянной составляющей шумов рефлектограммы волоконно-оптической линии связи с оптическими усилителями без калибровок и предварительных настроек когерентного оптического рефлектометра.

A method for compensating for the constant noise component of reflectograms for a coherent optical backscatter reflectometer in the time domain is proposed. The presented solution ensures correct visualization of reflectograms, improves their readability and allows recording weak reflected signals from a fiber communication line. The experimental testing of the method was carried out on a working sample of a coherent optical reflectometer. To compensate for the constant component of reflectogram noise, it is proposed to record the noise signal from the input path of the reflectometer immediately before sending the optical probing signal to the communication line. The data obtained in this way do not contain a useful signal from the connection line. In this case, the data can be used to determine the constant component of the noise level by calculating its root mean square value. Compensation for the constant noise level is performed by subtracting the constant component of the noise from the data of the entire reflectogram. The described method was tested on a working sample of a coherent optical reflectometer developed at the Light-Guided Photonics Research Center of ITMO University. The technique was tested on two test fiber lines: a 200-km-long optical fiber and a 300-km-long line with three optical amplifiers. It was shown that the application of the technique allows to significantly expand the dynamic range of signals presented on reflectograms by more than 10 dB and to increase the distinguishability of weak signals at the noise level of the device. The practical significance of the work lies in the possibility of compensating for the constant component of noise in the reflectogram of a fiber-optic communication line with optical amplifiers without calibrations and preliminary settings of the coherent optical reflectometer.

когерентный рефлектометроптическая рефлектометрияшумволоконно-оптическая линия связиcoherent reflectometeroptical-reflectometryCOTDRnoisefiber-optic communication lineРабота выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSER-2024-0006).The research was carried out within the state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (project No. FSER-2024-0006).ReferencesUndersea Fiber Communication Systems / ed. by J. Chesnoy. Academic Press, 2016. 702 p. https://doi.org/10.1016/C2015-0-00778-XUndersea Fiber Communication Systems. Ed. by J. Chesnoy. Academic Press, 2016, 702 p. https://doi.org/10.1016/C2015-0-00778-XЛиствин А.В., Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон. М.: ЛЕСАРарт, 2005. 208 с.Listvin A.V., Listvin V.N. Reflectometry of Optical Fibers. Moscow, LESARart Publ., 2005, 208 p. (in Russian)Hisashi I. Highly developed coherent detection OTDR technology and its applications to optical fiber networks monitoring. PhD dissertation, Waseda University, 2008 [Электронный ресурс]. URL: http://waseda.repo.nii.ac.jp/record/20306/files/Honbun-4898.pdf (дата обращения: 04.09.2024).Hisashi I. Highly developed coherent detection OTDR technology and its applications to optical fiber networks monitoring. PhD dissertation, Waseda University, 2008. Available at: http://waseda. repo.nii.ac.jp/record/20306/files/Honbun-4898.pdf (accessed: 04.09.2024).Yan K., Yang T., Wang L., Ren Z., Shi S., Zhao Y., Zhang Y., Chen X. A large dynamic range and polarization independent coherent OTDR scheme // Proc. of the Asia Communications and Photonics Conference (ACP 2017). 2017. P. M1H.7. https://doi.org/10.1364/acpc.2017.m1h.7Yan K., Yang T., Wang L., Ren Z., Shi S., Zhao Y., Zhang Y., Chen X. A large dynamic range and polarization independent coherent OTDR scheme. Proc. of the Asia Communications and Photonics Conference (ACP 2017), 2017, pp. M1H.7. https://doi.org/10.1364/acpc.2017.m1h.7Hiroyuki I., Kunihiro T., Fumihiko I. Frequency-division-multiplexing coherent OTDR for realizing effective construction and maintenance of submarine optical cable systems // NTT Technical Review. 2014. V. 12. N 10. P. 47–53. https://doi.org/10.53829/ntr201410ra1Hiroyuki I., Kunihiro T., Fumihiko I. Frequency-division-multiplexing coherent OTDR for realizing effective construction and maintenance of submarine optical cable systems. NTT Technical Review, 2014, vol. 12, no. 10, pp. 47–53. https://doi.org/10.53829/ntr201410ra1Gautheron O., Leroy J.B., Marmier P. COTDR performance optimization for amplified transmission systems // IEEE Photonics Technology Letters. 1997. V. 9. N 7. P. 1041–1043. https://doi.org/10.1109/68.593393Gautheron O., Leroy J.B., Marmier P. COTDR performance optimization for amplified transmission systems. IEEE Photonics Technology Letters, 1997, vol. 9, no. 7, pp. 1041–1043. https://doi.org/10.1109/68.593393Anderson D.R., Johnson L.M., Bell F.G. Troubleshooting Optical Fiber Networks: Understanding and Using Your Optical Time-Domain Reflectometer. Elsevier, 2004. 473 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-058661-5.X5020-4Anderson D.R., Johnson L.M., Bell F.G. Troubleshooting Optical Fiber Networks: Understanding and Using Your Optical Time-Domain Reflectometer. Elsevier, 2004, 473 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-058661-5.X5020-4Furukawa S., Tanaka K., Koyamada Y., Sumida M. High dynamic range coherent OTDR for fault location in optical amplifier systems // Proc. of the 10th Anniversary. IMTC/94. Advanced Technologies in I & M. 1994 IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference (Cat. No.94CH3424-9). V. 1. 1994. P. 106–109. https://doi.org/10.1109/IMTC.1994.352115Furukawa S., Tanaka K., Koyamada Y., Sumida M. High dynamic range coherent OTDR for fault location in optical amplifier systems. Proc. of the 10th Anniversary. IMTC/94. Advanced Technologies in I & M. 1994 IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference (Cat. No.94CH3424-9). V. 1, 1994, pp. 106–109. https://doi.org/10.1109/IMTC.1994.352115Tebe L.O., Efiyeseimokumo S.I., Ayibapreye K.B. MATLAB based simulation of BER performance of cascaded optical fibre amplifiers // World Wide Journal of Multidisciplinary Research and Development. 2022. V. 8. N 10. P. 8–14.Tebe L.O., Efiyeseimokumo S.I., Ayibapreye K.B. MATLAB based simulation of BER performance of cascaded optical fibre amplifiers. World Wide Journal of Multidisciplinary Research and Development, 2022, vol. 8, no. 10, pp. 8–14.Harun S.W., Subramaniam T., Tamchek N., Ahmad H. Gain and noise figure performances of L-band EDFA with an injection of C-band ASE // Jurnal Teknologi. 2004. V. 40. P. 9–16. https://doi.org/10.11113/jt.v40.411Harun S.W., Subramaniam T., Tamchek N., Ahmad H. Gain and noise figure performances of L-band EDFA with an injection of C-band ASE. Jurnal Teknologi, 2004, vol. 40, pp. 9–16. https://doi.org/10.11113/jt.v40.411Semmalar S., Malarkkan S. ASE noise analysis in cascaded EDFAEYCDFA // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2015. V. 10. N 5. P. 2126–2131.Semmalar S., Malarkkan S. ASE noise analysis in cascaded EDFAEYCDFA. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 2015, vol. 10, no. 5, pp. 2126–2131.King J., Smith D., Richards K., Timson P., Epworth R., Wright S. Development of a coherent OTDR instrument // Journal of Lightwave Technology. 1987. V. 5. N 4. P. 616–624. https://doi.org/10.1109/ JLT.1987.1075523King J., Smith D., Richards K., Timson P., Epworth R., Wright S. Development of a coherent OTDR instrument. Journal of Lightwave Technology, 1987, vol. 5, no. 4, pp. 616–624. https://doi.org/10.1109/JLT.1987.1075523Нестеров Е.Т., Слепцов М.А., Трещиков В.Н., Наний О.Е., Сусьян А.А. Когерентный оптический рефлектометр. Концепция создания прибора // T-Comm. 2010. Т. 4. № 8. С. 51–54.Nesterov E.T., Sleptcov M.A., Treshchikov V.N., Nanii O.E., Susian A.A. Coherent optical reflectometer. The concept of the device creating. T-Comm, 2010, vol. 4, no. 8, pp. 51–54. (in Russian)Koyamada Y., Nakamoto H., Ohta N. High performance coherent OTDR enhanced with erbium doped fiber amplifiers // Journal of Optical Communications. 1992. V. 13. N 4. P. 127–133. https://doi.org/10.1515/JOC.1992.13.4.127Koyamada Y., Nakamoto H., Ohta N. High performance coherent OTDR enhanced with erbium doped fiber amplifiers. Journal of Optical Communications, 1992, vol. 13, no. 4, pp. 127–133. https://doi.org/10.1515/JOC.1992.13.4.127

The authors declare that there are no conflicts of interest present.