Методика компенсации постоянной составляющей шумов рефлектограммы волоконно-оптической линии связи в условиях недостаточного динамического диапазона оптического рефлектометра обратного рассеяния во временной области

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. 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. 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. 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.

1. Undersea Fiber Communication Systems / ed. by J. Chesnoy. Academic Press, 2016. 702 p. https://doi.org/10.1016/C2015-0-00778-X

2. Листвин А.В., Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон. М.: ЛЕСАРарт, 2005. 208 с.

3. 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).

4. 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.7

5. Hiroyuki 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/ntr201410ra1

6. Gautheron 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/10.1109/68.593393

7. Anderson 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.X5020-4

8. Furukawa 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.1994.352115

9. 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. V. 8. N 10. P. 8–14.

10. 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.v40.411

11. Semmalar S., Malarkkan S. ASE noise analysis in cascaded EDFAEYCDFA // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2015. V. 10. N 5. P. 2126–2131.

12. 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.1987.1075523

13. Нестеров 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.

14. 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.1992.13.4.127