Testarea OTDR a rețelelor optice submarine pe distanțe foarte lungi pentru a proteja traficul global de internet — Sursă imagine: JesperG / Shutterstock.com
Cea mai mare parte a traficului global pe internet, care crește datorită AI și centrelor de date, este direcționat prin peste 400 de cabluri subacvatice. Acestea formează principala arteră a rețelei internaționale, acoperind aproximativ 1,2 milioane de km.
Un sistem tipic de cablu optic subacvatic cuprinde cablul din fibră optică, repetorul și punctul de conectare de pe plajă (Beach Manhole) pentru interconectarea cablurilor subacvatice și terestre, precum și punctul de aterizare a cablului – o instalație dedicată tragerii cablurilor submarine care adăpostește echipamente de alimentare cu energie electrică, monitorizare și terminare a circuitelor. Funcțiile repetorului cuprind amplificarea optică cu ajutorul unui amplificator EDFA (Erbium-Doped Fibre Amplifier), monitorizarea punctului de avarie și funcția de distribuție optică.
Partea subacvatică de la punctul de conectare de pe plajă se numește instalație umedă (wet plant), iar partea de pe țărm se numește instalație uscată (dry plant). Recent, a existat o tendință spre utilizarea din ce în ce mai frecventă a modelului de cablu deschis (open-cable), în care instalațiile umede și uscate sunt exploatate de furnizori de comunicații separați, care clarifică punctele de demarcație a responsabilității la punctul de conectare de pe plajă.
Figura 1: Sisteme de cabluri optice subacvatice. (Sursă imagine: Anritsu)
Cablurile subacvatice se mențin în funcțiune pentru o perioadă de 25 de ani sau mai mult, dar stația de aterizare a cablurilor este modernizată frecvent, pe măsură ce tehnologia avansează.
Cerințe privind testarea cablurilor subacvatice
Atunci când sunt instalate cabluri submarine pe distanțe foarte lungi, se monitorizează pierderea semnalului de transmisie și modul de operare al repetorului. Totuși, întrucât cablurile pot fi, la rândul lor, deteriorate de ancorele navelor sau de dezastrele naturale, este important să se identifice locul exact al defecțiunii înainte de a suporta costurile de ridicare și reparare a cablurilor.
Un reflectometru optic coerent în domeniul temporal (C-OTDR) cu detecție heterodină este considerat cel mai bun instrument pentru a detecta cu exactitate localizarea defecțiunilor unui cablu optic subacvatic pe distanțe ultralungi. C-OTDR detectează lumina retrodifuzată Rayleigh generată de imperfecțiunile inerente ale fibrei optice, similar unui OTDR convențional.
Figura 2: Sistem repetor submarin și calea de întoarcere a impulsurilor luminoase C-OTDR. (Sursă imagine: Anritsu)
EDFA-urile instalate în sistemele de repetoare utilizate pentru cabluri submarine pot amplifica semnalele optice doar în direcția de transmisie. Aceasta înseamnă că lumina retrodifuzată care ajunge în EDFA nu poate fi reflectată înapoi pe aceeași cale. În schimb, cablurile submarine includ trasee de întoarcere optice, care conectează ieșirile EDFA de pe uplink și downlink – permițând reflectometrului C-OTDR să detecteze întreaga lumină retrodifuzată înainte de repetor, pentru a identifica defecțiunile.
Cum funcționează reflectometrul C-OTDR în rețelele optice submarine
C-OTDR-ul utilizează principiile de bază ale unui OTDR convențional, care transmite lumină prin fibra optică și detectează reflexiile (sau retrodifuzarea) din fibra supusă testării. Lumina emisă de sursa laser este divizată în două căi optice cu ajutorul unui cuplor optic. Pe una dintre căi, lumina este modulată în impulsuri de către un modulator acusto-optic (A/O) și apoi injectată în cablul optic submarin.
Figura 3: Diagrama internă a unui C-OTDR. (Sursă imagine: Anritsu)
Pe cealaltă cale, denumită oscilator local (LO), lumina este combinată cu lumina retrodifuzată revenită din fibra testată. Înainte de combinare, această lumină este filtrată pentru a elimina semnalele DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) active, precum și zgomotul suplimentar. C-OTDR măsoară și calculează puterea semnalului de bătaie – adică lumina de interferență dintre cele două – și afișează forma de undă măsurată pe ecran.
Importanța detecției coerente în analiza rețelelor submarine
Cea mai importantă funcție a C-OTDR-ului este detecția coerentă – o metodă care reinjectează exact lungimea de undă transmisă inițial, astfel încât rezultatul testului să reflecte exclusiv informațiile asociate acelei lungimi de undă. Deși fiecare amplificator utilizat într-o rețea submarină pentru creșterea puterii optice amplifică și zgomotul de emisie spontană (ASE), detecția coerentă permite C-OTDR-ului să detecteze lumina retrodifuzată chiar și sub nivelul zgomotului ASE. În plus, C-OTDR-ul poate ajusta lungimea de undă a pulsurilor de lumină injectate în cablul submarin, prin testarea practică a canalelor DWDM.
Într-un sistem de rețea obișnuit, puterea optică de intrare într-un amplificator EDFA este uniform distribuită pe toate lungimile de undă DWDM. În schimb, C-OTDR-ul este utilizat frecvent în sisteme fără trafic (fără semnal optic). În aceste condiții, controlul câștigului EDFA nu poate menține o ieșire stabilă din cauza impulsurilor de lumină generate de C-OTDR. Pentru a remedia această problemă, C-OTDR-ul emite o sondă și o lumină falsă (dummy light) pentru a asigura o putere optică constantă la intrarea în EDFA. Sonda C-OTDR și lumina falsă sunt, de regulă, plasate cât mai departe de lungimile de undă DWDM active, pentru a minimiza orice posibilitate de interferență între lumina C-OTDR și semnalele DWDM.
Testarea unei rețele întrerupte
Figura 4: Relația dintre sistemele de cabluri submarine și forma de undă C-OTDR. (Sursă imagine: Anritsu)
O rețea submarină este alcătuită din perechi de fibre optice care includ o conexiune ascendentă (uplink) și una descendentă (downlink), interconectate printr-o cale optică de întoarcere la nivelul fiecărui repetor. Deoarece lumina retrodifuzată este returnată exclusiv în direcția opusă celei de transmisie, testarea pentru localizarea unei defecțiuni reale trebuie realizată în aceeași direcție cu fibra optică a legăturii de transmisie – adică dinspre emițător.
Dacă fie conexiunea ascendentă (uplink), fie cea descendentă (downlink) este întreruptă (de exemplu, semnalul circulă de la A la B, dar nu și de la B la A), atunci testarea dinspre capătul receptorului va indica defecțiunea la nivelul capătului repetorului aflat imediat după punctul de întrerupere. În consecință, localizarea defecțiunii ar putea fi imprecisă, cu o abatere de până la distanța dintre două secțiuni ale repetoarelor (până la 90 km). Acest lucru se explică prin faptul că C-OTDR “vede” doar lumina retrodifuzată care ajunge la receptor dinspre repetorul aflat după întrerupere.
O cauză majoră a întreruperii fibrelor optice se datorează mișcării fundului mării. Această mișcare poate acoperi o zonă geografică mare și poate afecta o secțiune mare de cablu. Atunci când un cablu este întrerupt în două locații, înțelegerea completă a acestei situații este foarte importantă.
Reflectometrul coerent OTDR – soluția pentru testarea cablurilor submarine
Pentru a sprijini inginerii în localizarea defecțiunilor cablurilor optice submarine, Anritsu oferă reflectometrul coerent OTDR MW90010B, capabil să măsoare cabluri submarine ultra-lungi, de până la 20.000 km, cu o rezoluție de 10 m și cu repetoare cu amplificatoare optice distanțate la minimum 80 km. Datorită detecției coerente, MW90010B poate estima locația defecțiunilor, pierderile din fibră (inclusiv cele cauzate de curburi), lungimea totală a fibrei și alți parametri relevanți. Sursa de lumină ajustabilă integrată permite setarea precisă a lungimii de undă de ±0,05 nm în intervalul 1527,60 – 1567,13 nm, facilitând testarea sistemelor DWDM din cablurile submarine.
Concluzie
C-OTDR reprezintă cea mai avansată tehnologie pentru testarea cablurilor optice submarine. Echipamentele de ultimă generație permit măsurători extrem de precise ale distanțelor și o caracterizare detaliată a evenimentelor optice. Prin combinarea tehnologiei coerente C-OTDR cu calea de întoarcere integrată în rețelele submarine, se obține o evaluare rapidă și eficientă a mii de kilometri de fibră.
Autor:
Tomohide Yamazaki,
Ph.D Assistant Manager,
