Überwachung (Monitoring) passiver Netze der optischen Übertragungstechnik

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1 Überwachung (Monitoring) passiver Netze der optischen Übertragungstechnik Prof. Dr. G. Kinshofer, FH München, Dipl.-Ing. (FH) M. Riess, Dipl.-Ing. (FH) R. Kuttler, Dipl.-Ing. (FH) S. Held Einleitung Der Telekommunikationsmarkt erfährt seit einigen Jahren eine immer stürmischere Entwicklung. Durch den rapiden Preisverfall in der Halbleitertechnik, einhergehend mit einer Verdoppelung der Leistungsfähigkeit mikroelektronischer Bauteile etwa alle 18 Monate, sinken die Kosten zum Anschluß bestehender Computersysteme an das globale Telekommunikationsnetz. Firmen aber auch Privatpersonen können daher immer kostengünstiger an der modernen Telekommunikationsgesellschaft teilnehmen. Derzeit wächst nach einer Studie der amerikanischen Telephongesellschaft MCI/Worldcom der Datenverkehr mit 300% pro Jahr, während die herkömmliche Sprachtelephonie nur mit etwa 5% pro Jahr wächst. In der ersten Hälfte des Jahres 2000 wird daher der Datenverkehr den Sprachverkehr überholen. Nur der vermehrte Einsatz der optischen Übertragungstechnik mit ihrer im Vergleich zur Kupfertechnik höheren Übertragungsbandbreite wird zukünftig diesen Bedarf decken können. Die optische Übertragungstechnik wird bei den zu erwartenden Preisverfall zukünftig auch in den Zugangsnetzen immer mehr an Bedeutung gewinnen (Abbildung 1). Seite 1 von 13

2 Abbildung 1 In zukünftigen Kommunikationssystem kommt die optische Übertragungstechnik in allen Netzebenen zum Einsatz. Im Kernbereich der Netze ist die optische Übertragungstechnik bereits Standard. Zukünftig wird sie auch in den Zugangsnetzen immer mehr an Bedeutung gewinnen. Eine besonders wirtschaftliche Lösung stellt der Einsatz hierarchisch organisierter Netzstrukturen in Form passiver optischer Netze (PON) dar. Diese Netze sind so dimensioniert, daß auf eine interne Signalverstärkung verzichtet werden kann. Zur Sicherstellung der Funktion und der geforderten Übertragungsgüte sind effektive Meßverfahren zur Qualitätsbewertung notwendig. Ein Meßverfahren zur Bestimmung des Zustandes, der Fehlerlokalisation und Qualitätssicherung der Übertragungsgüte passiver optischer Netze wird hier vorgestellt. Aufbau passiver optischer Netze Die optischen Übertragungstechnik ermöglicht die Realisierung von Netzen, die auf eine interne Signalverstärkung und Signalregeneration verzichten können. Man nennt solche Netze passive optische Netze (PON). Die dabei üblicherweise verwendeten Netztopologien sind hierarchisch angeordnete Sternnetze ( = Baumnetz). Dabei wird eine Stammleitung im Verteilknoten auf N-Teilnehmer bzw. N-weitere Verteilknoten aufgeteilt. Ein Baumnetz entsteht dann, wenn mehrere Verteilknoten hierarchisch gegliedert sind (Abbildung 2). Bild: Netztopologie> Abbildung 2 Die Topologie passiver optische Netze (PON) ist in der Regel eine Baumstruktur. Die Anzahl der Hirarchieebenen wird nur durch die Gesamtdämpfung in einzelnen Anschlußzweigen begrenzt. Seite 2 von 13

3 Meßverfahren in der optischen Übertragungstechnik In der optische Übertragungstechnik hat sich das sogenannte OTDR-Verfahren (optical time domain reflectometry) als eines der wichtigsten Meßverfahren herausgestellt. Es handelt sich um eine optische Impuls- Echo-Methode (Abbildung 3), bei der ein in den Lichtwellenleiter (LWL) eingekoppelter Lichtimpuls an materialbedingten nicht vermeidbaren Inhomogenitäten der Glasfaser über die gesamte Länge der Faser anteilsmäßig zurückgestreut wird. An Fehlstellen (Faserbrüche) und Verbindungselementen (Steckverbinder, Spleiße) treten zusätzliche Reflexionen und Dämpfungssprünge auf. Diese Rückstreu- und Reflexionssignale können senderseitig detektiert werden. Der Kurvenverlauf einer solchen Messung gibt Aufschluß über den Verlauf der Dämpfung entlang der Faser. Spitzen und Stufen in dieser Meßkurve ermöglichen die Lokalisation von Reflexionsstellen (Steckverbindungen, Spleiße, Faserbruchstellen) und Bereichen erhöhter Dämpfung. Abbildung 3 Prinzip des OTDR-Meßverfahrens (optische Zeitbereichsreflektometrie) In reinen Punkt-zu-Punkt-Übertragungsstrecken ist die Interpretation einer OTDR-Messung unproblematisch. Führt man diese Messung in verzweigten Netzen durch, dann überlagern sich die Rückstreu- und Reflexionsanteile der einzelnen Abzweigleitungen, wodurch die Interpretation erschwert wird bzw. völlig unmöglich ist. Meßmethoden mit völliger bzw. teilweiser Netzabschaltung Die einfachste Lösung ist dann gegeben, wenn die Nachrichtenübertragung gestoppt wird und die einzelnen Abzweigleitungen vom Verteiler abgekoppelt werden. Dann können alle Abzweigleitungen einzeln mit dem OTDR in Richtung zum Empfänger mit dem OTDR gemessen werden. Es kann auch von der Empfängerseite aus in Rückrichtung gemessen werden. Ein großer Nachteil dieser Verfahren ist es, daß die Kontrolle des Netzzustandes vor Ort erfolgen muß und daher mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist. Dies kann umgangen werden, wenn im Verteilknoten ein fernsteuerbarer optischer Schalter installiert wird um die Abzweigleitungen einzeln auf die Meßleitung zu schalten. Dies ermöglicht die senderseitige Durchführung der Messung. Bei diesen Verfahren steht jedoch das Netz teilweise oder vollständig für die Datenübertragung nicht zur Verfügung. Seite 3 von 13

4 Wellenlängenspezifische Verfahren Durch Einfügung wellenlängenselektiver optischer Bauteile (dichroistische Filter, Faser-Bragg-Gitter usw.) und/oder Beschränkung der OTDR-Messung auf einen reservierten Meßwellenlängenbereich, können OTDR- Messungen auch im Betrieb eines optischen Netzes durchgeführt werden. Diese Verfahren bilden somit die Basis zur Realisierung von Netzwerkmanagementfunktionen in PONs. Bisher wird für diese Verfahren vor allem der Wellenlängenbereich um 1620 nm genutzt. Die Vielzahl möglicher Meßverfahren zur Kontrolle von passiven optischen Netzen sind in [1] näher beschrieben. Die genannten Lösungsmöglichkeiten zur Messung passiver optischer Netze sind noch nicht zufriedenstellend, da entweder ein Teil des Netzes abgeschaltet werden muß bzw. eine OTDR-Messungen in einem Wellenlängenbereich vergenommen wird der sehr weit von dem Wellenlängenbereich der Übertragungswellenlänge(n) entfernt ist. Wünschenswert und aussagekräftiger sind jedoch Meßmethoden bei denen die Meßwellenlänge möglichst im Bereich der Übertragungswellenlänge(n) liegt und die außerdem eine permanente Kontrolle des Netzzustandes ermöglichen, ohne die Verfügbarkeit des Netzes zu beeinträchtigen. Ein Verfahren das dies erlaubt wird hier vorgestellt. Vorschlag eines Meßverfahrens zur Implementierung einer senderseitigen Monitorfunktion in passiven optischen Netzen [2] An den Enden der Abzweigleitungen eines passiven optischen Netzes werden Faser-Bragg-Gitter (FBG) identischer Bragg-Wellenlänge eingefügt. Ein Faser-Bragg-Gitter besitzt die Eigenschaft Licht, dessen Wellenlänge die Bragg-Bedingung des Gitters erfüllt, mit hohen Reflexionsgrad R (bis zu R=99%) zu reflektieren. Licht dessen Wellenlänge die Bragg-Bedingung nicht erfüllt, kann das Faser-Bragg-Gitter passieren und erfährt dabei eine in der Regel vernachlässigbare Dämpfung. Diese Eigenschaft der Faser-Bragg-Gitter ermöglicht die Implementierung wellenlängenselektiver Reflexionsstellen kurz vor den Empfangsstellen der einzelnen Abzweigleitungen (Abbildung 4). Seite 4 von 13

5 Abbildung 4 Aufbau zur Beurteilung des Netzzustandes eines passiven optischen Netzes bei parallel stattfindender Datenübertragung. Im Allgemeinen unterscheiden sich die Längen der einzelnen Abzweigleitungen (LWL 1 bis LWL 8), wodurch eine Identifikation ermöglicht wird. Eingekoppeltes Meßlicht, dessen Wellenlänge den Bragg-Wellenlängen der Gitter genügt, wird mittels eines optischen Kopplers auf alle Abzweigleitungen geleitet. Die aufgeteilten Pulse durchlaufen die einzelnen Abzweigleitungen und werden an den Faser-Bragg-Gittern nahezu 100%-ig reflektiert. Sie durchlaufen daraufhin die Abzweigleitungen in Rückrichtung und werden senderseitig zur Messung ausgekoppelt und detektiert. In der Regel besitzen die einzelnen Abzweigleitungen unterschiedliche Längen. Für jede Abzweigleitung ergibt sich ein einzelner Puls im Gesamtsignal. Die Laufzeit der einzelnen Pulse ermöglicht die Identifizierung der jeweiligen Abzweigleitung. Bei identischen Längen einzelner Abzweigleitungen, bzw. nur geringen Längenunterschieden ergibt sich eine Überlagerung der einzelnen Pulse. Aus der Signalamplitude kann dann aber immer noch auf die Anzahl der beteiligten Abzweigleitungen geschlossen werden. Damit die einzelnen Abzweigleitungen den entsprechenden Pulsen zugeordnet werden können müssen die Längen der Abzweigleitungen bekannt sein oder einmalig ermittelt werden. Im laufenden Betrieb des PONs werden Reflexions- und Rückstreumessungen durchgeführt und mit einer zuvor ermittelten Referenzmessung verglichen. Die Referenzmessung muß dabei das Reflexionsverhalten des Netzes bei fehlerfreier Funktion des PONs repräsentieren. Weicht eine aktuelle Messung von dieser Referenzmessung ab, können Änderungen der Übertragungseigenschaften erkannt und auftretende Fehlstellen lokalisiert werden. Für die Datenübertragung wird Laserlicht mit Wellenlängen ungleich der Bragg-Wellenlänge der Gitter verwendet. Diese Nachrichtensignale werden daher von den Faser-Bragg-Gittern nicht reflektiert, sondern erreichen die Empfänger mit vernachlässigbarer Dämpfung. Meßsignal und Datensignal beeinflußen sich in der Regel nicht gegenseitig. Dieses Verfahren ermöglicht somit eine Messung während des Betriebes des Netzes. Realisierung Es wurden zwei passive optische Netze (PON 1 (Abbildung 5), PON 2 (Abbildung 6)) aufgebaut und mit der vorgeschlagenen Meßmethode untersucht. Beide Netze unterscheiden sich nur in den Längen der einzelnen Abzweigleitungen, der spektralen Bandbreiten der verwendeten Faser-Bragg-Gitter sowie der Art der eingesetzten Koppler. Seite 5 von 13

6 Abbildung 5 PON 1 Abbildung 6 PON 2 Beschreibung des Meßplatzes Die Vermessung der optischen Netze erfolgt mit einem modularen Meßplatz. Er ermöglicht die Durchführung von Rückstreu- und Reflexionsmessungen an optischen Netzen und Übertragungsstrecken. Allerdings ist der Dynamikbereich des Meßplatzes beschränkt, wodurch Rückstreumessungen nur bedingt durchgeführt werden können. Das vorgeschlagen Meßverfahren nutzt deshalb vor allem Reflexionssignale zur Bewertung des Netzzustandes. Der vorhandene Dynamikbereich des Meßplatzes ist dazu ausreichend. Geräte Pulsgenerator Zur Erzeugung der Testsignale wird der Pulsgenerator HP 8110A von Hewlett-Packard verwendet. Seine Bandbreite von 150 MHz erlaubt die Erzeugung von Pulsen mit einer minimalen Breite von etwa 8ns. Die minimalen Anstiegs- und Abfallflanke eines Pulses betragen 2ns. Durch diesen 8ns-Puls kann bei OTDR- Reflexionsmessungen eine Auflösung von etwa 1m erreicht werden. Die Wiederholungsrate muß so eingestellt sein, daß ein weiterer Lichtpuls erst dann in das Netz eingekoppelt wird, wenn der vorige Puls das PON in beide Richtungen komplett durchlaufen hat. Dieser Puls wurde auch als Triggersignal gewählt und repräsentiert gleichzeitig den Bezugspunkt für die Laufzeitmessung und Ermittlung der einzelnen Längen der Abzweigleitungen. Bei geringeren Abständen einzelner Reflexionsstellen überlagern sich die Amplituden der reflektierten Pulse. Die Anstiegsflanken erlauben dabei noch eine sicher Trennung und Positionsbestimmung bei Abständen größer 0,3 m. Bei noch geringeren Abständen ist eine Trennung nicht mehr so einfach möglich. Seite 6 von 13

7 Laserquelle Der verwendete DFB-Laser emittiert Licht der Wellenlänge 1534 nm. Diese Laserdiode wird in eine Laserdiodenhalterung eingesetzt und mittels einer Laserdiodensteuerung kontrolliert und angesteuert. Der T- Bias-Modulationseingang der Laserdiodenhalterung ermöglicht die direkte Modulation der Laserquelle mit Frequenzen von 10 MHz bis zu 1GHz. Durch Temperaturregelung mit einem Peltier-Element kann die Wellenlänge im Bereich von 1533 nm nm justiert werden. Meßempfänger Das optische Meßsignal wird mit Hilfe des optisch-elektrischen Wandlers "o/e- Converter Model 310A" von BCP erfaßt und in ein elektrisches Meßsignal umgewandelt. Das speziell für Laborzwecke konzipierte Gerät besteht aus drei unabhängigen Baugruppen, die das Signal erfassen, umwandeln und verstärken. Als Photodetektor kommt eine InGaAs-Avalanche-Photodiode (APD) zum Einsatz, deren minimale Empfindlichkeit 20nW=-47dB beträgt. Oszilloskop Das elektrische Meßsignal des Empfängers wird mit einem digitalen Speicheroszilloskop HP 54720A von Hewlett-Packard angezeigt, digitalisiert und über den IEEE-Bus (HP-IB) einem Steuerrechner zugeführt. Das modulare Gerät kann durch verschiedene Einschübe an verschiedene Samplingraten angepaßt werden. Das Grundgerät gibt die maximale Samplingrate (8 Gigasamples/s) vor, die je nach Art der Einschübe auf bis zu vier Kanäle aufgeteilt werden kann. Für die hier durchgeführten Messungen kommen zwei Verstärkereinschübe des Types HP 54721A mit einem Frequenzumfang von je 1,25 GHz zum Einsatz. Sie erlauben die gleichzeitige Erfassung von zwei Signalen mit einer maximale Samplingrate von 4 Gigasamples/s. Rechner Zur Steuerung des Rückstreu- und Reflexionsmeßplatzes wird ein Pentium-PC eingesetzt. Die Steuerung des Oszilloskops erfolgt mit Hilfe eines in HP-VEE geschriebenem Steuerungs- und Auswertprogramms. Die Anbindung des Oszilloskops erfolgt über den IEEE-Busstandard (HB-IB). Optische Komponenten In beiden Netzen (PON1, PON 2) werden Standard-Singlemode Fasern der Firma Siecor verwendet. Sie besitzen bei der Meßwellenlänge 1534nm die Brechzahl 1,469±0,001. Optische Verbindungen einzelner Abschnitte des optischen Netzes werden entweder durch Spleiße oder Steckverbindungen realisiert. Als optische Steckverbindungen werden vorwiegend FC/APC-Steckverbindungen (angled physical contact) eingesetzt. In PON 1 wird ein 2x1- und ein 1x8-Koppler der Firma Corning verwendet. Die eingefügten Faser-Bragg-Gitter besitzen eine Bragg-Wellenlänge von 1533,7 nm. Die maximale Abweichung einzelner Faser-Bragg-Gitter von dieser Wellenlänge beträgt 0,15nm. Die spektrale Halbwertsbreite (FWHM full width at half maximum) beträgt im Mittel 0,25 nm (maximale Abweichung = 0,01 nm). In PON 2 kommt ein 2x8-Schmelzkoppler der Firma Krone zum Einsatz. Die in diesem Netz eingefügten Faser- Bragg-Gitter besitzen bei Raumtemperatur eine Bragg-Wellenlänge von 1534,4 nm. Die maximale Abweichung einzelner Faser-Bragg-Gitter von dieser Wellenlänge beträgt 0,9 nm. Die spektrale Halbwertsbreite (FWHM full width at half maximum) beträgt im Mittel 1 nm (maximale Abweichung = 0,07 nm). Die maximalen Reflexionsgrade unterscheiden sich höchstens um 2dB. Seite 7 von 13

8 Ergebnisse Vorbemerkungen Der Aufbau und die Messung der optischen Netze wurde nach folgendem Ablaufschema durchgeführt: Festlegung der Längen der Lichtwellenleiter Bestimmung der Längen der Lichtwellenleiter mit Hilfe von OTDR-Messungen bei 1534nm Anschluß der Faser-Bragg-Gitter an die Lichtwellenleiter Erneute Bestimmung der Längen der Lichtwellenleiter anhand der Faser-Bragg-Gitter-Reflexionen bei 1534nm Sukzessiver Anschluß der mit den Faser-Bragg-Gitter versehenen Lichtwellenleiter an den 1x8-Koppler(PON 1)/2x8-Koppler (PON 2), dabei Messung der Faser-Bragg-Gitter-Reflexion(en) der angeschlossen(en) Abzweigleitung(en) (LWL) Die Umrechnung der Laufzeit in eine Länge erfolgt nach der Gleichung: mit c0 : Lichtgeschwindigkeit im Vakuum [m/s] n : effektive Brechzahl t : Laufzeit des Pulses [s] z : Ort längs der Faser [m] Die Intensitäten der reflektierten Pulse sind sehr gering und von einem relativ hohen Rauschanteil überlagert. Durch Mittelung mehrere Messungen kann das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert werden. Bei den hier durchgeführten Messungen wurden 4096 Einzelmessungen gemittelt. Das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert sich dadurch um etwa 18 db. Eine Umrechnung der gemessenen Intensität der reflektierten Pulse in db muß das Übertragungsverhalten des Empfängers berücksichtigen. Es gilt: PD : optische Leistung am Detektor [dbm] DU : gemessene Spannungsamplitude [V; mv] Seite 8 von 13

9 Die aufgebauten optischen Netze Im Vorfeld der Messungen werden die Längen der Abzweigleitungen der passiven optischen Netze festgelegt. Sie dienen später zu Identifizierung der einzelnen Abzweigleitungen. Es wird darauf geachtet, daß die Längenunterschiede der Abzweigleitungen in beiden passiven optischen Netzen in der gleichen Größenordnung liegen. Dies ermöglicht einen einfacheren direkten Vergleich der Meßergebnisse. Folgende Längenunterschiede der einzelnen Abzweigleitungen wurden festgelegt: Abzweigleitung Längenunterschied 0m -20m -5m -5m 0m -10m -10m -20m zur vorigen Abzweigleitung Tabelle 1 Längenunterschiede der einzelnen Abzweigleitungen Nach Aufbau der optischen Netze ergaben sich folgende Längen der Abzweigleitungen: PON 1 Lichtwellenleiter Länge bei l=1534 nm [m] , , , , , , , ,6 Tabelle 2 Längen inklusive Vorlaufstrecke (etwa 25m) (PON 1 wurde bereits vor Verfügbarkeit des DFB-Laser (1534 nm) aufgebaut. Da die Abzweigleitungen direkt an die Kopplerausgänge gespleißt wurden, konnten die Kopplerausgänge nicht mehr wie in PON 2 als Referenzposition zur Längenbestimmung der einzelnen Abzweigleitungen herangezogen werden. Daher sind bei PON 1 die Längen inklusive der Vorlaufstrecke angegeben.) PON 2 Lichtwellenleiter Länge bei l=1534 nm [m] , , , , , , , ,5 Tabelle 3 Längen der Abzweigleitungen ab jeweiligen Kopplerausgang, d.h. ohne Vorlaufstrecke (etwa 25m) Seite 9 von 13

10 Die theoretische Gesamtdämpfung, die der eingekoppelte Lichtpuls erfährt, variiert aufgrund der verschiedenen Gesamtdämpfungen der einzelnen Abzweigleitungen und der unterschiedlichen Reflexionsgrade der Faser- Bragg-Gitter. Im Mittel wird ein eingekoppelter Puls theoretisch um 35 db gedämpft. Die maximale Abweichung der Gesamtdämpfung einzelner Abzweigleitungen beträgt etwa ±2 db. Die tatsächlich gemessenen Dämpfung ist in der Regel um 10 db kleiner und hängt davon ab wie gut die Meßwellenlänge mit der Bragg-Wellenlänge der Gitter übereinstimmt. Die Messung aller angeschlossenen Abzweigleitungen führt zu den in Abbildung 7, 8 gezeigten Ergebnissen. Abbildung 7 Meßergebnis der Reflexionsmessung an PON 1 Seite 10 von 13

11 Abbildung 8 Meßergebnis der Reflexionsmessung an PON 2 Abbildung 9 Meßergebnis der Reflexionsmessung an PON 2 (Abzweigleitung 5,4 und 3 vergrößert) Vergleich PON 1 und PON 2 Da die Längen der Abzweigleitungen bekannt sind, können die Pulse den entsprechenden Abzweigleitungen zugeordnet werden. In beiden PONs konnten so alle Abzweigleitungen mit Hilfe der Pulslaufzeiten identifiziert werden. Während in PON 1 alle Abzweigleitungen unterschiedliche Längen aufweisen und somit getrennte Reflexionspulse auftreten, besitzen zwei der acht Abzweigleitungen in PON 2 nur einen Längenunterschied von etwa einem halben Meter. Die Reflexionspulse beider Abzweigleitungen überlagern sich deshalb. Die Anstiegsflanke ermöglicht jedoch auch noch die Trennung dieser Pulse. Bei identischen Längen der Seite 11 von 13

12 Abzweigleitungen müssen neben den Pulslaufzeit auch noch die Amplituden der reflektierten Pulse berücksichtigt werden. Hier ergibt sich das Problem unterschiedlicher Dämpfungen in den einzelnen Abzweigleitungen, sowie dem wellenlängenabhängigen Reflexionsverhalten der Faser-Bragg-Gitter. Die einzelnen Amplituden der Reflexionspulse sind nicht ohne weiteres vergleichbar. Die durch die optischen Komponenten (Faser, Spleiße, Koppler) verursachten Dämpfungsunterschiede lassen sich noch herausrechnen, jedoch führt das wellenlängenabhängige Reflexionsverhalten der Faser-Bragg-Gitter zu schwer interpretierbaren Amplitudenwerten. Eine Verbesserung dieser Interpretationsfähigkeit ist denn gegeben, wenn die Faser-Bragg- Gitter identische Parameter hinsichtlich maximaler Reflexion und Mittelwellenlänge aufweisen. In PON 2 ist die Wellenlängenabhängikeit der Faser-Bragg-Gitter vor allem am Reflexionspuls der Abzweigleitung 6 erkennbar. Die Meßwellenlänge stimmt bei dem hier eingesetzten Faser-Bragg-Gitter nicht mit der Bragg-Wellenlänge des Faser-Bragg-Gitters überein, wodurch nur ein sehr geringer Anteil des Meßpulses zurückreflektiert wird. Der Hauptanteil passiert das Faser-Bragg-Gitter und würde bei einer Datenübertragung den Empfänger stören. Eine hier nicht gezeigte aber dennoch durchgeführte Messung des Transmissionsverhaltens bestätigte diese Annahme. Zusätzlich ist diesem Puls eine weitere Schwingung überlagert, welche eine Amplitudenbestimmung erschwert. Eine ähnliche überlagerte Schwingung tritt im Überlagerungsbereich zweier Reflexionsstellen auf. Die Ursache diese Verhalten ist noch nicht abschließend geklärt. Aus den Meßergebnissen von PON 1 und PON 2 ergeben sich folgende Randbedingungen: Die Laserquelle des Meßsignals muß eine spektrale Halbwertsbreite (FWHM) aufweisen, die höchstens einem Drittel der spektralen Halbwertsbreite der Faser-Bragg-Gitter entspricht. Günstiger ist es, wenn sie ein Fünftel beträgt. Dies stellt sicher, daß alle Wellenlängenanteile des Lasers, bei entsprechender Einstellung des emittierten Wellenlängenbereichs, von den Faser-Bragg-Gitter reflektiert werden. Ist dies nicht der Fall, treten im reflektierten Meßpuls unerwünschte Schwingungen auf, die vor allem bei teilweise überlagerten Reflexionspulsen, die Erkennung der jeweiligen Anstiegsflanken erschweren und die Bestimmung der Reflexionsintensitäten unmöglich machen. Die Faser-Bragg-Gitter müssen eine spektrale Halbwertsbreite (FWHM) aufweisen, die mindestens 3-5 mal größer ist als die Halbwertsbreite der Laserquelle. Die Wellenlänge des Maximums der Laserquelle und der Faser-Bragg-Gittern sollten möglichst identisch sein. Dies garantiert, daß alle Wellenlängenanteile des Lasers von den Faser-Bragg-Gittern reflektiert werden und das reflektierte Signal keine unerwünschten Schwingungen aufweist. Ebenso sollten die Faser-Bragg-Gitter untereinander möglichst identisch sein, das heißt ihr Spektrum und dabei insbesondere die Wellenlängen der Maxima sollten möglichst dicht beieinander liegen. Die Abweichungen müssen so klein bleiben, daß für alle Faser-Bragg-Gitter sichergestellt ist, daß alle Wellenlängenanteile der Laserquelle innerhalb der spektralen Bandbreite der Faser-Bragg-Gitter liegen. Die Bragg-Wellenlänge eines Faser-Bragg-Gitters ist in geringem Maße von der Temperatur abhängig. Sollte diese Temperaturabhängigkeit in der Praxis zu einer Verschiebung der Bragg-Wellenlänge eines Faser-Bragg- Gitters führen und dadurch das Meßverfahren negativ beeinflußt werden, besteht die Möglichkeit Faser-Bragg- Gitter mit einer thermischen Schutzummantelung zu verwenden. Diese speziellen Ummantelungen bestehen aus Kunststoffen die einen im Vergleich zur Glasfaser entgegengesetzten Wäremeausdehnungskoeffizienten besitzen. Bei einer Temperaturänderung führt dies dazu, daß die thermische Längenänderung ausgeglichen wird. Die Bragg-Wellenlänge eines Faser-Bragg-Gitters mit einer solchen Ummantelung ist über einen großen Temperaturbereich unabhängig von thermischen Einflüssen. Zusammenfassung Auf eindrucksvolle Weise konnte die prinzipielle Machbarkeit des vorgeschlagenen Meßverfahrens gezeigt werden. Anhand der Laufzeit der reflektierten Pulse können die einzelnen Abzweigleitungen identifiziert werden. Reflexionsstellen können mit der vorgestellten Methode bei bekannter Brechzahl auf 0,3m genau bestimmt werden. Eine gesicherte Bewertung der Übertragungsgüte ist allerdings noch nicht gegeben. Ursache dafür sind zum einen die unterschiedlichen Halbwertsbreiten, Bragg-Wellenlängen und Reflexionsgrade der Seite 12 von 13

13 Faser-Bragg-Gitter untereinander sowie der unterschiedlichen Dämpfung der andern Komponenten in den einzelnen Abzweigleitungen (Kopplerdämpfung, Spleißdämpfung...). Wenn diese Werte exakt bekannt wären, könnten diese aber bei der Amplitudenbewertung berücksichtigt werden. Eine Gütebewertung des PON wäre so möglich. Die Effekte einer zusätzlich überlagerten Schwingung in überlagerten Reflexionspulsen und bei Reflexionspulsen nur teilweiser getroffener Gitter (Übereinstimung von Meßwellenlänge und Bragg- Wellenlänge) werden momentan noch näher untersucht. Ziel ist es die Auswertung auch in diesem Fall möglich zu machen. Ausblick Ziel der weiteren Arbeiten wird die Verbesserung des Verfahrens sein. So ist momentan angedacht durch Methoden der digitalen Signalverarbeitung (FFT, Hilbert-Transformation, Impulskompression...) die erreichbare Ortsauflösung weiter zu steigern (bis 0,01m und besser). Gegebenenfalls sind auch die meßtechnischen Anforderung an die Signalerfassung minimierbar. Geeignete Signalverarbeitungsverfahren könnten ferner eine aussagekräftigere Amplitudenbewertung möglich machen. Daneben steht der Aufbau eines Demonstrators an, um die Einflüsse der Messung auf eine gleichzeitig stattfindende Datenübertragung zu ermitteln. Insbesondere müssen dazu die Bitfehlerraten bei unterschiedlichen Übertragungsraten ermittelt werden. Da dieses Meßverfahren seine Vorteile vor allem in WDM-Übertragunssystemen ausreizen kann, wäre es interessant, welche zusätzlichen Effekte in WDM-Systemen auftreten. Seite 13 von 13