O ważnych czynnikach warunkujących wybór reflektometru optycznego w dziedzinie czasu

Niniejszy raport techniczny dostarcza podstawowych informacji na temat optycznych reflektometrów w dziedzinie czasu (OTDR) i stanowi przewodnik dla osób pracujących na rynku telekomunikacyjnej optyki światłowodowej, pozwalający na wybór reflektometru optycznego, który będzie najlepiej dopasowany do ich potrzeb pomiarowych.

Czym jest OTDR?

OTDR jest testerem włókien optycznych, wykorzystywanym do pomiaru sieci optycznych używanych w telekomunikacji. Celem OTDR jest wykrycie, lokalizacja i pomiar elementów w dowolnym miejscu łącza światłowodowego. OTDR wymaga dostępu jedynie do jednego końca łącza i zachowuje się jak jednowymiarowy (odległość) system radarowy. Wyświetlając zobrazowanie sygnatur odbiciowych badanego włókna (linia OTDR), można uzyskać graficzną reprezentację całego łącza światłowodowego.

Schemat blokowy OTDR (pulse generator – generator impulsów, coupler – sprzęgacz, time base c.u. – kontrola podstawy czasu, amplifier – wzmacniacz)

Graficzna reprezentacja łącza światłowodowego (przebieg OTDR)

Co mierzy OTDR?

Wprowadzając na jednym z końców włókna impulsy światła i analizując rozpraszane wstecznie i odbijane sygnały, OTDR mierzy:

• odległość optyczną

• do elementów: spawów, złączy, dzielników, multiplekserów

• do uszkodzeń

• do drugiego końca włókna

• tłumienie, optyczne straty odbicia (ORL)/reflektancję

• tłumienie spawów i złączy

• ORL łącza lub jego odcinka

• reflektancję złączy

• całkowite tłumienie światłowodu.

Dlaczego potrzebuję OTDR?

Pomiary światłowodów są niezbędne, by uzyskać pewność, że sieć jest zoptymalizowana do dostarczania niezawodnych i odpornych usług bez awarii.

Bezprzewodowi dostawcy usług telekomunikacyjnych, wideo i danych oraz operatorzy sieciowi chcą zapewnić ochronę swoich inwestycji w sieci światłowodowe. W zewnętrznych sieciach światłowodowych każdy kabel będzie miał zmierzone tłumienie od końca do końca włókna oraz będzie sprawdzony za pomocą OTDR, aby znaleźć ewentualne błędy instalacji. Instalatorzy będą proszeni o użycie zestawów do pomiaru tłumienia (źródło światła i mierniki mocy optycznej) oraz OTDR. Będą oni wykonywać dwukierunkowe pomiary i dostarczać dokładną dokumentację kabli, aby certyfikować wykonanie swojej pracy. OTDR może być potem użyty do znajdowania usterek, jak np. przerwy włókien na skutek robót ziemnych.

Wielu wykonawców i właścicieli sieci pyta, czy powinni wykonywać pomiary OTDR dla okablowania w lokalach. Chcą oni również wiedzieć, czy pomiary OTDR mogą zastąpić tradycyjny pomiar tłumienia za pomocą źródła światła i miernika mocy optycznej. Sieci optyczne w budynkach mają napięte bilanse energetyczne z mniejszym marginesem na błędy. Instalatorzy powinni mierzyć całkowity bilans strat za pomocą źródeł optycznych i mierników mocy (certyfikacja Tier 1 wymagana przez normy TIA-568C). Pomiary OTDR (certyfikacja Tier 2) jest najlepszym rozwiązaniem, które może wskazać przyczyny nadmiernego tłumienia sygnału i zweryfikować, czy spawy i złącza leżą w granicach tolerancji. Jest to również jedyny sposób, by poznać dokładne umiejscowienie usterki lub przerwanego włókna.

Jak rozumieć kluczowe specyfikacje OTDR

Długości fal

Ogólnie rzecz biorąc, włókna powinny być mierzone na tej samej długości fali, jaka jest wykorzystana do transmisji.

• 850 nm i/lub 1300 nm dla włókien wielomodowych

• 1310 nm i/lub 1550 nm i/lub 1625 n dla włókien jednomodowych

• filtrowane 1625 nm lub 1650 nm dla wykrywania usterek in-service (bez przerywania pracy) dla włókien jednomodowych

• długości CWDM (od 1271 nm do 1611 nm z odstępem kanałowym 20 nm) i DWDM do kontroli i wykrywania usterek jednomodowych łączy optycznych

• 1490 nm dla systemów FTTH (opcjonalnie pomiar można wykonać na 1490 nm, lecz zaleca sie pomiar na 1510 nm w celu zmniejszenia dodatkowych nakładów).

Pomiar na jednej długości fali umożliwia wyłącznie namierzenie usterki. Pomiar na dwóch długościach jest zalecany podczas fazy instalacji i w czasie wykrywania usterek, gdyż umożliwia on wykrycie zagięć włókna.

Zakres dynamiczny

Zakres dynamiczny jest ważnym parametrem określającym, jak daleko OTDR może mierzyć. Zakres dynamiczny określony przez sprzedawców jest osiągany przy największej szerokości impulsu i podawany w dB. Zakres odległości lub zakres wyświetlacza, czasem podany przez producenta, zwykle wprowadza w błąd, ponieważ określa maksymalną odległość wyświetlaną przez OTDR, a nie to, co może on zmierzyć.

Długość fali [nm]	1310	1550	1310	1550	1310	1550	1310	1550
Zakres dynamiczny [dB]	35	35	40	40	45	45	50	50
Typowy max. zakres pomiarowy OTDR [km]	80	125	95	150	110	180	125	220

Rzeczywisty zakres pomiarowy OTDR zależy od światłowodu i strat wprowadzanych przez odbicia w sieci.

Szerokości impulsów

Zależność między zakresem dynamicznym i martwą strefą jest wprost proporcjonalna. Aby mierzyć długie włókna, potrzebny jest większy zasięg dynamiczny, więc potrzebny jest długi impuls światła. W miarę wzrostu zasięgu dynamicznego rośnie szerokość impulsów i zwiększa się martwa strefa (odbicia blisko siebie nie będą rozróżnialne). Dla krótkich odległości można użyć krótkich (wąskich) impulsów, by zredukować martwą strefę. Szerokość impulsu jest podawana w nanosekundach lub mikrosekundach.

Poznaj swoje potrzeby

Na rynku jest wiele modeli OTDR, które są w stanie zaspokoić różne potrzeby pomiarowe. Dobre zrozumienie kluczowych parametrów OTDR oraz znajomość własnych potrzeb pomaga kupującym wybrać model odpowiedni do ich specyficznych potrzeb. Przed zakupem warto sobie odpowiedzieć na poniższe pytania.

• Jakiego typu sieci będą mierzone – LAN, metro (miejskie), łącza długodystansowe?

• Jakie włókna będą mierzone – wielomodowe czy jednomodowe?

• Jaka jest maksymalna odległość, którą trzeba będzie zmierzyć? 700 m, 25 km, 150 km?

• Jakiego typu pomiary będą wykonywane – odbiór nowo zbudowanych łączy (certyfikacja), wykrywanie usterek, pomiary in-service (bez przerywania świadczenia usług)?

Zalecane modele OTDR w zależności od zastosowania

Lokale, LAN/WAN, centra danych, firmy

Typ włókna	Wielomodowy	Jednomodowy	Jedno- i wielomodowy
Długość fali	850/1300 nm	1310-1550 nm	850/1300/1310/1550 nm
Kluczowy parametr	Jak najkrótsza martwa strefa, by zlokalizować nieciągłości włókna położone blisko siebie

FTTA, DAS, Cloud Ran

Typ włókna	Wielomodowy	Jednomodowy	Jedno- i wielomodowy
Długość fali	850/1300 nm	1310-1550 nm	850/1300/1310/1550 nm
Kluczowy parametr	Jak najkrótsza martwa strefa, by zlokalizować nieciągłości włókna położone blisko siebie

Point-to-Point (P2P) Access/Backhaul (łącza dostępowe/szkieletowe)

Typ włókna	Jednomodowe
Długość fali	1310/1550 nm
Kluczowy parametr	Zakres dynamiczny ≤ 35 dB dla 1550 nm
	Jak najkrótsza martwa strefa, by zlokalizować nieciągłości włókna położone blisko siebie

Point-to-Point Access/FTTH/PON

Typ pomiaru	Instalacja – przed i po dzielniku mocy	Instalacja – przez dzielnik mocy	Szukanie usterek in-service
Długość fali	1310/1550 nm	1310/1550 nm	Filtrowane 1625 nm lub 1650 nm
Kluczowy parametr	Zakres dynamiczny ≤ 35 dB dla 1550 nm	Zakres dynamiczny ≤ 35 dB dla 1550 nm do pomiarów przez dzielnik 1/32	Zakres dynamiczny nie jest istotny
		Zakres dynamiczny ≤ 40 dB dla 1550 nm
	Najkrótsza martwa strefa, by zlokalizować nieciągłości włókna położone blisko siebie	Najkrótsza martwa strefa PON/dzielnik mmocy	Jak najkrótsza martwa strefa, by zlokalizować nieciągłości włókna położone blisko siebie

CWDM

Typ pomiaru	Instalacja, przydział długości fali lub lokalizacja usterek
Długość fali	Od 1271 nm do 1611 nm z odstępen kanałowym 20 nm – OTDR może być dwu-lub czterofalowy (np. 1551/1571/1591/1611 nm)
Kluczowy parametr	Zakres dynamiczny ≥40 dBdo pomiarów przez multiplekser, optyczny multiplekser add/drop (OADM) i demultiplekser
	Jak najkrótsza martwa strefa, by zlokalizować nieciągłości włókna położone blisko siebie
	Zintegrowane źródło światła CW (jako opcja) do weryfikacji ciągłości całego włókna

Metro/Długie/Ultradługie łącza szkieletowe

Typ sieci	Metro/długie łącza	Bardzo długie łącza	Ultradługie łącza
Długość fali	1310/1550/1625 nm	1310/1550/1625 nm	1550/1625 nm
Kluczowy parametr	Zakres dynamiczny ≥40 dB dla 1550 nm	Zakres dynamiczny ≥45 dB dla 1550 nm	Zakres dynamiczny ≥50 dB
	Jak najkrótsza martwa strefa, by zlokalizować nieciągłości włókna położone blisko siebie

Różne zastosowania

Typ sieci	Budynkowa/dostępowa	Metro do bardzo długich dosyłowych
Długość fali	850/1300/1310/1550 nm (opcjonalnie 1625 nm)	1310/1550/1625 nm (po dodaniu zewnętrznego filtru na 1625 nm OTDR może wykrywać usterki w sieciach FTTH/PON)
Kluczowy parametr	Zakres dynamiczny: nieistotny dla multiomodowego; ≥35 dB dla 1550 nm dla jednomodowego	Największy zakres dynamiczny
	Możliwie najkrótsza martwa strefa
	Modułowa platforma ewoluująca zgodnie z potrzebami pomiarowymi i zapewniająca największą elastyczność

Inne ważne parametry wyrobu

Praca z OTDR nie jest specjalnie trudna, lecz wymaga nieco znajomości metod pomiaru światłowodów, by wykonać je prawidłowo. Wykresy na ekranie OTDR mogą być prawidłowo zinterpretowane przez wyszkolonych i doświadczonych techników. Słabiej wykształceni technicy mogą mieć problem z użyciem OTDR, co może wypaczyć znaczenie otrzymanych wyników pomiarów. Inteligentne oprogramowanie, zintegrowane z OTDR, pomaga technikom skutecznie wykorzystać ten przyrząd bez konieczności rozumienia lub interpretacji wyników pokazanych na ekranie miernika. Pokazuje ono schematycznie mierzone łącze i automatycznie rozpoznaje oraz interpretuje każą nieciągłość włókna, reprezentując ją jako ikonę dla łatwego zrozumienia. Jednak zawsze, w razie potrzeby, istnieje konieczność skorelowania wyników z oryginalnym przebiegiem na ekranie OTDR.

Oryginalny przebieg (wynik pomiaru) na ekranie OTDR

Wynik pomiaru pokazany w postaci ikon/pictogramów

Czynniki brane pod uwagę przy wyborze OTDR obejmują:

• rozmiary i wagę – istotne, gdy zamierzasz wspinać się na maszt telefonii komórkowej lub pracować wewnątrz budynku

• rozmiar wyświetlacza (ekranu) – 5″ powinno być minimalnym rozmiarem; reflektometry z mniejszym ekranem są tańsze, ale utrudniają analizę wyników

• czas życia akumulatorów – miernik powinien wytrzymać cały dzień pracy w terenie (minimum 8 godzin)

• pamięć przebiegów lub wyników – 128 MB to minimalna pamięć wewnętrzna z opcjami zewnętrznej pamięci, np. pendrive USB

• technologia bezprzewodowa Bluetooth i/lub WiFi – łączność bezprzewodowa umożliwia łatwy eksport wyników pomiarów do komputera/laptopa/tabletu

• Modularność/możliwość rozbudowy – modularna platforma łatwiej dopasuje się do ewolucji potrzeb pomiarowych; w chwili zakupu może to być droższe rozwiązanie, ale w dłuższej perspektywie koszty na pewno będą niższe

• Możliwość przetwarzania wyników przez oprogramowanie – choć istnieje możliwość edycji i dokumentowania pomiarów włókien bezpośrednio w mierniku, o wiele łatwiej jest analizować i dokumentować wyniki pomiarów w zewnętrznym oprogramowaniu.

Zalecane procedury pomiarowe dla OTDR

Poniżej przedstawiono kilka procedur, pozwalających na prawidłowy pomiar za pomocą reflektometru optycznego.

Użycie kabli rozbiegowych

Kable rozbiegowe, składające się ze szpul z włóknami o określonych długościach, powinny być podłączone na obu końcach mierzonego łącza optycznego, aby za pomocą OTDR zmierzyć złącze na początku i na końcu światłowodu. Długość kabli rozbiegowych zależy od mierzonego łącza i zwykle waha się między 300 m a 500 m dla włókien wielomodowych oraz między 1000 m a 2000 m dla włókien jednomodowych. Dla bardzo długich łączy możliwe są nawet długości dochodzące do 4000 m. Długość włókna zależy od martwej strefy tłumienia OTDR, będącej funkcją szerokości impulsu. Im szerszy impuls, tym dłuższy kabel rozbiegowy. Kable rozbiegowe muszą być tego samego typu, co mierzone włókna.

Od pewnego czasu w OTDR Viavi można zrezygnować z kabla rozbiegowego i użyć zwykłego patchordu np. 20m, który przejmuje rolę tzw. rozbiegówki – wszystko dzięki parametrom wkładek OTDR.

Aktywna kontrola złączy

Pojedyncze, zabrudzone złącze optyczne może wpłynąć na jakość sygnału w sieci. Aktywna kontrola każdego złącza optycznego przy pomocy mikroskopu optycznego znacząco zredukuje czas niedostępności sieci i usług oraz czas wykrywania usterek. Zawsze postępuj zgodnie z zasadą “Sprawdź, zanim podłączysz”, by upewnić się, że powierzchnie włókien przed ich podłączeniem są czyste. Brudny port OTDR lub złącze kabla rozbiegowego wpłynie na pomiar reflektometrem. Należy skontrolować złącza kabli rozbiegowych przed ich podłączeniem.

Procedura “Sprawdź, zanim podłączysz”

Podsumowanie

Optymalizowana infrastruktura sieci optycznych dostarcza niezawodne i odporne na zakłócenia usługi. Pozytywne doświadczenie abonenta oznacza jego lojalność, która pozwala na szybki zwrot inwestycji i stały dochód. Reflektometr optyczny jest podstawowym przyrządem pomiarowym dla celów utrzymania i napraw infrastruktury optycznej. Przed wyborem OTDR należy przeanalizować potencjalne zastosowania miernika i przeanalizować jego specyfikacje, by dopasować go do tych zastosowań.

Literatura