Dämpfung und OTDR-Ereignistotzonen im Überblick - OptiFiber Pro

Einleitung

Das Testen von Multimode-Glasfaserkabeln in Umgebungen mit hoher Dichte erfordert ein spezielles OTDR, das eng angeordnete Anschlüsse testen kann. Häufig haben diese Anschlüsse hohe Einfügedämpfung und hohe Reflexion. Infolgedessen wird das Testen mit einem OTDR schwierig für alle außer dem OTDR mit der höchsten räumlichen Auflösung.

Das Herzstück dieser Art von OTDR sind zwei Komponenten, ein gepulster Laser und eine Avalanche-Photodiode (APD). Das Design der Elektronik und, wichtiger, die Art der ausgewählten APD, bestimmt die Totzonen-Leistung.

Alle OTDR-Lieferanten bieten eine Totzone-Spezifikation. Allerdings gibt es einige Dinge zu beachten, wenn Totzonen überprüft werden. Zuerst müssen die Bedingungen berücksichtigt werden, unter denen die Totzone vorgegeben wird. Zweitens ist wichtig, wie sich die Totzone bei zunehmender Reflexion ändert – etwas, was Lieferanten nicht angeben. Und drittens, was kann man von einer Totzonen-Leistung in einer realen Glasfaser-Netzwerkwelt erwarten?

Totzonen-Spezifikationen

Wie in Abbildung 1 dargestellt, wird die Dämpfungstotzone (ADZ) als die Entfernung definiert, in der Regel für ein Ereignis, das einen „guten“ Stecker reflektiert, zwischen der steigenden Flanke des Pulses zur 0,5 dB-Abweichung von einer geraden Passlinie und der Rückstreuungs-Ebene. Die Rückstreuungs-Ebene ist die schräge Linie auf der Spur, die den Faserdämpfungswert anzeigt. Diese Totzonenspezifikation wird in der Regel unter Idealfall-Bedingungen wie der kürzesten Impulsbreite und besten Anschluss-Reflexion gegeben.

Der Zweck der ADZ-Spezifikation ist, Aufschluss über die Distanz hinter einem Anschluss zu geben, an dem eine genaue Verlustmessung vorgenommen werden kann. Aus dieser Definition ergibt sich möglicherweise eine Erwartung, dass ein Patchkabel in der Länge der Totzone mit einem vorgeschalteten Anschluss für eine Verlustmessung verkettet werden kann. In Wirklichkeit trifft das u. U. nicht zu.

In Abbildung 2 wird die Ereignistotzone (EDZ) definiert als die Entfernung (in der Regel für einen einzelnen „guten“ Anschluss) zwischen zwei Cursors, die 1,5 dB unter eine reflektierende Spitze eingestellt sind. Dies entspricht der vollen Halbwertspulsbreite im linearen Bereich. Wie gesagt wird diese Totzonenspezifikation in der Regel unter Idealfall-Bedingungen wie der kürzesten Impulsbreite und besten Anschluss-Reflexion gegeben.

 Der Zweck der EDZ-Spezifikation ist, Aufschluss über die Distanz hinter einem Anschluss zu geben, an dem eine genaue Längenmessung vorgenommen werden kann. Aus dieser Definition ergibt sich möglicherweise eine Erwartung, dass ein Patchkabel in der Länge der Totzone mit einem vorgeschalteten Anschluss für eine Längenmessung verkettet werden kann. Dies gilt in der Regel nur, wenn beide Anschlüsse die Kriterien für die Bedingungen erfüllen, unter denen die EDZ spezifiziert ist (d. h. -45 dB Reflexion). Wenn sich die Reflexion für einen der Anschlüsse ändert, wird die Definition ungültig und die Totzone wird vergrößert.

Für beide Arten von Totzonen erfolgt die Messung in der Regel an einem hochwertigen Stecker. Im Singlemode-Fall kann dies mit einem Anschluss mit einer -52-dB-Reflexion durchgeführt werden. In den Abbildungen oben bedeutet „nicht sättigend“" eine niedrige Anschluss-Reflexion, die keine Sättigung und Verzerrung im OTDR-Receiver verursacht. Wenn die Reflexion hoch ist, haben sich die Totzonen durch ein für APD typisches Phänomen namens „Abflachung“ vermehrt. 

Praktische Anwendungen für Totzonen

Die Erwartungen der Kunden für OTDR-Leistung sind möglicherweise nicht auf die OTDR-Spezifikationen ausgerichtet. Spezifikationen werden mit bestimmten Voraussetzungen angegeben, die in der Regel in den Fußnoten klar beschrieben werden. 

Bei OTDR sollte man erwarten, dass sich die Totzonen-Spezifikationen auf Messungen am nahen Ende unter festgelegten Bedingungen beschränken. Man sollte nicht erwarten, dass Totzonen mit der Messlänge konstant bleiben. Totzonen sind eine Funktion der ausgesendeten Impulse von endlicher Breite, die mit der Dauer der Messung breiter werden (breite Pulse werden für Messungen längerer Strecken verwendet). Totzonen steigen mit Reflexion in allen außer wenigen bestimmten Fällen, auf die später eingegangen wird. Totzonen-Spezifikationen werden bereitgestellt, damit der Benutzer die OTDR Leistungen vergleichen kann. Jedoch ist die Totzonen-Spezifikation für ein einzelnes Ereignis definiert, nicht als Netzwerktest.

Anspruchsvollere OTDR zeigen nicht nur einen Verlauf und eine Ereignistabelle an, sie stellen auch eine grafische „Karte“ der getesteten Glasfaser-Verkabelung bereit. Zuordnung wurde ursprünglich in standortbasierten OTDR eingeführt, ist aber inzwischen bei vielen Anbietern beliebt geworden. Die Zuordnungsinformationen leiten sich aus der gleichen Analyse ab, die zur Generierung einer Ereignistabelle verwendet wird, sie wird jedoch als eine anwendungsfreundlichere schematische Darstellung gezeigt. Analysesoftware wird bis an die Grenzen belastet, wenn nah angeordnete Anschlüsse gemessen werden sollen, vor allem, wenn sie unterschiedliche Reflexion aufweisen (d.h. ein sauberer Anschluss, dem ein verkratzter Anschluss folgt).

Ein Beispiel für eine Ereignistotzonenerwartung könnte folgendermaßen aussehen. Die Ereignistotzone wird als 1 Meter angegeben. Das Glasfaser-Netzwerk verfügt über ein 1-m-Patchkabel in der Mitte von zwei längeren Strecken. Der Benutzer erwartet, dass das OTDR das 1-m-Patchkabel ortet und identifiziert und möglicherweise Verlust- und Reflexionsmessungen vornimmt. Das OTDR wird nur dann in der Lage sein, die Länge des Patchkabels zu messen, wenn die Voraussetzungen der Spezifikation erfüllt sind; beide Reflexionen müssen innerhalb der eingeschränkten Grenzen liegen, wie in der Spezifikations-Fußnote definiert. Denken Sie daran, dass Ereignistotzonen nur die Reflexionsspitzen finden, dass daher Verlustmessungen nicht möglich sind.

In einem anderen Beispiel ist der Dämpfungstotzonen-Anspruch 2 Meter. Das Glasfaser-Netzwerk verfügt über ein 2-m-Patchkabel in der Mitte von zwei längeren Strecken. Der Benutzer erwartet, den Verlust des Patchkabels messen zu können. Wenn nach jeder Reflexion wie gezeigt ausreichend Rückstreuung vorhanden ist, kann das OTDR die Messung durchführen.

In Abbildung 3 wird der erste Anschluss des 1,94-m-Kabels mit Lage, Verlust und Reflexion identifiziert. Da zwei Anschlüsse nahe beieinander angeordnet sind, ist die Rückstreuung nach dem ersten Impuls möglicherweise begrenzt. Der zweite Impuls kann sich in die Rückstreuung des ersten Pulses einfügen. Dadurch wird der Verlust von der Rückstreuung des zweiten Pulses bis zum Ende der Rückstreuung an der Vorderseite des ersten Pulses gemessen. Daher entspricht die tatsächliche Messung dem Verlust von zwei Impulsen.

In Abbildung 4 kann der zweite Impuls auf der entfernten Seite des 1,94-m-Patchkabels nicht identifiziert werden und wird daher als verborgenes Ereignis gekennzeichnet. Dies erfolgt, da der Start des zweiten Impulses in der Rückstreuung des ersten Pulses verborgen ist. Daher kann dieses Ereignis nicht vollständig gemessen werden.

Abbildung 5 zeigt, dass die Abschlussdämpfung bei ausreichendem Abstand zwischen Impulsen bei beiden Reflexionen leicht gemessen werden kann. Unter diesen Bedingungen kann die Dämpfungstotzone nach der OTDR-Spezifikation überprüft werden.

Wenn auf der anderen Seite das Glasfaser-Netzwerk ein 2 m langes Patchkabel zwischen zwei langen Glasfasern aufweist, könnte sich eine zuverlässige Messung als schwierig erweisen, da die Rückstreuung nach dem ersten Anschluss (Reflexion) u. U. nicht für eine Geradennäherung ausreicht.

Abbildung 6 zeigt ein Beispiel für zwei nahe zusammen platzierte Anschlüsse, deren Abstand sehr wohl der Länge der Dämpfungstotzonen-Spezifikation entsprechen könnte. Ein qualifizierter OTDR-Benutzer könnte fähig sein, eine manuelle Messung der Dämpfungstotzonen der beiden Impulse zu machen. Die Analysesoftware andererseits könnte den Verlust des ersten Anschlusses (Impuls) messen, indem sie die Differenz in Rückstreuung vom Beginn des ersten Pulses bis zum Ende des zweiten Pulses misst.

Fotodioden

Häufig teilen OTDR-Ausführungen eine Fotozelle zwischen zwei Wellenlängen. InGaAs-Detektoren werden häufig in OTDR zum Feststellen von 1310 nm und 1550 nm für Singlemode-Tests verwendet. Für Multimode-Tests gibt es zwei allgemein verwendete Ausführungen. Die erste ist die Verwendung einer InGaAs-Fotodiode für 850 nm und 1300 nm. InGaAs reagiert gut auf 1300 nm, hat aber eine niedrigere und häufig (vom APD-Lieferanten) nicht spezifizierte Reaktion auf 850 nm. Die zweite Möglichkeit ist die Verwendung von zwei Fotodioden, einer InGaAs für 1300 nm-Multimode und einer Si-Diode für 850 nm-Multimode.

Si reagiert nicht nur bei 850 nm, sondern hat auch eine viel höhere interne Verstärkung (ein Merkmal der APD) als ein InGaAs-Gerät. Die für OTDR verwendeten Fotodioden haben eine interne Verstärkung, genannt Multiplikationsfaktor. Diese interne Verstärkung verbessert den Signal-Rausch-Abstand, der mit dem Dynamikbereich des Instruments in Zusammenhang steht. So könnte zum Beispiel ein InGaAs-APD einen Multiplikationsfaktor von 30 haben, während Si-APD einen Multiplikationsfaktor von 70 hätte. Das bedeutet, dass für eine gegebene Rückstreuungs-Ebene ein engerer Puls verwendet werden kann, was die räumliche Auflösung verbessert.

Totzone vs. Reflexion für InGaAs und Si

Wie bereits erwähnt, wird die Totzone in der Regel größer, wenn die Reflexion erhöht wird, und sie ist besonders problematisch, wenn InGaAs-Photodetektoren verwendet werden. Si ist viel besser.

Die folgenden zwei Grafiken bestehen aus Daten aus zwei OTDR mit einem Si-APD oder einem InGaAs-APD. Die InGaAs-Daten, obwohl bei 1550 nm aufgezeichnet, hätten die gleiche Art von Totzonenreaktion auf jede Wellenlänge, einschließlich 850 nm. Ähnliche Pulsbreiten wurden für 850 nm und 1310 nm verwendet.

Die Daten unten zeigen die Beziehung zwischen Totzonen und Anschlussreflexion bei 1550 nm mit einer InGaAs-Fotodiode an, wie sie üblicherweise in OTDR verwendet wird. Das erste Diagramm in Abbildung 7 zeigt die 850 nm Ereignistotzone (EDZ) und Dämpfungstotzone (ADZ) bei zunehmender Reflexion von einem Wert für einen typischen UPC-Anschluss (-45 dB) an einen Anschluss mit hoher Reflexion (d.h. verschmutzter Anschluss).

Die Daten zeigen, dass die EDZ-Reflexion nicht betroffen ist. Der Grund dafür liegt darin, dass die Messung unter einer ungesättigten Spitze vorgenommen wird. Würde die Spitze gesättigt (d. h. „flache Spitze“), dann würde die EDZ erhöht, aber dies liegt am Design des OTDR. Für die ADZ ist eine allmähliche Zunahme von 2 m auf2,75 m zu beobachten, aber bei -26 dB Reflexion, erfolgt Ablenkung und die ADZ erhöht sich auf 4,5 m, wenn die Reflexion -25 dB erreicht. Trotz des gestiegenen ADZ über diesen Bereich ist die Leistung viel besser als eine ADZ mit einem InGaAs-APD erbringen könnte, siehe Abbildung 8.

Abbildung 8 zeigt die 1550 nm Totzonenleistung für ein InGaAs-APD bei steigender Reflexion. Dieses Diagramm zeigt die EDZ und ADZ bei zunehmender Reflexion von einem Wert für einen typischen UPC-Anschluss bei -51 dB an einen Anschluss mit hoher Reflexion bei 30 dB (d.h. verschmutzter Anschluss). Die EDZ wird durch Reflexion nicht beeinflusst, aber die ADZ steigt langsam von 4,5 m auf 5 m über einen 15 dB-Bereich, steigt dann schnell bei -30 dB und erreicht über 30 m ADZ. Die ADZ nimmt bei weiterhin zunehmender Reflexion zu. Wenn nicht komplizierte Vorkehrungen für Singlemode-OTDR getroffen werden, werden sie alle bei Verwendung eines InGaAs-APD unter diesem Phänomen leiden.

Zusammenfassung

Si-APDs bieten überlegene Leistung beim Testen von Multimode-Glasfaser bei 850 nm im Vergleich zu OTDR mit InGaAs-APD. Si-APDs haben einen besseren Signal-Rausch-Abstand, der den Einsatz von schmalen Impulsabfragen und Analysen von installierten Glasfaserkabeln fördert. Si-APDs leiden viel weniger unter den Abflachungsphasen bei optischer Überladung, die durch hohe Reflexion an Anschlüssen verursacht wird. Hohe Reflexion ist wohl das häufigste Problem, das OTDR beim Testen von LWL-Netzwerken feststellen. Die Daten haben gezeigt, dass OTDR mit Si-APDs Leistungsvorteile gegenüber anderen OTDR-Typen aufweisen, vor allem in Anwendungen mit hoher Auflösung.

Zwar besteht ein Kostenunterschied für Hochleistungs-OTDR, aber für den Benutzer, der die Spezifikationen von OTDR-Lieferanten vergleicht, ist es nicht ersichtlich, ob ein Si-APD verwendet wird, es sei denn, eine Bewertung unter hoher Reflexion wird durchgeführt.