IL TEST DEGLI IMPIANTI IN FIBRA OTTICA
OLTS e OTDR
FTTx / PON
Nicola Ferrari
LA CARATTERIZZAZIONE
DELLA FIBRA
Caratterizzare la fibra
Punto B
Punto A
Caratterizzare la fibra significa eseguire una estesa analisi delle caratteristiche
ottiche del mezzo, allo scopo di determinarne la qualità e le capacità trasmissive.
La caratterizzazione di una fibra include le seguenti misure e strumenti associati.
MISURE
STRUMENTI
Ispezione del connettore
Microscopio / OTDR con probe
Attenuazione d’insrzione (IL)
OLTS
Distanza
OTDR
Attenuazione di giunti e connettori
OTDR
Attenuazione di riflessione dei connettori (RL)
OTDR
Attenuazione di riflessione della fibra (ORL)
OTDR
Dispersione cromatica (CD)
Analizzatore di CD
Dispersione di polarizzazione (PMD)
Analizzatore di PMD
Attenuazione spettrale (AP)
OSA
Misure
convenzionali
Misure
avanzate
GLI STRUMENTI
OLTS E OTDR
Strumenti di misura: sinonimi
Ricetrasmettitore ottico
Optical Attenuation Set (OAS)
Light Source – Power Meter
Sorgente ottica – Radiometro
Optical Loss Test Set (OLTS)
Riflettometro ottico
Optical Time Domain Reflectometer (OTDR)
Backscattering
OLTS e OTDR
OLTS (Optical Loss Test Set)
Sorgente:
LED: da – 20 a -10 dBm
λ = 850, 1300 nm per MM
LD: da -7 a - 0 dBm
λ = 1310, 1550 nm per SM
Power Meter (+10 dBm; - 75 dBm)
ORL
Visual Fault Locator (VFL)
OTDR
λ = 850, 1300 nm per MM
λ = 1310, 1550, nm per SM
Dinamica monodirezionale:
multimodo circa 25 dB, 1310 nm, 1 µs
monomodo circa 40 dB, 1550 nm, 20 µs
monomodo circa 26 dB, 1550 nm, 1 µs
ORL
Visual Faut Locator (VFL)
Microscopio
MISURE OTTICHE
QUANDO E DOVE?
Misure ottiche: quando?
Collaudi
manutenzione preventiva ciclica
Manutenzione preventiva straordinaria
Manutenzione correttiva
Misure ottiche: dove?
SEZIONE DI LINEA
TRATTA DI CAVO COMPRESA TRA DUE ESTREMITÀ ENTRAMBE CONNETTORIZZATE
A
B
SEZIONE 1 = A - B
SEZIONE 2 = A - C
SEZIONE 3 = A - D
C
D
Metodi di misura
Misura di attenuazione d’inserzione
(insertion loss)
Strumento: OLTS
Misura di retrodiffusione
(backscattering)
Strumento: OTDR
LE MISURE OTTICHE
Attenuazione totale di sezione
(metodo di inserzione)
Metodo di misura per livelli - Metodo dell’inserzione
Misura di riferimento o del livello P(0)
Trasmettitore
Trasmettitore
Recevitore
Misura del livello P(1)
Recevitore
Misura della attenuazione d’inserzione
P uscita
dBm
P ingresso
dBm
Link ottico
Attenuazione del link (dB) = 10lg Pi
Pu
In dBm: Pi- Pu dB
N.B. Il link include il tratto di fibra piu’ due connettori completi
Misura della attenuazione d’inserzione
-20 dBm
Tx
-30 dBm
Connettore 1
Connettore 2
α= P1 – P2 dB
α = -20 – (-30) = 10 dB
Rx
Attenuazione totale di sezione
(metodo di inserzione)
α = 0,21 dB / Km
L = 10,125 Km
BRETELLA
GIUNTO POT-HEAD
BRETELLA
GIUNTO POT-HEAD
LS0H
LS0H
G1
G2
G3
GIUNTO DELLA BRETELLA DI
TERMINAZIONE
GIUNTO DELLA BRETELLA
DI TERMINAZIONE
A max = [(α x L) + (n x Ag) + (n1 x Ag1) + (nc x Ac)] dB
A max = [(10,125 x 0,21) + (7 x 0,07) + (2 x 0,5 )]= 3,61 dB
1) Fase di azzeramento
- 10
B1
BRETELLA MULTIMODALE
B2
- 12
Po = -12 dbm
Tx
Rx
Attenuazione totale di sezione
B1
(metodo di inserzione)
BRETELLA
B2
BRETELLA
2) Fase di misura
GIUNTO POT-HEAD
LS0H
GIUNTO POT-HEAD
G1
G2
LS0H
G3
GIUNTO DELLA BRETELLA
DI TERMINAZIONE
GIUNTO DELLA BRETELLA DI
TERMINAZIONE
- 10
-14,42
Tx
A mis = P0 - P1= -12 - (- 14.42) = 2.42 dB
Rx
P1 = -14.42 dB
A mis = (2.42 dB ) < A max (3.61 dB)
NOTE:
• BRETELLA B2 MULTIMODALE
• NEL PASSAGGIO DALLA FASE DI AZZERAMENTO ALLA FASE DI MISURA NON DEVONO ESSERE SCOLLEGATE
LE CONNESSIONI Tx – B1 e Rx – B2
Principio di funzionamento dell’OTDR
La diffusione di Rayleigh
La riflessione di Fresnel
Principio di funzionamento dell’OTDR
Potenza ottica
incidente
Retrodiffusione
Diffusione
Il Segnale retrodiffuso è circa 1/1000
del segnale diffuso in tutte le direzioni
Scattering di Rayleigh
Scattering di rayleigh: è dovuto alle disomogeneità intrinseche della fibra, provoca una diffusione
del segnale in tutte le direzioni e quindi anche all’indietro (retrodiffusione o backscattering).
n = 1.0
(aria)
~4%
n = ∼1.5
(nucleo)
Pr ≅
Riflessione di Fresnel
Riflessione di Fresnel: quando un impulso luminoso incide sulla superficie di separazione di due
mezzi aventi indici di rifrazione diversi, una frazione di energia viene riflessa all’indietro.
(circa il 4% dell’energia incidente).
Schema a blocchi dell’OTDR
CONTROLLER
Elaborazione dati
Sorgente laser
DISPLAY
LCD
Accoppiatore
direzionale
Fibra in misura
Ricevitore/fotodiodo
DISPLAY O MONITOR
CONSENTE DI ANALIZZARE L’ANDAMENTO DELLA POTENZA
RETRODIFFUSA (dB) IN FUNZIONE DELLA LUNGHEZZA
DELLA FIBRA (Km)
Vantaggi della misura riflettometrica
OTDR
Misura non distruttiva
Impiego di una sola estremità della fibra
Visualizzazione traccia su monitor
Misure eseguibili all’OTDR
Misura dell’attenuazione dei giunti
Misura dell’attenuazione dei connettori
Misura di punti di attenuazione concentrata
Misura dell’attenuazione totale di sezione
Misura di attenuazione di tratta
Misura di attenuazione specifica (chilometrica)
Misura attenuazione di riflessione di singoli eventi (RL)
Misura di attenuazione di riflessione totale (ORL)
Localizzazione dei giunti
Localizzazione stress e interruzioni
Lunghezza tratte
Lunghezza totale di sezione
OTDR
INTERPRETAZIONE DELLA TRACCIA
E LETTURA DELLE RIFLESSIONI
Interpretazione della traccia
Localizzare il fine fibra
Localizzare giunti ed eventuali difetti
Misurare l’attenuazione totale
Misurare l’attenuazione degli eventi
Misurare riflessioni e ORL
OTDR Curva di retrodiffusione ed eventi
α
C
dB
D
A
E
B
F
Distanza (km)
A RIFLESSIONE DI TESTA;
B L’ATTENUAZIONE E’ DATA DALLA PENDENZA DELLA CURVA;
C EVENTO RIFLESSIVO (GIUNTO MECCANICO)
D EVENTO NON RIFLESSIVO (GIUNTO A FUSIONE O CON ADATTATORE DI INDICE)
E RIFLESSIONE DI FINE FIBRA;
F RUMORE
Riassumendo:
gli eventi sulla curva di retrodiffusione
Evento non riflessivo = giunto a fusione, centri di scattering,
difetti, o macro curvature in fibra
Evento riflessivo = giunto meccanico, ghost o riflessione spuria (1)
2 cuspidi = 2 eventi riflessivi molto vicini tra di loro
Fine fibra = punto in cui il segnale dell’OTDR fuoriesce dalla fibra
(1)
Se trattasi di “ghost” il livello della traccia prima e dopo l’evento è lo stesso
ed i “ghost” si presentano a distanze multiple dall’evento reale
OTDR: eventi ottici riflettenti
Connettori
Giunti meccanici
Rotture della fibra (1)
Fine fibra (1)
(1) Quando la traccia dopo l’evento non prosegue. E’ presente solo il rumore
OTDR: eventi ottici non riflettenti
Giunzioni a fusione
Macrobend
Microbend
Connettori APC
Terminazioni con adattatore di indice
Localizzare il fine fibra
Il fine fibra causa una
riflessione di Fresnel
Posizione cursore
Quando il segnale esce dalla
fibra, sul monitor appare solo il
livello del rumore elettronico
interno
Localizzare un evento non riflessivo
Il disallineamento dei nuclei è una
causa di attenuazione nel punto
di giunzione
Attenuazione giunto
Posizione cursore
Localizzare eventi riflessivi
Il disadattamento di “n”causa
riflessione nel punto di
giunzione
Posizione cursore
Il disallineamento dei nuclei è una causa
di attenuazione nel punto di giunzione
Attenuazion
e
giunto
N.B.
L’attenuazione del giunto e l’ampiezza della riflessione non sono
direttamente correlati!!
Misurare l’attenuazione totale
(metodo dei 2 punti)
A
Attenuazione End to End in dB
B
αtot= αA– αB dB
Misurare la riflessione di un evento
(Return loss)
Punto di misura
Return loss
(grandezza calcolata)
Il disadattamento di “n”causa
riflessione che appare sullo
schermo con uno “spike”
Return Loss = 10 Log
•
[
Potenza riflessa
Potenza incidente
]
Misurare l’Optical Return Loss
ORL
A
B
La luce ricevuta dall’OTDR corrisponde alla potenza retrodiffusa lungo tutta
la fibra in funzione della potenza iniettata. L’area sottesa alla curva di
retrodiffusione è l’ORL.
ZONA MORTA
“DEAD ZONE”
ZONA DI TRACCIA A VALLE DI UN EVENTO LUNGO LA QUALE SI
PERDONO LE INFORMAZIONI SULL’ATTENUAZIONE DELLA FIBRA
DIPENDE DA:
1)
AMPIEZZA DEGLI IMPULSI DI MISURA
2)
RISPOSTA DEL CIRCUITO DI Rx DELL’OTDR
(Recovery time)
3)
PER LA ZONA MORTA INIZIALE, DIPENDE ANCHE DALLA RIFLESSIONE DI
FRESNEL DOVUTA ALL’ACCOPPIATORE DIREZIONALE DELL’OTDR
Larghezza d’impulso e zona morta
Ampiezza
10 ns = 1 m
OTDR
A/2
100 ns = 10 m
T
1 µs = 100 m 10 µs = 1000 m
20 µs = 2000 m
LARGHEZZA D’IMPULSO E ZONA MORTE
Impulsi brevi (3-300 ns)
Alta risoluzione
Piccole zone morte
dinamica limitata
Alta rumorosità traccia
Impulsi ampi (500 ns – 20 µs)
Alta dinamica
Bassa rumorosità
Bassa risoluzione
Ampie zone morte
Coefficiente di scattering e guadagni apparenti
GUADAGNO
APPARENTE
K1
Ks = Pr / Pi
a
K 1< K 2
PERDITA
REALE
b
K2
Ks = Coefficiente di scattering
Pr = potenza retrodiffusa
Pi = Potenza incidente
UNO “STEP” POSITIVO INDICA UN GIUNTO TRA FIBRE CON “K” DIVERSI
LA FIBRA A DESTRA DEL PUNTO “A” PRESENTA UN “K”
>
DI QUELLA A MONTE
Pg = ( Pa + Pb) / 2
Attenuazione di un evento e tra 2 punti
Metodo dei 2 punti
(Two Points Adjustment)
TPA
Attenuazione di un evento
metodo dei minimi quadrati
(Least Square Adjustment)
LSA
Lunghezza d’onda e attenuazione
Traccia a 1550 nm
approx. 10 dB Loss
Traccia a 1310 nm
approx.18 dB Loss
L’attenuazione chilometrica della fibra a 1310 nm è più alta rispetto a
quella relativa a 1550 nm (circa 0,4 dB contro 0,2 dB)
Comparazione contemporanea delle tracce
(1310 – 1550nm)
Differenze di bending tra 2 fibre
1550 nm
1310 nm
REGOLA:
Alle λ più alte:
La sensibilità al bending loss è più alta
Le misure alle 2 λ (1310 / 1550 nm) evidenziano le differenze!
OTDR Misure di distanza
D=V·T=
C·t
n·2
D = DISTANZA DAL PUNTO DI MISURA ALL’EVENTO
C = VELOCITA’ DELLA LUCE NEL VUOTO (299.792.460 m/s)
t/2 = TEMPO IMPIEGATO DALL’IMPULSO PER ARRIVARE SINO ALL’EVENTO
n = INDICE DI RIFRAZIONE
LA PRECISIONE DELLA MISURA DIPENDE DA:
A)
DURATA DELL’IMPULSO ( 1ns ≅ 10 cm );
B)
B) CONOSCENZA ESATTA DI n [n = f (λ
λ) ].
Misura di distanza tra 2 punti
Fra due punti
Misura di attenuazione tra 2 punti
(TPA)
Fra due punti
Misura di attenuazione di un evento
(LSA)
Perdita dell’evento
Misura di attenuazione di riflessione di un evento
(return loss)
Ret. Loss= 37.1 dB
Punto di misura
Luce riflessa
Return Loss = 10 Log
•
[
Potenza riflessa
Potenza incidente
]
MISURA DELLA PERDITA INIZIALE
(Gli effetti di un connettore sporco o deteriorato)
ok
ko
Rumore
Sulla traccia
Lancio ok:
Si può misurare l’intera fibra
Lancio ko:
Dinamica insufficiente per
misurare l’intera fibra
(MISURA DELLA PERDITA INIZIALE)
Gli effetti di un connettore sporco o deteriorato
2 dB = 10 km di f.o. a 1550 nm
2 dB = 5,7 km di f.o. a 1310 nm
2 dB
Connettore sporco
Larghezza d’impulso e risoluzione spaziale
Gli effetti della zona morta usando un impulso largo
G1
G2
Gli impulsi larghi producono
ampie zone morte che
impediscono la misura e la
localizzazione individuale di
eventi vicini tra di loro
In questo caso è impossibile localizzare singolarmente i
due giunti e dire, guardando la traccia, quale dei due è
causa di una eventuale maggior attenuazione!!
Larghezza d’impulso e risoluzione spaziale
Gli effetti della zona morta usando un impulso stretto
G1
G2
In questo caso è facile determinare
quale dei due giunti attenua
Maggiormente!!
Gli impulsi corti producono
piccole zone morte consentendo così
di misurare e localizzare eventi vicini
tra loro
Sequenza d’impiego dell’OTDR
Controlli prima dell’esecuzione del test
Setup parametri di misura
Scansione fibra
Interpretazione traccia
Memorizza e stampa
Controlli prima dell’esecuzione del test
Verificare se lo strumento può testare le fibre a
tutte le lunghezze d’onda richieste
Controllare lo stato delle batterie
Verificare e pulire le connessioni prima del test
Verificare lo stato delle bretelle di test
OTDR: Parametri di Setup
Connettere la fibra all’OTDR
Selezionare la λ di misura
850nm o 1300nm (MM)
1310nm; 1550nm; 1625nm; 1650nm (SM)
Impostare l’indice di rifrazione
Selezionare la larghezza dell’impulso
da xx ns a xx µs (a seconda del mod. di OTDR)
Selezionare il range di misura
almeno il doppio della lunghezza del cavo
Selezionare la risoluzione
da xxx metri a xxx metri (a seconda del mod. di OTDR)
Selezionare il tempo o il numero di medie
(veloce, medio, lento)
Avviare la scansione, ovvero visualizzare la traccia in “Real Time”
RIASSUMENDO…
PER MISURE ACCURATE, PULIRE SEMPRE
BENE I CONNETTORI PRIMA DEL TEST
Come configurare un OTDR?
Larghezza impulso
Cosa misura un OTDR?
Controlla la quantità di luce iniettata in fibra.
Attenuazione
Un impulso breve garantisce alta risoluzione, piccole zone
morte ma dinamica limitata.
dB/km o dB di perdita della fibra tra due punti lungo la
tratta
Un impulso largo garantisce alta dinamica ma bassa
risoluzione e ampie zone morte.
Perdita di un evento
Tempo di acquisizione
Aumentare il tempo di acquisizione migliora la dinamica e la
traccia dello strumento.
Indice di rifrazione
Mediante l’indice di rifrazione, l’OTDR converte il tempo
calcolato in distanza sulla fibra da visualizzare sulla traccia.
Un valore accurato dell’indice di rifrazione garantisce misure
accurate della lunghezza e delle distanze sulla fibra
Semisomma algebrica dei valori di attenuazione
dell’evento misurate dalle estremità della f.o.
Attenuazione di riflessione (RL)
Rapporto tra la potenza ottica riflessa e quella
incidente in corrispondenza di un evento (espresso in
valori negativi)
ORL (Optical Return Loss)
Rapporto tra la potenza ottica retrodiffusa e quella
incidente di un intero link ottico (espresso in valori
positivi, esprime le perdite totali per retrodiffusione)
RIASSUMENDO….
Caratterizzazione completa di una f.o.
Qualità dei connettori
Attenuazione
OTDR
