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光时域反射计在FTTH中的应用
2006年7月12日 10:49  来源:中国安防网  作者:闫继送

    从网络技术和应用趋势来看,光纤通信线路已由核心骨干网络往短距离通信的光纤城域网、局域网发展,尤其近年来,基于FTTx(FTTH、FTTB、FTTC等)的宽带网络能够借助高速、稳定、近似无限的带宽提供语音、数据及影像服务,这就是所谓的三网合一(triple play),它的建设与使用不仅是各电信运营商争相努力的目标,更是各国家综合竞争力评比与发展科技优势的重要指标。

    日本在FTTH方面的发展和运营比较早,由于政府的大力支持,日本的FTTH市场在近几年得到了飞速发展。目前已有诸如NTT东日本、NTT西日本、东京电力、中部电力等多家公司提供FTTH业务。据不完全统计,日本的FTTH市场普及率已经接近10%。

    美国虽然在1995年就开始推动FTTH业务,但快速的发展却是起始于2004年,伴随着宽带服务和节目源的成长,FTTH的业务量显著增加。

    除此之外,欧洲FTTH的市场也于2005年陆续推出,韩国亦于今年1月份在光州市正式提供WDM-PON的示范服务,我国的台湾省也将于今年进行小规模的FTTx建设,我国大陆各省份虽然在宽带通信建设上落后于美日欧韩等国家,但对FTTH的推动与相干技术的发展却相当积极与迅速,2001年3月通过的《十五计划纲要》中明确提出我国要大力发展高速宽带信息网,重点建设宽带接入网,目前宽带接入网建设高潮已经在全国兴起。中国电信、联通、网通、铁通、长城宽带、广电系统、宽带运营服务商、系统集成商、大学、网络公司、房地产开发商等纷纷投巨资把用户宽带接入网的建设作为发展重点,使宽带网的建设与业务开通取得了实质性的进展。自2002年起陆续推出PON网络的试用后,于2004年首先在武汉进行了WDM-PON网络的试运转。一些经济较发达的城市提出要把宽带接入网的建设作为城市发展的一项重点工作,提出利用光纤到户“拉动本地产业,促进信息消费”,并计划用3~5年的时间建设适合全业务需求、宽带化的城市信息接入网,实现光纤到小区、光纤到大楼。智能小区实现千兆进小区、百兆到楼、十兆入户;智能大厦实现千兆到大楼、百兆到楼层、十兆到桌面。由此可见,中国光纤到户的市场非常巨大,充满着无限商机。

    2 OTDR在FTTH线路施工、维护中的作用

    通信大发展,测试需先行。前面提到,基于FTTH的宽带网络能够为用户提供语音、数据及影像的服务,它的前提是要进行FTTH的线路及设备建设,同时,还要保证线路及设备的正常运营。在FTTH的线路施工、维护测试及抢修过程中,作为光纤线路测试的专用仪器——光时域反射计(OTDR)是必不可少的测试仪器,它是采用时域测量的方法,发射具有一定宽度的光脉冲并注入被测光纤,然后通过检测光纤中返回的瑞利散射(Rayleigh scattering)及菲涅尔反射(Fresnel reflection)光信号功率沿时间轴的分布曲线,即可探知被测光纤的长度及损耗等物理特性,同时,利用其强大的数据分析功能,可对光纤链路中的事件点及故障点精确定位,其最重要的特点是:单端无损测试,测试速度快,故障定位准确。目前,光时域反射计可使用850nm、1300nm(适用于多模光纤)、1310nm、1380nm、1480nm、1550nm及1625nm(适用于单模光纤)等波长进行光纤线路的测量,测量的重点在于验证局端至分支器、分支器至各用户端光纤的熔接、接头与线路的损耗等,依次验证各光纤距离与施工时相比是否正确,同时,也可形成数据库以供日后运营商在线监控测试、维修中便于对光纤线路的品质确任及故障查找等。

    2.1 OTDR在FTTH线路施工、维护中的测试

    众所周知,光纤由于重量轻、耐腐蚀、不受电磁干扰的影像,在环境适应性方面要比电缆强许多,那么光纤线路质量的好坏就取决于光缆质量及施工过程了。根据光缆的结构,只要在光缆施工的过程中,严格按照规范施工,则光缆受伤害的几率很小。一旦光缆施工后,就必须借助OTDR才能了解光纤线路的状况,通过人的眼睛是无法得知的,所以,在光缆线路的维护运营中,用OTDR测试光纤链路是非常重要和必需的。

    OTDR在光纤施工过程中一般要进行四次测试:来料测试、熔接前测试、熔接后测试及施工后的验收测试。

    (1)光缆在布放前,对光缆中的每一根光纤都要先作测试,因为光缆从出厂运输到买方单位再转运到工地,中间经过了多次的上下装货、卸货,难保光缆不受损伤。所以,布放前测试光缆的作用是为了划清责任界限,即保证光缆在施工前是好的。从维护运营的角度看,测试有两个目的:一是确保光缆没有因施工而受损,二是确定光缆线长,以免长度不够。

    (2)光缆布放后接续前也必须进行再测试,这是由于随着科技的进步,光纤熔接机的熔接质量已大幅度提高,使得熔接点的损耗不再是光纤线路损耗的主要因素。由于熔接损耗小,光信号通过该点后,光功率的变化不明显,用OTDR测试时,不容易判断出来,而在光纤链路的测试曲线中也不易查找到熔接点,这就会在日后运营维护上产生诸多不便:一是进行线路维修时,因为不知到该段光缆到底有多长从而造成领料困难;二是线路改接不易,改接点一般都应选在接头的位置,因曲线中熔接点不明显,可能因找不到熔接点而无法进行改接。所以,接续前再次测试可防止这类问题的发生,同时,也能验证光缆在布防时没有对光缆造成损伤。接续前测试与一般OTDR的测试方式相同,只是在光缆还没有接续前,先将测试的光缆长度及损耗数据储存起来,建立线路段长度及损耗的数据库,以作为将来线路维护的重要参考。

    (3)在光缆熔接后还需要再次用OTDR进行测试,此次测试有两个作用:一是测试熔接点的熔接损耗有没有超出规定的要求,一旦发现超标点,可及时再次重新熔接,二是借助测试并对照光缆的芯线,因为熔接数百芯的光纤难保不会接错。

    光缆链路中有许多熔接点,对链路中个别超标的熔接点,一般来讲,有两个原因:一是光纤的原因,即接续点两端的光纤数值孔径差别过大,可能是因不同厂家造成的,不过,随着光纤制造技术的进步,这方面的差别已越来越小;另一个是熔接的原因,由于人为疏忽或熔接机故障造成的。

    在用OTDR确定光纤链路中不合格熔接点时,一定要认真测试,仔细判定,对不合格点要认真对待,否则的话,这个点可能是造成整个光纤链路劣化特别快最直接的原因。

    (4)在光缆工程完工后,还要进行线路的最后测试,施工方测试主要是对光缆链路进行自测、自查 、自检,测试数据可作为随后验收时的参考,验收方测试主要是依据标准要求,对光缆链路的长度、链路损耗及接头损耗等进行验收测试,对测试数据建立数据库,作为日后运营维护的重要参考。

    最终测试也可借助光源、光功率计及OTDR三种仪器共同进行,前两者是用来测试光信号在实际链路内传输时的损耗情况,而用OTDR是找出链路中不好的熔接点及地理位置。

    测量光纤链路损耗由光源和光功率计组成,测量时,发送端和接收端各需一人,测试前,双方可先约定测试光缆中光纤的顺序(可按光纤涂覆材料的颜色),这样做还有一个好处就是能及时发现错接的光纤。 

    2.2 FTTH对OTDR的性能及指标要求

    鉴于FTTH的光纤线路距离都不长,所以对OTDR的指标要求也不同于用于长距离测试的OTDR,所以笔者认为:基于FTTx测试的OTDR,应该是其体积小、重量轻、事件盲区小,测距分辨率高,电池供电时间长并便于携带等,具体指标要求可参考如下:

    动态范围:20/24dB(850nm/1300nm,多模光纤);

    32/30/30dB(1310nm/1550nm/1625nm,单模光纤);

    事件盲区:≤2m;

    测距分辨率:≤0.1m;

    外部接口:USB、RS232C

    动态范围是OTDR最重要的指标之一,反映了其探测长距离光纤线路的能力,同等条件下,动态范围越大,则可探测的光纤距离越长,动态范围的大小既与OTDR的工作波长有关,也与其可发射的光脉冲宽度有关,一般讲OTDR的动态范围有多大,都是指在最大光脉冲宽度的条件下。OTDR应用于FTTH线路测试,不需要很大的动态范围,一般讲,对多模光纤的测试,20/24dB(850nm/1300nm)就够了;而对单模光纤的测试,则32dB(1310/1550nm/1625nm)就已满足实际使用。

    事件盲区也是OTDR的一个重要指标,反映了OTDR对短距离光纤的探测能力。测试盲区越小、测距分辨率越高,则光纤线路中事件点和故障点的定位精度越高。同动态范围一样,OTDR事件盲区的大小也与光脉冲宽度有直接的关系,脉冲宽度越窄,则可能的事件盲区越小。一般来说,OTDR的事件盲区指标都是在特定的测试条件下实现的,如最小测试脉宽,端面反射≤40dB等。对FTTH光纤链路的测试,要求OTDR的事件盲区要小于2m。

    对OTDR来讲,USB接口是非常必要的,目前,市场上有许多品牌的OTDR,有的配置有软驱,可通过软磁盘存储;还有的配置了PCM卡,但这都很不方便,道理很简单:软磁盘的耐用性较差,用不了几次就报废了,且能正常工作的温度范围也只有5℃~35℃,另外存储容量也不够大,只有1.44Mbytes,存不了几幅波形;PCM卡虽然容量稍大,但使用不方便,需要购买相应的读卡器,这可需要用户掏自己的腰包。相比之下,OTDR配有USB接口就非常方便了,即插即用,可靠性自不用说,那是软磁盘无法相比的,存储容量也非常大,即便按目前市场上流行的128M最小容量,存储几千幅波形是绝对没问题的。

    电池供电也是不可忽略的一个方面,考虑到对FTTH光纤线路的测试,都是外出作业,要求电池的供电时间越长越好,目前,市场上各家OTDR都说自己的电池供电时间长,工作条件各不相同:有的是待机时间,有的是连续测试时间,还有的是每5分钟测试1分钟的时间,更有甚者是指两个电池包的工作时间。所以,在选购OTDR时,不能只看电池供电时间,还要了解是在什么工作条件下才不至于被误导。

    由中国电子科技集团个公司第41研究所最新研制并推出的AV6413型高性能微型OTDR,采用一体化模具设计,体积小、重量轻(约2.5kg)、外观新颖;环保材料加工,强度高;内带Li离子电池供电,电池工作时间长达8小时(连续测试时间不小于6小时),特别适合于长时间外出作业;机内存储容量大(可存储不小于900幅波形),通过USB盘可快速进行测试波形的转存,利用附送的分析软件可方便的在计算机上浏览测试波形并进行测试报表的制作。更重要的是,针对不同的应用领域,AV6413可提供850nm、1300nm、1310nm、1550nm及1625nm等不同测试波长、不同动态范围(从20/24dB、32/30dB、36/36dB、40/38dB、42/40dB等)等多种配置,用户可根据实际需要,选择所需的测试模块。

    2.3 OTDR的使用及注意事项

    使用OTDR测试光纤链路,目的是得到光纤的长度、链路损耗、熔接损耗、熔接点和故障点位置等信息。对于一般的测试,用OTDR的自动测试功能即可满足要求,但也不能过分依赖于自动测试,在有些情况下,自动测试未必能给出满意的结果,比如短距离(几十米之内)和超长距离的测试中,对事件点的判定和定位就未必准确,本来没有事件点的地方可能误判有事件点,而应该有的事件点也可能漏判,有时候,同样一根光纤,先后多次测试的结果可能不一致,在这种情况下,最好采用手动测试模式。

    手动测试模式要求操作者根据被测光纤的距离选择合适的测试参数,如测试量程、脉宽、衰减及平均次数等,采用适当的测试参数会测试出最好的测试结果。

    选择测试量程时,必须注意所选测试量程要大于被测光纤的长度,最好大于被测光纤长度的两倍,这是为防止光纤末端二次反射的影响(当测试量程小于被测光纤长度的两倍时,光纤末端二次反射峰可能会落在平坦的测试曲线上,出现通常所说的“鬼影”,造成光纤链路有故障点的假象)。但这并不是说,测试量程小于被测光纤长度的两倍就不能测试,首先是“鬼影”的出现取决于光纤末端的反射强弱,若反射很弱,则出现“鬼影”的几率非常小;其次是一旦有“鬼影”出现,应如何判断及避免,有经验的操作者会将测试量程放大后再测试,或者将光纤末端弯曲一下,若曲线上的反射峰消失了,说明前面产生的反射峰是“鬼影”。

    测试脉宽的选择同样取决于被测光纤的长度,当需要测试长距离的光纤时,尽量选用较大脉宽,而若要测试短距离光纤(如距离小于1km),则最好选择最小脉宽,由于脉宽的大小决定了空间分辨率,所以测试时,在曲线信噪比许可的情况下,尽量选择小脉宽会得到事件点更准确的结果。

    在OTDR的测试参数中,还有平均次数的设置,有的OTDR为平均时间设置,两者意思相同,都是通过平均处理以尽量抑制曲线中的噪声,使测试曲线更平滑。平均次数(或平均时间)的设置应视具体情况灵活掌握,一般来讲,平均处理一定次数(如300次或3分钟)后,效果不再明显。

    在OTDR使用过程中,要注意保养和维护,做到以下几点:

    (1) 要保持OTDR光输出头的清洁;每次测试前,要清洁被测光纤的端面。

    (2) OTDR的光输出头一般为FC/PC型或FC/APC型,要注意被测光纤的接头类型应与OTDR的光输出头匹配。

    (3) 尽量不要在OTDR的实时测试状态下接入被测光纤,如因实际需要,可先接入一段引导光纤(长度大于500m)后进行。

    (4) 为延长机内电池的使用寿命,仪器入库存放前最好将电池充满电。长期不用时,一般3个月左右至少进行一次充放电。

    3 结论

    随着科学技术的进步,基于FTTH的宽带网络必将成为光纤通信发展的又一热点。而光时域反射计在FTTH的工程施工、维护测试中占据着非常重要的位置,是光纤网络正常运营的重要保障。

 
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