Optische Messtechnik im LAN 1

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1 Optische Messtechnik im LAN 1 Handbuch zu normkonformen Messungen von Lichtwellenleiterstrecken Ausgabe Februar 2008, Rev. 03 Thorsten Punke Dipl.-Ing. Frans van Geijn Mario Schleider Dipl.-Ing. (FH) Program Manager EMEA Product Manager System Application Manager NETCONNECT Solutions Division NETCONNECT Solutions Division NETCONNECT Solutions Division 1 LAN: Lokal Area Network A publication of Tyco Electronics

2 Inhaltsverzeichnis 1. MESSUNGEN VON LICHTWELLENLEITERSTRECKEN DIE NORMATIVE SITUATION ALLGEMEINES LSPM MESSUNG VORBEREITUNG (MM MESSUNGEN) MPD CPR LSPM MESSUNG jumper Methode jumper Methode DIE OTDR MESSUNG PRINZIPIELLE FUNKTIONSWEISE VORBEREITUNG VOR- UND NACHLAUFFASER MESSUNG AUSWERTUNG Allgemein Gainer Geister (Ghosting) ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK ERGÄNZENDE INFORMATIONEN LWL ÜBERTRAGUNGSKANLKLASSEN LWL FASERKLASSEN POLARITÄT IN LWL-NETZEN STECKVERBINDERENDFLÄCHE APPLIKATIONSSPEZIFISCHE DÄMPFUNGSBUDGETS VERIFIKATION DER GÜTE DER PRÜF- UND MESSKABEL REINIGUNG CHECKLISTE LSPM MESSUNG (DÄMPFUNGSMESSUNG) OTDR MESSUNG REFERENZEN ABBILDUNGSVERZEICHNIS TABELLENVERZEICHNIS

3 1. Messungen von Lichtwellenleiterstrecken LWL 2 -Strecken sind aus strukturierten Telekommunikationsverkabelungssystemen nicht mehr wegzudenken. Sowohl in der Backbone-Verkabelung als auch in der Arbeitsplatzverkabelung stellen sie das leistungsfähigste und zukunftssicherste Übertragungsmedium dar. Dieses Dokument beschäftigt sich in erster Linie mit den definierten Meßmethoden zur Ermittlung der in dem weltweit gültigen Standard ISO/IEC [1] definierten Dämpfungsbudgets von Lichtwellenleiterstrecken (Linkdämpfung). Ziel: Dieses Dokument beschreibt standardisierte Testmethoden zur Überprüfung der Übertragungseigenschaften von LWL-Strecken, die gemäß ISO/IEC spezifiziert und gemäß ISO/IEC TR [2] installiert wurden. Bedingt durch die Protokolle Gigabit und 10 Gigabit Ethernet werden auch im LAN genaue, präzise und einheitliche Messmethoden gefordert sowie notwendig, um die Übertragungsstrecke beurteilen zu können als auch die Betriebssicherheit gewährleisten zu können. Der Trend zu immer höheren Datenraten geht einher mit stetig sinkenden Dämpfungsbudgets. Dämpfungsbudget vs. Datenrate Dämpfungsbudget [db] Token Ring 4 Mbit 1986 Abbildung 1: 10BASE-FOIL 1987 Token Ring 16 Mbit 1989 FDDI/TP PMD BASE-FL 1993 Dämpfungsbudget vs. Datenrate ATM 1993 Fibre Channel BASE-FX BASE-SX BASE-SR 2002 Seit längerer Zeit hat es auch bei den Sendeelementen eine Veränderung gegeben. Anstelle von LED 3 kommen i. a. R. nur noch VCSEL 4 für Wellenlängen (λ) von 850 nm bzw nm oder ab einer Wellenlänge von 1310 nm auch klassische LASER 5 zum Einsatz. Diese Entwicklung hat auch auf die Messtechnik Auswirkungen, respektive auf die Abnahme der optischen Übertragungsstrecke. Um eine korrekte Messung durchzuführen, gibt es vieles zu beachten und erfordert auch ein gewisses Know-how. Weiterhin gilt es die Messmittel zu qualifizieren, als auch geeignete Messkomponenten (Rangier-, Anschluss- und Verbindungskabel, Kupplung) einzusetzen LWL: LED: VCSEL: LASER: Lichtwellenleiter Light Emitting Diode Vertical Cavity Surface-Emitting LASER Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 3

4 2. Die normative Situation In dem Verkabelungsstandard ISO/IEC wird auch auf weitere Standards verwiesen. Für den Bereich der Abnahmemessung von installierten optischen Übertragungsstrecken ist das die: ISO/IEC [3] Information technology Implementation and operation of customer premises cablino Part 3: Testing of optical fibre cabling Für die Abnahmemessung von installierten elektrischen Übertragungsstrecken ist das equivalente Dokument die: IEC [4] Testing of balanced communication cabling in accordance with ISO/IEC Part 1: Installed cabling Derzeit sind in der ISO/IEC nachfolgend genannte optische Übertragungskanäle definiert, deren Grenzwertanforderungen messtechnisch nachzuweisen sind: Maximale Kanaldämpfung (db) Kategorie Multimode Singlemode 850 nm 1300 nm 1310 nm 1550 nm OF-300 2,55 1,95 1,80 1,80 OF-500 3,25 2,25 2,00 2,00 OF ,50 4,50 3,50 3,50 Tabelle 1: Maximale Dämpfung des optischen Übertragungskanals (Channel) Beachte: Channel bedeutet, das es sich hierbei um den komplett installierten Übertragungskanal, inkl. aller Steckverbindungen, Spleisse, Faserdämpfung etc., handelt (Permanant Link) zuzügl. der Rangier-, Anschluss- und Verbindungskabel. Neben der maximalen Kanaldämpfung (Channel), werden u. a. die Steckverbinder spezifiziert, mit nachfolgend genannten Parametern: Anforderung 6 Wert MM Maximale Einfügedämpfung (IL) 7 0,75 db MM Minimale Rückflussdämpfung (RL) 20 db SM Maximale Einfügedämpfung (IL) 8 0,75 db SM Minimale Rückflussdämpfung (RL) 35 db Minimale Steckzyklen Tabelle 2: Normative Komponentenanforderung an optische Steckverbinder Für eine Spleißverbindung ist eine maximale Einfügedämpfung von 0,30 db festgelegt. Die Betriebssicherheit ist auf jeden Fall gegeben, wenn die maximale Kanaldämpfung in einer Chanelkonfiguration nicht über der der maximal zulässigen Dämpfung von der Applikation (Protokoll) liegt. Details hierzu siehe Anhang, Kapitel Anforderungen nach ISO/IEC IL 0,50 db bei 95% der Steckverbindungen IL 0,35 db (50%) IL 0,50 db bei 97% der Steckverbindungen IL 0,25 db (50%) Maximale Dämpfungsänderung von 0,20 db

5 In der ISO/IEC werden u. a. nachfolgend genannte Aussagen getroffen: Als zwingend durchzuführende Messung ist die Pegeldämpfungsmessung (Dämpfungsmessung) definiert. Eine Messung mit einem OTDR 10 kann ebenfalls durchgeführt werden. Wichtig an der Stelle ist zu wissen, dass die OTDR Messung seitens diesem Standard nicht vorgeschrieben ist! Sie kann und darf aber optional angewendet werden (Bemerkung: Um eine normenkonforme Messung für alle Parameter, welche in der ISO/IEC gefordert werden, vorzunehmen, ist auch die OTDR Messung notwendig.). Sofern sich mehr als eine Komponente (Bemerkung: Ein Spleiss zählt auch als Komponente) am Anfang und Ende des Übertragungskanales befindet, ist eine bi-direktionale Messung bei OTDR Messungen notwendig. Es kann sowohl ein Übertragungskanal in einer Permanent als auch Channel Link konfiguration gemessen werden (Bemerkung: In einer Permanent Link Konfiguration reduzierten sich die maximal zulässige Dämpfung des Übertragungskanales gem ISO/IEC ). Desweiteren werden hier auch normativ (Anhang B) die Anforderungen an die Endfläche, insbesondere hinsichtlich: Sauberkeit Beschädigungen in Abhängigkeit des Fasertyps definiert. Die Einhaltung dieser ist eine Vorraussetzung, damit eine Messung, unhabhängig von der Messmethode, überhaupt stattfinden kann. I. a. R. gibt es für die hier referenzierten internationalen Standards auch andere regionale Standards (z. B. CENELEC), welche inhaltlich vergleichbar sind. 3. Allgemeines Die Anforderungen an die installierte optische Übertragungsstrecke steigen kontinuierlich. Um diesen gestiegenen Anforderungen Rechnung zu tragen steigen u. a. auch die Anforderungen an die Messtechnik sowie an den Personenkreis der diese Messungen durchführt. Nur mit Messmitteln neuester Generation und mit entsprechend geschultem Personal kann eine korrekte sowie standardkonforme Messung durchgeführt werden. Neben einem guten Fachwissen ist die Qualität des verwendendeten Messequipment entscheidend, insbesondere die Güte der zum Einsatz gekommenen Messleitung. Beachten muss man hierbei, dass die Messleitung: die geforderte optische Performance aufweist (Referenzqualität) die geforderte geometrische Performance aufweist die Nutzungsdauer begrenzt ist, limitiert durch: o Maximale Anzahl der Steckzyklen o Handhabung 10 OTDR: Optical time domain reflectometer 5

6 Generell sollte das zum Einsatz kommende Messequipment dafür geeignet sein, eine standardkonforme Messung durchführen zu können, der Nachweis muss durch entsprechende Zertifikate erbracht sein, wie z. B. bei den Messleitungs-Kits von der Tyco Electronics. Messleitungs-Kit für Dämpfungsmessung Messleitungs-Kit für OTDR - Messung Abbildung 2: Messleitungs-Kits von Tyco Electronics Bevor überhaupt eine Messung an der installierten optischen Übertragungsstrecke vorgenommen werden kann, ist eine visuelle Kontrolle der Verbindungstechnik (an beiden Seiten der Übertragungsstrecke) vorzunehmen. Für die visuelle Kontrolle sind nachfolgend genannte Standards einzuhalten: ISO/IEC IEC [5] Geeignete Messmittel sind entsprechend auszuwählen, unter Berücksichtigung ob eine Dokumentation erfolgen muss. Weiterhin ist sicherzustellen, dass keine Aktivkomponenten auf der zu messenden Übertragungsstrecke betrieben werden (u. a. Schutz vor bleibenden Verletzungen, vergl. hierzu IEC x [6] ). Nicht unerwähnt bleiben sollte, dass man mit Messequipment generell und mit dem optischen im besonderen, sorgfältig umgehen sollte, denn dadurch: verlängert sich die Nutzungsdauer erhöht sich die Messgenauigkeit respektive Reproduzierbarkeit der Messung 6

7 4. LSPM 11 Messung Eine LSPM Messung (Dämpfungsmessung) ist im LAN zwingend durchzuführen, unabhängig davon, ob es sich hierbei um Multimode- oder Singlemode Übertragungsstrecken handelt. Die LSPM Messung ist Bestandteil des sogenannten Basis Tests, gem. ISO/IEC , Anhang F. Die Grenzwerte (Akzeptanzkriterium) sind in der ISO/IEC angegeben und sind abhängig von der entsprechenden Applikation respektive der gewählten Übertragungsklasse. Der maximale Dämpfungswert der Übertragungsstrecke, bei einer Messung gem. ISO/IEC , ist längenabhängig und berechnet sich wie folgt: α = α λ l + 2 * α + α n + α Ges EffektiveLinklänge Referenzsteckverbindung Steckverbindung Steckverbindung Sollte der optische Permanent Link gemessen werden, was nach der ISO/IEC generell möglich ist, so sind die Grenzwerte aus der ISO/IEC entsprechend zu modifizieren. α = α *( α ) λ 2 Korrekturwert für den Fasertyp@ λ Konkret heisst das, dass sich die Testlimits, welche in der ISO/IEC bei der entsprechenden Wellenlänge sowie Fasertyp angegeben sind, wie folgt, verändern, exemplarisch für die in Kaptiel beschriebene 3-jumper Methode: α α α α Linkgämpfung gem λ λ λ λ λ = 2* = 2* = 2* = 2* ( α α ) Steckvebindung λ ( 0,30 0,10) = 0,40dB λ ( α α ) Steckvebindung λ ( 0,50 0,20) = 0,60dB λ Spleiss n Spleiss Optional mandrel Optional mandrel LS/P T R Reference Coupler Reference Coupler Launch cord Reference cord Tail cord Max 0.1 db MM Max 0.2 db SM Reference cord Abbildung 3: Visualisierung der Berechnung des Korrekturfaktors Max 0.1 db MM Max 0.2 db SM Tail cord Launch cord R T LS/P Für den Kanal: o IL Testlimit gem. ISO/IEC MM = IL gem. ISO/IEC MM 1,10 db o IL Testlimit gem. ISO/IEC SM = IL gem. ISO/IEC SM 0,90 db LS/P T R Optional mandrel Panel 1 Launch cord Tail cord Link under test Optional mandrel Panel 2 Tail cord Launch cord R T LS/P Link Loss 11 LSPM: Light source and power meter 7

8 Abbildung 4: Visualisierung der Berechnung von den Kanaldämpfungsgrenzwerten Für den Channel: o IL Testlimit gem. ISO/IEC MM = IL gem. ISO/IEC MM + 0,40 db o IL Testlimit gem. ISO/IEC SM = IL gem. ISO/IEC SM + 0,60 db LS/P Optional T R Launch cord Tail cord Reference Connector Panel 1 Channel under test Link Loss Panel 2 Standard connector Optional Tail cord Launch cord Abbildung 5: Visualisierung der Berechnung von den Channeldämpfungsgrenzwerten R T LS/P Hintergrund hierfür ist, dass sich der maximal zulässige IL Wert für eine Steckverbindung, in der sich ein Referenzsteckverbinder befindet, sich von 0,75 db pro Steckverbindung auf die in Tabelle 3 angegebenen Werte reduziert. Anforderung MM Maximale Einfügedämpfung (IL) Refenz gegen Referenz SM Maximale Einfügedämpfung (IL) Refenz gegen Referenz MM Maximale Einfügedämpfung (IL) Refenz gegen Random (Installierter Steckverbinder) SM Maximale Einfügedämpfung (IL) Refenz gegen Random (Installierter Steckverbinder) Tabelle 3: Grenzwerte für eine Steckverbindung, gemessen gegen Referenz 4.1. Vorbereitung (MM Messungen) Wert 0,10 db 0,20 db 0,30 db 0,50 db Bei dem einzusetzenden optischen Sender handelt es sich, sofern nichts anderes angegeben ist, um eine sogenannte Kategorie 1 Quelle, d. h. eine Vollanregungsbedingung, innerhalb der Multimodefaser, liegt vor. Nachfolgend die Klassifikation der Quellen in Abhängigkeit des Fasertypes und der Messwellenlänge. Fasertyp Kategorie 1 Kategorie 2 Kategorie 3 Kategorie 4 Kategorie 5 µm Overfilled Very underfilled CPR CPR CPR CPR CPR db db db db db 50/125 20,0 24,0 16,0 19,9 11,0 15,9 6,0 10,9 0 5,9 62,5/125 25,0 29,0 21,0 24,9 14,0 20,9 7,0 13,9 0 6,9 Tabelle 4: CPR Klassifikation von optischen Quellen bei 850 nm 8

9 Fasertyp Kategorie 1 Kategorie 2 Kategorie 3 Kategorie 4 Kategorie 5 µm Overfilled Very underfilled CPR CPR CPR CPR CPR db db db db db 50/125 16,0 ± 0,5 12,0 15,9 8,0 11,9 4,0 7,9 0 3,9 62,5/125 21,0 25,0 17,0 20,9 12,0 16,9 7,0 11,9 0 6,9 Tabelle 5: CPR Klassifikation von optischen Quellen bei 1300 nm Die Verifikation des CPR 12 Wertes als auch dessen Bedeutung ist in Kapitel nachzulesen. Generell gilt es vor jeder Messung die Qualität der verwendeten Prüfkabel zu verifizieren, als auch die Anforderungen an die Messgeräte selbst. Diese Arbeiten sind immer durchzuführen, wenn: neue Prüfkabel eingesetzt werden, respektive die Güte gem. der standardisierten Messprozedur (Anlage) verifizieren. das Messgerät abgeschaltet wurde. erneute Steckung der Prüfkabel in das Messgerät erfolgte. Adapter im Messgerät gewechselt wurde. Messwellenlänge geändert wurde. Die Prüfkabel sollten darüber hinaus von der gleichen Art (Fasertyp) sein wie die zu messende Installationsstrecke. Nur wenn die nachfolgend genannten Bedingungen erfüllt sind, kann man davon ausgehen, dass die Anregungsbedingungen für die in der ISO/IEC angegebenen Messverfahren mit der notwendigen Genauigkeit erfüllt sind, weiterhin ist eine Vergleichbarkeit der Messergebnisse gegeben. 12 CPR Coupled power ratio 9

10 MPD 13 Die modale Leistungsverteilung (MPD) liegt einer MTF 14 Messung zugrunde. Diese Anforderungen sind von dem Sendelement selbst zu erfüllen. Die MPD Spezifikation ist nachfolgend dargestellt und stellt ein ausgewogenes Verhältnis von Moden höherer (LED) und niedriger (VCSEL) Ordnung dar. Abbildung 6: MPD Spezifikation (Quelle: ISO/IEC ) Im Falle, dass das Sendeelement (MM Quelle) diesen Anforderungen nicht genügt, so kann man einen sogenannten Mode Controler einsetzen. Diese sind kommerziell erhältlich MPD: MTF: Modal power distribution Mode transfer function

11 CPR 15 Die Messung der eingekoppelten Leistung ist eine einfache und schnelle feldtaugliche Methode um die Anregungsbedingungen für MM 16 zu überprüfen. Der CPR Wert ist abhängig von: dem Fasertyp der Messwellenlänge Die nachfolgende Tabelle weist den CPR Wert, gemäss ISO/IEC , aus, für eine optische Quelle der Kategorie 1 bei der entsprechenden Messwellenlänge. Wellenlänge 50/125 μm 62,5/125 μm 850 nm 20,5 db ± 0,5 db 25,5 db ± 0,5 db 1300 nm 16,5 db ± 0,5 db 21,5 db ± 0,5 db Tabelle 6: CPR Werte vs. Fasertyp vs. Messwellenlänge Um einen korrekten CPR Wert zu erhalten, kann optional auch eine sog. Messspindel (Wickeldorn, Mandrel) eingesetzt werden. Die Messspindel soll den Anforderungen, abgeleitet aus der IEC [7], genügen. Abbildung 7: Schematischer Ablauf der CPR Messung (Quelle: ISO/IEC ) An die CPR cords werden spezifische Anforderungen gestellt, sodass es sinnvoll, respektive empfehlenswert ist, diese von einem Spezialisten zu beziehen (diese sind u. a. Bestandteil in dem Messleitungskit für optische Dämpfungsmessungen von Tyco Electronics). Die typische Länge der CPR cords beträgt 2 m. Im Falle, dass es mit einwandfreien Messmitteln nicht möglich ist, den korrekten CPR Wert einstellen zu können, so kann keine Messung stattfinden und das Messequipment ist zurückzuweisen CPR: MM: Coupled power ratio Multimode 11

12 4.2. LSPM Messung Nachfolgend werden die verschiedenen Messmethoden beschrieben jumper Methode Diese Messmethode kann in jeder Installationsumgebung (Link und Channel) und unabhängig von den eingesetzten Steckverbindertypen am Messequipment als auch innerhalb der Übertragungsstrecke zum Einsatz kommen. Abbildung 8: Schematischer Ablauf der LSPM Messung gem. 3-jumper Methode (Quelle: ISO/IEC ) 12

13 jumper Methode Hierbei handelt es sich zwar um eine standardisierte Messmethode, die aber nur unter bestimmten Randbedingungen eingesetzt werden darf, diese sind: Simplex-Verbindungstechnik 17 Verbindungstechnik vom Messequipment und innerhalb der kompletten Übertragungsstrecke müssen von der gleichen Art sein Ausschliesslich für Link- und nicht für Channelmessungen Abbildung 9: Schematischer Ablauf der LSPM Messung gem. 1-jumper Methode (Quelle: ISO/IEC ) 5. Die OTDR Messung Die OTDR Messung kann ergänzend zu der LSPM Messung durchgeführt werden. Eine OTDR Messung sollte dann vorgenommen werden, wenn der Messwert von der LSPM Messung den theoretisch erwarteten Wert übersteigt. Die OTDR Messung bietet darüber hinaus die nachfolgend genannten Vorteile: Graphische Darstellung des Übertragungskanals inkl. deren (ungefähren) optischen Eigenschaften Messung der Rückflussdämpfung der Komponente Hilfreich und notwendig bei der Analyse des Übertragungskanals o Charakterisierung von Einzelereignissen (IL, RL) o Detektion sowie Lokation von Installationsfehlern o Detektion sowie Lokation von Unterbrechungen Bestimmung der Übertragungskanallänge 17 Darunter fallen alle Simplex Steckverbinder (z. B. DIN 47256, FC etc.) oder Mehrfachsteckverbinder welche wie Simplex Steckverbinder getestet werden können (z. B. Duplex-Steckverbinder die aus Simplex-Steckverbindern bestehen und via Clip zu einem Duplex-Steckverbinder mutieren). 13

14 5.1. Prinzipielle Funktionsweise Bei der optischen Zeitbereichsreflektometrie wird ein kurzer Laserimpuls der Dauer von 10 ns bis 10 µs in den Lichtwellenleiter eingekoppelt und das Rückstreulicht über der Zeit gemessen. Jede Unregelmässigkeit, Inhomogenität in einer Faser verursacht einen Störpunkt, der leicht erkannt werden kann, indem man die Grösse der reflektierten Energie (Backscatter) misst, die zum Ausgangspunkt des Signales zurückgesandt wird. Die Analyse dieses reflektierten Signals ermöglicht: die Klassierung des Störpunktes (Reflexion, Abschwächung) die Messung der Distanz zwischen Störpunkt und dem Sender Abbildung 10: Verhalten von Licht beim Auftreffen auf eine Inhomogenität (Schematische Darstellung) Der Lichtpuls breitet sich in der Faser aus OTDR Der Lichtpuls wird an einer Störstelle zum Teil reflektiert OTDR Der reflektierte Lichtpuls wird vom OTDR detektiert OTDR Abbildung 11: Prinzipielle Funktionsweise eines OTDR s 14

15 5.2. Vorbereitung Bei der Einstellung des OTDR sind folgende Einstellungen vorzunehmen, angepasst für den jeweiligen Anwendungsfall: Distanz Pulsbreite IOR 18 Mittelungen Des weiteren muss das OTDR stabile Anregungsbedingungen aufweisen. Falsche oder ungenaue Einstellungen können das Messergebnis verfälschen uns / oder dazu führen, dass nicht alle Ereignisse gesehen werden. Aus diesem Grund sollte die Pulsbreite so gering wie möglich sein, damit 2 eng beieinander liegende Ereignisse dargestellt (aufgelöst) werden können, dies geht jedoch zu Lasten der Distanz (Maximal zu messende Länge des Übertragungskanales). Pulsbreite Auflösung 100 ns 10 m 10 ns 1,0 m 5 ns 0,5 m 3 ns 0,3 m Tabelle 7: Pulsbreite vs. Auflösung Anhand des nachfolgenden Beispiels wird aufgezeigt, wie sich das OTDR Bild ein und derselben Übertragungskanales, verändert, wenn man nur die Pulsbreite (Hier von 3 auf 100 ns) variiert. Pulsbreite: 3 ns Pulsbreite: 100 ns Abbildung 12: OTDR Graph Ausschitt eines Übertragungskanals mit 2 Ereignissen, gemessen mit unterschiedlichen Pulsbreiten 18 IOR: Index of refraction (Brechzahl) 15

16 5.3. Vor- und Nachlauffaser Für eine normenkonforme OTDR Abnahmemessung in einem LAN muss immer mit einer Vor- und Nachlauffaser eingesetzt werden, unabhängig davon, ob es sich um einen Übertragungskanal mit Multimode- oder mit Singlemodefasern handelt. Die Anforderungen und Ausführung an die Vor- und Nachlauffasern sind ebenfalls in der ISO/IEC definiert. Vorlauffaserlänge Die Vorlauffaser muss länger sein als die Totzone des verwendeten OTDR s. Nachlauffaserlänge Die Nachlauflauffaser muss länger sein als die Totzone des verwendeten OTDR s und von der Länge der Vorlauffaser abweichend sein. Generell sind Spleisse innerhalb der Vor- und Nachlauffasern zu vermeiden. Ebenfalls sind die Empfehlungen der Messgerätehersteller, hinsichtlich der minimalen Länge der Vorlauffaser, zu berücksichtigen. Generell sollten die Fasereigenschaften von der Vor- und Nachlauffaser mit denen des Übertragungskanales übereinstimmen. Vor Messbeginn ist die Güte der verwendeten Vor- und Nachlauffaser verifiziert werden. Steckverbindung Tail cord Launch cord O T D R Standard Steckverbinder Referenz Steckverbinder Abbildung 13: Schematische Darstellung der Verifizierung der Güte von der Vor- und Nachlauffaser Die Grenzwerte für die in Abbildung 10 dargestellte Messung können der nachfolgenden Tabelle entnommen werden. Diese stellen den maximalen Einfügedämpfungswert, bei der entsprechenden Messwellenlänge, für die Steckverbindung dar, unter Berücksichtigung der Verwendung einer entsprechenden Referenzkupplung. Anforderung MM Maximale Einfügedämpfung (IL) SM Minimale Rückflussdämpfung (IL) Wert 0,10 db 0,20 db Tabelle 8: Grenzwert für die Verifizierung der Güte von der Vor- und Nachlauffaser 16

17 5.4. Messung Je nach Messparameter ist eine beidseitige Messung zwingend vorzunehmen (z. B. bei der Messung der Einfügedämpfung). Nachfolgend ist die schematische Messanordnung dargestellt für die Durchführung einer Permanent Link respektive Channel Messung. Abbildung 14: Schematische Darstellung der OTDR Messung Permanent Link (Quelle: ISO/IEC ) Abbildung 15: Schematische Darstellung der OTDR Messung Channel (Quelle: ISO/IEC ) 17

18 Test 1 O T D R Tail cord Link under test Launch cord Test 2 Tail cord Link under test O T D R Launch cord Standard Steckverbinder Referenz Steckverbinder Abbildung 16: Schematische Darstellung der OTDR Messung Anhand der Abbildung 12 kann man sehr gut erkennen, dass man bei einer beidseitig vorzunehmenden OTDR Messung nur das Messgerät hinsichtlich des Ortes verändert wird, nicht die dazugehörigen Vor- und Nachlauffasern, mit anderen Worten, die, bei einer Messung von A nach B als Vorlauffaser bezeichnete Faser wird bei einer Messung von B nach A zur Nachlauffaser, mit der Nachlauffaser verhält es sich ähnlich. Die Berechnung der Einfügedämpfung ergibt sich durch eine arithmetische Mittelung der beiden Werte gem nachfolgender Formel: αmessungvon λ + αmessungvonb nacha@ λ αges@ λ = 2 18

19 5.5. Auswertung Allgemein Die Auswertung von OTDR Messungen sollte nur durch entsprechend geschultes Fachpersonal erfolgen und der Übertragungskanal sollte genau bekannt sein, damit Fehlinterpretationen vermieden werden können. Generell kann man 3 Arten von Ereignissen detektieren, welchen bestimmten Komponenten zugeordnet werden können, je nach Güte der verwendeten Komponenten und Messequipments sowie der Messwellenlänge: Dämpfend o Faser o Steckverbinder APC 19 Politur o Gainer o Spleiss Fusion o Installationsfehler Biegung Dämpfend und Reflektierend o Steckverbinder Flat Politur PC 20 Politur o N. i. O. Spleiss Fusion Mechanisch Reflektierend o Geister Abbildung 17: Schematische Darstellung der Ereignisse APC: PC: Angled Physical Contact Physical Contact 19

20 Gainer Hierunter versteht man eine Verstärkung innerhalb des Übertragungskanales, die aber in einer rein passiven Verkabelungsinfrastruktur nicht möglich ist. Der Grund für das Auftreten dieses Effektes liegt darin begründet, dass Komponenten (i. a. R. Fasern) mit unterschiedlichen Rückstreukoeffizienten installiert wurden (z. B. dass man eine 50/125 µm Faser mit einer 62,5/125 µm Faser miteinander verbunden hat. Abbildung 18: Gainer Eine beidseitige Messung führt zur Vermeidung von diesem Effekt. Um den effektiven Dämpfungswert zu bestimmen, sind die Dämpfungswerte des Events, resultierend aus der beidseitigen Messung, arithmetisch zu mitteln. Besipiel: IL, Event 2, Messung von A nach B: - 0,30 db IL, Event 2, Messung von B nach A: + 0,10 db IL, Event 2 IL, Event 2 IL, Event 2 1 = 2 1 = 2 = 0,10 db ( IL Messwert von Messung A nach B - IL Messwert von Messung B nach A ) (- 0,30 db - 0,10 db ) 20

21 Geister (Ghosting) Dieser Effekt kann häufig in Multimode LAN Strecken beobachtet werden. Hierunter versteht man eine Mehrfachdarstellung einer Steckverbindung (welche im realen Übertragungskanal nicht vorhanden ist), bedingt durch wiederholte harmonische Reflektionen. Die Ursachen für diesen Effekt können sein: Steckverbinder mit geringer Rückflussdämpfung Verunreinigte Steckverbinder n. i. O.Steckverbinder Geister werden als verlustlose Ereignisse dargestellt, sodass sie in einfachen Übertragungskanälen einfach zu detektieren sind. Bei komplexen Übertragungskanälen kann dies auch für ausgewiesene Experten unmöglich sein. Je nach OTDR Typ werden Geister bereits vom OTDR selbst unterdrückt. Bei der Verwendung einer Vorlauffaser die Länger ist als der zu messende Permanent Link, werden die Geister in einen Bereich verschoben, der irrelevant ist (Nach dem physikalischen Ende der Übertragungsstrecke). Eine beidseitige Messung kann ebenfalls dazu führen, Geister zu erkennen. Abbildung 19: Ghost (Quelle: ISO/IEC ) Wie entsteht ein Geist? Die Ereignisse A und C in der Abbildung 19 sind korrekt dargestellt, das Ereignis B ist ein sogenannter Geist, desgleichen gilt für das Ereignis D. Die Erklärung für das Ereignis B ist die Mehrfachreflexion. Das am Ereignis A reflektierte Licht läuft zurück zu dem OTDR, dort als Ereignis A dargestellt. An der Steckverbindung des OTDR s wird ein gewisser Anteil reflektiert, welcher wieder über den Übertragungskanal läuft. Am Ereignis A wird wieder ein gewisser Teil dieses reflektierten Lichtes reflektiert und dieser Teil läuft ebenfalls zurück zum OTDR und wird dann als Ereignis B dargestellt. Dieser Vorgang kann sich mehrmals wiederholen. Die örtliche Positionierung von Geistern ist bestimmbar respektive vorhersagbar. Erwartet werden kann ein Geist an den Positionen wo ein 21

22 6. Zusammenfassung reales Event (Steckverbindung) auftritt zuzügl. der Distanz des ersten Events (Steckverbindung), für die in Abbildung 19 dargestellte Konfiguration heisst das für das örtliche Auftreten des Geistes als: Events B : 2* Distanz Event A Events D : Distanz Event C zuzügl. Distanz Event A Die Anforderungen an die installierte optische Übertragungsstrecke steigen kontinuierlich. Um diesen gestiegenen Anforderungen Rechnung zu tragen steigen u. a. auch die Anforderungen an die Messtechnik sowie an den Personenkreis der diese Messungen durchführt. Nur mit Messmitteln neuster Generation und mit entsprechend geschultem Personal kann eine korrekte, standardkonforme Messung durchgeführt werden. Zu einer standardkonformen Messung gehört immer eine LSPM Messung, mit einer vorgängigen Sichtkontrolle der Steckverbinderendflächen. Für eine korrekte und reproduzierbare Messung ist, neben der Sauberkeit der Steckverbinder, die Verwendung von einwandfreien Messmitteln unabdingbar, die auch alle aktuell gültigen normativen Forderungen genügen. Explizit seien hier die Messkabel, welche ebenfalls als Messmittel anzusehen sind aber auch nur eine begrenzte Nutzungsdauer aufweisen, diese ist Abhängig u. a. von: Behandlung des Messkabels Anzahl Steckzyklen Eine ergänzend vorgenommene OTDR Messung erlaubt die Beurteilung der einzelnen Komponenten innerhalb der Übertragungsstrecke oder ist im Falle eines Fehlers innerhalb der Übertragunsstrecke sowie bei einer nicht konformen LSPM Messung als Diagnosewerkzeug sehr hilfreich und nützlich. 7. Ausblick Die Anregungsbedingung für die MM Messungen werden sich voraussichtlich in 2008 / 2009 ändern. Erwartet wird, dass sich die vorgängig beschriebenen Anregungsbedingungen (MPD, CPR) durch die Encircled flux (EF) basierende Anregungsbedingung ersetzt werden. 22

23 8. Ergänzende Informationen 8.1. LWL Übertragungskanalklassen In Analogie zu den Übertragungskanalklassen aus der Kupfer-LAN-Verkabelung hat man in der ISO/IEC auch optische Übertragungskanalklassen (Channel) definiert, diese sagen etwas über die maximale Kanallänge aus: OF-300 besagt, dass die maximale Kanallänge 300 m beträgt. OF-500 besagt, dass die maximale Kanallänge 500 m beträgt. OF-2000 besagt, dass die maximale Kanallänge 2000 m beträgt, diese maximale Länge resultiert aus dem Geltungsbereich des Verkabelungsstandards. Unabhängig von der verwendeten Faser und Betriebswellenlänge. Der nachfolgenden Tabelle kann man die maximale Kanaldämpfung in Abhängigkeit von der verwendeten Faser und Betriebswellenlänge entnehmen, bei der entsprechenden Übertragungskanalklasse. Maximale Kanaldämpfung (db) Kategorie Multimode Singlemode 850 nm 1300 nm 1310 nm 1550 nm OF-300 2,55 1,95 1,80 1,80 OF-500 3,25 2,25 2,00 2,00 OF ,50 4,50 3,50 3,50 Tabelle 9: Optische Übertragungskanalklassen gem ISO/IEC Die Wahl der Übertragungskanalklasse ist abhängig von der Applikation selbst, des Fasertyps sowie der Qualität respektive Güte der eingesetzten Faser LWL Faserklassen Die Definition der LWL Faserklassen erfolgt heutzutage ausschliesslich nur noch über die Performance. Je nach Fasertyp stellt sich das wie fogt dar: Kategorie Maximale Dämpfung (db/km) Grenzwellenlänge 1300 nm 1550 nm OS1 1,0 1,0 < 1260 nm Tabelle 10: LWL Faserklassifikation SM Faser Kategorie Maximale (db/km) Dämpfung Minimale modale Bandbreite (MHz*km) Wirksame Vollanregung Laseranregung 850 nm 1300 nm 850 nm 1300 nm 850 nm OM1 3,5 1, N. A. OM2 3,5 1, N. A. OM3 3,5 1, Tabelle 11: LWL Faserklassifikation MM Faser Aus diesem Grund ist es unerlässlich, dass das man in der Dokumentation für MM Strecken nicht nur die Faserkategorie hinterlegt, sondern auch den Kerndurchmesser. 23

24 In der nachfolgenden Abbildung ist die Performanceerweiterung der einzelnen Faserkategorien aufgetragen, beginnend mit OM1. Abbildung 20: Datenrate vs. Übertragungskanallänge vs. Faserkategorie 8.3. Polarität in LWL-Netzen Bei der Installation von LWL-Strecken ist zwingend die Polarität zu beachten. Kanal A muss an Kanal B angeschlossen werden und umgekehrt. Dies gilt für alle LWL-Strecken! Die Patchkabel werden ebenso beschaltet, deshalb ist die Funktionalität des Netzes automatisch gewährleistet. NIC Rx B Patchkabel 1 Festverkabelung Patchkabel 2 A B Nr. 1 A B A HUB Tx Tx A B A Nr. 2 B A B Rx Abbildung 21: A: Sender B: Empfänger Polarität in LWL-Netzen Diese Art der Beschaltung gilt übrigens für alle LWL-Strecken und ist unabhängig vom eingesetzten Steckverbindertyp. Abbildung 22: Beschaltung der Patchkabel (Quelle: ISO/IEC 11801) Es ist gut zu erkennen, dass die Patchkabel, auf anhieb korrekt funktionieren und damit ist automatisch die Funktionsfähigkeit des Netzes garantiert. Somit ist ein umstecken etc. nicht mehr notwendig. 24

25 8.4. Steckverbinderendfläche Die Steckverbinderendfläche muss bestimmten, auch normativen, Anforderungen genügen, die als geometrische Performance bezeichnet werden kann. Hierunter fallen verschiedene Parameter, wie z. B.: Radius of curvature Protrusion / Undercut Dome offset Die geometrische Performance ist wichtig, denn nur dadurch kann ein physikalischer Kontakt der Endflächen sichergestellt werden, somit auch die Interoperabilität, und wird stillschweigend immer als gegeben vorausgesetzt. Die Messung respektive Überprüfung dieser erfolgt mit einem Interferrometer, idealerweise durch ein berührungsloses, denn nur diese gewährleistet die Unversehrtheit der Endfläche. Steckverbinder, welche neben der geforderten optischen Performance auch der geometrischen Performance genügen, sind eine Grundvoraussetzung: um einen störungsfreien Betrieb des Netzes zu garantieren. für die Durchführung, unabhängig von der Messmethode, einer korrekten sowie reproduzierbaren Messung. Abbildung 23: Steckverbinder mit einer i. O. geometrischen Performance 25

26 Abbildung 24: Steckverbinder mit einer n. i. O. geometrischen Performance Die geometrische Performance hat ebenfalls einen Einfluss auf die optische Performance und ist unter anderem abhängig vom verwendeten Polierprozess sowie dessen Kontrolle. Nur Konfektionäre mit entsprechendem Fachwissen sowie Qualitätsanspruch, wie z. B. Tyco Electronics, verfügen über einen streng kontrollierten Polierprozess und liefern ausschliesslich Steckverbinder, welche diesen Anforderungen genügen. Für feldkonfektionierbare Steckverbinder kennzeichnet Tyco Electronics dies auch mit dem OPC 21 Logo. Abbildung 25: OPC Logo OPC: Optimized Physical Contact

27 8.5. Applikationsspezifische Dämpfungsbudgets Die maximale Dämpfung eines Übertragungskanales ist abhängig von der Applikation. Je nach verwendetem Fasertyp und Faserkategorie kann sich dies auf die maximale Länge des Übertragungskanales (Channel) auswirken. Beachten muss man, insbesondere bei hochbitratigen dämpfungsbegrenzten Applikationen, auch die Anzahl der Steckverbindungen, sowie deren Güte. Tabelle 12: Anwendung vs. Kanaldämpfung vs. Übertragungskanalklasse vs. Fasertyp vs Faserqualität (Quelle: ISO/IEC 11801) 9. Verifikation der Güte der Prüf- und Messkabel Die Prüf- und Messkabel sind laufend zu verifizieren. Nur mit Prüf- und Messkabeln wird ein korrektes Messergebnis ausgewiesen. Nachfolgend ist der Prüfablauf, gem. der ISO/IEC dargestellt. Abbildung 26: Schematische Darstellung der Verifikation der Güte der Prüf- und Messkabel (Quelle: ISO/IEC ) 27

28 10. Reinigung Um die Übertragungseigenschaften der Verbindungstechnik über die Nutzungsdauer sicherzustellen ist die Reinigung der Verbindungstechnik, mit geeigneten Materialien, unter Berücksichtigung der Herstellervorgaben, existenziell wichtig und notwendig, denn nur so können irreparable Beschädigungen verhindert werden sowie eine negative Beeinflussung der Übertragungseigenschaften minimiert werden. Dieser Effekt kann der nachfolgenden Abbildung entnommen werden. 1 ste Steckung 3 ten Steckung 5 ten Steckung Startwert (db) Grenzwert (db) 1 sten Steckung (db) 3 ten Steckung (db) 5 ten Steckung (db) IL 0,11 0,13 0,12 0,23 0,57 RL Staus Pass Pass Pass Fail Fail Abbildung 27: Auswirkungen von Verschmutzungen auf der Steckverbinderendfläche 22 Die Reinigung der Steckverbinderendflächen muss gemäss dem nachfolgend beschriebenen Ablauf erfolgen: Visuelle Kontrolle Reinigung notwendig? Nein Ja 2x Reinigen (Trocken) Steckung vornehmen Visuelle Kontrolle Reinigung notwendig? Nein Ja Reinigen mit Alkohol, danach Trocken Abbildung 28: Schematischer Ablauf der Reinigung der Steckverbinderendflächen Quelle: IEC Standardisierungskommittee (inemi)

29 Die Reinigung der Steckverbinderendfläche kann z. B. mit den nachfolgend genannten TE Produkte durchgeführt werden. 11. Checkliste Vor jeder optischen Messung sind folgende Schritte vorzunehmen: Reinigung der Steckverbinder Visuelle Kontrolle LSPM Messung (Dämpfungsmessung) OTDR Messung Entspricht das Messgerät dem aktuellen Stand der Technik? Entsprechen die Prüf- und Messkabel der geforderten Güte? Sind die Parameter der Messmittel korrekt eingestellt? CPR Wertes bei MM Messungen korrekt? Messmethode definiert? Entspricht das Messgerät dem aktuellen Stand der Technik? Entsprechen die Vor- und Nachlaufkabel der geforderten Güte? Sind die Parameter der Messmittel korrekt eingestellt? Messmethode definiert? 29

30 12. Referenzen [1] ISO/IEC 11801: Information technology - Generic cabling for customer premises [2] ISO/IEC TR : Information technology - Implementation and operation of customer premises cabling - Part 2: Planning and installation [3] ISO/IEC : Information technology - Implementation and operation of customer premises cabling - Part 3: Testing of optical fibre cabling [4] IEC : Testing of balanced communication cabling in accordance with ISO/IEC Part 1: Installed cabling [5] IEC : Fibre optic interconnecting devices and passive components - Basic test and measurement procedures - Part 3-1: Examinations and measurements - Visual examination [6] IEC x Safety of laser products - Part x [7] IEC : Fibre optic interconnecting devices and passive components - Basic test and measurement procedures - Part 3-4: Examinations and measurements Attenuation 30

31 13. Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Dämpfungsbudget vs. Datenrate... 3 Abbildung 2: Messleitungs-Kits von Tyco Electronics... 6 Abbildung 3: Visualisierung der Berechnung des Korrekturfaktors... 7 Abbildung 4: Visualisierung der Berechnung von den Kanaldämpfungsgrenzwerten... 8 Abbildung 5: Visualisierung der Berechnung von den Channeldämpfungsgrenzwerten... 8 Abbildung 6: MPD Spezifikation (Quelle: ISO/IEC ) Abbildung 7: Schematischer Ablauf der CPR Messung (Quelle: ISO/IEC ) Abbildung 8: Schematischer Ablauf der LSPM Messung gem. 3-jumper Methode (Quelle: Abbildung 9: ISO/IEC ) Schematischer Ablauf der LSPM Messung gem. 1-jumper Methode (Quelle: ISO/IEC ) Abbildung 10: Verhalten von Licht beim Auftreffen auf eine Inhomogenität (Schematische Darstellung) Abbildung 11: Prinzipielle Funktionsweise eines OTDR s Abbildung 12: OTDR Graph Ausschitt eines Übertragungskanals mit 2 Ereignissen, gemessen mit unterschiedlichen Pulsbreiten Abbildung 13: Schematische Darstellung der Verifizierung der Güte von der Vor- und Nachlauffaser Abbildung 14: Schematische Darstellung der OTDR Messung Permanent Link (Quelle: ISO/IEC ) Abbildung 15: Schematische Darstellung der OTDR Messung Channel (Quelle: ISO/IEC ) Abbildung 16: Schematische Darstellung der OTDR Messung Abbildung 17: Schematische Darstellung der Ereignisse Abbildung 18: Gainer Abbildung 19: Ghost (Quelle: ISO/IEC ) Abbildung 20: Datenrate vs. Übertragungskanallänge vs. Faserkategorie Abbildung 21: Polarität in LWL-Netzen Abbildung 22: Beschaltung der Patchkabel (Quelle: ISO/IEC 11801) Abbildung 23: Steckverbinder mit einer i. O. geometrischen Performance Abbildung 24: Steckverbinder mit einer n. i. O. geometrischen Performance Abbildung 25: OPC Logo Abbildung 26: Schematische Darstellung der Verifikation der Güte der Prüf- und Messkabel (Quelle: ISO/IEC ) Abbildung 27: Auswirkungen von Verschmutzungen auf der Steckverbinderendfläche Abbildung 28: Schematischer Ablauf der Reinigung der Steckverbinderendflächen Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Maximale Dämpfung des optischen Übertragungskanals (Channel)... 4 Tabelle 2: Normative Komponentenanforderung an optische Steckverbinder... 4 Tabelle 3: Grenzwerte für eine Steckverbindung, gemessen gegen Referenz... 8 Tabelle 4: CPR Klassifikation von optischen Quellen bei 850 nm... 8 Tabelle 5: CPR Klassifikation von optischen Quellen bei 1300 nm... 9 Tabelle 6: CPR Werte vs. Fasertyp vs. Messwellenlänge Tabelle 7: Pulsbreite vs. Auflösung Tabelle 8: Grenzwert für die Verifizierung der Güte von der Vor- und Nachlauffaser Tabelle 9: Optische Übertragungskanalklassen gem ISO/IEC Tabelle 10: LWL Faserklassifikation SM Faser Tabelle 11: LWL Faserklassifikation MM Faser Tabelle 12: Anwendung vs. Kanaldämpfung vs. Übertragungskanalklasse vs. Fasertyp vs Faserqualität (Quelle: ISO/IEC 11801)

32 AMP NETCONNECT Regional Headquarters: North America Harrisburg, PA, USA Ph: Fx: Latin America Buenos Aires, Argentina Ph: Fx: Europe Kessel-Lo, Belgium Ph: Fx: Mid East & Africa Cergy-Pontoise, France Ph: Fx: Asia Hong Kong, China Ph: Fx: Pacific Sydney, Australia Ph: Fx: AMP NETCONNECT in Europe, Mid East, Africa and India: Austria - Vienna Ph: Fx: Belgium - Kessel-Lo Ph: Fx: Bulgaria - Sofia Ph: Fx: Czech Rep.-Slov.-Kurim Ph: Fx: Denmark - Glostrup Ph: Fx: Finland - Helsinki Ph: Fx: France-Cergy-Pontoise Ph: Fx: Germany - Langen Ph: Fx: Greece/Cyprus-Athens Ph: Fx: Hungary - Budapest Ph: Fx: India Bangalore Ph: Fx: Italy - Collegno (Torino) Ph: Fx: Lithuania Vilnius Ph: Fx: Netherlands - Den Bosch Ph: Fx: Norway - Nesbru Ph: Fx: Poland - Warsaw Ph: Fx: Romania - Bucharest Ph: Fx: Russia - Moscow Ph: Fx: Spain - Barcelona Ph: Fx: Sweden-UpplandsVäsby Ph: Fx: Switzerland - Steinach Ph: Fx: Turkey - Istanbul Ph: Fx: Ukraine - Kiev Ph: Fx: UK - Stanmore, Middx Ph: Fx: / Tyco Electronics Logistic AG, Werk Steinach All rights reserved Tyco Electronics, TE logo, AMP, AMP NETCONNECT and NETCONNECT are Trademarks.