Agilent Technologies O T D R. Einführungshandbuch. Agilent Technologies

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1 Agilent Technologies O T D R Einführungshandbuch Agilent Technologies

2 Hinweis Dieses Dokumentation enthält urheberrechtlich geschützte Informationen. Alle Rechte bleiben vorbehalten. Vervielfältigung, Anpassung oder Übersetzung ist gemäß den Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes ohne vorherige schriftliche Genehmigung durch die Agilent Technologies GmbH verboten. Agilent-Teilenummer E Gedruckt in Deutschland, April 2001 (E0401) Copyright 2001 by Agilent Technologies Deutschland GmbH Herrenberger Str Böblingen Deutschland 2

3 Hinweis Agilent Technologies behält sich vor, die in diesem Handbuch enthaltenen Informationen jederzeit ohne Vorankündigung zu ändern. Agilent Technologies übernimmt keinerlei Gewährleistung, auch nicht hinsichtlich der gesetzlichen Gewährleistungspflicht, der Marktfähigkeit oder der Eignung für irgend einen bestimmten Zweck. Agilent Technologies übernimmt keine Haftung für Fehler, die in diesem Handbuch enthalten sind, oder für zufällige oder Folgeschäden im Zusammenhang mit der Lieferung, Leistungsfähigkeit oder Verwendung dieses Materials oder der darin enthaltenen Empfehlungen. Gewährleistung Agilent übernimmt keine Gewährleistung für die Fehlerfreiheit dieses Handbuchs. Jede sonstige ausdrückliche oder implizite Gewährleistung wird ausgeschlossen. Haftungsausschluss Die in diesem Handbuch aufgeführten Rechte sind die einzigen und ausschließlichen Rechte der Käufer dieses Produktes. Weitgehende Ansprüche bestehen nicht. Agilent Technologies haftet nicht für direkte, indirekte, besondere, zufällige Schäden oder Folgeschäden anderer (einschließlich Vermögensschäden oder Datenverluste), gleichgültig ob diese auf Vertrag, unerlaubte Handlung oder andere Anspruchsgrundlagen gestützt werden, es sei denn, eine Haftung ist nach dem örtlich anzuwendenden Recht zwingend vorgeschrieben. Support Für Produkte von Agilent Technologies sind Wartungsverträge und andere Kundendienstleistungen verfügbar. Nähere Informationen erhalten Sie durch das nächstgelegene Agilent-Vertriebs- und Service- Zentrum. Sicherheitshinweise Die allgemeinen Sicherheitshinweise müssen während der gesamten Reinigungsprozedur eingehalten werden. Agilent Technologies Inc. übernimmt keine Verantwortung für Schäden, die durch Nichtbeachten dieser Hinweise entstehen. 3

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5 1Einführung in die Glasfasertechnik 7 Glasfasertechnik 7 Fasertypen 9 Steckverbindertypen 11 2 Glasfasermessgeräte 13 Optisches Zeitbereich-Reflektometer 13 Lasersicherheit 14 3 Ereignisse in Glasfasern 15 Einzelnes Fasersegment 15 Gesamte Übertragungsstrecke 16 Anfang einer Faser 16 Faserende oder Bruch 17 Steckverbinder oder mechanischer Spleiß 18 Fusionsspleiß 19 Biegungen und Makrobiegungen 20 Kerbe 21 Messkabel 21 4 Wichtige Parameter 23 Kenngrößen des Fasermaterials 23 Messparameter 25 Leistungsmerkmale eines OTDRs 29 5 Die wichtigsten Prozeduren 33 Reinigen einer Faser 33 Anschließen einer Faser an das OTDR 36 Darstellung und Analyse der OTDR-Messergebnisse 38 Vergrößern interessierender Messkurvenbereiche 39 Korrektes Positionieren der Marker 42 Bestimmung des Gesamtverlustes einer Übertragungsstrecke 45 Bestimmung der 2-Punkte-Dämpfung einer Faser 47 Bestimmung der Faserdämpfung 48 Bestimmung des Einfügeverlustes eines Spleißes 49 Bestimmung des Einfügeverlustes eines Steckverbinders 51 Bestimmung des Reflexionsgrades eines Steckverbinders 52 5

6 6Nützliche Tipps von OTDR-Experten 53 Informieren Sie sich über die Übertragungsstrecke 53 Reinigen Sie die Steckverbinder 53 Ist der Steckverbinder oder das Messkabel beschädigt? 54 Messparameter 54 Empfohlene Messparameter 54 Messkurvenrauschen 55 Echtzeit-Modus 55 Sehr lange Totzone 55 Was tun, wenn keine Messkurve zu sehen ist? 56 Anpassung des Brechungsindex 56 Genaue Messung des Einweg-Faserverlustes 56 Verlust durch Makrobiegung 57 Bevor Sie eine Messkurve abspeichern 57 7 Automatische Messkurvenanalyse 59 Identifikation von Ereignissen oberhalb einer bestimmten Schwelle 59 Analyse eines ausgewählten Ereignisses 60 8 OTDRs von Agilent Technologies 61 Für die Analyse und Dokumentation: OTDR Toolkit IIplus 61 Für die Netzwerkwartung und Lokalisierung von Faserbrüchen: Fiber Break Locator 63 Für die Netzinstallation/-inbetriebnahme und Ereignislokalisierung: Mini-OTDR 64 Messkabel 67 9 Tabellen 69 Typische Werte 69 Maßeinheitenkonvertierung Service und Support Glossar 75 Index 93 Notizen 97 6

7 1 Einführung in die Glasfasertechnik Diese Kapitel enthält allgemeine Informationen über die Glasfasertechnik sowie über gängige Faser- und Steckverbindertypen. Es werden die Fachbegriffe erläutert, mit denen Sie vertraut sein sollten, wenn Sie die nachfolgenden Kapitel lesen oder mit einem OTDR arbeiten. Dieses Kapitel ist nicht als ein Lehrbuch gedacht, das die physikalischen und technischen Grundlagen von Glasfasern im Detail erklärt. Glasfasertechnik Der Bedarf an schnellerer Datenübertragung über weitere Entfernungen hat zur Entwicklung neuer Technologien geführt. Mit Photonen statt Elektronen als Informationsträger lässt sich bei der Signalübertragung über Kabel eine wesentlich größere Bandbreite bei erheblich geringeren Kosten erzielen. Zwar ist die Idee, Informationen mit Hilfe von Licht zu übertragen, nicht neu, doch wurden erst in den letzten Jahrzehnten Geräte und Materialien entwickelt, die es ermöglichen, diese Idee mit vertretbarem Kostenaufwand zu realisieren. Einer der Vorteile von Glasfaserkabeln besteht darin, dass Glas ein Isolator ist. Ein Glasfaserkabel kann weder elektromagnetischen Störfelder aussenden noch durch solche Felder negativ beeinflusst werden. Zudem weist Glas eine sehr geringe und von der Modulationsfrequenz unabhängige Dämpfung auf. Im Vergleich zu einem Kupferkabel mit gleicher Übertragungskapazität ist eine Glasfaser wesentlich dünner und leichter. Außerdem ist die Glasfasertechnik erheblich kostengünstiger auch unter Einbeziehung der Kosten der benötigten Treiberbauteile und der Installationskosten. Im Zuge der technischen Weiterentwicklung werden die Kosten von Glasfasernetzen noch weiter sinken. Dies gilt für alle Bereiche, von der Produktion über die Installation bis zur Wartung und Benutzung des Netzwerks. Agilent Technologies 7

8 Einführung in die Glasfasertechnik Um Daten über ein Glasfaserkabel zu senden, wird eine modulierbare Lichtquelle benötigt. Hierfür wird typischerweise eine Laserdiode verwendet, die Lichtpulse in die Faser sendet. Am anderen Ende des Kabels wird ein Photodetektor benötigt; dies ist in der Regel ein Halbleiterbaustein. Der Photodetektor wandelt ähnlich wie eine Solarzelle das Licht in elektrischen Strom um. Moderne Glasfasersysteme arbeiten mit Lichtwellenlängen von etwa 1 µm. Dies entspricht einer Frequenz von Hz oder GHz. Aus technischen Gründen arbeiten die meisten Systeme mit Intensitätsmodulation (AM); damit ist eine Bandbreite von 5 bis 10 GHz zu erzielen. Dieser Wert mag im Vergleich zur Trägerfrequenz sehr klein erscheinen, ist jedoch durch die verfügbare Technologie begrenzt. Die Dämpfung, die das Lichtsignal in einer Glasfaser erfährt, ist von der Wellenlänge abhängig. Die geringste Dämpfung ergibt sich bei Wellenlängen von etwa 1310 nm und 1550 nm. Die besonders durchsichtigen Bereiche um diese Wellenlängen herum sind etwa 100 nm breit und werden als Fenster bezeichnet. Zur Datenübertragung werden vorzugsweise diese Fenster benutzt. Moderne Glasfasern decken mehrere Fenster ab (1300/1400/1500/1600 nm). Es ist möglich, mehrere Signale über die gleiche Faser und im gleichen Wellenlängenfenster zu übertragen und sie am anderen Ende wieder voneinander zu trennen. Auf diese Weise lassen sich mehrere Kanäle pro Fenster über die gleiche Faser übertragen. Dieses Verfahren wird als Wellenlängenmultiplex (WDM, Wavelength-Division Multiplexing) bezeichnet. Weiterhin ist es möglich, Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen in unterschiedlichen Richtungen über die gleiche Faser zu übertragen. Dieses Verfahren, das als bidirektionale Übertragung bezeichnet wird, reduziert die Anzahl der benötigten Kabel um 50 %. Das aus der herkömmlichen Telefontechnik bekannte Zeitmultiplexverfahren (TDM, Time-Division Multiplexing) ist auch in Glasfasersystemen anwendbar. Dabei werden mehrere langsame Signale nacheinander in unterschiedlichen Zeitschlitzen eines schnellen seriellen Signals übertragen. Am Ende der Faser werden die Signale mittels synchroner Abtastung demultiplext. 8 OTDR Einführungshandbuch

9 Einführung in die Glasfasertechnik Fasertypen Die allermeisten Glasfasern bestehen aus Quarzglas. Dies ist ein sehr reines, elastisches Material; die Vorräte sind anders als bei Kupfer nahezu unbegrenzt. Es gibt auch Lichtleiter aus Polymeren oder anderen Kunststoffen. Diese weisen jedoch eine hohe Dämpfung auf und eignen sich deshalb nur für kurze Entfernungen. Sie haben normalerweise relativ große Durchmesser und erlauben die Einspeisung entsprechend dicker Strahlenbündel. Eine Glasfaser für Datenübertragung besteht aus einem Kern (engl. core) aus Glas, einem Mantel (engl. cladding) aus einem Glas mit einem anderen Brechungsindex und einer Umhüllung (engl. buffer) zum Schutz vor äußeren Einwirkungen. Glasfaserkabel werden nach ihrem Kern- und Manteldurchmesser bezeichnet. So wird beispielsweise ein typisches Single-Mode- Glasfaser mit einem Kerndurchmesser von 9 µm und einem Manteldurchmesser von 125 µm als 9/125-µm-Faser bezeichnet. Die Umhüllung einer 9/125-µm-Faser hat eine Stärke von etwa 250 µm. Glasfasern lassen sich in drei Kategorien einteilen: Stufenindex-Faser (Single-Mode) Abbildung 1 Single-Mode-Faser Bei einer Stufenindex-Faser haben Kern und Mantel unterschiedliche Brechungsindizes. Der Durchmesser von Single-Mode-Fasern ist sehr gering (< 9 µm). Dadurch kann sich nur eine einzige Mode (Welle) in der Faser ausbreiten. Solche Fasern zeichnen sich durch sehr geringe Dämpfung und große Bandbreite (> 10 GHz km) aus; wegen der stets konstanten Signallaufzeit der einen Mode tritt außerdem keine Impulsverbreiterung auf. Typische Anwendung: 9/125-µm-Fasern für Übertragung über große Entfernungen im 1300-nm-Fenster. OTDR Einführungshandbuch 9

10 Einführung in die Glasfasertechnik Stufenindex-Faser (Multimode) Abbildung 2 Multimode-Faser Multimode-Fasern haben einen relativ großen Durchmesser (> 100 µm). Dadurch können sich mehrere Moden durch die Faser ausbreiten. Solche Fasern weisen eine stärkere Dämpfung und kleinere Bandbreite (< 100 MHz km) auf; wegen der unterschiedlichen Laufzeiten der verschiedenen Moden tritt außerdem eine erhebliche Impulsverbreiterung auf. Typische Anwendung: Lokale Netzwerke (> 300 m). Gradientenindex-Faser (Multimode) Abbildung 3 Gradientenindex-Faser Bei einer Gradientenindex-Faser ändert sich der Brechungsindex allmählich vom Kern zum Mantel hin. Solche Fasern zeichnen sich durch geringe Laufzeitdifferenzen, geringe Impulsverbreiterung und geringe Dämpfung aus; die Bandbreite beträgt < 1 GHz km. Typische Anwendung: 50/125-µm- oder 62,5/125-µm- Fasern für kurze Entfernungen (< 500 m). 10 OTDR Einführungshandbuch

11 Einführung in die Glasfasertechnik Steckverbindertypen Steckverbinder dienen dazu, zwei Fasern miteinander zu verbinden. Sie sollen auch noch nach zahlreichen Steckvorgängen einen möglichst geringen Einfügeverlust aufweisen. Außerdem sollen sie möglichst wenig Reflexionen verursachen. Darüber hinaus sollte ein Steckverbinder auch noch preiswert und einfach zu montieren sein. Die wichtigsten Materialien für Steckverbinder sind Keramik, Hartmetall, bestimmte Legierungen und Kunststoffe. Es gibt zahlreiche unterschiedliche Steckverbindertypen. Man unterscheidet zwischen zylindrischen, bikonischen und Linsen-Steckverbindern. Diese Bezeichnungen beziehen sich auf die Form des Faserendes. Eine weitere Klassifizierung betrifft die Art und Weise, wie die Fasern miteinander verbunden werden: Berührender Stirnflächen-Steckverbinder (PC, Physical Contact) Die Faserenden werden im Steckverbinder zusammengepresst. Dadurch gibt es keinen reflektierenden Luftspalt. Daraus resultiert eine hohe Rückflussdämpfung von etwa 30 bis 55 db. Dies ist der am häufigsten verwendete Steckverbindertyp für Single-Mode-Fasern (gängige Bauformen: FC/PC, ST, SC/PC, DIN, HMS, E 2000). Berührender Schrägschliff-Steckverbinder (APC, Angled Physical Contact) Bei diesem Steckverbindertyp sind die Faserenden abgeschrägt. Auch bei diesem Typ gibt es keinen Luftspalt. Unter allen Steckverbindertypen bietet dieser Typ die größte Rückflussdämpfung (60 bis 80 db). OTDR Einführungshandbuch 11

12 Einführung in die Glasfasertechnik APC-Steckverbinder werden hauptsächlich in schnellen Telekom- und Kabelfernsehsystemen eingesetzt (gängige Bauformen: FC/APC, SC/APC, E 2000-HRL). Stirnflächen-Steckverbinder mit Luftspalt Die beiden Faserenden sind innerhalb des Steckverbinders durch einen schmalen Luftspalt getrennt. Wegen der damit verbundenen Reflexionen beträgt die Rückflussdämpfung typischerweise weniger als 14 db. Dieser Steckverbindertyp (gängige Bauform: ST) wird zum Verbinden von Multimode-Fasern verwendet. 12 OTDR Einführungshandbuch

13 2 Glasfasermessgeräte Die Anforderungen an optische Netzwerke steigen von Jahr zu Jahr. Die Netzwerke werden größer, leistungsfähiger und zuverlässiger. Die Anzahl der Netzbetreiber, Installations- und Service-Dienstleister nimmt ständig zu. Alle diese Personengruppen sind darauf angewiesen, schneller als je zuvor möglichst genaue Informationen über den Zustand der Netze zu erhalten. Optisches Zeitbereich-Reflektometer Das optische Zeitbereich-Reflektometer (OTDR, Optical Time Domain Reflectometer) ist das bevorzugte Messgerät zur Charakterisierung von Glasfasern. Mit einem OTDR können Sie die charakteristischen Eigenschaften eines einzelnen Fasersegments oder einer kompletten Übertragungsstrecke bestimmen. Insbesondere können Sie mit einem Blick die Einfügeverluste ablesen, Fehler erkennen und die Entfernung zwischen Ereignissen messen. Die OTDRs von Agilent Technologies messen die von einem Messimpuls hervorgerufene Rückstreuung aus der Faser und bestimmen anhand dieser Information die Eigenschaften der Faser. Standardisierungsorganisationen wie z. B. die ITU (International Telecommunication Union) anerkennen Rückstreumessungen als ein gültiges Verfahren zur Messung der Faserdämpfung. Rückstreumessungen sind auch das einzige Verfahren, mit dem Spleiße innerhalb einer installierten Übertragungsstrecke erkannt werden können. Das Verfahren eignet sich außerdem zur Messung der optischen Länge einer Faser. Das OTDR ist daher ein wertvolles Werkzeug für jeden, der mit der Herstellung, Installation oder Wartung von Glasfasern zu tun hat. Das OTDR untersucht eine Faser auf bestimmte Ereignisse wie z. B. Unregelmäßigkeiten oder Spleiße. Dadurch ist es ein äußerst nützliches Werkzeug für die Qualitätskontrolle in der Glasfaserproduktion oder bei der Installation oder Wartung von Glasfasernetzen. Das OTDR erkennt nicht nur solche Ereignisse, sondern bestimmt auch deren Entfernungen, die Dämp- Agilent Technologies 13

14 Glasfasermessgeräte WARNUNG fung zwischen den Ereignissen, die von den Ereignissen hervorgerufenen Verluste sowie die Homogenität der Dämpfung. Besonders hilfreich ist ein OTDR bei Messungen im Feld. Sie können es beispielsweise dazu verwenden, eine Übertragungsstrecke regelmäßig auf Einhaltung der Spezifikationen zu testen. Zur Dokumentation der Qualität einer Übertragungsstrecke (beispielsweise für Wartungszwecke) ist es erforderlich, die optische Länge, den Gesamtverlust sowie die Verlustund Rückflussdämpfungswerte der einzelnen Spleiße und Steckverbinder zu messen. Lasersicherheit Wenn Sie in einen Laserstrahl schauen, kann dieser auf eine sehr kleine Fläche der Netzhaut gebündelt werden. Je nach Energiedichte des Strahls kann dadurch die Netzhaut vorübergehend oder dauerhaft beschädigt werden. Die bei Kommunikationssystemen verwendeten Wellenlängen liegen im unsichtbaren Bereich des Spektrums. Dadurch sind selbst geringe Lichtleistungen gefährlicher als helles sichtbares Licht. Weil Sie den Laserstrahl nicht sehen können, schauen Sie unter Umständen viel länger hinein. Nationale und internationale Organisationen haben Standards für den sicheren Umgang mit Glasfasersignalquellen erarbeitet. Alle OTDRs von Agilent entsprechen den Sicherheitsanforderungen der wichtigsten Standards. In den USA ist dies 21 CFR Class 1 und in Europa IEC 825 Class 3A. Produkte, die mit diesen Standards konform sind, gelten als sicher, sofern sie nicht mit Hilfe eines optischen Geräts (beispielsweise Mikroskop) betrachtet werden. Dennoch sollten Sie nicht direkt in das Ende einer Faser schauen, falls diese an eine möglicherweise eingeschaltete Lasersignalquelle angeschlossen ist. Schalten Sie das OTDR aus, bevor Sie dessen Anschlüsse reinigen! Oder schalten Sie zumindest den Laser ab. WARNUNG UNSICHTBARE LASERSTRAHLUNG! NICHT IN DEN STRAHL SCHAUEN UND NICHT DIREKT MIT OPTISCHEN GERÄTEN BETRACHTEN! LASERPRODUKT CLASS 3A 14 OTDR Einführungshandbuch

15 3 Ereignisse in Glasfasern Ereignis ist im vorliegenden Kontext der Oberbegriff für alle möglichen Effekte, die einen Leistungsverlust oder eine Reflexion hervorrufen, welche sich von der normalen Rückstrahlung des Glasfasermaterials unterscheidet. Hierzu zählen beispielsweise Verbindungen aller Art oder Kabelschäden wie Knicke, Kerben oder Brüche. Ein OTDR stellt die Messergebnisse als Grafik auf dem Bildschirm dar. Die vertikale Achse ist der optischen Leistung zugeordnet und die horizontale Achse der Entfernung. Dieses Kapitel enthält typische OTDR-Messkurven für die wichtigsten Ereignisse. Einzelnes Fasersegment Ein einzelnes Fasersegment ergibt eine Messkurve ähnlich der nachfolgend abgebildeten. Wie man sieht, fällt (infolge der Dämpfung) die Leistung allmählich ab, und am Anfang und am Ende der Faser treten starke Reflexionen auf. Easy-OTDR Reflexionen Dämpfung Relative Leistung Entfernung 5 db/div 300m/Div Abbildung 4 Einzelnes Fasersegment Agilent Technologies 15

16 Ereignisse in Glasfasern Gesamte Übertragungsstrecke Die nachfolgende Abbildung zeigt eine typische Messkurve für eine komplette Übertragungsstrecke, beispielsweise zwischen zwei Städten. Außer der normalen Dämpfung erkannt man diverse Ereignisse sowie Rauschen im Bereich nach dem Ende der Übertragungsstrecke. Easy-OTDR Ereignisse 5 db/div Dämpfung Rauschen 4km/Div Abbildung 5 Gesamte Übertragungsstrecke Anfang einer Faser Wenn das Kabel über einen normalen Stirnflächen-Steckverbinder mit Luftspalt am OTDR angeschlossen ist, tritt an dessen Frontplatte eine starke Reflexion auf: Easy-OTDR 3 db/div 100m/Div Abbildung 6 Anfang einer Faser 16 OTDR Einführungshandbuch

17 Ereignisse in Glasfasern Faserende oder Bruch In den meisten Fällen ist am Ende der Faser eine starke Reflexion erkennbar; der Rest der Messkurve enthält nur Rauschen. Easy-OTDR Reflexion Rauschen 3 db/div 100 m/div Abbildung 7 Faserende Faserbrüche sind nicht-reflektive Ereignisse. Die Messkurve zeigt einen steilen Abfall bis in den Rauschteppich. Easy-OTDR Rauschen 0,5 db/div 200 m/div Abbildung 8 Bruch OTDR Einführungshandbuch 17

18 Ereignisse in Glasfasern Steckverbinder oder mechanischer Spleiß Steckverbinder innerhalb einer Übertragungsstrecke verursachen sowohl eine Reflexion als auch einen Einfügeverlust: Easy-OTDR Reflexion Einfügeverlust 3 db/div 100 m/div Abbildung 9 Steckverbinder Ein mechanischer Spleiß hat eine ähnliche Signatur wie ein Steckverbinder: Die Verlust- und Reflexionswerte sind in der Regel etwas kleiner. 18 OTDR Einführungshandbuch

19 Ereignisse in Glasfasern Fusionsspleiß Ein Fusionsspleiß ist ein nicht-reflektives Ereignis; solche Ereignisse verursachen lediglich einen Einfügeverlust und keine Reflexion. Nach modernen Verfahren hergestellte Fusionsspleiße sind nahezu perfekt und in der Messkurve fast nicht zu erkennen: Easy-OTDR Verlust 0,5 db/div 200 m/div Abbildung 10 Fusionsspleiß Ein schlecht ausgeführter Spleiß kann auch leichte Reflexionen verursachen. Einige Spleiße erscheinen als Ereignisse, die statt eines Verlusts eine Leistungszunahme hervorrufen; solche Ereignisse werden als Gainer bezeichnet. Die scheinbare Leistungszunahme kommt durch unterschiedliche Rückstreukoeffizienten in den Fasersegmenten vor und hinter dem Spleiß zustande: Easy-OTDR Leistungszunahme 0,5 db/div 200 m/div Abbildung 11 Gainer -Spleiß OTDR Einführungshandbuch 19

20 Ereignisse in Glasfasern Wenn in einer Messkurve ein Gainer zu sehen ist, sollten Sie die gleiche Faser zusätzlich aus der anderen Richtung messen. An der betreffenden Stelle wird dann ein Verlust angezeigt. Der tatsächliche Verlust an dieser Stelle ist gleich der Differenz zwischen den gemessenen Verstärkungs- und Verlustwerten ( gemittelte Dämpfung ). Aus diesem Grund werden bidirektional gemittelte Messungen empfohlen. Biegungen und Makrobiegungen Biegungen rufen lediglich einen Verlust und keine Reflexion hervor. Easy-OTDR Verlust 0,5 db/div 200m/Div Abbildung 12 Biegung oder Makrobiegung Biegungen und Spleiße lassen sich anhand der Installationsoder Wartungsprotokolle voneinander unterscheiden: Eine Biegung ruft einen Verlust an einer undefinierten Stelle hervor, wogegen ein Spleiß sich in einer bekannten, dokumentierten Entfernung befindet. Der von einer Biegung verursachte Verlust steigt mit zunehmender Wellenlänge an. Wir empfehlen Ihnen, Messungen bei mehreren Wellenlängen durchzuführen, damit Sie Biegungen von Spleißen unterscheiden können. 20 OTDR Einführungshandbuch

21 Ereignisse in Glasfasern Kerbe Eine Kerbe in einer Glasfaser verursacht sowohl einen Verlust als auch eine Reflexion: Reflexion Easy-OTDR Verlust Rauschen 3 db/div 200 m/div Abbildung 13 Kerbe Reflexionsgrad und Verlust können sich ändern, wenn das Glasfaserkabel bewegt wird. Messkabel Messkabel dienen dazu, das OTDR mit der zu testenden Faser zu verbinden. Die Frontplattenreflexion fällt in diesem Fall nicht mit dem Anfang der zu testenden Faser zusammen. Dadurch lässt sich die erste Steckverbindung besser analysieren. Easy-OTDR Messkabel Faser 2 db/div 20 m/div Abbildung 14 Kurzes Messkabel OTDR Einführungshandbuch 21

22 Ereignisse in Glasfasern 22 OTDR Einführungshandbuch

23 4 Wichtige Parameter In diesem Kapitel werden die wichtigsten Parameter definiert, die bei der Charakterisierung von Glasfasern gemessen werden. Kenngrößen des Fasermaterials Falls Sie ausführlichere Informationen über eine bestimmte Faser benötigen, setzen Sie sich bitte mit dem Faserlieferanten in Verbindung. Brechungsindex Ein OTDR berechnet die Entfernungen von Ereignissen aus der gemessenen Zeit zwischen der Aussendung des Messimpulses und dem Empfang der Rückstrahlung. Bei der Rückstrahlung kann es sich beispielsweise um die Anstiegsflanke der Reflexion am Frontplattensteckverbinder handeln, oder um die Reflexion von einem Steckverbinder innerhalb der Übertragungsstrecke. Die angezeigte Entfernung ist proportional zu der gemessenen Zeit, mit dem Brechungsindex (oder Gruppenindex) der Faser als Proportionalitätsfaktor. Das bedeutet, dass eine Änderung des Brechungsindex sich entsprechend auf die berechnete Entfernung auswirkt. So misst ein OTDR die Entfernung eines Ereignisses: 13 Messimpuls Brechungsindex Reflexion km oder Meilen Abbildung 15 Brechungsindex Agilent Technologies 23

24 Wichtige Parameter Definition des Brechungsindex: Brechungsindex = Vom OTDR angezeigte Entfernung: gemessene Zeit x(lichtgeschw. im Vakuum) Entfernung = Brechungsindex Der Brechungsindex einer Faser ist eine Materialkonstante, die vom Faser- oder Kabelhersteller spezifiziert wird. Es ist wichtig, dass Sie den Brechungsindex der zu messenden Faser kennen und in das OTDR eingeben. Die Fehler, die auftreten, wenn ein ungenauer Wert für den Brechungsindex eingegeben wird, sind größer als die Messunsicherheit des OTDRs. Streukoeffizient (Lichtgeschwindigkeit im Vakuum) (Lichtgeschwindigkeit in der Faser) Ein OTDR empfängt nicht nur Rückstrahlungen von Ereignissen, sondern auch aus der Faser selbst. Beim Durchlaufen einer Faser wird das Licht durch Rayleigh-Streuung gedämpft. Ursache dieses Effekts sind minimale Brechungsindex- Schwankungen. Ein Teil der Lichtenergie wird direkt zum OTDR zurückgestreut. Dieser Effekt wird als Rückstreuung bezeichnet. Der Streukoeffizient ist ein Maß dafür, wieviel Licht innerhalb der Faser zurückgestreut wird. Dieser Wert beeinflußt die Ergebnisse von Rückflussdämpfungs- und Reflexionsfaktor- Messungen. Der Streukoeffizient ist definiert als das Verhältnis der optischen Impulsleistung (nicht Energie!) am OTDR-Ausgang zur Rückstreuleistung am nahen Ende der Faser. Dieses Verhältnis wird in db angegeben und ist umgekehrt proportional zur Impulsbreite, weil die optische Pulsleistung von der Pulsbreite unabhängig ist. Der Wert ist von der Wellenlänge und dem Fasertyp abhängig; typisch sind Werte um etwa 50 db bei 1 µs Pulsbreite. 24 OTDR Einführungshandbuch

25 Wichtige Parameter Messparameter Pulsbreite Einer der für die Messgenauigkeit ausschlaggebenden Parameter ist die Breite des Messimpulses. Dieser Wert bestimmt die Entfernungsauflösung, die darüber entscheidet, ob benachbarte Ereignisse klar voneinander unterscheidbar sind oder nicht. Je kleiner die Pulsbreite, desto besser ist die Entfernungsauflösung. Beim Reduzieren der Pulsbreite wird allerdings auch der Dynamikbereich kleiner und das Messkurvenrauschen stärker. Für Messungen über weite Entfernungen benötigen Sie einen großen Dynamikbereich und daher eine entsprechend große Pulsbreite. Dies geht zu Lasten der Entfernungsauflösung. Je nachdem, was Sie mit Ihrer Messung bezwecken, müssen Sie einen möglichst günstigen Kompromiss zwischen hoher Entfernungsauflösung und großem Dynamikbereich wählen. Wenn Sie beispielsweise die individuellen Verlustwerte nahe benachbarter Spleiße oder Steckverbinder messen möchten, sollten Sie eine kleine Pulsbreite wählen. Wenn Sie hingegen einen Faserbruch in großer Entfernung erkennen möchten, sollten Sie eine große Pulsbreite wählen. Kleine Pulsbreite Hohe Entfernungsauflösung, aber stärkeres Rauschen. Durch Reduzieren der Pulsbreite können Sie die Totzonen verkleinern und nahe benachbarte Ereignisse klar voneinander unterscheiden. OTDR Einführungshandbuch 25

26 Wichtige Parameter Easy-OTDR 5 db/div 6 km/div Abbildung 16 Kleine Pulsbreite ergibt höhere Entfernungsauflösung Große Pulsbreite Großer Dynamikbereich, aber weite Totzonen. Durch Vergrößern der Pulsbreite können Sie das Rauschen reduzieren und weit entfernte Ereignisse erkennen. Easy-OTDR 5 db/div 6 km/div Abbildung 17 Große Pulsbreite ergibt größeren Dynamikbereich Typische Werte 5 ns / 10 ns / 30 ns / 100 ns / 300 ns / 1 µs (kurze Übertragungsstrecken), 100 ns / 300 ns / 1 µs / 3 µs / 10 µs (lange Übertragungsstrecken) 26 OTDR Einführungshandbuch

27 Wichtige Parameter Verschiedene Optimierungsmodi Bei einem herkömmlichen OTDR können Sie den prinzipiell bedingten Kompromiss zwischen Auflösung und Rauschen nicht beeinflussen. Je höher die Auflösung, desto stärker das Rauschen. Der Grund dafür ist, dass jede Hardware nur eine begrenzte Bandbreite besitzt. Eine geringe Bandbreite bedingt ein geringes Rauschen, aber auch schlechte Auflösung und eine lange Erholzeit nach einer starken Reflexion. Eine große Bandbreite ermöglicht schnelles Reagieren auf das empfangene Signal, dafür produziert die Messschaltung aber auch mehr Rauschen. Die OTDRs von Agilent enthalten drei verschiedene Empfängerpfade in jedem Modul. Diese Geräte bieten die Wahl zwischen einem Standardmodus, einem weiteren Modus mit kleinerer Bandbreite für größtmöglichen Dynamikbereich und einem dritten Modus mit größerer Bandbreite für bestmögliche Auflösung. Beim Einrichten des OTDRs können Sie durch Wahl des Optimierungsmodus den jeweils optimalen Empfängerpfad wählen. Wenn Sie den Optimierungsmodus Dynamikbereich wählen, verwendet das OTDR längere Messimpulse; das Ergebnis ist eine besonders rauscharme Messkurve. Dieser Modus erlaubt Messungen über große Entfernungen. Aufgrund der kleineren Bandbreite erscheinen Flanken jedoch etwas stärker abgerundet als im Optimierungsmodus Auflösung. Außerdem ist nach Steckverbinderreflexionen eine längere Erholzeit erforderlich. Easy-OTDR Optimierung für größtmöglichen Dynamikbereich Optimierung für bestmögliche Auflösung 5 db/div 200 m/div Abbildung 18 Die verschiedenen Optimierungsmodi OTDR Einführungshandbuch 27

28 Wichtige Parameter Entfernungsbereich Ein OTDR führt Messungen bei einer bestimmten Anzahl (max ) von Abtastpunkten durch. Der Entfernungsbereich bestimmt, wie diese Punkte über die Faser verteilt sind. Das heißt, er bestimmt sowohl die maximale erfassbare Entfernung als auch die Abtastauflösung (dies ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Messpunkten). Marker können nur an Abtastpunkten gesetzt werden. Wenn Sie einen Marker besonders genau platzieren möchten, können Sie den Entfernungsbereich variieren, um dadurch die Abtastpunkte näher an das interessierende Ereignis heranzubringen. Die nachfolgende Tabelle zeigt den Zusammenhang zwischen Entfernungsbereich und Abtastauflösung. Entfernungsbereich bis zu 1,2 km bis zu 2,5 km bis zu 5 km bis zu 10 km bis zu 20 km bis zu 40 km bis zu 80 km bis zu 120 km bis zu 160 km bis zu 200 km bis zu 240 km Abtastauflösung 0,080 m 0,159 m 0,318 m 0,639 m 1,27 m 2,56 m 5,09 m 7,64 m 10,18 m 12,73 m 15,36 m 28 OTDR Einführungshandbuch

29 Wichtige Parameter Leistungsmerkmale eines OTDRs Dynamikbereich Der Dynamikbereich ist eines der wichtigsten Leistungsmerkmale eines OTDRs. Dieser Wert spezifiziert das Leistungsverhältnis (bzw. Pegeldifferenz in db) zwischen dem Anfang der Rückstrahlung und den Rauschspitzen. Wenn die zu messende Faser einen hohen Verlust aufweist, geht das ferne Faserende im Rauschen unter. Anderenfalls hebt sich das ferne Ende deutlich aus dem Rauschen hervor und ist als Faserbruch erkennbar. Beachten Sie, dass eine Messkurve im Bereich des Rauschteppichs eine erhöhte Unsicherheit aufweist. Beispielsweise muss die Messkurve mindestens 6 db über dem Rauschen liegen, damit Sie einen Spleiß mit einem Einfügeverlust von 0,1 db messen können; zur Erkennung eines Faserbruchs ist ein Rauschabstand von etwa 3 db erforderlich. Deshalb sollte der Dynamikbereich des OTDRs um mindestens 3 bis 6 db größer sein als der Gesamtverlust des Systems. Der Dynamikbereich ist, wie die Totzone, von diversen OTDR-Messparametern abhängig. Die wichtigsten davon sind die Pulsbreite, der Optimierungsmodus und die Wellenlänge. Deshalb müssen diese Messparameter in den Dynamikbereich-Spezifikationen eines OTDRs angegeben sein. Die Untergrenze des Dynamikbereichs kann definiert sein als der Rauschspitzenpegel oder als der Pegel, an dem der Signal/ Rauschabstand (SNR, Signal to Noise Ratio) gleich 1 ist. Die erstgenannte Definition ist in diesem Fall die zweckmäßigere. Sollte der Dynamikbereich auf SNR = 1 bezogen sein, so erhalten Sie den auf den Rauschspitzenpegel bezogenen Wert, indem Sie 2,2 db subtrahieren. OTDR Einführungshandbuch 29

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