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发布日期: 2011年8月31日

CWDM 网络中的负载信号光纤监测 — 第三部分

CWDM 网络中的负载信号光纤监测 — 第三部分

8/26/2010

本文的第二部分介绍了带外 1650 nm OTDR 测试以及带内使用 CWDM 通道进行 OTDR 测试,并深入探讨了如何通过 CWDM 光学器件的宽带抽头耦合器进行测试。

带内远程测试和主动监测的实际例子

在粗波分复用 (CWDM) 网络中,1650 nm 带外测试的应用越来越普遍,而使用一个专用 CWDM 通道的带内方法应用却并不多见,尽管后者能够为网络维护团队带来更多优势,例如:

  • 如果至少有一个通道保留用于测试目的,则可以直接从安装用于传输的 CWDM 无源光学器件直接建立测试通道
  • 无论是否添加测试功能,损耗预算都保持不变
  • 在测试通道测得的衰减等于或非常接近于其他通道,这就降低了对信号减弱是否会给传输造成实际影响进行分析的难度
  • 与使用 1625 或 1650 nm 相比,选择更短的波长(如 1470 nm)可降低 Raman 噪声的影响,尽管目前受影响较大区域的光纤都倾向于降低这些非线性效应

下面将介绍网络测试设置(小规模),其中包含位于环路主集线器上的测试设备。通过对该方案进行倍增,可以将其扩展用于更大型的网络。使用 1470 nm 通道从中心位置测试每对光纤。在链路的另一端添加相同测试设备,启动双向测试,可以测试单点故障。测试设备通过 TCP/IP 连接到环形拓扑,这就创建了零单点故障测试拓扑。在使用其他通道(如 1490 nm)时,可以同时从两端测试每条光纤。这种设置还可以帮助诊断和定位特定光纤劣化区域,如果仅从一端进行测试,则这些劣化区域可能会被遗漏,或者报告的精度较低。
在每束光纤的单向或双向

图 1. 在每束光纤的单向或双向(可选)上对每条负载信号光纤进行 OTDR 监测的 CWDM 简单网络。

在以上拓扑中,每个链路可达到 20 dB 光纤衰减,这通常是 EXFO 的 CWDM 光时域反射仪 (OTDR) 在检测和定位轻微的劣化时,可以从一端测得的总衰减。双向传输 CWDM 的单条光纤闭合了两条长的东/西方向的路径——可以使用一台额外的设备测试该光纤,因为如果衰减超出由连接在其上的光纤所造成的衰减,集线器测试设备将无法进行足够准确的测量。而且,即使对于该光纤,也可以在 1470 nm 执行监视和远程测试,或使用 1470/1490 nm 通道执行双向监视和远程测试。

假设每个 CWDM 滤波器均增加 2.5 dB 损耗,这就需要 OTDR 能够测量至少 25 dB 的光衰减,其中包含光开关设备和跳线插入损耗。这可以通过在 OTDR 上使用 10μs 的脉冲来实现,并且需要的取样时间不会超出 15 秒。根据标准 OTDR 定义,这一模块的动态范围为 40 dB。

脉冲宽度为 10 μs 时
图 2. 脉冲宽度为 10 μs 时,20 dB 衰减的负载信号 CWDM 光纤的 OTDR 采集时间为 15 秒

以上曲线在负载信号光纤具有 10 dBm CWDM TX 注入功率的情况下测得。OTDR 用于检测背向散射信号,但也检测其他信号的扩散或散射功率,这些信号可能无法由额外的带通滤波器完全消除。下面,我们根据上述条件比较相同链路分别作为暗光纤和负载信号光纤时的测试结果(红色的是作为暗光纤时的结果):

 暗光纤(红色)

图 3. 暗光纤(红色)和负载信号光纤(黑色)之间的对比;待测光纤中的负载信号具有 10 dBm 注入功率。在 OTDR 通道周围增加了额外的隔离,以防范链路的另一端存在发送器,或者另一端的 OTDR 同时进行发射的情况

下图示出了从中心位置到已建立端到端光学连接的两个远程驻地进行光缆和光纤监测的实施范例。这里,我们假设从中心到远程位置的距离和衰减符合 CWDM 标准。CWDM OTDR 在 1470 nm 波长下使用,可在无源节点监测同向传播和相向传播的主环路中的两条负载信号光纤,其中一条光纤的 OTDR 信号会重新定向至接入线路的维护暗光纤。

CWDM 全光纤网络中的实施范例
图 4. CWDM 全光纤网络中的实施范例,使用冗余通道将远程站点(如基站或 SAN/数据中心)连接至中心位置。在 1470 nm 条件下,在光纤对上使用 OTDR 测试城域环路负载信号光纤。两条城域光纤中的其中一条会继续工作并使用暗光纤测试接入光缆的完整性。

何时需要对同一条光纤进行双向监测?

在对负载信号 CWDM 链路建立光纤监测时,可能会有这样的疑问:我应该对这些链路进行双向监测吗?如果 CWDM 光链路预算在 28 至 30 dB 的范围内,那么减去 CWDM 滤波器插入损耗(预计总共 5 dB)和 3 dB 的容限后,可以在光纤衰减最大为 20 至 22 dB 的光纤上建立 CWDM 通信。对于这些级别的光纤衰减,可以使用单端单向的 OTDR 测试,轻松精确地检测并定位较大的劣化区域和/或反射劣化区域。建议在下列情况下建立双向测试

  • 以更高的分辨率进行监测——根据以上结果,使用 10 μs 脉冲宽度必定会导致难于精确定位劣化区域。以 1 或 2.5 μs 脉冲宽度进行测试可以提高该精度,但会导致可测量的范围变窄。
  • 如果链路未熔接并且存在反射,则 OTDR 测得的反射事件可能会隐藏一些事件,这些事件在存在衰减盲区时会进一步导致光纤性能下降。在这种情况下,从另一端进行测试可以提供有关实际特征的更多详细信息,以及更精确的劣化位置。
  • 光网络设计为可以在 1530 和 1550 nm CWDM 通道上使用 DWDM 通道扩展;这样可能会由于 Raman 自发辐射散射而提升光纤中的 TX 功率(如果测量受到该不良噪声的不利影响,则必须从两端进行测试才能获得足够的覆盖范围)。
  • 需要使用零单点故障进行监测——如果光纤监测的可用性需要达到 100%,则必须同时从两端进行测试。
使用 2.5 μs 脉冲宽度
图 5. 使用 2.5 μs 脉冲宽度(黑色)和 10 μs 脉冲宽度(红色)进行 OTDR 扫描,两者的采样时间均为 15 秒。使用 2.5 μs 脉冲宽度时,几乎不能检测到光纤的上一段中 1 至 2 dB 的劣化,尤其是在劣化为非反射性劣化(即熔接劣化或弯曲)的情况下。此时就可能需要从光纤的两端进行测试,建议在两个不同的 CWDM 波长下测试。

使用高分辨率或低分辨率 OTDR 测量进行监测

如上文所述,精确定位光纤故障的能力取决于所用的测试参数,主要是 OTDR 脉冲宽度和平均时间,但也与所要定位的事件位置、注入点衰减级别以及劣化的特征有关。在某些很长的链路中,如果劣化发生在链路远端,则使用较短的脉冲宽度进行测试将会毫无助益,因为平均时间最多为三分钟时,测试范围通常只能增加 1 至 2 dB。因此,除了使用较长的脉冲宽度进行测试之外别无选择。在这种情况下,记住这一点非常重要:与使用较小的脉冲宽度(如 1 μs 或 2.5 μs)相比,事件定位精度会下降。对于反射事件,如下图所示,在使用多个脉冲宽度进行测试时,会导致定位精度存在明显差异:

使用高分辨率或低分辨率 OTDR 测量进行监测
 使用不同的 OTDR
图 6. 使用不同的 OTDR 脉冲宽度测试劣化为 2 dB(通常应该为 0.2 至 0.5 dB)的连接器。根本上而言,无法使用相同的精度对事件定位进行分析。

EXFO:CWDM 测试领域的先锋

NQMSfiber 是集中式测试和监测系统解决方案,这一工具让您的维护组织能够更好地管理之前的资源,尽早获得有关光纤问题的警报,并且加速外线工程恢复过程。EXFO 将 CWDM OTDR 技术应用于光纤监测领域,再次展示了其创新能力。通过这一应用,可以在既不影响任何信息流,又无需额外损耗预算来实现在带外测试路由的情况下进行带内测试,同时还能够从一个中心站点测试所有 CWDM 通道,从而在服务激活之前进行电路测试,开创了这一领域的先河。