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发布日期: 2017年10月4日

OTDR和光源功率计的使用对比

将数据中心和企业网传输速率迅速升级到40和100G(200G和400G也即将来临)所带来的挑战,以及连接正在进行的变化——如并行光模块、PAM4和OM5宽带多模光纤,采用短波分复用(SWDM)——要求误码容限更少、损耗预算更严格。这些传输速率不断增长,连接变得更加复杂,使得连接反射造成网络故障的概率明显增加。因此,准确、全面的测试和测量变得比以往的任何时候都更加重要。

EXFO是高级测试设备的研发和制造专家,认为光时域反射仪(OTDR)是用来对不断演进的网络进行完整、全面的测试与测量的绝佳设备。不同于功能较差但仍有价值的光损耗测试设备(OLTS)和光源功率计(LSPM),符合环形通量(EF)要求的OTDR可测量光纤链路上每个连接器的局部插入损耗和反射,并为所有输入和输出连接查明故障位置。OTDR还可以提供光纤链路总光回损(ORL)、链路损耗和长度的相关信息。相反,OLTS不能评估或测量关键的反射率(如图1所示),且无法确定问题根源或故障位置。

为何OTDR没有充分发挥其潜力?

那么,为何更加全面的OTDR没有充分发挥其在验证和测试光纤基础设施方面的潜力呢?目前,一些标准组织,包括TIA及其ANSI/TIA-568.3-D标准,规定OLTS应作为Tier-1光纤鉴定测试解决方案,OTDR用于Tier-2故障诊断测试。

EXFO支持应考虑将OTDR用于Tier-1测试的立场,这主要有三个原因:

  • 连接器的反射较差是传输速率超过10 Gbit/s(25或50 Gbit/s通道速率,100-200-400 Gbit/s接口)的完美性能的主要敌人
  • OTDR是唯一能够评估和确定数据中心光纤网上反射位置的技术
  • 在现场,这两种技术都可以实现不相上下的链路损耗测量不确定度,约为±0.2-0.25 dB。

虽然OLTS和LSMP已在速率高达10 Gbit/s的网络中充分使用了多年,但在数据中心和光纤测试行业内流传一些假设和错误观念——与OLTS和LSPM相比,OTDR在测量链路损耗时会出现更多的不确定度。这是不正确的。事实上,在以下情况下,这两种技术都可以实现不相上下的链路损耗测量不确定度,约为±0.2-0.25 dB:

  • 我们知道这两种技术造成不确定度的因素以及何时采取行动以减少这些不确定度:
  • 针对每种技术采用绝佳的参数和先进的解决方案

作为包括OLTS、LSPM和OTDR在内的领先测试解决方案提供商,我们主张将OTDR作为Tier-1测试解决方案并消除有关OTDR的错误观念,这个立场完全公正,且基于客观、深入的研究。

OLTS和OTDR不确定度规格

图1: OLTS和OTDR不确定度规格

了解造成不确定度的因素

国际电工委员会(IEC)下面的第86C分组委员会对LSPM损耗测量不确定度进行了深入研究,并就此发表了一份技术报告——IEC TR 61282-14(2015)。这份报告广泛回顾了造成测量不确定度的所有因素,并详述了单跳线、双跳线和三跳线配置。在报告目录中,按环境、操作人员技术水平、测量方法、测量仪表、设置和布线对LSPM测量不确定度进行了分类。

例如,当链路长度为300 m、总损耗为1.6 dB时,在850 nm处,使用单跳线基准方法进行多模损耗测量的典型总不确定度或偏差值为±0.27 dB。这要比大多数技术人员或安装人员的预期值高。这是因为由于其光谱特性,不确定度来自测试仪表以及和被测设备(DUT)的连接。

我们在EXFO进行的OLTS/LSPM研究包括理论和真实条件下造成不确定度的因素。一些真实条件下的不确定度包括:

  • 基准测试后的光源漂移
  • 基准测试跳线的质量和状况
  • OLTS和LSPM通过光纤耦合器耦合起来,而耦合器本身会因为耦合器偏振造成一些额外的不确定度,从而增加总不确定度。

其它OLTS/LSPM测量不确定度可能包括较脏的连接器、磨损的测试跳线、功率计的非线性、光纤操作和发射条件。其中的一些不确定度也可能会影响OTDR的性能。

然而,对于OTDR,很难根据它的规格表来预测损耗测量不确定度。不同于LSPM,不能根据造成不确定度的常见因素来推断OTDR损耗测量的不确定度,因为不同OTDR型号和制造商之间的差异很大。此外,不确定度还取决于被测链路的性质(长度、损耗和反射)。相应地,建议认真计算某个给定OTDR型号在特定测试条件下,采用特定链路参数的测量结果不确定度。

EXFO在开发高级OTDR时格外小心,这种OTDR配备能够应对并大幅减少测量不确定度的iOLM(智能光链路测试仪)软件。例如,EXFO符合EF要求的FTB-720C QUAD iOLM OTDR为测试跳线(SPSB)规定更加严格的光纤几何结构容限,从而大幅减少由光纤几何结构造成的误差。

实现同等链路损耗测量(±0.2-0.25 dB)的绝佳参数

我们看到的一个趋势是很多较大的数据中心和企业只部署单模光纤,这在很大程度上是因为单模收发器的价格下降。这些较大的网络在其基础设施内可能有数以千计的各种连接器。OLTS在采用两个波长测试时,可更快地测量链路损耗,每对光纤通常为3秒(双工),在同时进行光回损(ORL)测量和链路损耗测量(只有单波长测试)时,每条光纤为5秒(单工)。另一方法,当光纤距离小于2 km时,OTDR需要采用一个波长对每条光纤测试10-15秒的时间,这是数据中心网的代表测试场景。

值得重申的是,只有OTDR技术能够测量关键的连接器反射并定位有故障的连接器,从而大幅消除造成网络中断或故障的威胁。

为了让OLTS/LSPM和OTDR技术在链路损耗测量方面的不确定度不相上下,都是±0.2-0.25 dB左右,应采用以下的最佳做法:

对于OLTS/LSPM

  • 使用妥善建立的单跳线基准测量方法
  • 确保遵照制造商建议的重新校准时间表
  • 使用非常好的基准级测试跳线和质量好的连接器,在每完成200次连接后更换连接器

对于OTDR

  • 发射和接收测试跳线都使用相同光纤类型、制造商和型号
  • 为了避免与连接器连接损耗再现性有关的不确定度,强烈建议使用全新的基准级发射和接收测试跳线
  • 在测量SMF时,必须使用至少15米长的发射测试跳线
  • 对于MMF测量,发射设置也必须确保EF调节
  • 为了在EXFO-iOLM测试期间减少与光纤几何结构有关的测量不确定度,使用相同类型的光纤和由同一个制造商制造的相同型号的发射和接收测试跳线非常重要
  • 使用非常好的基准级测试跳线和质量好的连接器,在每完成200次连接后更换连接器
  • 确保符合制造商建议的重新校准时间表

结束语

EXFO进行了测量并公布了测量结果,证明iOLM OTDR可测量非常接近基准测量结果的插入损耗,在多模和单模光纤的情况下,测量的偏差低于0.25 dB。

iOLM-OTDR SMF偏差 VS 损耗

图2:iOLM-OTDR SMF偏差 VS 损耗

我们已经证明了OTDR(使用iOLM软件)和LSPM在测量端到端插入损耗方面的性能不相上下。对于多模光纤,由于存在OTDR背反射过程,OTDR和LSPM之间存在无关紧要的小偏差。如图2所示,对于单模光纤,OTDR和LSPM之间没有系统性偏差。

从这些结果我们可以清楚地看到,应将OTDR看作进行Tier-1 光纤鉴定测试的有效工具,尤其是因为OTDR具备测量反射的独特功能,这是大幅减少中断时间和网络故障,从而迅速增加速率超过10 Gbps的数据中心和光纤网络数量的关键优势。

如欲了解详情和此次讨论的完整版,请下载应用说明342: 《链路损耗测量不确定度: OTDR VS 光源功率计》