IL TEST DEGLI IMPIANTI IN FIBRA OTTICA OLTS e OTDR. FTTx / PON. Nicola Ferrari

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1 IL TEST DEGLI IMPIANTI IN FIBRA OTTICA OLTS e OTDR FTTx / PON Nicola Ferrari

2 LA CARATTERIZZAZIONE DELLA FIBRA

3 Caratterizzare la fibra Punto A Punto B Caratterizzare la fibra significa eseguire una estesa analisi delle caratteristiche ottiche del mezzo, allo scopo di determinarne la qualità e le capacità trasmissive. La caratterizzazione di una fibra include le seguenti misure e strumenti associati. MISURE Ispezione del connettore Attenuazione d insrzione (IL) Distanza Attenuazione di giunti e connettori Attenuazione di riflessione dei connettori (RL) Attenuazione di riflessione della fibra (ORL) Dispersione cromatica (CD) Dispersione di polarizzazione (PMD) Attenuazione spettrale (AP) STRUMENTI Microscopio / OTDR con probe OLTS OTDR OTDR OTDR OTDR Analizzatore di CD Analizzatore di PMD OSA Misure convenzionali Misure avanzate

4 GLI STRUMENTI OLTS E OTDR

5 Strumenti di misura: sinonimi Ricetrasmettitore ottico Optical Attenuation Set (OAS) Light Source Power Meter Sorgente ottica Radiometro Optical Loss Test Set (OLTS) Riflettometro ottico Optical Time Domain Reflectometer (OTDR) Backscattering

6 OLTS e OTDR OLTS (Optical Loss Test Set) Sorgente: LED: da 20 a -10 dbm λ = 850, 1300 nm per MM LD: da -7 a - 0 dbm λ = 1310, 1550 nm per SM Power Meter (+10 dbm; - 75 dbm) ORL Visual Fault Locator (VFL) OTDR λ = 850, 1300 nm per MM λ = 1310, 1550, nm per SM Dinamica monodirezionale: multimodo circa 25 db, 1310 nm, 1 µs monomodo circa 40 db, 1550 nm, 20 µs monomodo circa 26 db, 1550 nm, 1 µs ORL Visual Faut Locator (VFL) Microscopio

7 MISURE OTTICHE QUANDO E DOVE?

8 Misure ottiche: quando? Collaudi manutenzione preventiva ciclica Manutenzione preventiva straordinaria Manutenzione correttiva

9 Misure ottiche: dove? SEZIONE DI LINEA TRATTA DI CAVO COMPRESA TRA DUE ESTREMITÀ ENTRAMBE CONNETTORIZZATE A B C D SEZIONE 1 = A - B SEZIONE 2 = A - C SEZIONE 3 = A - D

10 Metodi di misura Misura di attenuazione d inserzione (insertion loss) Strumento: OLTS Misura di retrodiffusione (backscattering) Strumento: OTDR

11 LE MISURE OTTICHE

12 Attenuazione totale di sezione (metodo di inserzione) Metodo di misura per livelli - Metodo dell inserzione Misura di riferimento o del livello P(0) Trasmettitore Recevitore Trasmettitore Misura del livello P(1) Recevitore

13 Misura della attenuazione d inserzione P ingresso dbm P uscita dbm Link ottico Attenuazione del link (db) = 10lg Pi Pu In dbm: P i - P u db N.B. Il link include il tratto di fibra piu due connettori completi

14 Misura della attenuazione d inserzione -20 dbm -30 dbm Tx Connettore 1 Connettore 2 α= P 1 P 2 db Rx α = -20 (-30) = 10 db

15 Attenuazione totale di sezione (metodo di inserzione) BRETELLA L = 10,125 Km α = 0,21 db / Km BRETELLA GIUNTO POT-HEAD GIUNTO POT-HEAD LS0H GIUNTO DELLA BRETELLA DI TERMINAZIONE G 1 G 2 G 3 LS0H GIUNTO DELLA BRETELLA DI TERMINAZIONE A max = [(α x L) + (n x A g ) + (n 1 x Ag 1 ) + (n c x A c )] db A max = [(10,125 x 0,21) + (7 x 0,07) + (2 x 0,5 )]= 3,61 db 1) Fase di azzeramento BRETELLA MULTIMODALE - 10 Tx B 1 B 2-12 Po = -12 dbm Rx

16 B 1 Attenuazione totale di sezione (metodo di inserzione) BRETELLA 2) Fase di misura BRETELLA B 2 GIUNTO POT-HEAD GIUNTO POT-HEAD LS0H G 1 G 2 G 3 LS0H GIUNTO DELLA BRETELLA DI TERMINAZIONE GIUNTO DELLA BRETELLA DI TERMINAZIONE - 10 Tx A mis = P 0 - P 1 = ( ) = 2.42 db -14,42 Rx A mis = (2.42 db ) < A max (3.61 db) P1 = db NOTE: BRETELLA B 2 MULTIMODALE NEL PASSAGGIO DALLA FASE DI AZZERAMENTO ALLA FASE DI MISURA NON DEVONO ESSERE SCOLLEGATE LE CONNESSIONI Tx B 1 e Rx B 2

17 Principio di funzionamento dell OTDR La diffusione di Rayleigh La riflessione di Fresnel

18 Principio di funzionamento dell OTDR Potenza ottica incidente Retrodiffusione Diffusione Il Segnale retrodiffuso è circa 1/1000 del segnale diffuso in tutte le direzioni Scattering di Rayleigh Scattering di rayleigh: è dovuto alle disomogeneità intrinseche della fibra, provoca una diffusione del segnale in tutte le direzioni e quindi anche all indietro (retrodiffusione o backscattering). n = 1.0 (aria) ~ 4 % n = 1.5 (nucleo) P r Riflessione di Fresnel Riflessione di Fresnel: quando un impulso luminoso incide sulla superficie di separazione di due mezzi aventi indici di rifrazione diversi, una frazione di energia viene riflessa all indietro. (circa il 4% dell energia incidente).

19 Schema a blocchi dell OTDR CONTROLLER Elaborazione dati Sorgente laser Ricevitore/fotodiodo DISPLAY LCD Accoppiatore direzionale Fibra in misura DISPLAY O MONITOR CONSENTE DI ANALIZZARE L ANDAMENTO DELLA POTENZA RETRODIFFUSA (db) IN FUNZIONE DELLA LUNGHEZZA DELLA FIBRA (Km)

20 Vantaggi della misura riflettometrica OTDR Misura non distruttiva Impiego di una sola estremità della fibra Visualizzazione traccia su monitor

21 Misure eseguibili all OTDR Misura dell attenuazione dei giunti Misura dell attenuazione dei connettori Misura di punti di attenuazione concentrata Misura dell attenuazione totale di sezione Misura di attenuazione di tratta Misura di attenuazione specifica (chilometrica) Misura attenuazione di riflessione di singoli eventi (RL) Misura di attenuazione di riflessione totale (ORL) Localizzazione dei giunti Localizzazione stress e interruzioni Lunghezza tratte Lunghezza totale di sezione

22 OTDR INTERPRETAZIONE DELLA TRACCIA E LETTURA DELLE RIFLESSIONI

23 Interpretazione della traccia Localizzare il fine fibra Localizzare giunti ed eventuali difetti Misurare l attenuazione totale Misurare l attenuazione degli eventi Misurare riflessioni e ORL

24 OTDR Curva di retrodiffusione ed eventi α db C D A E B A RIFLESSIONE DI TESTA; B L ATTENUAZIONE E DATA DALLA PENDENZA DELLA CURVA; C EVENTO RIFLESSIVO (GIUNTO MECCANICO) D EVENTO NON RIFLESSIVO (GIUNTO A FUSIONE O CON ADATTATORE DI INDICE) E RIFLESSIONE DI FINE FIBRA; F RUMORE F Distanza (km)

25 Riassumendo: gli eventi sulla curva di retrodiffusione Evento non riflessivo = giunto a fusione, centri di scattering, difetti, o macro curvature in fibra Evento riflessivo = giunto meccanico, ghost o riflessione spuria (1) 2 cuspidi = 2 eventi riflessivi molto vicini tra di loro Fine fibra = punto in cui il segnale dell OTDR fuoriesce dalla fibra (1) Se trattasi di ghost il livello della traccia prima e dopo l evento è lo stesso ed i ghost si presentano a distanze multiple dall evento reale

26 OTDR: eventi ottici riflettenti Connettori Giunti meccanici Rotture della fibra (1) Fine fibra (1) (1) Quando la traccia dopo l evento non prosegue. E presente solo il rumore

27 OTDR: eventi ottici non riflettenti Giunzioni a fusione Macrobend Microbend Connettori APC Terminazioni con adattatore di indice

28 Localizzare il fine fibra Il fine fibra causa una riflessione di Fresnel Quando il segnale esce dalla fibra, sul monitor appare solo il livello del rumore elettronico interno Posizione cursore

29 Localizzare un evento non riflessivo Posizione cursore Il disallineamento dei nuclei è una causa di attenuazione nel punto di giunzione Attenuazione giunto

30 Localizzare eventi riflessivi Il disadattamento di n causa riflessione nel punto di giunzione Posizione cursore Il disallineamento dei nuclei è una causa di attenuazione nel punto di giunzione Attenuazion e giunto N.B. L attenuazione del giunto e l ampiezza della riflessione non sono direttamente correlati!!

31 Misurare l attenuazione totale (metodo dei 2 punti) A Attenuazione End to End in db B α tot = α A α B db

32 Misurare la riflessione di un evento (Return loss) Punto di misura Return loss (grandezza calcolata) Il disadattamento di n causa riflessione che appare sullo schermo con uno spike Return Loss = 10 Log [ ] Potenza riflessa Potenza incidente

33 Misurare l Optical Return Loss ORL A B La luce ricevuta dall OTDR corrisponde alla potenza retrodiffusa lungo tutta la fibra in funzione della potenza iniettata. L area sottesa alla curva di retrodiffusione è l ORL.

34 ZONA MORTA DEAD ZONE ZONA DI TRACCIA A VALLE DI UN EVENTO LUNGO LA QUALE SI PERDONO LE INFORMAZIONI SULL ATTENUAZIONE DELLA FIBRA DIPENDE DA: 1) AMPIEZZA DEGLI IMPULSI DI MISURA 2) RISPOSTA DEL CIRCUITO DI Rx DELL OTDR (Recovery time) 3) PER LA ZONA MORTA INIZIALE, DIPENDE ANCHE DALLA RIFLESSIONE DI FRESNEL DOVUTA ALL ACCOPPIATORE DIREZIONALE DELL OTDR

35 Larghezza d impulso e zona morta Ampiezza 10 ns = 1 m A/2 OTDR 100 ns = 10 m T 1 µs = 100 m 10 µs = 1000 m 20 µs = 2000 m

36 LARGHEZZA D IMPULSO E ZONA MORTE Impulsi brevi (3-300 ns) Alta risoluzione Piccole zone morte dinamica limitata Alta rumorosità traccia Impulsi ampi (500 ns 20 µs) Alta dinamica Bassa rumorosità Bassa risoluzione Ampie zone morte

37 Coefficiente di scattering e guadagni apparenti GUADAGNO APPARENTE K 1 < K 2 PERDITA REALE a K 1 K 2 b K s = P r / P i Ks = Coefficiente di scattering Pr = potenza retrodiffusa Pi = Potenza incidente Pg = ( Pa + Pb) / 2 UNO STEP POSITIVO INDICA UN GIUNTO TRA FIBRE CON K DIVERSI LA FIBRA A DESTRA DEL PUNTO A PRESENTA UN K > DI QUELLA A MONTE

38 TPA Attenuazione di un evento e tra 2 punti Metodo dei 2 punti (Two Points Adjustment)

39 LSA Attenuazione di un evento metodo dei minimi quadrati (Least Square Adjustment)

40 Lunghezza d onda e attenuazione Traccia a 1550 nm approx. 10 db Loss Traccia a 1310 nm approx.18 db Loss L attenuazione chilometrica della fibra a 1310 nm è più alta rispetto a quella relativa a 1550 nm (circa 0,4 db contro 0,2 db)

41 Comparazione contemporanea delle tracce ( nm) Differenze di bending tra 2 fibre 1550 nm 1310 nm REGOLA: Alle λ più alte: La sensibilità al bending loss è più alta Le misure alle 2 λ (1310 / 1550 nm) evidenziano le differenze!

42 OTDR Misure di distanza D = V T = C t n 2 D = DISTANZA DAL PUNTO DI MISURA ALL EVENTO C = VELOCITA DELLA LUCE NEL VUOTO ( m/s) t/2 = TEMPO IMPIEGATO DALL IMPULSO PER ARRIVARE SINO ALL EVENTO n = INDICE DI RIFRAZIONE LA PRECISIONE DELLA MISURA DIPENDE DA: A) DURATA DELL IMPULSO ( 1ns 10 cm ); B) B) CONOSCENZA ESATTA DI n [n = f (λ) ].

43 Misura di distanza tra 2 punti Fra due punti

44 Misura di attenuazione tra 2 punti (TPA) Fra due punti

45 Misura di attenuazione di un evento (LSA) Perdita dell evento

46 Misura di attenuazione di riflessione di un evento (return loss) Ret. Loss= 37.1 db Punto di misura Luce riflessa Return Loss = 10 Log [ ] Potenza riflessa Potenza incidente

47 MISURA DELLA PERDITA INIZIALE (Gli effetti di un connettore sporco o deteriorato) ok ko Rumore Sulla traccia Lancio ok: Si può misurare l intera fibra Lancio ko: Dinamica insufficiente per misurare l intera fibra

48 (MISURA DELLA PERDITA INIZIALE) Gli effetti di un connettore sporco o deteriorato 2 db = 10 km di f.o. a 1550 nm 2 db = 5,7 km di f.o. a 1310 nm 2 db Connettore sporco

49 Larghezza d impulso e risoluzione spaziale Gli effetti della zona morta usando un impulso largo G 1 G 2 Gli impulsi larghi producono ampie zone morte che impediscono la misura e la localizzazione individuale di eventi vicini tra di loro In questo caso è impossibile localizzare singolarmente i due giunti e dire, guardando la traccia, quale dei due è causa di una eventuale maggior attenuazione!!

50 Larghezza d impulso e risoluzione spaziale Gli effetti della zona morta usando un impulso stretto G 1 G 2 In questo caso è facile determinare quale dei due giunti attenua Maggiormente!! Gli impulsi corti producono piccole zone morte consentendo così di misurare e localizzare eventi vicini tra loro

51 Sequenza d impiego dell OTDR Controlli prima dell esecuzione del test Setup parametri di misura Scansione fibra Interpretazione traccia Memorizza e stampa

52 Controlli prima dell esecuzione del test Verificare se lo strumento può testare le fibre a tutte le lunghezze d onda richieste Controllare lo stato delle batterie Verificare e pulire le connessioni prima del test Verificare lo stato delle bretelle di test

53 OTDR: Parametri di Setup Connettere la fibra all OTDR Selezionare la λ di misura 850nm o 1300nm (MM) 1310nm; 1550nm; 1625nm; 1650nm (SM) Impostare l indice di rifrazione Selezionare la larghezza dell impulso da xx ns a xx µs (a seconda del mod. di OTDR) Selezionare il range di misura almeno il doppio della lunghezza del cavo Selezionare la risoluzione da xxx metri a xxx metri (a seconda del mod. di OTDR) Selezionare il tempo o il numero di medie (veloce, medio, lento) Avviare la scansione, ovvero visualizzare la traccia in Real Time

54 RIASSUMENDO PER MISURE ACCURATE, PULIRE SEMPRE BENE I CONNETTORI PRIMA DEL TEST Come configurare un OTDR? Larghezza impulso Controlla la quantità di luce iniettata in fibra. Un impulso breve garantisce alta risoluzione, piccole zone morte ma dinamica limitata. Un impulso largo garantisce alta dinamica ma bassa risoluzione e ampie zone morte. Tempo di acquisizione Aumentare il tempo di acquisizione migliora la dinamica e la traccia dello strumento. Indice di rifrazione Mediante l indice di rifrazione, l OTDR converte il tempo calcolato in distanza sulla fibra da visualizzare sulla traccia. Un valore accurato dell indice di rifrazione garantisce misure accurate della lunghezza e delle distanze sulla fibra Cosa misura un OTDR? Attenuazione db/km o db di perdita della fibra tra due punti lungo la tratta Perdita di un evento Semisomma algebrica dei valori di attenuazione dell evento misurate dalle estremità della f.o. Attenuazione di riflessione (RL) Rapporto tra la potenza ottica riflessa e quella incidente in corrispondenza di un evento (espresso in valori negativi) ORL (Optical Return Loss) Rapporto tra la potenza ottica retrodiffusa e quella incidente di un intero link ottico (espresso in valori positivi, esprime le perdite totali per retrodiffusione)

55 RIASSUMENDO.

56 Caratterizzazione completa di una f.o. Qualità dei connettori Attenuazione OTDR

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