Gli OTDR Nozioni base e tecniche d uso Roberto Noris Rertech roberto@rertech.it

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1 Gli OTDR Nozioni base e tecniche d uso Roberto Noris Rertech roberto@rertech.it

2 Che cos è un OTDR OTDR: obco nel dominio del tempo Stesso principio del radar: impulsi nella rete in fibra obca e ascolta le riflessioni lungo la rete Consente di generare una mappa dell intera rete obca, di stabilire la distanza, gli eventuali conne@ori o giunj presenj, le ro@ure, le pieghe della fibra ecc. Il suo ujlizzi necessità di conoscere a fondo il principio di funzionamento e i principali parametri di impostazione

3 Principio di funzionamento Rayleigh Si di un fenomeno fisico della fibra obca: mentre la luce si propaga da A a B, una piccola porzione (circa 1 milionesimo, - 60 db) si propaga al contrario da B verso A Maggiore è la sezione del core, minore il backsca@ering

4 Riflessioni di Fresnel Oltre al intrinseco della fibra obca, vengono generate delle riflessioni in generale quando c è un cambio repenjno dell indice di trasmissione in cui passa il flusso luminoso. Si chiamano riflessioni di Fresnel. Ad esempio: Nel caso di interruzione della fibra (passaggio repenjno all aria), ad esempio fine- fibra o ro@ura Nel caso di una coppia di conne@ori obci (fibra/gap di aria/ fibra) o di un giunto meccanico In casi parjcolari di piccole imperfezioni del nucleo della fibra obca

5 Come si crea la mappa della rete Con l emissione in sequenza di impulsi luminosi di lunghezza specificata, l OTDR riceve dalla rete le riflessioni (backsca@er + Fresnel) Misurando la potenza di queste riflessioni e il tempo che passa dall emissione dell impulso e la ricezione della riflessione (nota la velocità della luce nella fibra obca), viene misurata la distanza

6 Dal tempo alla distanza La velocità della luce c nel vuoto è circa m/s La velocità in un mezzo dipende dall indice di rifrazione del mezzo (IOR), secondo la formula: v = c IOR Nella fibra obca, questo indice (modificabile dall utente) è normalmente 1,47 La velocità della luce nel nucleo è quindi di circa m/s La misura del tempo di percorrenza della luce, o@enuta grazie ad un oscillatore al quarzo interno all OTDR, perme@e di converjre il tempo in distanze

7 EvenJ Un evento è un elemento della rete esame da un fenomeno diverso dal semplice Si disjnguono evenj riflessivi e non- riflessivi Riflessivi Interruzione della fibra (riflessione seguita da rumore) Conne@ori obci o giunj meccanici (Riflessione + a@enuazione) Impurità della fibra (riflessione senza a@enuazione) Non- riflessivi Giunzione a fusione (solo a@enuazione) Macro piega (solo a@enuazione ma con perdita diversa in base alla lunghezza d onda)

8 Ad esempio

9 di un OTDR

10 Conoscere gli OTDR Gamma dinamica Il rapporto in db tra il 98% della potenza iniziale e il livello del rumore In sintesi, quanto è potente la sorgente rispe@o alla soglia di rumore Più è alta, maggiore è la portata: la gamma dinamica deve essere sufficiente, con almeno 5-6 db di margine, alla a@enuazione totale della rete da misurare. Ad esempio, per un OTDR con 32 db di gamma dinamica: Si so@raggono 5 db - > 25 db Se la rete comprende ad esempio 5 conne@ori (IL di 0,3 db/conne@ore), la perdita totale dei conne@ori è 1,5 db, quindi rimangono 23,5 db A 1550 nm, la perdita Jpica di una buona fibra è 0,20 db/km. Quindi 23,5/0,20 = 117,50 km che è la portata massima in questo caso

11 Conoscere gli OTDR Larghezza dell impulso La durata di ciascun impulso emesso dall OTDR. La durata può variare a seconda del modello tra 3 ns e 20/50 μs. Minore la durata, maggiore la risoluzione spaziale, ma minore la distanza massima raggiunta (meno energia) e maggiore il rumore della misura. Maggiore la durata, minore la risoluzione spaziale, maggiore la distanza massima raggiunta e minore il rumore misurato (più energia)

12 EffeB della Larghezza di Impulso

13 Conoscere gli OTDR Distanza della E un parametro che definisce il fondo scala dell asse delle ascisse nel tracciato dell OTDR. Normalmente, si imposta una distanza della pari almeno a 1,5 volte l effebva distanza da misurare Impostare una distanza della tra@a troppo lunga pregiudica la risoluzione spaziale (vedi oltre). Se troppo corta, viene mostrata solo la prima porzione della rete.

14 Conoscere gli OTDR Misura mediata Ogni OTDR consente di mediare misure successive per un determinato periodo di tempo. La media delle misure una rilevante riduzione del rumore, con larghezze di impulso piccole all aumentare del tempo di media sopra un certo limite, le misure tendono a non migliorare ulteriormente

15 Conoscere gli OTDR Event Dead Zone Tempo/spazio di accecamento dell OTDR dopo un evento riflessivo. Per un determinato tempo (quindi, distanza) l OTDR non sarà in grado di riconoscere gli evenj successivi. E la somma della durata dell impulso + il tempo di recovery del fotodiodo e dell ele@ronica. Con un impulso di 3ns, questo corrisponde a non meno di 0,6 metri (idealmente). Nell uso prajco, la dead zone è ben maggiore della dead zone minima indicata nelle specifiche dello strumento. Per esempio, con un impulso di 100 ns, la dead zone non è inferiore a 20 metri. Per o@enere quindi una dead zone corta, occorre tenere breve la durata dell impulso, riducendo però la gamma dinamica e aumentando il rumore

16 Conoscere gli OTDR Dead Zone Tempo che impiega l OTDR dopo un evento riflessivo a rilevare nuovamente i livelli di backsca@er e, di conseguenza, a misurare con accuratezza la rete.

17 Dead Zone

18 Sovrapposizione di EvenJ

19 Larghezza impulso vs. Gamma Dinamica (valori di solo riferimento)

20 Conoscere gli OTDR Distanza di campionamento E la distanza tra due punj adiacenj campionaj dall OTDR. Dipende da quanj punj vengono campionaj dall OTDR, ma anche dalla distanza della tra@a e dalla lunghezza dell impulso Maggiore la distanza di campionamento, minore la risoluzione (capacità di individuare un evento) dello strumento

21 La bobina di lancio Ha lo scopo di evitare che l OTDR sia in grado di misurare gli evenj immediatamente successivi al punto di connessione alla rete, che sarebbero altrimenj nascosj dalla dead zone Si usano bobine di lancio da 300, 500 o 1000 metri Le normajve internazionali raccomandano una bobina di lancio all inizio e anche alla fine della rete so@o misura

22 Misure bidirezionali La misura bidirezionale consiste nella misura della traccia da A verso B, da B verso A, e nell o@enimento (tramite sovware) della traccia mediata. La misura bidirezionale: Migliora sensibilmente l accuratezza Rivela evenj che non potevano essere visj da un solo lato (a causa dell event dead zone) Elimina artefab come i giunj amplificaj (vedi oltre)

23 Dipende da almeno 3 fa@ori. Risoluzione Spaziale La durata dell impulso: un impulso di 1μs corrisponde a un tra@o di fibra di lunghezza circa 200 metri. Due evenj (ad esempio due giunzioni) poste a distanza minore non verranno individuaj entrambi La distanza di campionamento: indica in sostanza con quale frequenza l OTDR campiona il segnale ricevuto dalla rete. Maggiore la frequenza, minore la distanza tra un punto e il successivo. Parametro che dipende dalla durata dell impulso e dalla lunghezza della tra@a impostata La Event Dead Zone

24 Misurare una rete Misura di distanza Si posizionano i cursori A e B nei punj desideraj Lo strumento misura la distanza tra A e B

25 Accuratezza nella misura di distanza Nella prajca, un OTDR ha una precisione di misura della distanza tra l 1% e il 3%. Su 100 km, l 1% significa 1 km di precisione! L indice di rifrazione IOR impostato potrebbe non essere perfe@amente uguale a quello della fibra (o potrebbero esserci fibre di costru@ori diversi nella tra@a da misurare) La base tempo (clock) dello strumento potrebbe non essere estremamente precisa o stabile (variazioni con la temperatura o nel tempo) La effebva della fibra è superiore del 3%- 5% rispe@o alla lunghezza del cavo, a causa della stru@ura costrubva dei cavi obci

26 Misurare una rete Misura di perdita IL in una Esistono due metodi, generalmente impostabili sullo strumento: Metodo LSA (Lease Square ApproximaJon) Metodo TPA (Two Point ApproximaJon)

27 Misura di perdita IL Posizionamento dei Cursori Si posizionano i cursori A e B nei punj desideraj I punj devono essere individuaj lontano da dead zone o da evenj Lo strumento misura la perdita IL tra A e B

28 Misura di IL

29 LSA vs. TPA

30 Accuratezza nella misura di perdita In generale, gli OTDR sono meno precisi nella misura della perdita di quanto lo sono i tester obci (sorgente obca + power meter) Il mojvo è dovuto al modesto rapporto S/N (la riflessione di backsca@er è estremamente piccola, e questo genera errori nella misura) Inoltre la misura con l OTDR non considera il conne@ore obco iniziale e finale (se esistente)

31 Misurare una rete Perdita di un evento Nella misura della perdita di evento (giunzione, ecc ) è importante individuare con a@enzione i punj da ujlizzare per la misura, a rischio di o@enere daj erraj. Esistono numerose soluzioni. Le più comuni sono: Metodo a 2 punj Metodo a 4 punj

32 Perdita di evento Metodo a 2 punj Si posiziona il cursore A nel punto di backsca@er immediatamente precedente all evento Si posiziona il cursore B nel punto successivo all evento quando è riprisjnato il backsca@er, il più possibile vicino alla fine dell evento, ma dopo la dead zone

33 Perdita di evento Metodo a 4 punj Si posizionano i marker A, B, C e Y2. La misura viene eseguita dallo strumento come in figura:

34 Alcuni EvenJ ParJcolari Riflessioni fantasma In parjcolare nelle brevi, potrebbero essere rilevaj evenj fresnel di inesistenj. QuesJ sono dovuj a evenj riflessivi reali che rimbalzando tra una estremità e l altra della tra@a vengono rivelaj dall OTDR Ad esempio, in una misura breve, potrebbe vedersi una riflessione oltre la fine della tra@a, ad una distanza muljpla della lunghezza della bobina di lancio

35 Alcuni EvenJ ParJcolari Giun3 amplifica3 Quando si giuntano fibre con diametro del core diverso o con IOR diversi, ad esempio G652 co G657 o G655, possono essere misurate a@enuazioni negajve (quindi.. guadagni) oppure perdite molto più alte della norma. Per o@enere la misura corre@a, occorre eseguire la misura bidirezionale (la media tra A- >B e B- >A) che compenserà i valori incorreb misuraj dallo strumento

36 Alcuni EvenJ ParJcolari Fine fibra senza Riflessione Può capitare quando l estremità della fibra non è libera nell aria ma è immersa, ad esempio, in un liquido (acqua o olio). In tal caso lo strumento non misura una riflessione ma la traccia scende dire@amente al livello del rumore

37 La Pulizia è Importante! I conne@ori, in parjcolare della bobina di lancio, devono essere sempre perfe@amente pulij UJlizzare gli apposij strumenj di pulizia con frequenza Evitate di toccare la superficie dei conne@ori con le dita