光時域反射計在FTTH中的應用

1　前言

從網(wǎng)絡技術和應用趨勢來看，光纖通信線路已由核心骨干網(wǎng)絡往短距離通信的光纖城域網(wǎng)、局域網(wǎng)發(fā)展，尤其近年來，基于FTTx（FTTH、FTTB、FTTC等）的寬帶網(wǎng)絡能夠借助高速、穩(wěn)定、近似無限的帶寬提供語音、數(shù)據(jù)及影像服務，這就是所謂的三網(wǎng)合一（tripleplay），它的建設與使用不僅是各電信運營商爭相努力的目標，更是各國家綜合競爭力評比與發(fā)展科技優(yōu)勢的重要指標。

日本在FTTH方面的發(fā)展和運營比較早，由于政府的大力支持，日本的FTTH市場在近幾年得到了飛速發(fā)展。目前已有諸如NTT東日本、NTT西日本、東京電力、中部電力等多家公司提供FTTH業(yè)務。據(jù)不完全統(tǒng)計，日本的FTTH市場普及率已經(jīng)接近10%。

美國雖然在1995年就開始推動FTTH業(yè)務，但快速的發(fā)展卻是起始于2004年，伴隨著寬帶服務和節(jié)目源的成長，F(xiàn)TTH的業(yè)務量顯著增加。

除此之外，歐洲FTTH的市場也于2005年陸續(xù)推出，韓國亦于今年1月份在光州市正式提供WDM-PON的示范服務，我國的臺灣省也將于今年進行小規(guī)模的FTTx建設，我國大陸各省份雖然在寬帶通信建設上落后于美日歐韓等國家，但對FTTH的推動與相干技術的發(fā)展卻相當積極與迅速，2001年3月通過的《十五計劃綱要》中明確提出我國要大力發(fā)展高速寬帶信息網(wǎng)，重點建設寬帶接入網(wǎng)，目前寬帶接入網(wǎng)建設高潮已經(jīng)在全國興起。中國電信、聯(lián)通、網(wǎng)通、鐵通、長城寬帶、廣電系統(tǒng)、寬帶運營服務商、系統(tǒng)集成商、大學、網(wǎng)絡公司、房地產(chǎn)開發(fā)商等紛紛投巨資把用戶寬帶接入網(wǎng)的建設作為發(fā)展重點，使寬帶網(wǎng)的建設與業(yè)務開通取得了實質(zhì)性的進展。自2002年起陸續(xù)推出PON網(wǎng)絡的試用后，于2004年首先在武漢進行了WDM-PON網(wǎng)絡的試運轉。一些經(jīng)濟較發(fā)達的城市提出要把寬帶接入網(wǎng)的建設作為城市發(fā)展的一項重點工作，提出利用光纖到戶“拉動本地產(chǎn)業(yè)，促進信息消費”，并計劃用3～5年的時間建設適合全業(yè)務需求、寬帶化的城市信息接入網(wǎng)，實現(xiàn)光纖到小區(qū)、光纖到大樓。智能小區(qū)實現(xiàn)千兆進小區(qū)、百兆到樓、十兆入戶；智能大廈實現(xiàn)千兆到大樓、百兆到樓層、十兆到桌面。由此可見，中國光纖到戶的市場非常巨大，充滿著無限商機。

2OTDR在FTTH線路施工、維護中的作用

通信大發(fā)展，測試需先行。前面提到，基于FTTH的寬帶網(wǎng)絡能夠為用戶提供語音、數(shù)據(jù)及影像的服務，它的前提是要進行FTTH的線路及設備建設，同時，還要保證線路及設備的正常運營。在FTTH的線路施工、維護測試及搶修過程中，作為光纖線路測試的專用儀器——光時域反射計（OTDR）是必不可少的測試儀器，它是采用時域測量的方法，發(fā)射具有一定寬度的光脈沖并注入被測光纖，然后通過檢測光纖中返回的瑞利散射（Rayleighscattering）及菲涅爾反射（Fresnelreflection）光信號功率沿時間軸的分布曲線，即可探知被測光纖的長度及損耗等物理特性，同時，利用其強大的數(shù)據(jù)分析功能，可對光纖鏈路中的事件點及故障點精確定位，其最重要的特點是：單端無損測試，測試速度快，故障定位準確。目前，光時域反射計可使用850nm、1300nm（適用于多模光纖）、1310nm、1380nm、1480nm、1550nm及1625nm（適用于單模光纖）等波長進行光纖線路的測量，測量的重點在于驗證局端至分支器、分支器至各用戶端光纖的熔接、接頭與線路的損耗等，依次驗證各光纖距離與施工時相比是否正確，同時，也可形成數(shù)據(jù)庫以供日后運營商在線監(jiān)控測試、維修中便于對光纖線路的品質(zhì)確任及故障查找等。

2.1OTDR在FTTH線路施工、維護中的測試

眾所周知，光纖由于重量輕、耐腐蝕、不受電磁干擾的影像，在環(huán)境適應性方面要比電纜強許多，那么光纖線路質(zhì)量的好壞就取決于光纜質(zhì)量及施工過程了。根據(jù)光纜的結構，只要在光纜施工的過程中，嚴格按照規(guī)范施工，則光纜受傷害的幾率很小。一旦光纜施工后，就必須借助OTDR才能了解光纖線路的狀況，通過人的眼睛是無法得知的，所以，在光纜線路的維護運營中，用OTDR測試光纖鏈路是非常重要和必需的。

OTDR在光纖施工過程中一般要進行四次測試：來料測試、熔接前測試、熔接后測試及施工后的驗收測試。

（1）光纜在布放前，對光纜中的每一根光纖都要先作測試，因為光纜從出廠運輸?shù)劫I方單位再轉運到工地，中間經(jīng)過了多次的上下裝貨、卸貨，難保光纜不受損傷。所以，布放前測試光纜的作用是為了劃清責任界限，即保證光纜在施工前是好的。從維護運營的角度看，測試有兩個目的：一是確保光纜沒有因施工而受損，二是確定光纜線長，以免長度不夠。

（2）光纜布放后接續(xù)前也必須進行再測試，這是由于隨著科技的進步，光纖熔接機的熔接質(zhì)量已大幅度提高，使得熔接點的損耗不再是光纖線路損耗的主要因素。由于熔接損耗小，光信號通過該點后，光功率的變化不明顯，用OTDR測試時，不容易判斷出來，而在光纖鏈路的測試曲線中也不易查找到熔接點，這就會在日后運營維護上產(chǎn)生諸多不便：一是進行線路維修時，因為不知到該段光纜到底有多長從而造成領料困難；二是線路改接不易，改接點一般都應選在接頭的位置，因曲線中熔接點不明顯，可能因找不到熔接點而無法進行改接。所以，接續(xù)前再次測試可防止這類問題的發(fā)生，同時，也能驗證光纜在布防時沒有對光纜造成損傷。接續(xù)前測試與一般OTDR的測試方式相同，只是在光纜還沒有接續(xù)前，先將測試的光纜長度及損耗數(shù)據(jù)儲存起來，建立線路段長度及損耗的數(shù)據(jù)庫，以作為將來線路維護的重要參考。

（3）在光纜熔接后還需要再次用OTDR進行測試，此次測試有兩個作用：一是測試熔接點的熔接損耗有沒有超出規(guī)定的要求，一旦發(fā)現(xiàn)超標點，可及時再次重新熔接，二是借助測試并對照光纜的芯線，因為熔接數(shù)百芯的光纖難保不會接錯。

光纜鏈路中有許多熔接點，對鏈路中個別超標的熔接點，一般來講，有兩個原因：一是光纖的原因，即接續(xù)點兩端的光纖數(shù)值孔徑差別過大，可能是因不同廠家造成的，不過，隨著光纖制造技術的進步，這方面的差別已越來越小；另一個是熔接的原因，由于人為疏忽或熔接機故障造成的。

在用OTDR確定光纖鏈路中不合格熔接點時，一定要認真測試，仔細判定，對不合格點要認真對待，否則的話，這個點可能是造成整個光纖鏈路劣化特別快最直接的原因。

（4）在光纜工程完工后，還要進行線路的最后測試，施工方測試主要是對光纜鏈路進行自測、自查、自檢，測試數(shù)據(jù)可作為隨后驗收時的參考，驗收方測試主要是依據(jù)標準要求，對光纜鏈路的長度、鏈路損耗及接頭損耗等進行驗收測試，對測試數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫，作為日后運營維護的重要參考。

最終測試也可借助光源、光功率計及OTDR三種儀器共同進行，前兩者是用來測試光信號在實際鏈路內(nèi)傳輸時的損耗情況，而用OTDR是找出鏈路中不好的熔接點及地理位置。

測量光纖鏈路損耗由光源和光功率計組成，測量時，發(fā)送端和接收端各需一人，測試前，雙方可先約定測試光纜中光纖的順序（可按光纖涂覆材料的顏色），這樣做還有一個好處就是能及時發(fā)現(xiàn)錯接的光纖。

2.2FTTH對OTDR的性能及指標要求

鑒于FTTH的光纖線路距離都不長，所以對OTDR的指標要求也不同于用于長距離測試的OTDR，所以筆者認為：基于FTTx測試的OTDR，應該是其體積小、重量輕、事件盲區(qū)小，測距分辨率高，電池供電時間長并便于攜帶等，具體指標要求可參考如下：

動態(tài)范圍：20/24dB（850nm/1300nm，多模光纖）；

32/30/30dB（1310nm/1550nm/1625nm,單模光纖）；

事件盲區(qū)：≤2m；

測距分辨率：≤0.1m；

動態(tài)范圍是OTDR最重要的指標之一，反映了其探測長距離光纖線路的能力，同等條件下，動態(tài)范圍越大，則可探測的光纖距離越長,動態(tài)范圍的大小既與OTDR的工作波長有關，也與其可發(fā)射的光脈沖寬度有關，一般講OTDR的動態(tài)范圍有多大，都是指在最大光脈沖寬度的條件下。OTDR應用于FTTH線路測試，不需要很大的動態(tài)范圍，一般講，對多模光纖的測試，20/24dB（850nm/1300nm）就夠了；而對單模光纖的測試，則32dB（1310/1550nm/1625nm）就已滿足實際使用。

事件盲區(qū)也是OTDR的一個重要指標，反映了OTDR對短距離光纖的探測能力。測試盲區(qū)越小、測距分辨率越高，則光纖線路中事件點和故障點的定位精度越高。同動態(tài)范圍一樣，OTDR事件盲區(qū)的大小也與光脈沖寬度有直接的關系，脈沖寬度越窄，則可能的事件盲區(qū)越小。一般來說，OTDR的事件盲區(qū)指標都是在特定的測試條件下實現(xiàn)的，如最小測試脈寬，端面反射≤40dB等。對FTTH光纖鏈路的測試，要求OTDR的事件盲區(qū)要小于2m。

對OTDR來講，USB接口是非常必要的，目前，市場上有許多品牌的OTDR，有的配置有軟驅，可通過軟磁盤存儲；還有的配置了PCM卡，但這都很不方便，道理很簡單：軟磁盤的耐用性較差，用不了幾次就報廢了，且能正常工作的溫度范圍也只有5℃～35℃，另外存儲容量也不夠大，只有1.44Mbytes，存不了幾幅波形；PCM卡雖然容量稍大，但使用不方便，需要購買相應的讀卡器，這可需要用戶掏自己的腰包。相比之下，OTDR配有USB接口就非常方便了，即插即用，可靠性自不用說，那是軟磁盤無法相比的，存儲容量也非常大，即便按目前市場上流行的128M最小容量，存儲幾千幅波形是絕對沒問題的。

電池供電也是不可忽略的一個方面，考慮到對FTTH光纖線路的測試，都是外出作業(yè)，要求電池的供電時間越長越好，目前，市場上各家OTDR都說自己的電池供電時間長，工作條件各不相同：有的是待機時間，有的是連續(xù)測試時間，還有的是每5分鐘測試1分鐘的時間，更有甚者是指兩個電池包的工作時間。所以，在選購OTDR時，不能只看電池供電時間，還要了解是在什么工作條件下才不至于被誤導。

由中國電子科技集團個公司第41研究所最新研制并推出的AV6413型高性能微型OTDR，采用一體化模具設計，體積小、重量輕（約2.5kg）、外觀新穎；環(huán)保材料加工，強度高；內(nèi)帶Li離子電池供電，電池工作時間長達8小時（連續(xù)測試時間不小于6小時），特別適合于長時間外出作業(yè)；機內(nèi)存儲容量大（可存儲不小于900幅波形），通過USB盤可快速進行測試波形的轉存，利用附送的分析軟件可方便的在計算機上瀏覽測試波形并進行測試報表的制作。更重要的是，針對不同的應用領域，AV6413可提供850nm、1300nm、1310nm、1550nm及1625nm等不同測試波長、不同動態(tài)范圍（從20/24dB、32/30dB、36/36dB、40/38dB、42/40dB等）等多種配置，用戶可根據(jù)實際需要，選擇所需的測試模塊。

2.3OTDR的使用及注意事項

使用OTDR測試光纖鏈路，目的是得到光纖的長度、鏈路損耗、熔接損耗、熔接點和故障點位置等信息。對于一般的測試，用OTDR的自動測試功能即可滿足要求，但也不能過分依賴于自動測試，在有些情況下，自動測試未必能給出滿意的結果，比如短距離（幾十米之內(nèi)）和超長距離的測試中，對事件點的判定和定位就未必準確，本來沒有事件點的地方可能誤判有事件點，而應該有的事件點也可能漏判，有時候，同樣一根光纖，先后多次測試的結果可能不一致，在這種情況下，最好采用手動測試模式。

手動測試模式要求操作者根據(jù)被測光纖的距離選擇合適的測試參數(shù)，如測試量程、脈寬、衰減及平均次數(shù)等，采用適當?shù)臏y試參數(shù)會測試出最好的測試結果。

選擇測試量程時，必須注意所選測試量程要大于被測光纖的長度，最好大于被測光纖長度的兩倍，這是為防止光纖末端二次反射的影響（當測試量程小于被測光纖長度的兩倍時，光纖末端二次反射峰可能會落在平坦的測試曲線上，出現(xiàn)通常所說的“鬼影”，造成光纖鏈路有故障點的假象）。但這并不是說，測試量程小于被測光纖長度的兩倍就不能測試，首先是“鬼影”的出現(xiàn)取決于光纖末端的反射強弱，若反射很弱，則出現(xiàn)“鬼影”的幾率非常?。黄浯问且坏┯?ldquo;鬼影”出現(xiàn)，應如何判斷及避免，有經(jīng)驗的操作者會將測試量程放大后再測試，或者將光纖末端彎曲一下，若曲線上的反射峰消失了，說明前面產(chǎn)生的反射峰是“鬼影”。

測試脈寬的選擇同樣取決于被測光纖的長度，當需要測試長距離的光纖時，盡量選用較大脈寬，而若要測試短距離光纖（如距離小于1km），則最好選擇最小脈寬，由于脈寬的大小決定了空間分辨率，所以測試時，在曲線信噪比許可的情況下，盡量選擇小脈寬會得到事件點更準確的結果。