OTDR原理xPON基础知识.ppt

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1、OTDR 基本知识,OTDR测试维护工作首先应该对OTDR本身的各项参数进行正确的设置；其次是对OTDR各项技术指标的正确理解；第三个需要注意的是不同需求和不同测试环境对测试仪器指标的要求以及测试的方法；最后是对测量曲线的正确解读。,几个关键的概念：菲涅尔反射，瑞利散射，背向散射法，OTDR的工作原理。瑞利散射：光纤在加热制造过程中，热骚动使原子产生压缩性的不均匀，造成材料密度不均匀，进一步造成折射率的不均匀。这种不均匀在冷却过程中固定下来，引起光的散射，称为瑞利散射，是光纤本身固有的。菲涅尔反射：菲涅尔反射就是平常所理解的光反射。该现象通常在不连续界面处发生（如连接器、适配器等），是气隙、未

2、对准、折射率不匹配等原因导致的结果。需要注意的是能够产生后向瑞利散射的点遍布整段光纤，是一个连续的，而菲涅尔反射是离散的反射，它由光纤的个别点产生，能够产生反射的点大概包括光纤连接器（玻璃与空气的间隙）、阻断光纤的平滑镜截面、光纤的终点等。,瑞利散射：当光在光纤传输的过程中撞击到分布在芯径中的多普勒颗粒，会产生背向散射。,纤芯,背向散射 散射回来的光和注入光的数量有关。,1,2,多普勒颗粒,从前一点的背向散射.,瑞利散射,瑞利散射,反射发生在光纤端面.当光达到端面时，就象一个瞬间的光束撞击到窗户上，一部分光就会以撞击时相同的角度反射回来。反射光能量相当于撞击端面光的4%.,直接朝向光源的反射光

3、,端面的质量也许会减少返回到OTDR光的数量,菲涅尔反射,菲涅尔反射,平面研磨，回损14dB 球面研磨(PC)，回损40dB 斜角研磨(APC)，回损60dB,背向散射法：背向散射法是将大功率的窄脉冲光注入待测光纤，然后在同一端，检测沿光纤轴向向后返回的散射光功率。由于光纤材料密度不均匀，其本身的缺陷和掺杂成分不均匀，引起光纤中小的折射率的变化，当光脉冲通过光纤传输时，沿光纤长度上的每一点均会引起瑞利散射。这种散射向四面八方，其中总有一部分会进入光纤的数值孔径角，沿光纤轴反向传输到输入端。瑞利散射光的波长与入射光的波长相同，其光功率与散射点的入射光功率成正比。测量沿光纤轴向返回的背向瑞利散射光

4、功率可获得沿光纤传输损耗的信息，从而测得光纤的衰减。,OTDR的工作原理：OTDR 类似光雷达。它对光纤发出一个测试激光脉冲，然后观察从光纤上各点返回（包括瑞利散射和菲涅尔反射）的激光的功率大小情况，这个过程重复的进行，然后将这些结果根据需要进行平均，并以轨迹图的形式显示出来，这个轨迹图就描述了整段光纤的情况。,OTDR的参数设置,关键的设置参数,范围,一个基本但非常重要的设置,波长,显示光纤的特性,分辨率,决定距离的精度,平均,可以得到一个更平滑的曲线,脉冲宽度,最有用的控制,范围,测量范围：用户根据被测光纤的总长度选择测量长度范围。过长的选择会引起测量时间的加长，过短的选择会引起尾部的光纤

5、无法被检测到。测量时选取适当的测试距离可以生成比较全面的轨迹图，对有效的分析光纤的特性有很好的帮助，通常情况下，选择的范围要比光纤实际长度长25%到 50%。,蓝线：选择的范围为13千英尺太短所以看不到整条光纤（25千英尺）.,红线：选择的范围为30千英尺，正好能看到25千英尺的整条光纤.,不要选择相比实测光纤长得多的距离，尽管它不会影响测试，但会影响分辨率，同时文件也会更大,选择范围为164Km(538Kft)对于7.6Km(25Kft)的光纤太长.,文件大小:9Km 范围=2k字节 164Km 范围=10k字节,范围,脉冲宽度,脉冲宽度：脉宽指注入被测光纤的光脉冲信号高功率信号的宽度，脉宽

6、越宽，反向信号越强，OTDR可以有效探测的距离越远，但宽脉宽会引起起始反射信号饱和，引起大的盲区。因此，脉宽的选择是与测量光纤的长度有关系的。长度越长，脉宽越宽。一般的OTDR脉宽从nss分若干档供用户选择。用户在使用OTDR时，可以根据经验选择合适的脉宽设置。,脉冲光沿光纤内部传输就象水通过管道一样.,30ns 脉冲,脉冲宽度决定着盲区和动态范围,好的盲区和干净的曲线,最差的盲区但曲线很干净,最好的盲区但曲线噪声大,脉冲宽度1,长脉宽,中脉宽,短脉宽,脉冲宽度2,盲区,脉冲宽度的影响在曲线的始端最为显著 光纤连接OTDR的点,3,000,950,250,Long,Medium,Short,波

7、长,原则:只要可能总是测试2个波长.通过比较2个测试决定光纤上是否有压力点，这点很重要.,1550nm曲线,1310nm曲线,波长：光纤在不同波长下的衰减特性是不一样的，了解光链路的衰减量是用户测试最重要的目的。一般而言，OTDR提供1310nm/1550nm两个单模波长或850nm/1300nm两个多模波长，个别也有只提供单波长的情况，但提供双波长的是多数情况。因此，OTDR的设置中，让用户选择测量波长的选项，用户在使用时应注意设置你所关心的测量波长。,平均,平均时间：由于后向散射光信号极其微弱，一般采用统计平均的方法来提高信噪比，平均时间越长，信噪比越高。例如，3分钟的获取将比1分钟的获取

8、提高0.8dB的动态。但超过10分钟的获取时间对信噪比的改善并不大。一般平均时间不超过3分钟。,噪声表现为曲线的起伏变化，更长的平均时间可减少噪声电平.,红线：慢速扫描,蓝线：快速扫描,折射率：OTDR通过测量从发射光到接收到反射所经过的时间来计算到事件的距离。这可能是前面板连接器反射的上升沿或来自某一连接器的反射。显示的距离和测量的时间通过折射率相联系。这表示折射率的变化会导致计算出的距离发生变化。折射率是光纤的固有参数，取决于所用光纤的材料，因此应由光纤或光缆供应商提供。了解所测量光纤的折射率是非常重要的。由于折射率不准确所造成的误差通常大于仪器的误差。改变折射率设置会使OTDR测距结果发

9、生变化。折射率的定义：折射率=（真空中的光速）/（光脉冲在光纤中的速度）,散射系数：散射系数是散射回OTDR光线量的度量。它会影响回波损耗和反射级别的测量值。散射系数是OTDR输出处的光脉冲功率（不是能量）与光纤近端处的后向散射功率的比率。此比率以dB为单位。因为光脉冲功率与脉冲宽度相互独立，所以此比率与脉冲宽度成反比。,正确的理解OTDR各项性能参数的含义,动态范围：它表示后向散射开始与噪声峰值间的功率损耗比。它决定了OTDR所能测得的最长光纤距离。如果 OTDR 的动态范围较小，而待测光纤具有较高的损耗，则远端可能会消失在噪声中。,动态范围：决定着能够测试光纤的长度，值越大，测试的距离就越

10、长，以dB来表示发光功率和接收器的灵敏度决定着OTDR的动态范围,提高动态范围有三种方法：一是提高发射功率；二是提高脉冲宽度；三是改善接收器灵敏度,计算OTDR动态范围的方法,动态范围,“98%噪声电平”(Bellcore 标准),“SNR=1”,“RMS 噪声电平”,动态范围影响,动态范围OK，可以测量整条光纤,动态范围不够，末端有噪声,盲区当遇到反射事件时，高强度的反射光信号覆盖了弱强度的散射信号，从而造成OTDR光接收器的盲区。OTDR的盲区：(一个脉冲宽度持续时间+OTDR光接收器的恢复时间)内光在光纤中通过的距离。光脉冲宽度和光接收器的质量决定着盲区的长度。光脉冲宽度决定着动态范围和

11、盲区的值，脉冲宽度越大，盲区就越大，测试距离就越长；更小的脉冲宽度，更好的分辨率,但动态范围减小,需要更多的平均。盲区和动态范围是一个矛盾体,盲区：盲区是指两个靠的很近但仍可分别测量出来的事件，如果事件靠的太近，OTDR会把他们当成一个点。有时把盲区叫做两个事件的分辨率。盲区也如动态范围那样，有它自己的指标。经常发生把事件盲区与衰减盲区混为一谈的误解。,两种盲区：菲涅尔反射（事件盲区）/背向散射（衰减盲区）菲涅尔反射盲区是OTDR检测下一个事件所需的最小距离。背向散射盲区定义了OTDR可以测量的最小长度。,衰减盲区：衰减盲区是强反射覆盖了测量数据的那部分OTDR轨迹。它的发生是由于强信号使接收

12、器饱和，并且需要一定时间进行恢复。衰减盲区描述了从反射点开始（C点）到接收点恢复到后向散射电平约0.5dB（D点）范围内的这段距离。这是OTDR能够再次测试衰减和损耗的点。衰减盲区是指两个反射事件之间的最小距离，但是能够分别测出他们各自的损耗。事件盲区：事件盲区是反映两个反射事件之间的最小距离，仍可分辨出它们是两个彼此分开的事件。能够分别测出他们的距离，但是不能分别测出它们各自的损耗。从OTDR接收到的反射点开始到OTDR恢复的最高反射点1.5dB以下的这段距离（A，B两点之间），这里可以看到是否存在第二个反射点，但是不能测试衰减和损耗。,衰减盲区,衰减盲区的距离是从反射事件的开始到反射事件后

13、背向散射电平0.5dB以上的强度距离。,事件盲区,事件盲区是从反射事件点开始到反射事件峰值1.5 dB以下的距离。,EDZ,1.5 dB,初始盲区,EDZ,从峰值下降1.5dB，初始事件盲区,EDZ,初始衰减盲区,损耗分辨率接收器区分两个光信号的能力距离分辨率数据采样点之间的距离，决定着光纤末端距离判断的精度，距离分辨率不同于显示分辨率损耗精度测试的损耗精度，同光功率计的测试方式相同距离精度和时钟的稳定性、采样分辨率以及IOR的不稳定性有关系,不同需求和不同测试环境对OTDR指标的要求以及测试的方法,正确的是用OTDR进行测试应该注意以下几点：测试场合对仪器技术指标的要求，参数设置是否正确，所

14、要测量的光纤与仪器所提供的能力是否相符，测试方法是否正确。（1）测试场合的要求：在对楼宇或小范围的光纤进行测试和调试时，短盲区比动态范围重要得多。由于距离较短，不需要较大的动态范围。但是为了检测出跳线和光纤链路两端的损耗，需要短盲区。对于长距离（超过20公里）光纤测试和诊断，由于光纤本身会产生大量的损耗，因此对于长距离光纤链路，动态范围就是一项重要的指标了。折射率与散射系数的校正：就光纤长度测量而言，折射系数每0.01的偏差会引起7m/km之多的误差，对于较长的光线段，应采用光缆制造商提供的折射率值。,（2）参数设置是否正确：脉冲宽度的设置：在光功率大小恒定的情况下，脉冲宽度的大小直接影响着光

15、能量的大小，光脉冲越长,光的能量就越大。同时脉冲宽度的大小也直接影响着测试盲区的大小，也就决定了两个可辨别事件之间的最短距离，即分辨率。显然，脉冲宽度越小，分辨率越高，脉冲宽度越大分辨率越低。折射率的设置：折射率与距离测量有关。OTDR上显示的距离=测量的时间（真空中的光速）/距离折射率因此，了解所测量光纤的折射率是非常重要的。由于折射率不准确所造成的误差通常大于仪器的误差。折射率取决于所用光纤的材料，因此应由光纤或光缆供应商提供。,（3）所要测量的光纤与仪器所提供的能力是否相符：动态范围常用作比较OTDR测量距离的标准。OTDR的最大距离范围如下定义：动态范围(max)=距离范围(max)/

16、每公里光纤损耗(min)应该明白，实际上动态范围指标是很不同的。各种OTDR却有着不同的测量距离和熔接点测量范围。动态范围测量的是随机噪声的有效值（rms）。OTDR的目的是用来测量光纤熔接点的性能，并非测量随机噪声。动态范围与定位/测量光纤的长度之间有很大差别，粗略估计、要从测量的动态范围中减去6dB。,影响光纤传输性能的主要参数是光功率损耗。损耗主要是由光纤本身、接头和熔接点造成的。但由于光纤的长度、接头和熔接点数目的不定，造成光纤链路的测试标准不象双绞线那样是固定的。具体计算公式如下：光纤链路的损耗极限=光纤长度*损耗系数+每个接头损耗值*数量+每个熔接点损耗值*数量光缆衰减(dB)=衰

17、减系数(dB/km)长度(Km)接头衰减(dB)=接头个数接头损耗(dB)熔接衰减(dB)=熔接个数熔接损耗(dB)与测量的光纤最末端相比，至少要增加6dB的动态范围。注：1310nm的波长，衰减约为0.35dB/KM，1550nm波长衰减约为0.2dB/KM。,（4）测试方法是否正确：在有些不良接头的情况下，可能会看到一些反射。一些接头会显示为增益器，功率电平似乎增加。这是由接头前后的光纤后向散射系数的不同造成的。如果在一个方向上测量时看到增益器，则从光纤的另一端进行测量。您将看到在光纤中此点的损耗。增益器和损耗（“平均损耗值”）的差值显示此点的实际损耗。建议进行光纤的双向取平均测量。在判定

18、盲区时有两个问题：第一，光纤系统中事件分开的距离有多远？你必须能测量各个熔接点；第二，OTDR盲区指标有何限定？中等跨度的事件，如间隔为12KM的事件对OTDR来说一般不成问题，除非系统光纤很长。最坏情况是，同时测量长线远端的靠得很近的熔接点。,对测量曲线的正确解读,光纤上的事件是指除光线材料自身正常散射以外的任何导致损耗或反射的事物。包括各类连接及弯曲、裂纹或断裂等损伤。事件可以为反射或非反射。反射事件：当一些脉冲能量被反射，例如在连接器上，反射事件发生。反射事件在轨迹中产生尖峰信号。非反射事件：非反射事件在光纤有一些损耗但没有光反射的部分发生非。非反射事件在轨迹上产生一个倾角。OTDR轨迹

19、在屏幕上以图形化方式显示测量结果。纵轴显示功率，横轴显示距离。测试的轨迹图显示返回信号相对于距离的功率。用该信息，可以确定一个链接的重要特征。,下图是一个典型的OTDR轨迹图。在图中可以看到在光纤的开始和结束的强反射；光纤链路结束后的噪声，光纤正常的衰减。光纤的开始总是显示前部连接器处的强反射，在光纤结束处轨迹下降到噪声电平以前也会看到强反射。,同时，应该注意链路中的连接器引起的反射和损耗，连接器会同时导致反射和损耗。熔融接头是非反射事件，只能检测到损耗。在有不良接头的情况下，可能会看到一些反射。一些接头显示为增益器，功率电平似乎增加。这是由接头前后的光纤后向散射系数不同造成的。如果在一个方向

20、上测量时看到增益，则从光纤的另一端进行测量，将看到光纤中此点的损耗。增益和损耗的差值显示此点的实际损耗。这就是建议您进行光纤的双向取平均测量的原因。光纤的弯曲会导致损耗，但它们是非反射事件。裂纹是指导致反射和损耗的部分损坏的光纤。反射的级别和损耗在光缆移动时可能会改变。,OTDR 创建返回光强度（背向散射+反射）vs.沿着光纤的距离的光纤曲线（或图形）.,返回信号的强度(dB),距离,+,-,0,+,(英里,千米,或英尺),距离,+,-,0,+,近端的背向散射,OTDR 创建返回光强度（背向散射+反射）vs.沿着光纤的距离的光纤曲线（或图形）.,返回信号的强度(dB),(英里,千米,或英尺),

21、+,-,0,+,通过光纤的背向散射点,OTDR 创建返回光强度（背向散射+反射）vs.沿着光纤的距离的光纤曲线（或图形）.,返回信号的强度(dB),距离,(英里,千米,或英尺),+,-,0,+,远端的背向散射,OTDR 创建返回光强度（背向散射+反射）vs.沿着光纤的距离的光纤曲线（或图形）.,返回信号的强度(dB),距离,(英里,千米,或英尺),+,-,0,+,连接各个反射点,OTDR 创建返回光强度（背向散射+反射）vs.沿着光纤的距离的光纤曲线（或图形）.,返回信号的强度(dB),距离,(英里,千米,或英尺),+,-,0,+,只看连接线,OTDR 创建返回光强度（背向散射+反射）vs.沿

22、着光纤的距离的光纤曲线（或图形）.,返回信号的强度(dB),距离,(英里,千米,或英尺),+,-,0,+,添加端面反射,OTDR 创建返回光强度（背向散射+反射）vs.沿着光纤的距离的光纤曲线（或图形）.,返回信号的强度(dB),距离,(英里,千米,或英尺),熔接是一个点损耗,在熔接点返回信号的电平会突然下降.,+,-,0,+,接续损耗,返回信号的强度(dB),距离,(英里,千米,或英尺),带有空气间隔的连接是一个带有反射的点损耗,在反射信号下降的同时，会产生一个突发的上升。,距离,+,-,0,+,接续损耗,反射,返回信号的强度(dB),(英里,千米,或英尺),数据分析的一些重要概念,噪声和平

23、均,OTDR可通过平均技术改善噪声电平，提高动态范围，但平均次数越多，所需的测试时间就越长,平均前,平均后,平滑,平滑前,平滑后,OTDR也可通过平滑技术改善噪声电平，提高动态范围，但平均点数越多，测试分辨率越差,接续点增益和双向测量,实际损耗=(0.5-0.1)/2=0.2dB,接收器饱和,LSA/2PA(1/7),2PA 在两个标记数据点之间简单地画一条线,LSA/2PA(2/7),LSA-最接近于标记之间的数据点,LSA/2PA(3/7),端到端损耗，2PA,LSA/2PA(4/7),端到端损耗，LSA接续或菲涅耳反射会产生误差,LSA/2PA(5/7),接续损耗,2个标记,LSA/2P

24、A(6/7),接续损耗,2PA标记位置决定结果,LSA/2PA(7/7),接续损耗,LSA 正确的方法,我们可以用OTDR做什么？,观察整条光纤定位末端(断点)定位接续点(“事件”)测量接续点损耗测量端到端损耗,测量反射测量光回损标记事件制作光纤信息的文档存档,PON基础,Fiber-To-The-x(FTTx)光纤接入(FTTx,x=H for home,P for premises,C for curb and N for node or neighborhood)其中FTTH光纤到户，FTTP光纤到驻地，FTTC光纤到路边/小区，FTTN光纤到结点。,当前两种主要的xPON技术n EPO

25、N IEEE 802.3ah，启动较早，由制造商主导推进 由以太网技术发展而来，最适宜承载的是基于以太网的业务，例如宽带上网、VoIP、IPTV等 DBA、加密算法、管理维护等国内进一步严格定义，完善了互通要求n GPONITU-T G.984.14，MIB、保护等部分内容需参考运营商主导制订，全业务与完备性是其主要特征互通性的基础较好,xPON网络参考模型 以太网无源光网络(EPON)是一种采用点到多点（P2MP）结构的单纤双向光接入网，其典型拓扑结构为树型或星型，由网络侧的OLT、光分配网(ODN)和用户侧的ONU组成，如图1所示。,图1 EPON系统参考模型,OLTOptical Lin

26、e Terminal光线路终端局端设备位于CO,ONUOptical Network Unit光网络单元用户端设备可位于路边、楼道、家庭等,ODNOptical Distribution Network光分配网OLT和ONU之间由无源的光纤、光分/合路器（POS）等构成的网络。POS可位于路边、楼道,UNI-用户网络接口 SNI-业务节点接口 OBD-Optical Branching Device 光分路器,广播模式,下行数据广播，各ONU根据包头ID取出自己的数据可高效支持组播或广播业务,EPON下行传输：1490nm和1550nm的波长,TDMA模式（时分多址）,上行数据时分复用各ONU定时上报各自流量OLT根据各ONU业务流量进行动态带宽分配授权时隙ONU在授权时隙内突发传送数据,EPON上行传输:1310nm,ODN一级分光,ODN二级分光,谢谢！,