光時(shí)域反射計在FTTH中的應用

1　前言

從網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和應用趨勢來(lái)看，光纖通信線(xiàn)路已由核心骨干網(wǎng)絡(luò )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(lái)，基于FTTx（FTTH、FTTB、FTTC等）的寬帶網(wǎng)絡(luò )能夠借助高速、穩定、近似無(wú)限的帶寬提供語(yǔ)音、數據及影像服務(wù)，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(yíng)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(yíng)比較早，由于政府的大力支持，日本的FTTH市場(chǎng)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(wù)。據不完全統計，日本的FTTH市場(chǎng)普及率已經(jīng)接近10%。

美國雖然在1995年就開(kāi)始推動(dòng)FTTH業(yè)務(wù)，但快速的發(fā)展卻是起始于2004年，伴隨著(zhù)寬帶服務(wù)和節目源的成長(cháng)，FTTH的業(yè)務(wù)量顯著(zhù)增加。

除此之外，歐洲FTTH的市場(chǎng)也于2005年陸續推出，韓國亦于今年1月份在光州市正式提供WDM-PON的示范服務(wù)，我國的臺灣省也將于今年進(jìn)行小規模的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(dòng)與相干技術(shù)的發(fā)展卻相當積極與迅速，2001年3月通過(guò)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(diǎn)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(cháng)城寬帶、廣電系統、寬帶運營(yíng)服務(wù)商、系統集成商、大學(xué)、網(wǎng)絡(luò )公司、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商等紛紛投巨資把用戶(hù)寬帶接入網(wǎng)的建設作為發(fā)展重點(diǎn)，使寬帶網(wǎng)的建設與業(yè)務(wù)開(kāi)通取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。自2002年起陸續推出PON網(wǎng)絡(luò )的試用后，于2004年首先在武漢進(jìn)行了WDM-PON網(wǎng)絡(luò )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(diǎn)工作，提出利用光纖到戶(hù)“拉動(dòng)本地產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)信息消費”，并計劃用3～5年的時(shí)間建設適合全業(yè)務(wù)需求、寬帶化的城市信息接入網(wǎng)，實(shí)現光纖到小區、光纖到大樓。智能小區實(shí)現千兆進(jìn)小區、百兆到樓、十兆入戶(hù)；智能大廈實(shí)現千兆到大樓、百兆到樓層、十兆到桌面。由此可見(jiàn)，中國光纖到戶(hù)的市場(chǎng)非常巨大，充滿(mǎn)著(zhù)無(wú)限商機。

2OTDR在FTTH線(xiàn)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(luò )能夠為用戶(hù)提供語(yǔ)音、數據及影像的服務(wù)，它的前提是要進(jìn)行FTTH的線(xiàn)路及設備建設，同時(shí)，還要保證線(xiàn)路及設備的正常運營(yíng)。在FTTH的線(xiàn)路施工、維護測試及搶修過(guò)程中，作為光纖線(xiàn)路測試的專(zhuān)用儀器——光時(shí)域反射計（OTDR）是必不可少的測試儀器，它是采用時(shí)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(guò)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(shí)間軸的分布曲線(xiàn)，即可探知被測光纖的長(cháng)度及損耗等物理特性，同時(shí)，利用其強大的數據分析功能，可對光纖鏈路中的事件點(diǎn)及故障點(diǎn)精確定位，其最重要的特點(diǎn)是：?jiǎn)味藷o(wú)損測試，測試速度快，故障定位準確。目前，光時(shí)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(cháng)進(jìn)行光纖線(xiàn)路的測量，測量的重點(diǎn)在于驗證局端至分支器、分支器至各用戶(hù)端光纖的熔接、接頭與線(xiàn)路的損耗等，依次驗證各光纖距離與施工時(shí)相比是否正確，同時(shí)，也可形成數據庫以供日后運營(yíng)商在線(xiàn)監控測試、維修中便于對光纖線(xiàn)路的品質(zhì)確任及故障查找等。

2.1OTDR在FTTH線(xiàn)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(xiàn)路質(zhì)量的好壞就取決于光纜質(zhì)量及施工過(guò)程了。根據光纜的結構，只要在光纜施工的過(guò)程中，嚴格按照規范施工，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(xiàn)路的狀況，通過(guò)人的眼睛是無(wú)法得知的，所以，在光纜線(xiàn)路的維護運營(yíng)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(guò)程中一般要進(jìn)行四次測試：來(lái)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(chǎng)運輸到買(mǎi)方單位再轉運到工地，中間經(jīng)過(guò)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(yíng)的角度看，測試有兩個(gè)目的：一是確保光纜沒(méi)有因施工而受損，二是確定光纜線(xiàn)長(cháng)，以免長(cháng)度不夠。

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

（3）在光纜熔接后還需要再次用OTDR進(jìn)行測試，此次測試有兩個(gè)作用：一是測試熔接點(diǎn)的熔接損耗有沒(méi)有超出規定的要求，一旦發(fā)現超標點(diǎn)，可及時(shí)再次重新熔接，二是借助測試并對照光纜的芯線(xiàn)，因為熔接數百芯的光纖難保不會(huì )接錯。

光纜鏈路中有許多熔接點(diǎn)，對鏈路中個(gè)別超標的熔接點(diǎn)，一般來(lái)講，有兩個(gè)原因：一是光纖的原因，即接續點(diǎn)兩端的光纖數值孔徑差別過(guò)大，可能是因不同廠(chǎng)家造成的，不過(guò)，隨著(zhù)光纖制造技術(shù)的進(jìn)步，這方面的差別已越來(lái)越??；另一個(gè)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(diǎn)時(shí)，一定要認真測試，仔細判定，對不合格點(diǎn)要認真對待，否則的話(huà)，這個(gè)點(diǎn)可能是造成整個(gè)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(jìn)行線(xiàn)路的最后測試，施工方測試主要是對光纜鏈路進(jìn)行自測、自查、自檢，測試數據可作為隨后驗收時(shí)的參考，驗收方測試主要是依據標準要求，對光纜鏈路的長(cháng)度、鏈路損耗及接頭損耗等進(jìn)行驗收測試，對測試數據建立數據庫，作為日后運營(yíng)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(jìn)行，前兩者是用來(lái)測試光信號在實(shí)際鏈路內傳輸時(shí)的損耗情況，而用OTDR是找出鏈路中不好的熔接點(diǎn)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(shí)，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(gè)好處就是能及時(shí)發(fā)現錯接的光纖。

2.2FTTH對OTDR的性能及指標要求

鑒于FTTH的光纖線(xiàn)路距離都不長(cháng)，所以對OTDR的指標要求也不同于用于長(cháng)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、事件盲區小，測距分辨率高，電池供電時(shí)間長(cháng)并便于攜帶等，具體指標要求可參考如下：

動(dòng)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：≤2m；

測距分辨率：≤0.1m；

動(dòng)態(tài)范圍是OTDR最重要的指標之一，反映了其探測長(cháng)距離光纖線(xiàn)路的能力，同等條件下，動(dòng)態(tài)范圍越大，則可探測的光纖距離越長(cháng),動(dòng)態(tài)范圍的大小既與OTDR的工作波長(cháng)有關(guān)，也與其可發(fā)射的光脈沖寬度有關(guān)，一般講OTDR的動(dòng)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(xiàn)路測試，不需要很大的動(dòng)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(mǎn)足實(shí)際使用。

事件盲區也是OTDR的一個(gè)重要指標，反映了OTDR對短距離光纖的探測能力。測試盲區越小、測距分辨率越高，則光纖線(xiàn)路中事件點(diǎn)和故障點(diǎn)的定位精度越高。同動(dòng)態(tài)范圍一樣，OTDR事件盲區的大小也與光脈沖寬度有直接的關(guān)系，脈沖寬度越窄，則可能的事件盲區越小。一般來(lái)說(shuō)，OTDR的事件盲區指標都是在特定的測試條件下實(shí)現的，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的事件盲區要小于2m。

對OTDR來(lái)講，USB接口是非常必要的，目前，市場(chǎng)上有許多品牌的OTDR，有的配置有軟驅?zhuān)赏ㄟ^(guò)軟磁盤(pán)存儲；還有的配置了PCM卡，但這都很不方便，道理很簡(jiǎn)單：軟磁盤(pán)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(mǎi)相應的讀卡器，這可需要用戶(hù)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(shuō)，那是軟磁盤(pán)無(wú)法相比的，存儲容量也非常大，即便按目前市場(chǎng)上流行的128M最小容量，存儲幾千幅波形是絕對沒(méi)問(wèn)題的。

電池供電也是不可忽略的一個(gè)方面，考慮到對FTTH光纖線(xiàn)路的測試，都是外出作業(yè)，要求電池的供電時(shí)間越長(cháng)越好，目前，市場(chǎng)上各家OTDR都說(shuō)自己的電池供電時(shí)間長(cháng)，工作條件各不相同：有的是待機時(shí)間，有的是連續測試時(shí)間，還有的是每5分鐘測試1分鐘的時(shí)間，更有甚者是指兩個(gè)電池包的工作時(shí)間。所以，在選購OTDR時(shí)，不能只看電池供電時(shí)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(gè)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(guān)新穎；環(huán)保材料加工，強度高；內帶Li離子電池供電，電池工作時(shí)間長(cháng)達8小時(shí)（連續測試時(shí)間不小于6小時(shí)），特別適合于長(cháng)時(shí)間外出作業(yè)；機內存儲容量大（可存儲不小于900幅波形），通過(guò)USB盤(pán)可快速進(jìn)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(jìn)行測試報表的制作。更重要的是，針對不同的應用領(lǐng)域，AV6413可提供850nm、1300nm、1310nm、1550nm及1625nm等不同測試波長(cháng)、不同動(dòng)態(tài)范圍（從20/24dB、32/30dB、36/36dB、40/38dB、42/40dB等）等多種配置，用戶(hù)可根據實(shí)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(cháng)度、鏈路損耗、熔接損耗、熔接點(diǎn)和故障點(diǎn)位置等信息。對于一般的測試，用OTDR的自動(dòng)測試功能即可滿(mǎn)足要求，但也不能過(guò)分依賴(lài)于自動(dòng)測試，在有些情況下，自動(dòng)測試未必能給出滿(mǎn)意的結果，比如短距離（幾十米之內）和超長(cháng)距離的測試中，對事件點(diǎn)的判定和定位就未必準確，本來(lái)沒(méi)有事件點(diǎn)的地方可能誤判有事件點(diǎn)，而應該有的事件點(diǎn)也可能漏判，有時(shí)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(dòng)測試模式。

手動(dòng)測試模式要求操作者根據被測光纖的距離選擇合適的測試參數，如測試量程、脈寬、衰減及平均次數等，采用適當的測試參數會(huì )測試出最好的測試結果。

選擇測試量程時(shí)，必須注意所選測試量程要大于被測光纖的長(cháng)度，最好大于被測光纖長(cháng)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(cháng)度的兩倍時(shí)，光纖末端二次反射峰可能會(huì )落在平坦的測試曲線(xiàn)上，出現通常所說(shuō)的“鬼影”，造成光纖鏈路有故障點(diǎn)的假象）。但這并不是說(shuō)，測試量程小于被測光纖長(cháng)度的兩倍就不能測試，首先是“鬼影”的出現取決于光纖末端的反射強弱，若反射很弱，則出現“鬼影”的幾率非常??；其次是一旦有“鬼影”出現，應如何判斷及避免，有經(jīng)驗的操作者會(huì )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(xiàn)上的反射峰消失了，說(shuō)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(cháng)度，當需要測試長(cháng)距離的光纖時(shí)，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(shí)，在曲線(xiàn)信噪比許可的情況下，盡量選擇小脈寬會(huì )得到事件點(diǎn)更準確的結果。