光時(shí)域反射計(jì)在FTTH中的應(yīng)用

1　前言

從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用趨勢(shì)來(lái)看，光纖通信線路已由核心骨干網(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(wěn)定、近似無(wú)限的帶寬提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)及影像服務(wù)，這就是所謂的三網(wǎng)合一（tripleplay），它的建設(shè)與使用不僅是各電信運(yùn)營(yíng)商爭(zhēng)相努力的目標(biāo)，更是各國(guó)家綜合競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)比與發(fā)展科技優(yōu)勢(shì)的重要指標(biāo)。

日本在FTTH方面的發(fā)展和運(yùn)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(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，日本的FTTH市場(chǎng)普及率已經(jīng)接近10%。

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

除此之外，歐洲FTTH的市場(chǎng)也于2005年陸續(xù)推出，韓國(guó)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(guó)的臺(tái)灣省也將于今年進(jìn)行小規(guī)模的FTTx建設(shè)，我國(guó)大陸各省份雖然在寬帶通信建設(shè)上落后于美日歐韓等國(guó)家，但對(duì)FTTH的推動(dòng)與相干技術(shù)的發(fā)展卻相當(dāng)積極與迅速，2001年3月通過(guò)的《十五計(jì)劃綱要》中明確提出我國(guó)要大力發(fā)展高速寬帶信息網(wǎng)，重點(diǎn)建設(shè)寬帶接入網(wǎng)，目前寬帶接入網(wǎng)建設(shè)高潮已經(jīng)在全國(guó)興起。中國(guó)電信、聯(lián)通、網(wǎng)通、鐵通、長(zhǎng)城寬帶、廣電系統(tǒng)、寬帶運(yùn)營(yíng)服務(wù)商、系統(tǒng)集成商、大學(xué)、網(wǎng)絡(luò)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(shè)作為發(fā)展重點(diǎn)，使寬帶網(wǎng)的建設(shè)與業(yè)務(wù)開通取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。自2002年起陸續(xù)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(yùn)轉(zhuǎn)。一些經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的城市提出要把寬帶接入網(wǎng)的建設(shè)作為城市發(fā)展的一項(xiàng)重點(diǎn)工作，提出利用光纖到戶“拉動(dòng)本地產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)信息消費(fèi)”，并計(jì)劃用3～5年的時(shí)間建設(shè)適合全業(yè)務(wù)需求、寬帶化的城市信息接入網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)光纖到小區(qū)、光纖到大樓。智能小區(qū)實(shí)現(xiàn)千兆進(jìn)小區(qū)、百兆到樓、十兆入戶；智能大廈實(shí)現(xiàn)千兆到大樓、百兆到樓層、十兆到桌面。由此可見，中國(guó)光纖到戶的市場(chǎng)非常巨大，充滿著無(wú)限商機(jī)。

2OTDR在FTTH線路施工、維護(hù)中的作用

通信大發(fā)展，測(cè)試需先行。前面提到，基于FTTH的寬帶網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)橛脩籼峁┱Z(yǔ)音、數(shù)據(jù)及影像的服務(wù)，它的前提是要進(jìn)行FTTH的線路及設(shè)備建設(shè)，同時(shí)，還要保證線路及設(shè)備的正常運(yùn)營(yíng)。在FTTH的線路施工、維護(hù)測(cè)試及搶修過(guò)程中，作為光纖線路測(cè)試的專用儀器——光時(shí)域反射計(jì)（OTDR）是必不可少的測(cè)試儀器，它是采用時(shí)域測(cè)量的方法，發(fā)射具有一定寬度的光脈沖并注入被測(cè)光纖，然后通過(guò)檢測(cè)光纖中返回的瑞利散射（Rayleighscattering）及菲涅爾反射（Fresnelreflection）光信號(hào)功率沿時(shí)間軸的分布曲線，即可探知被測(cè)光纖的長(zhǎng)度及損耗等物理特性，同時(shí)，利用其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能，可對(duì)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(cè)試，測(cè)試速度快，故障定位準(zhǔn)確。目前，光時(shí)域反射計(jì)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(zhǎng)進(jìn)行光纖線路的測(cè)量，測(cè)量的重點(diǎn)在于驗(yàn)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(yàn)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(shù)據(jù)庫(kù)以供日后運(yùn)營(yíng)商在線監(jiān)控測(cè)試、維修中便于對(duì)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(hù)中的測(cè)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(yīng)性方面要比電纜強(qiáng)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(guò)程了。根據(jù)光纜的結(jié)構(gòu)，只要在光纜施工的過(guò)程中，嚴(yán)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(guò)人的眼睛是無(wú)法得知的，所以，在光纜線路的維護(hù)運(yùn)營(yíng)中，用OTDR測(cè)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(cè)試：來(lái)料測(cè)試、熔接前測(cè)試、熔接后測(cè)試及施工后的驗(yàn)收測(cè)試。

（1）光纜在布放前，對(duì)光纜中的每一根光纖都要先作測(cè)試，因?yàn)楣饫|從出廠運(yùn)輸?shù)劫I方單位再轉(zhuǎn)運(yùn)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(cè)試光纜的作用是為了劃清責(zé)任界限，即保證光纜在施工前是好的。從維護(hù)運(yùn)營(yíng)的角度看，測(cè)試有兩個(gè)目的：一是確保光纜沒(méi)有因施工而受損，二是確定光纜線長(zhǎng)，以免長(zhǎng)度不夠。

（2）光纜布放后接續(xù)前也必須進(jìn)行再測(cè)試，這是由于隨著科技的進(jìn)步，光纖熔接機(jī)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路損耗的主要因素。由于熔接損耗小，光信號(hào)通過(guò)該點(diǎn)后，光功率的變化不明顯，用OTDR測(cè)試時(shí)，不容易判斷出來(lái)，而在光纖鏈路的測(cè)試曲線中也不易查找到熔接點(diǎn)，這就會(huì)在日后運(yùn)營(yíng)維護(hù)上產(chǎn)生諸多不便：一是進(jìn)行線路維修時(shí)，因?yàn)椴恢皆摱喂饫|到底有多長(zhǎng)從而造成領(lǐng)料困難；二是線路改接不易，改接點(diǎn)一般都應(yīng)選在接頭的位置，因曲線中熔接點(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(xù)前再次測(cè)試可防止這類問(wèn)題的發(fā)生，同時(shí)，也能驗(yàn)證光纜在布防時(shí)沒(méi)有對(duì)光纜造成損傷。接續(xù)前測(cè)試與一般OTDR的測(cè)試方式相同，只是在光纜還沒(méi)有接續(xù)前，先將測(cè)試的光纜長(zhǎng)度及損耗數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來(lái)，建立線路段長(zhǎng)度及損耗的數(shù)據(jù)庫(kù)，以作為將來(lái)線路維護(hù)的重要參考。

（3）在光纜熔接后還需要再次用OTDR進(jìn)行測(cè)試，此次測(cè)試有兩個(gè)作用：一是測(cè)試熔接點(diǎn)的熔接損耗有沒(méi)有超出規(guī)定的要求，一旦發(fā)現(xiàn)超標(biāo)點(diǎn)，可及時(shí)再次重新熔接，二是借助測(cè)試并對(duì)照光纜的芯線，因?yàn)槿劢訑?shù)百芯的光纖難保不會(huì)接錯(cuò)。

光纜鏈路中有許多熔接點(diǎn)，對(duì)鏈路中個(gè)別超標(biāo)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(xù)點(diǎn)兩端的光纖數(shù)值孔徑差別過(guò)大，可能是因不同廠家造成的，不過(guò)，隨著光纖制造技術(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(jī)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(rèn)真測(cè)試，仔細(xì)判定，對(duì)不合格點(diǎn)要認(rèn)真對(duì)待，否則的話，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)行線路的最后測(cè)試，施工方測(cè)試主要是對(duì)光纜鏈路進(jìn)行自測(cè)、自查、自檢，測(cè)試數(shù)據(jù)可作為隨后驗(yàn)收時(shí)的參考，驗(yàn)收方測(cè)試主要是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)光纜鏈路的長(zhǎng)度、鏈路損耗及接頭損耗等進(jìn)行驗(yàn)收測(cè)試，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，作為日后運(yùn)營(yíng)維護(hù)的重要參考。

最終測(cè)試也可借助光源、光功率計(jì)及OTDR三種儀器共同進(jìn)行，前兩者是用來(lái)測(cè)試光信號(hào)在實(shí)際鏈路內(nèi)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(cè)量光纖鏈路損耗由光源和光功率計(jì)組成，測(cè)量時(shí)，發(fā)送端和接收端各需一人，測(cè)試前，雙方可先約定測(cè)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(xiàn)錯(cuò)接的光纖。

2.2FTTH對(duì)OTDR的性能及指標(biāo)要求

鑒于FTTH的光纖線路距離都不長(zhǎng)，所以對(duì)OTDR的指標(biāo)要求也不同于用于長(zhǎng)距離測(cè)試的OTDR，所以筆者認(rèn)為：基于FTTx測(cè)試的OTDR，應(yīng)該是其體積小、重量輕、事件盲區(qū)小，測(cè)距分辨率高，電池供電時(shí)間長(zhǎng)并便于攜帶等，具體指標(biāo)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(qū)：≤2m；

測(cè)距分辨率：≤0.1m；

動(dòng)態(tài)范圍是OTDR最重要的指標(biāo)之一，反映了其探測(cè)長(zhǎng)距離光纖線路的能力，同等條件下，動(dòng)態(tài)范圍越大，則可探測(cè)的光纖距離越長(zhǎng),動(dòng)態(tài)范圍的大小既與OTDR的工作波長(zhǎng)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(yīng)用于FTTH線路測(cè)試，不需要很大的動(dòng)態(tài)范圍，一般講，對(duì)多模光纖的測(cè)試，20/24dB（850nm/1300nm）就夠了；而對(duì)單模光纖的測(cè)試，則32dB（1310/1550nm/1625nm）就已滿足實(shí)際使用。

事件盲區(qū)也是OTDR的一個(gè)重要指標(biāo)，反映了OTDR對(duì)短距離光纖的探測(cè)能力。測(cè)試盲區(qū)越小、測(cè)距分辨率越高，則光纖線路中事件點(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(qū)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(qū)越小。一般來(lái)說(shuō)，OTDR的事件盲區(qū)指標(biāo)都是在特定的測(cè)試條件下實(shí)現(xiàn)的，如最小測(cè)試脈寬，端面反射≤40dB等。對(duì)FTTH光纖鏈路的測(cè)試，要求OTDR的事件盲區(qū)要小于2m。

對(duì)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(qū)，可通過(guò)軟磁盤存儲(chǔ)；還有的配置了PCM卡，但這都很不方便，道理很簡(jiǎn)單：軟磁盤的耐用性較差，用不了幾次就報(bào)廢了，且能正常工作的溫度范圍也只有5℃～35℃，另外存儲(chǔ)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(gòu)買相應(yīng)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(shuō)，那是軟磁盤無(wú)法相比的，存儲(chǔ)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(chǔ)幾千幅波形是絕對(duì)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(duì)FTTH光纖線路的測(cè)試，都是外出作業(yè)，要求電池的供電時(shí)間越長(zhǎng)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(zhǎng)，工作條件各不相同：有的是待機(jī)時(shí)間，有的是連續(xù)測(cè)試時(shí)間，還有的是每5分鐘測(cè)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(gòu)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(dǎo)。

由中國(guó)電子科技集團(tuán)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(shè)計(jì)，體積小、重量輕（約2.5kg）、外觀新穎；環(huán)保材料加工，強(qiáng)度高；內(nèi)帶Li離子電池供電，電池工作時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8小時(shí)（連續(xù)測(cè)試時(shí)間不小于6小時(shí)），特別適合于長(zhǎng)時(shí)間外出作業(yè)；機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)容量大（可存儲(chǔ)不小于900幅波形），通過(guò)USB盤可快速進(jìn)行測(cè)試波形的轉(zhuǎn)存，利用附送的分析軟件可方便的在計(jì)算機(jī)上瀏覽測(cè)試波形并進(jìn)行測(cè)試報(bào)表的制作。更重要的是，針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，AV6413可提供850nm、1300nm、1310nm、1550nm及1625nm等不同測(cè)試波長(zhǎng)、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，用戶可根據(jù)實(shí)際需要，選擇所需的測(cè)試模塊。

2.3OTDR的使用及注意事項(xiàng)

使用OTDR測(cè)試光纖鏈路，目的是得到光纖的長(zhǎng)度、鏈路損耗、熔接損耗、熔接點(diǎn)和故障點(diǎn)位置等信息。對(duì)于一般的測(cè)試，用OTDR的自動(dòng)測(cè)試功能即可滿足要求，但也不能過(guò)分依賴于自動(dòng)測(cè)試，在有些情況下，自動(dòng)測(cè)試未必能給出滿意的結(jié)果，比如短距離（幾十米之內(nèi)）和超長(zhǎng)距離的測(cè)試中，對(duì)事件點(diǎn)的判定和定位就未必準(zhǔn)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(yīng)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(cè)試的結(jié)果可能不一致，在這種情況下，最好采用手動(dòng)測(cè)試模式。

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

選擇測(cè)試量程時(shí)，必須注意所選測(cè)試量程要大于被測(cè)光纖的長(zhǎng)度，最好大于被測(cè)光纖長(zhǎng)度的兩倍，這是為防止光纖末端二次反射的影響（當(dāng)測(cè)試量程小于被測(cè)光纖長(zhǎng)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(cè)試曲線上，出現(xiàn)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(cè)試量程小于被測(cè)光纖長(zhǎng)度的兩倍就不能測(cè)試，首先是“鬼影”的出現(xiàn)取決于光纖末端的反射強(qiáng)弱，若反射很弱，則出現(xiàn)“鬼影”的幾率非常??；其次是一旦有“鬼影”出現(xiàn)，應(yīng)如何判斷及避免，有經(jīng)驗(yàn)的操作者會(huì)將測(cè)試量程放大后再測(cè)試，或者將光纖末端彎曲一下，若曲線上的反射峰消失了，說(shuō)明前面產(chǎn)生的反射峰是“鬼影”。

測(cè)試脈寬的選擇同樣取決于被測(cè)光纖的長(zhǎng)度，當(dāng)需要測(cè)試長(zhǎng)距離的光纖時(shí)，盡量選用較大脈寬，而若要測(cè)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(cè)試時(shí)，在曲線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(zhǔn)確的結(jié)果。