Introducción a las Mediciones de Fibra Óptica
Autores: Ing. Guzmán Moratorio Ing. Ricardo Mazzeo Ing. Martín Ayerza
Tópicos del Curso: Conceptos básicos de la transmisión de luz Equipos Equ ipos de medic medición: ión: Powe Powerme rmeter ter y OTDR Consideraciones sobre distintas redes de Fibra Parámetros y Especificaciones de los equipos Pruebas básicas en redes de Fibra Óptica
Capítulo 1 *Concepto de atenuación *Unidades de Medidas: decibel/decibel-miliwatt
Tx
0 dBm
Rx
-xdBm
dB
Pérdida
dB
dB
Longitud de onda Se define la longitud de onda (λ) como la distancia que recorre el pulso mientras una partícula del medio que recorre la onda realiza una oscilación completa. λ = v/f, siendo v la velocidad de la luz en el medio y f la frecuencia utilizada.
Atenuación La atenuación de una señal es una característica de calidad muy importante para la evaluación de un enlace de fibra óptica (cable y accesorios de red). Es la pérdida de potencia sufrida por la señal al recorrer el enlace y tiene dependencia con la longitud de onda de la luz que se trasmite. Por lo tanto la medición de atenuación del enlace debe realizarse en las diferentes λ en las cuales trabaje el mismo, por ejemplo 1310 nm, 1490 nm, 1550 nm.
Atenuación y Long. de Onda dB/km
α
Pérdidas debidas a: atenuación
Raylegh -
Absorción IR Absorción OH-
3
Pérdida total 0.75
850
1310
1550 nm λ
Longitud de onda
El decibel La unidad de medida de la señal de la luz es el miliwatio mw, sin embargo la forma de medida más conveniente es utilizar el decibelio (dB). Es la unidad más común en el campo de la electrónica para la determinación de perdidas o ganancias de un sistema y poder realizar gr áficas en escalas reducidas. Es una relación de potencia considerada en forma logarítmica. Es una unidad de medida adimensional y relativa (no absoluta) pues el dB relaciona la potencia de entrada y la potencia de salida en un circuito.
El decibel Se toma un punto localizado a la entrada del sistema que va a ser medido y otro punto al final o salida de dicho sistema. La formula de ganancia de potencia en decibelios está expresada en la siguiente fórmula: G(db)=10xlog(pot.salida/pot.entrada) Cuando la potencia de salida es menor que la potencia de entrada la ecuación siempre da valores negativos.
Perdida de Luz En la mayoría de las aplicaciones de las fibras ópticas la potencia de la luz de salida será siempre menor que la entrada a dicha fibra. Por lo tanto el valor de dicha Ganancia de potencia será siempre negativo. Esta Ganancia puede ser considerada como perdida de Luz : L(dB) = -G(dB) donde L(dB) = 10log(Pot. Entrada/Pot. Salida) La perdida de luz se usa par especificar a la atenuación de una fibra óptica.
Perdida de Luz Ejemplo: Potencia de salida de un generador de luz a la entrada de una fibra óptica es 0,1mW Potencia de salida de una fibra óptica :0,05mw Utilizando la fórmula : L(dB)= 10xlog(0,1mw/0,05mW)=3dB Por lo tanto la perdida de potencia en esa fibra es de 3 dB
El decibel miliwatt (dBm) Dado que el dB es una medida relativa, cuando es necesaria una medición absoluta de potencia ó ptica, por ejemplo la que emite un laser, se utiliza el dBm, es decir se toma como referencia (0 dBm) a 1 mw. El dBm es una relación logarítmica entre la potencia de medida y una potencia de referencia de 1 mW: P(dBm)=10xlog(Potencia/1mW).
El decibel miliwatt (dBm) En el ejemplo anterior la potencia que suministra el generador es de 0,1mW lo cual equivale a – 10dBm P(dBm)=10xlog (0,1mw/1mW)=-10dBm La potencia de luz recibida por el receptor es 0,05mw lo cual equivale a –13dBm L(dB)=Pot generada(dBm)-Pot receptor(dBm) L(dB)= -10dBm-(-13dBm) = 3dBm Por lo tanto, las perdidas de potencia a través de la fibra son de 3dBm o de 3dB. Todas las medidas deben ser realizadas en miliwatios o en decibelios pero no mezcladas
Relación: % de perdida de luz - dB Del ejemplo es útil acordarse de que una pérdida de 3 dB equivale a un 50% de potencia perdida. Un pérdida de 10dB equivale a un 90% de potencia perdida.
Tabla de equivalencias
En esta tabla puede apreciarse la imposibilidad de manejar un gr áfico en watts, y la comodidad de manejar cifras en dB. (pW=picowatt , nW=nanowatt, mW=microwatt, mW=miliwatt)
Medidas de atenuación El alto grado de calidad alcanzado en la actualidad por las fibras ópticas (ya contamos en Uruguay con fibras por debajo de los 0.25 dB/km. de atenuación para longitud de onda de 1550 nm), nos ha llevado a dar mayor importancia a la medición de las atenuaciones de empalmes, conectores y splitters.-
Técnicas de medición de atenuación Propósito Atenuación de la fibra - (dB/km). Atenuación en eventos (curvaturas), empalmes, conectores intermedios, splitters - (dB). Atenuación total del enlace (dB) - inversión de fibras. Ubicación de eventos (curvaturas), empalmes, conectores intermedios, splitters, fallas. Longitud ó ptica (km) y continuidad del enlace.
Técnicas de medición de atenuación Equipos • OTDR (Reflectómetro Ó ptico en el Dominio Tiempo) • IOLM (Intelligent Optical Link Mapper) • Medidor de Potencia (Powermeter)
Técnicas de medición de atenuación Etapas La medición de atenuación se debe realizar en las siguientes etapas: • Inspección de cable: chequeo de continuidad – longitud – especificación del fabricante. • Ejecución de la instalación del enlace: chequeo de empalmes, conectores, splitters.
Técnicas de medición de atenuación Etapas • Aceptación del enlace: reporte de Longitud, atenuación. • Mantenimiento: localización de fallas. • Operación: atenuación de conectores, enlace.
Capítulo 2 Equipos Powermeter
POWERMETER
POWERMETER (Equipo de Potencia) Atenuación Total Se utiliza para medir la atenuación total de un enlace de fibra Consta de una fuente de luz y un medidor, que se conectarán en ambos extremos de la fibra a medir. Además, la utilización del instrumento permite verificar la inversión o no de las fibras de un enlace.
POWERMETER (Equipo de Potencia) Atenuación Total
Medidas de Potencia ¿Cuáles conectores se incluyen y cuáles no? Cuando necesitamos medir la atenuación total de un tramo o pérdida de potencia, debemos excluir las atenuaciones producidas por los jumpers usados en la medición. Para esto, antes de realizarla, debemos conectar la fuente de luz al medidor de potencia con los mismos jumpers y adaptadores que usaremos luego, y seguir estos pasos:
Medidas de Potencia * Encendemos ambos equipos. * Los ajustamos a CW (continuous wave-onda continua no pulsante). * Elegimos la longitud de onda deseada (el equipo debe incluir, de ser posible, poder medir en tres longitudes de onda:1310 nm, 1490 nm, 1550 nm y 1625 nm. * Presionamos ahora en el medidor el botón ABS>REF para almacenar el nuevo valor de referencia. * Entonce Entonces, s, al descone desconecta ctarr los jumpers jumpers entre entre sí y conectarlos a la fibra bajo prueba obtendremos el valor de atenuación de la fibra.
Medidores de Potencia
Medidas de Potencia Los conectores a la salida de la fuente y a la entrada del medidor no deben desconectarse hasta no terminar todas las mediciones pues la atenuación producida por un conector varía cada vez que se vuelve a conectar. Para el caso de que un equipo posea los dos módulos en él, debe conectarse el jumper de medición entre su módulo emisor y su módulo medidor, establecer la atenuación producida por este jumper para descontarla de la medición final, o, si el equipo lo permite, ajustar la referencia.
Medidas de Potencia Paralelamente en el otro extremo de la fibra otro operador hará lo mismo con otro equipo. La ventaja de este método es que no es necesario que fuente y medidor deban encontrarse en el mismo lugar antes de medir.
Equipos de Potencia calibrados
Medida de Potencia final
Medida de Potencia final En el esquema anterior aparece una ‘Planilla’ debido a la no capacidad de almacenamiento de datos por parte del instrumento. Por lo tanto, se debe especificar la capacidad de almacenamiento de mediciones del instrumento.
Capítulo 3 Equipos OTDR: * Conceptos básicos * Interpretación de Medidas
OTDR Un OTDR es un reflectómetro óptico en el dominio tiempo. Es un instrumento de medición que envía pulsos de luz, a determinada longitud de onda deseada (ejemplo 1310 nm, 1490 nm, 1550 nm, 1625 nm), para luego medir sus reflexiones producidas a lo largo de la FO. Estos resultados, luego de ser promediadas las muestras tomadas, se grafican en una pantalla donde se muestra el nivel de señal en función de la distancia.
OTDR Luego se podrán medir las atenuaciones de los diferentes tramos, atenuación de empalmes y conectores, atenuación entre dos puntos, etc. También se utiliza para medir la distancia a la que se produjo un corte, o la distancia total de un enlace, o para identificar una fibra dándole una curvatura para generar una fuga y observando en la pantalla del OTDR ver si la traza presenta un salto.
OTDR Mediciones de: • Atenuación entre 2 puntos • Pérdida en empalme • Pérdida de conector • Pérdida de splitter • Atenuación por tramo • Distancias a empalmes, cortes, tramos, etc. • Reflectancia • Pérdida de retorno ORL (si lo incluye)
OTDR El índice de refracción de la fibra se calcula como el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío (Co) y la velocidad de la luz en el medio (V). n=Co/V, Co=3x108 m/s ; n>1 I
a
R
a
n1
Ley de Snell: n1.sena = n2.senb
n2 b
B
OTDR En fibras ópticas se busca la reflexión total de forma que el haz de luz inyectado viaje por el núcleo. Esto se logra modificando n entre el núcleo y el revestimiento.
nnucleo > nrevestimiento
OTDR El OTDR aprovecha los fenómenos presentes en la F.O. para analizar y entregar un resumen detallado de la situación. • Dispersión de Rayleigh • Reflexión de Fresnel
Dispersión de Rayleigh Debido a que el material de las fibras no es homogéneo y al estar sus partículas distribuidas aleatoriamente la luz tiende a dispersarse en todas direcciones. La dispersión Rayleigh se produce cuando un pulso viaja por la fibra y pequeñas variaciones en el material (no homogeneidad), como variaciones y discontinuidades en el índice de refracción, causan que la luz se disperse en todas direcciones.
Dispersión de Rayleigh El fenómeno de pequeñas cantidades de luz que se reflejan directamente de regreso al transmisor se llama retrodispersión.
Reflexión de Fresnel • Las reflexiones Fresnel ocurren cuando la luz que viaja por la fibra encuentra cambios bruscos en el índice de refracción del material (ni) que pueden producirse en conexiones o roturas en los que existen espacios de aire. Se refleja una gran cantidad de luz, en comparación con la dispersión Rayleigh. La intensidad de la reflexión depende del grado de cambio en el índice de refracción. • La potencia reflejada esta dada por la siguiente formula: Pr = (n1-n2)2 (n1+n2)2
Reflexión de Fresnel
Se tiene pérdida de potencia Pr~4%
OTDR Una porción de la inyección de una serie de pulsos ópticos es retrodispersada y retroreflejada desde los puntos de la fibra donde el índice n cambia. La intensidad de los pulsos que retornan es medido e integrado como función del tiempo, y se muestra en la pantalla del equipo como función de la distancia de la fibra.
OTDR El OTDR calcula distancias de acuerdo a la siguiente fórmula: Distancia = c.t/(n.2) c = velocidad de la luz en el vac ío (2.998x108 m/s) t = retraso de tiempo desde la emisión del pulso a la recepción del mismo n = índice de refracción de la fibra
OTDR - diagrama
OTDR - diagrama * El generador de pulsos alimenta al diodo láser, que convierte señal eléctrica a luz. * La función del acoplador es separar la señal enviada de la señal devuelta. * La señal que pasa por el acoplador alimenta al fotodiodo detector, el cual convierte la señal óptica a eléctrica. * Posteriormente se realiza la conversión analógica a digital de la señal. * Finalmente, luego del procesamiento digital el resultado es enviado a pantalla.
INTERPRETACIÓN DE UN OTDR
INTERPRETACIÓN DE UN OTDR OTDR Reflexión a la entrada a la fibra y zona ciega
Perdida en empalme
Reflexión y perdida en conector
Aparente ganancia en empalme
Reflexión a la salida de la fibra
dB
P O T E N C I A la pendiente de la linea es la atenuación en la fibra
DISTANCIA
km
INTERPRETACIÓN DE UN OTDR
INTERPRETACIÓN DE UN OTDR
INTERPRETACIÓN DE UN OTDR
INTERPRETACIÓN DE UN OTDR
INTERPRETACIÓN DE UN OTDR El procesamiento digital enviado a la pantalla también se refleja en una Tabla de Eventos como se muestra en las siguiente figuras. Los campos que se muestran en la mencionada tabla son: • Simbología • N° Evento • Distancia • Pérdida • Reflectancia • Perdida acumulada • Tipo de Evento
INTERPRETACIÓN DE UN OTDR
INTERPRETACIÓN DE UN OTDR
INTERPRETACIÓN DE UN OTDR
INTERPRETACIÓN DE UN OTDR
Capítulo 4 Equipos OTDR – Especificaciones
Especificación de OTDR • • • • •
Rango Dinámico Zona Muerta Resolución Precisión λ (longitud de onda)
Especificación de OTDR Rango Dinámico: Es la especificación que determina la perdida óptica total que puede analizar el OTDR, es decir, la longitud total del enlace de fibra que puede medir la unidad. Mientras más alto sea el rango dinámico, mayor será la relación señal / ruido, la traza será mejor y mayor será la distancia que puede analizar el OTDR.
Especificación de OTDR
Especificación de OTDR Definiciones de Rango Dinámico: • Un método de determinar el rango dinámico (aprobado y avalado por el IEC 61746) es tomar la diferencia entre el punto extrapolado de la traza de retroesparcimiento próxima al final de la fibra (tomada en la intersección entre la traza extrapolada y el eje de potencia) y el nivel superior del ruido de fondo hacia ó después del final de la fibra. Este nivel superior del ruido de fondo viene marcado por el ruido interno del equipo.
Especificación de OTDR El nivel superior de ruido se define como el límite superior de un rango que contiene al menos el 98% de todos los puntos de datos del ruido. El nivel se expresa en decibelios (dB). Esta medida se realiza dentro de un periodo de 3 minutos para el promediado.
Especificación de OTDR Se dan otras definiciones de los rangos dinámicos por diferentes fabricantes, lo cual hace muy difícil los valores de comparación.
Especificación de OTDR • El RMS (Valor cuadratico medio) también nombrado rango dinámico SNR=1 es la diferencia entre el punto extrapolado de la traza extrapolado pr óxima a la fibra ( tomada en la intersección entre la traza extrapolada y el
eje de potencia) y el nivel de ruido RMS. Se puede comparar este valor a la definición IEC 61746 mediante la resta de 1.56 dB del rango dinámico RMS si el ruido es gausiano.
Especificación de OTDR El SNR es la relación entre la señal que se refleja de vuelta y el nivel de ruido. Es función del ancho de pulso, puntos de muestreo, distancia de medición, número de cálculo de muestreo, etc. Por ejemplo, a mayor ancho de pulso, mayor potencia retroreflejada, obteniendo un SNR mayor (mejor) y mejor Rango Dinámico.
Especificación de OTDR • N=0.1 dB
Esta definición del rango dinámico da una idea del límite al cual el OTDR puede medir cuando el nivel de ruido es 0.1 dB en la traza. La diferencia entre N=0.1 y el nivel superior del ruido de fondo es aproximadamente 6.6 dB. Esto significa que un OTDR que tiene un rango dinámico de 28 dB puede medir un evento de la fibra desde 0.1 dB hasta 21.5 dB.
Especificación de OTDR • Detección de final
El rango dinámico de la detección de final es la diferencia en un sentido entre el máximo de una reflexión Fresnel del 4% al comienzo de la fibra y el nivel de ruido RMS. Este valor es aproximadamente 12 dB más alto que el valor IEC. • Otros.
Especificación de OTDR Rango Dinámico: Un buen método empírico es seleccionar un OTDR cuyo rango dinámico sea de 8 a 12 dB mayor que la pérdida máxima que se vaya a encontrar en cualquier tramo de la red.
Especificación de OTDR Un OTDR monomodo con un rango dinámico de 38 dB posee un rango dinámico utilizable de alrededor de 30 dB. Red Transporte: Asumiendo que existe una atenuación de fibra ordinaria de 0,20 dB/km a 1550 nm y empalmes cada 2 km (pérdida de 0,1 dB por empalme), una unidad como esta podrá certificar con precisión distancias de hasta 120 km.
Especificación de OTDR Red FTTH: Asumiendo que existe una atenuación de fibra ordinaria de 0,35 dB/km a 1310 nm, 1 empalme por fusión en calle (pérdida de 0,1 dB), 2 empalmes por fusión en central (pérdida de 0,2 dB), 2 niveles de splitters (pérdida de 18 dB), 3 empalmes mecánicos (pérdida de 1.5 dB), 4 acopladores (pérdida de 2 dB), una unidad como esta podrá certificar con precisión distancias de hasta 23 km.
Especificación de OTDR Zona muerta de reflexión o de evento: Estas zonas muertas se originan a partir de eventos de reflexión (conectores, empalmes mecánicos, etc.) a lo largo del enlace, afectando a la capacidad del OTDR para medir con precisión la atenuación en enlaces más pequeños y diferenciar eventos en espacios cercanos, como por ejemplo conectores en paneles de conexiones, etc.
Especificación de OTDR Cuando la fuerte reflexión ó ptica de dicho evento alcanza al OTDR, su circuito de detección se satura durante un periodo de tiempo específico (convertido a distancia en el OTDR) hasta recuperarse y poder volver a medir una vez más la retrodispersión de forma precisa. Como resultado de esta saturación, existe una parte del enlace de fibra tras el evento de reflexión que no puede “ver ” el OTDR, de aquí viene el término zona muerta.
Especificación de OTDR La zona muerta de reflexión representa la distancia mínima entre el principio de un evento reflectivo y el punto donde un evento reflectivo consecutivo deber ía claramente ser reconocido.
Especificación de OTDR Es decir, la zona muerta de reflexión es la distancia entre inicio del evento y el punto situado a 1.5 dB del pico.
Especificación de OTDR Zona muerta por atenuación o no reflexiva: Es la distancia mínima después de un evento reflectivo donde un evento no reflectivo (empalme) puede ser medido.
Especificación de OTDR Es la distancia entre el inicio del evento y el punto en la curva de recuperación en el que el receptor ve un nivel de 0.5 dB comparado con el nivel normal de backscattering en la traza.
Especificación de OTDR Existen 3 tipos de resoluciones: • Resolución de Despliegue: La resolución de lectura es la mínima resolución del valor mostrado. La resolución de cursor es la mínima distancia o atenuación entre 2 puntos mostrados ( valor típico 6[cm] ó 0.01[dB]). • Resolución de Perdida: Se define como la mínima diferencia de pérdida entre 2 niveles de ganancia.
Especificación de OTDR • Resolución de Muestreo:
Es la distancia mínima entre dos puntos de adquisición, mientras menor es esta distancia mayor el número de puntos de adquisición entonces mayor exactitud en la información obtenida y mejor la resolución.
Especificación de OTDR Depende de: • el ancho del pulso con que se mida (mayor ancho =
mayor resolución), pero existe un número máximo de muestras (en el orden de 16000 muestras por pulso). • el tiempo de adquisición o Nº de pulsos de luz
enviados. (2048, 32768 ó 261288, a mayor número mayor definición).
Especificación de OTDR La siguiente tabla muestra una relación entre resolución y distancia de medición. Distancia de medición
Resolución de muestreo
Hasta 1.2 km
0.080 m
Hasta 2.5 km
0.159 m
Hasta 5 km
0.318 m
Hasta 10 km
0.613 m
Hasta 20 km
1.27 m
Hasta 40 km
2.56 m
Hasta 80 km
5.09 m
Hasta 120 km
7.64 m
Hasta 160 km
10.18 m
Especificación de OTDR Precisión de Atenuación o Linealidad: Es la linealidad del OTDR, expresada en dB/dB. Para explicar este concepto, supongamos que un OTDR detecta una pérdida de 1 dB. Para una linealidad de 0,05 dB/dB, la pérdida registrada puede oscilar entre 0,95 dB y 1,05 dB. Para una pérdida de 20 dB y la misma linealidad, el registro puede variar entre 19,0 dB y 21,0 dB.
Especificación de OTDR Precisión de Distancia: La precisión de medición de distancia depende de los siguientes par ámetros: • Índice de grupo: El índice de refracción se refiere a un único rayo en la fibra, el índice de grupo se refiere a la velocidad de propagación de todos los pulsos de luz en la fibra. • Error de tiempo base: Este se debe a la imprecisión del cuarzo, el que puede variar desde 0.0001 hasta 0.00001 . Para tener una idea del error de distancia, se tiene que multiplicar este valor incierto por la distancia medida.
Especificación de OTDR Longitud de onda: La atenuación de fibras ópticas varía con la longitud de Onda, por lo que el equipo debe poder realizar las medidas a la longitud de onda en que se quiera transmitir. (1310, 1490, 1550 o 1625 nm).
Capítulo 5 Equipos OTDR: * Parámetros de Medición * Análisis de Eventos
Parámetros de medición de OTDR • • • • • • •
λ (longitud de onda) Coeficiente de dispersión Indice de refracción de la fibra Rango de medición en Km Monomodo, multimodo Ancho de pulso Tiempo de Adquisición
Parámetros de medición OTDR • Longitud de onda: Para la medición se deben seleccionar las ventanas o longitudes de onda en la que estará en servicio el equipo de transmisión. Los valores más bajos de atenuación total de un enlace en buen estado se darán para longitud de onda de 1550nm
dB/km
α
Parámetros de medición OTDR 1er Ventana
2da Ventana
3er Ventana
nm 850
1310
1550
λ
Parámetros de medición OTDR • Índice de Refracción: – El Índice de Refracción convierte el tiempo (medido por el OTDR) a distancia, que es desplegado en la traza – Introduciendo el valor apropiado en el OTDR dado por el fabricante nos asegura mediciones de distancia precisas de la fibra
Parámetros de medición de OTDR • Co Coefi efici cien ente te de disp disper ersi sión • Rang Rangoo ddee med medic iciión en Km • Fibras Fibras Monomo Monomodo do o multi multimod modo. o. Se deben establecer estos parámetros en función del tipo de fibra, parámetros del cable dados por el fabricante y longitud aproximada del enlace.
Parámetros de medición OTDR • Ancho de pulso: El OTDR funciona emitiendo pulsos de luz repetidos con una duración igual cada uno. El ancho de pulso controla la cantidad de luz inyectada en una fibra. La elección del ancho de pulso adecuado es básica para obtener los mejores resultados de una medición. Escoger mal un ancho de pulso para una determinada distancia puede hacer que se pierda de vista eventos en la traza.
Parámetros de medición OTDR • Ancho de pulso: El ancho de pulso está ligado con la resolución de la medición y el rango dinámico. Un ancho de pulso corto brinda alta resolución y cortas zonas muertas pero menos rango dinámico. Un ancho de pulso largo brinda alto rango dinámico pero menos resolución y largas zonas muertas.
Parámetros de medición OTDR Valores tí picos de Ancho de pulso: Enlaces cortos: 10 ηs, 30 ηs, 100 ηs, 300 ηs, 1µs Enlaces largos: 100 ηs, 300 ηs, 1µs, 3 µs, 10 µs
Parámetros de medición de OTDR • Tiempo de Adquisición Es el tiempo en que el OTDR analiza el enlace ó ptico (toma muestras y realiza promedios), por lo que este par ámetro tiene relación con la resolución, ancho de pulso, longitud del enlace. Aumentando el tiempo de adquisición mejora el rango dinámico sin afectar la resolución y zonas muertas.
Parámetros de medición de OTDR • Tiempo de Adquisición Dentro del rango de tiempo de adquisición se encuentra el modo Tiempo Real que permite una visualizaci ón r á pida de la traza y chequear continuidad del enlace. Esta modalidad es utilizada también para el chequeo de una fibra a cortar en un cable en servicio, dándole una curvatura y visualizando una atenuación en la pantalla.
Medición Existen 3 maneras de configurar un OTDR: Automática: El usuario simplemente deja que el OTDR se auto-calibre, y acepta los par ámetros calculado por este. Semi-automática: Un usuario con mayor experiencia puede dejar que el OTDR se autoconfigure, analice los resultados, y luego cambiar algunos de los par ámetros manualmente para optimizar la lectura. Manual: Un usuario experimentado puede no elegir la auto-configuración y darse el los par ámetros, basado en su experiencia Algunos de los par ámetros a modificar son: el rango (distancia), índice de refracción, ancho del pulso, longitud de onda, etc.
Medición • Eventos reflectivos: Ocurren cuando hay una discontinuidad en la fibra y ocurre un cambio abrupto en el índice de refracción de la fibra. • Eventos no reflectivos: Cuando no hay discontinuidad, pero existen perdidas. Estos son generalmente empalmes y curvaturas en la fibra. • Retrodispersión de la fibra en tramos continuos.
Medición Bobinas de Lanzamiento y Receptora: • La fibra de lanzamiento (o la receptora) es utilizada
cuando el usuario desea medir el primer (o el último) conector de un enlace óptico. • Desplaza el primer conector más lejos de la zona muerta del conector del OTDR. • Las longitudes pueden ir desde 50m de un patchcord a los 1000m.
Medición Las siguientes mediciones pueden ser efectuadas por un OTDR: Para cada evento: Perdida – Reflectancia – Localización. Para cada sección de la fibra: Largo de la Sección - Perdida de la Sección [dB] - Índice de Perdida de la Sección [dB/Km] - ORL (perdida ó ptica devuelta). Para un sistema completo: Largo de la Conexión Pérdida del Enlace aprox. [dB] - ORL del Enlace (si dispone).
Perdida en un empalme OTDR
A, ka
B, kb
S
ka=kb= coeficiente de retroesparcimiento S= atenuación del empalme
Para una fibra ideal donde dos tramos de fibra A y B se empalman obtenemos una perdida igual a S. Como ka=kb y las fibras son de idénticas características la curva se ve en ese punto de empalme como un escalón descendente.
Perdida en un empalme A
B
OTDR
S1 S
S1= S + ∆k
∆k
Como las fibras en la vida real nunca tienen idénticas características de dispersión, se da por lo tanto que la potencia retroesparcida de un empalme medido con OTDR es la suma de la atenuación real S más la diferencia de la dispersión de las fibras empalmadas ∆k.
Perdida en un empalme B
A
OTDR
S - ∆k
S2
Al medirlo en el sentido B-A obtenemos una perdida igual a S2. Ese valor S2 es igual al valor de atenuación real S menos la diferencia en dispersión de las fibras empalmadas ∆k.
S2= S - ∆k atenuación del empalme
Perdida en un empalme B
A
OTDR
- ∆k S
S2
Puede darse que el escalón se muestre hacia arriba en el gráfico del OTDR, eso no indica que exista ganancia de potencia , el valor del empalme mantiene la misma ecuación anterior.
S2= S - ∆k atenuación del empalme
Perdida de empalme Para obtener el valor correcto de la pérdida del empalme se deben tomar en cuenta las dos medidas obtenidas en cada sentido y hacer su valor promedio. Por lo tanto el valor de pérdida en ese punto es : Semp = (S1+ ∆k +S2 - ∆k )/2 Semp = (S1+ S2 ) / 2
Perdida de empalme Tabla de Análisis Bidireccional
Perdida de empalme Tabla de Análisis Bidireccional
Perdida de empalme Tabla de Análisis Bidireccional
Perdida de empalme Tabla de Análisis Bidireccional
Perdidas por Microcurvaturas Las pérdidas por microcurvatura se producen cuando se somete a la fibra ó ptica al aplastamiento (por ejemplo instalación interna por grampeado), lo cual hace que los haces de luz logren escapar del núcleo por superar el ángulo máximo de reflexión total interna.
Pérdida por Macrocurvaturas Las pérdidas por curvatura se producen cuando le damos a la fibra ó ptica una curvatura excesiva (por ejemplo en la instalación interna en quiebre de pared), la cual hace que los haces de luz logren escapar del núcleo por superar el ángulo máximo de reflexión total interna.
Perdidas por Macrocurvaturas La visualización en OTDR es semejante al producido por un empalme. De producirse una variación en la atenuación con la longitud de onda significa que se está en presencia de macrocurvatura (a mayor λ mayor atenuación). Esto permite en los nuevos OTDR identificar las mismas.
Microcurvaturas - Macrocurvaturas La visualización de estos eventos se puede lograr utilizando un VFL (Localizador Visual de Fallas). Estos eventos se pueden generar también en una caja de empalme lo que se podr ía asociar en una primera instancia al empalme propiamente dicho.
Cálculo aproximado de un enlace
A
B 2500
4000
700100 1000
3500
3000
Analizamos los eventos que tenemos: 4 empalmes por fusión, 6 bobinas de diferentes longitudes, un jumper de 100 m y 6 conectores. ¿ Cual será la pérdida total en dB del enlace ?
Resultado obtenido para longitud de onda de 1550 nm 8 x 0,1 dB de los empalmes. = 0.8 dB 4 x 0,5 dB de los acopladores = 2 dB 6 Bobinas. ( 2.5+ 4+0.7+1+3.5+3) dB x 0,25 dB/km = 3,675 dB Jumpers . 0.1 x 0.25 dB/km = 0.025 dB TOTAL = 6.5 dB pérdida calculada del enlace.
Vista de la curva en el OTDR dB
E1
E2
6.5 dB teórico
C E3
E4 km
Cálculo real con valores medidos OTDR E1 = 0.02dB , E2 = 0.04dB , E3 = 0.08dB, E4 = 0.05dB C = 2 dB, E0-E1= 0.5 dB E1-E2 = 0.8 dB E2-C = 0.15dB C-E3 = 0,2 dB E3-E4 = 0.70 E4-Fin = 0.6 dB. Total= 4*0.1+0.02+0.04+0.08+0.05+2+0.5+0.8+0.15+0.2+0.7+ 0.6+Cn TOTAL = 5.14+Cn = 6.54 dB Cn = pérdida de dos acopladores = 1 dB.
Conclusiones Se deduce de este cálculo que los valores promedio de atenuación de cada bobina es de 0,20 dB/km mientras que el teórico era de 0,25 dB/km. Los valores de empalme estuvieron siempre por debajo del valor estimado de 0.1 dB por empalme. La pérdida en el punto intermedio de conexión (puente en central ) dio una pérdida de 2 dB. La pérdida real es mayor que la pérdida teórica calculada por lo que el enlace no es aceptable. Se debe mejorar la pérdida del puente en el punto intermedio.
Capítulo 6 Medidas en Red FTTH Equipos IOLM
Medidas de Atenuación en Red FTTH
Las medidas de atenuación en una red FTTH con un equipo OTDR deben ser hechas solamente en la dirección cliente – central. Drop Terminals
OLT Empalme
Splitter 1:8
Splitter 1:4
Central Office
Medidas de Atenuación en Red FTTH
Si se hicieran desde la central tendríamos la superposición de medidas de varias fibras luego del primer splitter.
Trazo Real: Las ramas no son identificables ! Zonas “invisibles” largas
IOLM – Intelligent Optical Link Mapper Instrumento que realiza caracterización de un enlace utilizando los mismos principios del OTDR. Sin embargo var ía la representación gr áfica de los resultados. Es una aplicación optimizada para la caracterización de redes FTTH. La aplicación puede ser utilizada con anterioridad o posterioridad a la activación de la red. Existen diferentes modelos según las longitudes de onda que disponga.
IOLM – In Inte tell llig igen entt Op Opti tica call Li Link nk Ma Mapp pper er La aplicación realiza una serie de mediciones y las integra en una sencilla e intuitiva vista de enlace. La aplicación resume los resultados mediante una representación lineal del enlace, mostrando cada elemento con su posición, pérdida y reflactancia asociadas, así como el tipo de elemento. Puede incluir medida ORL del enlace. Necesita una fibra de lanzamiento menor que el OTDR. Muestra los valores de cada elemento y los evalúa en función de los mismos.
IOLM – In Inte tell llig igen entt Op Opti tica call Li Link nk Ma Mapp pper er Ventajas IOLM: • Menor Menor tie tiemp mpoo de ejec ejecuc uciión de medida ó ptica para caracterización del enlace. La estructura de red de FTTH FTTH de Antel Antel define define 2 nivele niveless de splitte splitters rs y con OTDR convencional se deber ía realizar 3 medidas para cada longitud de onda con diferentes anchos de pulso para visualizar los distintos componentes de red. El IOLM realiza automat automatica icamen mente te las 3 medic medicione iones. s. • Inte Interp rpre reta taci ción r á pida del enlace. • Menor Menor zon zonaa muer muerta ta..
INTERPRETACIÓN DE UN IOLM
INTERPRETACIÓN DE UN IOLM
INTERPRETACIÓN DE UN IOLM
Capítulo 7 Etapas de medición
Etapas de medición Inspección Instalación Aceptación Mantenimiento Operación.
1- Inspección de cable - aceptación Una vez recibido el cable se realiza pruebas de atenuación y longitud óptica. Es una medida rápida con OTDR de chequeo. Se realiza medición desde un extremo solamente a una o varias longitudes de onda y se puede realizar medición en totalidad de fibras del cable o muestreo. Se puede realizar la medición en tiempo real para obtener resultados en menor tiempo. Se puede realizar una inspección con VFL. Se puede realizar medidas PMD.
2- Instalación de cable • Light Source – Power Meter • OTDR • VFL •Microscopio
2- Instalación de cable Durante la instalación de cable y realización de empalmes se puede realizar medidas con OTDR para verificar atenuación de la fibra y verificación de empalmes realizados hasta el momento. Se realiza medición desde un extremo solamente o a punta de cable la totalidad de las fibras. La medición se realiza a una longitud de onda solamente. Se puede realizar medida de pérdida de potencia y ORL. Se puede utilizar VFL en instalaciones internas y para chequeo de empalmes.
2- Instalación de cable Se puede realizar inspección de conectores con microscopio (por ejemplo incluido en el OTDR). • Conectores sucios/mala calidad • Un conector debe brindar una correcta alineación de núcleos de ambas fibras y contacto f ísico entre ambas, si no lo hace aumenta la atenuación. • Si estas condiciones están dadas (buen conector), la fuente de falla es la suciedad en la conectorizacion. • La suciedad es la culpable del 90% de las fallas de las redes FTTH.
2- Instalación de cable • Un Unaa sim simpl plee pa part rtícula en el núcleo de la fibra causa incrementos de atenuación/reflexiones.
2- Instalación de cable • Cada vez vez que el conector conector es conectado, conectado, las part partículas en torno al conector se desplazan a través de la superficie del mismo colocándose en el núcleo de la ferrula/fibra. • Partículas mayores a 5µ usualmente se destruyen cuando cuando se conector conectoriz izan an creando creando part partículas menores. • Las partículas grandes crean barreras (“air gaps”) que no permiten el contacto de los núcleos de los conectores.
2- Instalación de cable • Las partículas menores a 5u tienden a incrustarse en
la superficie de la fibra, creando fallas irreparables (pits and chips).
2- Instalación de cable Localizador Visual de Fallas • Un test con el VFL, permite chequear la continuidad de un canal ó ptico punta a punta. • Un empalme mal realizado f ácilmente se visualiza debido al gap de aire en su interior. • Las macrocurvaturas también se pueden detectar. • Útil para confirmar la continuidad. • Un test con el visualizador de falla, VFL (visual fault locator ), inyecta señal visible dentro de la fibra y permite detectar aquellos puntos donde la señal abandona la fibra (falla).
2- Instalación de cable • Emisión de luz: Continua o modulada (2-3 Hz)
• Tipos de fibras compatibles: MM (Multimodo) y SM (Monomodo) • Potencia de salida: > 0,5 mW (-3dBm) en fibra ó ptica SM • Alimentación a bater ía • Dimensiones pequeñas
2- Instalación de cable • El VFL provee una luz visible roja @630 o 650nm • Se inyecta señal sin el splitter, sin punto de conexión imposible su utilización en campo. Es necesario un punto de medición. La continuidad del link o canal ó ptico, no asegura que la atenuación sea la correcta!!!
3- Aceptación de instalaciones • Light Source - Power Meter • ORL • OTDR (caracterización del enlace) • PMD
3- Aceptación de instalaciones Una vez realizada una instalación de cables de fibra óptica se debe proceder a realizar las medidas de verificación de los enlaces realizados (atenuación, ORL, dispersión por modo de polarización), para asegurar un funcionamiento uniforme y satisfactorio de la red. Para ello se utiliza el OTDR, POWERMETER, ORL, PMD.
Procedimiento de Aceptación de enlace Punto a Punto En redes Punta a Punto (redes de transporte) se debe realizar la medición con Powermeter, PMD y OTDR del 100 % de la red en ambos sentidos. Es decir, se debe realizar medición de la atenuación total, dispersión por modo de polarización ycaracterización de traza (incluido los empalmes, conectores), verificación de no inversión y PMD.
Procedimiento de medición con OTDR para Aceptación de enlace en redes Punto a Punto Cable de Fibra Óptica
Origen
Fin 1 2 3 … n
1 2 3 … n
Fibra n°1 λ 1 O→E
Fibra n°1 λ 2 O→E
...
Fibra n°1 λ 2 E→ O Promedio λ 1 O↔E
Promedio λ 2 O↔E
...
Fibra n°1 λ 1 E→ O
Procedimiento de medición con OTDR para Aceptación de enlace en redes FTTH La red FTTH se comporta como red Punto a Punto en el sentido ONT a OLT. Sin embargo, se comporta como red Punto a Multipunto en el sentido OLT a ONT. En este sentido, la medición con OTDR del enlace se debe realizar únicamente en sentido ONT a OLT para garantizar la medición de la traza correspondiente a la ONT en cuestión. La medición desde la OLT determinaría una traza que incluye las trazas de todos los enlaces asociados al puerto de la fibra a conectar en la OLT, lo cual se debe a los niveles de splitters de la red.
Procedimiento de medición con OTDR para Aceptación de enlace en redes FTTH La medición con OTDR desde OLT servirá únicamente para determinar los valores de atenuación de los empalmes ubicados entre la central y el primer nivel de splitter.
Procedimiento de Aceptación de enlace para redes FTTH La atenuación máxima soportada por un sistema GPON viene dada por la potencia máxima garantizada por la OLT menos la potencia mínima que es capaz de percibir la ONT. El estándar GPON define diferentes tipos de láseres (medidos en dBm).
Procedimiento de Aceptación de enlace para redes FTTH OLT: TIPO A (sin splitter)
Potencia media mínima -4
B+ (splitter 1:32)
+1
C (splitter 1:64)
+5
Procedimiento de Aceptación de enlace para redes FTTH ONT: TIPO A (sin splitter)
Sensibilidad Mínima del receptor -25
B+ (splitter 1:32)
-27
C (splitter 1:64)
-26
Procedimiento de Aceptación de enlace para redes FTTH GPON utiliza componentes electrónicos clase B+ y C donde el máximo budget óptico es 28 dB y 31dB. Un sistema para asegurar un correcto funcionamiento con equipos láser B+ presenta una atenuación máxima admisible de red igual a 28 dB. Asumiendo una atenuación de splitters y conectores de 20 dB tendrá un alcance máximo de 20 km aproximadamente.
Aceptación de redes FTTH • Medición END to END de la red desde OLT a CTO (salidas) en IL y ORL (en 1310, 1490 y 1550) • Medición OTDR desde CTO a DO • Medición de OTDR desde DO a NAP (entrada) • Medición de IL en acometida desde el CTO a la Roseta Ó ptica. -Valores de aceptación IL<1dB • Cuando se acepta una obra - Asignación de FO correcta - Caracter ísticas constructivas acorde a las normas
Procedimiento de Aceptación de redes FTTH • La medición IL y ORL se realiza con 2 personas (1 en central y 1 en CTO). • Se fija la fuente en la central y se mide todas las salidas de la CTO. • Sin modificar la fuente en la central se repite la medición con los restantes CTO asociados al splitter de agregación.
Procedimiento de Aceptación de redes FTTH -Valor de aceptación •Clase C, IL<31dB, ORL>35dB •Clase B+, IL<28dB, ORL>35dB -Verificar la correcta asignación entre splitter de agregación y splitter de distribución.
Procedimiento de Aceptación de redes FTTH CENTRAL
ABONADO
Empalme Fusión OLT
Acoplador + 2 conectores
Dist (km))
DO
Splitter 1:4
Splitter 1:8
NAP
CTO
ROSETA ONT
Aten (dB)
Procedimiento de Aceptación de redes FTTH ANTEL: • Realiza medición de atenuación y ORLdesde CTO (salidas) a OLT con Powermeter – 100%. • Realiza medición de caracterización de la traza desde CTO (salidas) a OLT con OTDR – 1 medida por splitter 1:8 en CTO. • Realiza medición de atenuación en la línea de acometida desde ONT a CTO con Powermeter.
Valores máximos de aceptación de redes Atenuación enlace: 28 dB Empalme fusión : 0.1 dB valor promedio de medición en ambos sentidos. Empalme mecánico: 0.75 dB Conector : 0.5 dB por acoplador Bobina : 0,35 dB/km para 1310 nm 0,27 dB/km para 1490 nm 0,25 dB/km para 1550 nm 0,28 dB/km para 1625 nm
Valores máximos de aceptación de redes Splitter: • 10xlog(1/N°salidas) dB • 3,5 dB por n (siendo n los niveles de 2 salidas del splitter - 2n) • Según el cuadro:
Umbrales de equipos Umbrales de potencia de equipos: • Para la ONT, el umbral de recepción es de -28 dBm, por lo que este ser ía el límite inferior para funcionar correctamente. El umbral de saturación es de -8 dBm, por lo que si le llega más potencia que -8 dBm fallar ía. • Para la OLT, es seguro que son mejores que las ONT, o sea que funcionan con menor señal que 28 dBm y soportan más señal que -8 dBm antes de saturarse .
4- Mantenimiento de red Al producirse una falla en un enlace óptico se determina posible origen de falla (equipo o cable). En caso de falla de cable (rotura) se debe localizar la misma (por ejemplo desde ONT con OTDR a 1625 nm) y proceder a reparación. Según tipo y ubicación de falla es el procedimiento de reparación.
4- Mantenimiento de red en servicio En caso que el nivel de potencia en ONT sea débil (pero hay continuidad de fibra), se debe localizar la el origen de una atenuación nueva (por ejemplo curvatura o empalme mecánico), se realiza medida desde ONT hacia CTO con OTDR a 1625 nm y VFL. El OTDR con sistema de filtrado permite rechazar señales no queridas (1310, 1490, 1550) que podr ían perturbar la medida OTDR. Esto asegura precisión en las medidas OTDR para la longitud de onda 1625 nm.
4- Mantenimiento de red en servicio Evita cualquier interferencia con el performance del enlace ó ptico, o con los transmisores láser de la Central OLT. Este procedimiento se denomina troubleshooting. .
5- Operación Cuando se realice la configuración de enlace óptico a través de uno o varios cables de FO se debe realizar medidas de atenuación del enlace total, (cable y conectores). En caso de cuereada de fibras de un cable, antes de realizar corte de las fibras se procede a realizar curvaturas en ellas y realizar medidas con OTDR desde acceso a red adecuado. Se verifica el corte de fibras asignadas. En caso de FTTH el OTDR debe incluir filtro y realizar medida con longitud de onda 1625 nm para no interferir con el servicio.
5- Operación de cable Identificador de Fibra Activa • Identifica una fibra ó ptica detectando una señal ó ptica que está siendo transmitida a través de la fibra monomodo, no necesitando la apertura de la caja de empalme. Se introduce la fibra en el FI aplicando una curvatura leve que no genera atenuación. Algunos FI indican la presencia y sentido del trafico así como también potencia relativa en la fibra.
Capítulo 8 PÉRDIDA DE RETORNO DE LA SEÑAL OPTICAL REFLECTION LOSS (ORL)
Concepto La Pérdida de Retorno de la Señal, expresada en dB, es una relación entre la potencia incidente y la potencia reflejada de la luz hacia atr ás (emisor) de un tramo de red de FO (fibra, empalmes, conetores, etc) medida en una ubicación específica.
Concepto Se expresa como: ORL=10. log (potencia incidente/potencia reflejada) No se debe confundir con la reflectancia que es usada para describir la reflexión en una interfaz a nivel de componente, por ejemplo un conector. Reflectancia=10.log (potencia reflejada /potencia incidente). Siempre es negativa.
Concepto Fuente – Detector de luz Pinc
Fin enlace
Enlace óptico Pref
(Cable FO - Conectores – Empalmes – Spiltters)
Causas Algunas causas que generan Pérdida de Retorno Ó ptico son: • Al inyectarse la luz a un componente de FO, por ejemplo, conector, multiplexor, empalme, o incluso la misma fibra, parte de la energía es transmitida, parte es absorbida y parte reflejada. • En la fibra la ORL se debe principalmente a la reflexión de Fresnel y dispersión de Rayleigh aunque la reflexión de Fresnel es miles de veces mayor que la dispersión de Raileigh.
Causas • Suciedad en empalmes, conectores. • Impurezas en la fibra ó ptica, conectores. • Daños en conectores. • Problemas de alineación en empalmes, conectores. • Daños f ísicos en los tendidos de cable
Valores Std Conectores: De acuerdo con el standardt industrial: Conectores de Fibra Ó ptica con PulidoUltra PC, la pérdida de retorno deber ía ser mayor a 50dB. Conectores de Fibra Ó ptica con PulidoAngular (8°), generalmente la pérdida de retorno es mayor a 60dB, es decir disminuyen la reflexión aunque el pulido no es muy bueno.
Valores Std Enlace: ORL mínimo = 32-35 dB ORL std = 55 dB el std
Consecuencias Algunas consecuencias de la Pérdida de Retorno Ó ptico (altas reflexiones – ORL bajos) son: •Inestabilidad en los transmisores ó pticos
(fluctuaciones en la potencia de salida de los láseres). • Incrementa el ruido en el receptor, lo cual disminuye el OSNR (Optical Signal to Noise Ratio). •Altos valores de taza de errores en los receptores (BER alto) en sistemas digitales.
Consecuencias • Contribuye en las pérdidas de potencial total. • Los transmisores láser de alto desempeño
utilizados en DWDM son muy sensibles a la luz reflejada la cual puede contribuir a la degradación de la estabilidad del láser y la relación señal – ruido del sistema, inclusive puede dañar el láser.
Consecuencias • La reflexión de propagación hacia atr ás retrasa la señal original causando problemas en la etapa de modulación. Este fenómeno es llamado
interferencia multitrayectoria (MPI). Las reflexiones ocurren dentro de los amplificadores ó pticos, especialmente la interferencia por MPI contribuye a la amplificación del ruido. •Velocidad limitada. •Imágenes fantasmas (video análogo).
Unidades • La ORL se mide en dB y siempre es positiva ya
que la potencia incidente es siempre mayor que la reflejada. Por ejemplo, si la interfaz de un sistema tiene una potencia incidente de 1 µw y una potencia reflejada de 1 ηw, la ORL es 30 dB. • Un alto valor de ORL implica menos potencia reflejada y así de éste modo mejor desempeño, por ejemplo ORL = 50 dB es mejor que ORL = 30 dB
Etapa de medición de ORL • La ORL se mide en la etapa de aceptación del enlace antes de realizar conexión de equipos de transmisión pues de lo contrario el valor ORL contiene la señal reflejada y emitida por el equipo.
