Atenuación y zonas inactivas de eventos de OTDR explicados: OptiFiber Pro

Introducción

Probar el cableado de fibra multimodo en entornos de alta densidad requiere un OTDR especializado capaz de probar los conectores espaciados. Frecuentemente, estos conectores tienen pérdida de inserción alta y alta reflectancia. Como resultado, la prueba con un OTDR se torna difícil para todos pero el OTDR con la más alta resolución espacial.

En el centro de este tipo de OTDR se encuentran dos componentes, un láser pulsado y fotodiodo de avalancha (APD). El diseño de la electrónica y lo más importante, el tipo de APD seleccionado, determina el rendimiento de la zona inactiva.

Todos los proveedores OTDR proporcionan una especificación de zonas inactivas. Sin embargo, hay varias cosas a considerar al revisar zonas inactivas. En primer lugar, se deben considerar las condiciones bajo las cuales se especifica la zona inactiva. En segundo lugar, cómo cambia la zona inactiva a medida que aumenta la reflectancia es importante, algo que los proveedores no especifican. Y en tercer lugar, qué puede uno esperar con el rendimiento de zonas inactivas en una red de fibra del mundo real.

Especificaciones de zonas inactivas

Como se muestra en la figura 1, la zona inactiva de atenuación (ADZ) se define como la distancia, generalmente para un evento reflexivo de conector “bueno”, entre el borde de levantamiento del pulso a la desviación de 0,5 dB de un ajuste de línea recta al nivel de retrodispersión. El nivel de retrodispersión es la línea inclinada en el rastro que proporciona el valor de atenuación de la fibra. Esta especificación de zonas inactivas se da generalmente bajo mejores condiciones tales como el ancho de pulso más corto y conector reflectancia de mejor de los casos.

El propósito de la especificación ADZ es proporcionar una indicación de la distancia después de un conector en el que una medición de la pérdida exacta se puede hacer. De esta definición podría existir una expectativa que un latiguillo de la longitud de la zona inactiva puede ser concatenado a un conector anterior para hacer una medición de pérdida. En realidad, esto podría no ser verdad.

En la figura 2, la zona inactiva de evento (EDZ) se define como la distancia, generalmente para un solo conector “bueno” entre dos cursores establecidos 1,5 dB por debajo de un pico reflector. Esto representa el ancho de pulso máximo medio de ancho en el dominio lineal. Una vez más, esta especificación de zonas inactivas se da generalmente bajo mejores condiciones utilizando el ancho de pulso más corto y conector reflectancia de mejor de los casos.

 El propósito de la especificación EDZ es proporcionar una indicación de la distancia después de un conector en el cual se puede hacer una medición de la longitud exacta. De esta definición podría existir una expectativa que un latiguillo de la longitud de la zona inactiva puede ser concatenado a un conector anterior para hacer una medición de longitud. Esto ocurre generalmente solamente si ambos conectores ambos cumplen con los criterios para las condiciones bajo las cuales se especifica la EDZ (ej.:45 dB reflectancia). Cuando la reflectancia cambia para cualquier conector, la definición ya no es válida y la zona inactiva aumenta.

Para ambos tipos de zonas inactivas, la medición se realiza generalmente en un conector único de alta calidad. Para el caso de monomodo, esto podría hacerse con un conector con -52 dB reflectancia. En las figuras anteriores, “no saturar” implica una reflectividad de conector baja, una que no causa distorsión y saturación en el receptor OTDR. Cuando reflectancia es alta, las zonas inactivas aumentaron debido a un fenómeno intrínseco de APD llamado “relave”. 

Aplicaciones prácticas de zonas inactivas

Las expectativas del cliente del rendimiento de OTDR podrían estar desalineadas con las especificaciones de OTDR. Las especificaciones se dan con ciertas condiciones que generalmente se describen claramente en las notas al pie. 

Para los OTDR, uno debe esperar que las especificaciones de zonas inactivas deben limitarse a cerca de mediciones finales bajo condiciones indicadas. No se debe esperar que las zonas inactivas permanezcan constantes con la longitud de la medida. Las zonas inactivas son una función de pulsos emitidos de anchura finita que se hace más amplia medida a medida que aumenta la longitud de medición (los pulsos de ancho se utilizan para mediciones de longitud más largas). Las zonas inactivas aumentan con la reflectancia en todos menos algunos casos discutidos más adelante. Las especificaciones de zonas inactivas se proporcionan para que un usuario pueda comparar el rendimiento de OTDR. Sin embargo, la especificación de zonas inactivas se define para un evento, no como una prueba de la red.

Los OTDR más sofisticados no solo muestran una tabla de trazas y eventos, también proporcionan un “mapa” gráfico de la fibra cableada bajo prueba. El mapeo se introdujo por primera vez en OTDR basados en locales pero ahora se ha vuelto popular por varios proveedores. La información de mapeo se deriva del mismo análisis que se utiliza para generar una tabla de eventos pero se muestra como un esquema más fácil de usar. El software analizador es llevado a su límite cuando los conectores estrechamente espaciados se van a medir, especialmente si cada uno tiene diferentes reflectancias (es decir, conector limpia seguido de un conector rayado).

Un ejemplo de una expectativa de una zona inactiva de evento podría ser la siguiente. La zona inactiva del evento se especifica como 1 metro. La red de fibra tiene un latiguillo de 1 metro en medio de dos longitudes más largas. El usuario espera que el OTDR localice e identifique el latiguillo de 1 metro y posiblemente realice mediciones de pérdida y reflectancia. El OTDR será capaz de medir la longitud del latiguillo de 1 metro solo si las condiciones de la especificación se han cumplido; ambas reflectancias deben estar dentro de los límites restringidos como se define en la nota al pie de especificación. Tenga en cuenta que las zonas inactivas de evento solo localizan los picos de reflectancia, así que las mediciones de pérdida no son posibles.

En otro ejemplo, la afirmación de zonas inactivas de atenuación es 2 metros. La red de fibra tiene un latiguillo de 2 metro en medio de dos longitudes largas. El usuario espera poder medir la pérdida del latiguillo. Si hay suficiente retrodispersión después de cada reflexión como se muestra, el OTDR podrá realizar la medición.

En la figura 3, el primer conector de la longitud de 1,94 metros se identifica con la ubicación, la pérdida y reflectancia. Debido a que dos conectores se espacian juntos, podría existir retrodispersión limitada después del primer pulso. El segundo pulso podría fusionarse en la retrodispersión del primer pulso. Como resultado, la pérdida se mide desde la retrodispersión del segundo pulso hasta el final de retrodispersión en la parte delantera del primer pulso. Por lo tanto, lo que en realidad se está midiendo es la pérdida de dos pulsos.

En la figura 4, el segundo pulso al otro lado del latiguillo de 1,94 metros no puede ser identificado y está etiquetado como un evento oculto. Esto es porque el inicio de la segunda pulsación se oculta dentro de la retrodispersión del primer pulso. Por lo tanto, este evento no se puede medir completamente.

La figura 5 muestra que con suficiente distancia entre pulsos, la atenuación del conector en ambas reflectancias puede ser medida fácilmente. En estas condiciones, la atenuación de la zona inactiva por la especificación de OTDR puede verificarse.

Por otra parte, si la red de fibra tiene un latiguillo de 2 metros en medio de dos fibras largas, puede ser difícil hacer una medición fiable puesto que no hay suficiente retrodispersión tras el primer conector (reflectancia) para hacer una aproximación de la línea recta.

La figura 6 muestra un ejemplo de dos conectores colocados juntos que muy bien podría ser la longitud de la especificación de la zona inactiva de atenuación. Un usuario de OTDR calificado podría ser capaz de realizar una medición manual de las zonas inactivas de atenuación de ambos pulsos. Por otro lado, el software de análisis podría medir la pérdida del primer conector (pulso) al tomar la diferencia de retrodispersión desde el comienzo del primer pulso hasta el final del segundo pulso.

Fotodiodos

Frecuentemente, los diseños OTDR compartirán un fotodetector entre dos longitudes de onda. Los Detectores de InGaAs se utilizan comúnmente en OTDR para detectar 1310 nm y 1550 nm para las pruebas monomodo. Para las pruebas multimodo existen dos opciones comunes. La primera es utilizar un fotodiodo de InGaAs para ambos 850 nm y 1300 nm. InGaAs responde bien a 1300 nm, pero tiene una respuesta más baja y frecuentemente no especificada (por el proveedor APD) en 850 nm. La segunda opción es utilizar dos fotodiodos, uno InGaAs para 1300 nm multimodo y uno a Si (silicio) para 850 multimodo nm.

No solo Si responde bien a 850 nm, también tiene mucha mayor ganancia interna (una característica de APD) que un dispositivo de InGaAs. Los fotodiodos utilizados para OTDR tienen ganancia interna llamada el factor de multiplicación. Esta ganancia interna mejora la relación señal a ruido en gran medida que se relaciona con el rango dinámico del instrumento. Por ejemplo, un APD de InGaAs podría tener un factor de multiplicación de 30 mientras que el APD de Si podría tener un factor de multiplicación de 70. Esto significa que para un nivel dado de retrodispersión, puede utilizarse un pulso más estrecho que mejora la resolución espacial.

Zona inactiva vs reflectancia para InGaAs y Si

Como se mencionó anteriormente, la zona inactiva típicamente aumenta a medida que aumenta la reflectancia y es especialmente problemática cuando se usan fotodetectores de InGaAs. Si es mucho mejor.

Los siguientes dos gráficos se componen de datos extraídos de dos OTDR usando un APD de Si o un APD de InGaAs. Los datos de InGaAs, aunque tomada en 1550 nm, tendría el mismo tipo de respuesta de zona inactiva en cualquier longitud de onda, incluyendo 850 nm. Anchos de pulso similares fueron utilizados para 850 nm y 1310 nm.

Los datos a continuación muestran la relación entre zonas inactivas y la reflectancia de conectores a 1550 nm utilizando un fotodiodo de InGaAs comúnmente utilizado en OTDR. El primer gráfico de la figura 7 muestra la zona inactiva de evento de 850 nm (EDZ) y zona inactiva de atenuación (ADZ) a medida que la reflectancia aumenta de un valor para un conector UPC típico (-45 dB) a un conector con alta reflectancia (es decir, conector sucio).

Los datos muestran que la EDZ no es afectada por reflectancia. Esto es porque la medición se realiza por debajo de un pico no saturado. Si el pico se saturó (es decir, “meseta”), aumentaría la EDZ pero esto está relacionado con el diseño del OTDR. Para la ADZ, existe un aumento gradual de 2 metros a 2,75 metros pero a una reflectancia de -26 dB, hay desviación y la ADZ aumenta a 4,5 metros cuando la reflectancia es -25 dB. A pesar del aumento en ADZ en este rango, es mucho mejor que lo que la ADZ podría estar usando, por ejemplo un InGaAs APD como se muestra en la figura 8.

La figura 8 muestra el rendimiento de la zona inactiva de 1550 nm para un InGaAs APD a medida que la reflectancia aumenta. Este gráfico muestra la EDZ y ADZ a medida que la reflectancia aumenta desde un conector UPC típico en -51 dB a un conector con alta reflectancia en -30 dB (es decir, conector sucio). La EDZ no es afectada por reflectancia pero la ADZ aumenta lentamente desde 4,5 metros a 5 metros sobre un rango de 15 dB y después aumenta rápidamente en -30 dB y llega a más de 30 metros de ADZ. La ADZ seguirá aumentando a medida que la reflectancia aumenta. A menos que se haga una provisión complicada para OTDR monomodo, todos sufren este fenómeno cuando se utiliza un InGaAs APD.

Resumen

Los APD de Si ofrecen un rendimiento superior al probar fibra multimodo en 850 nm comparado con APD de InGaAs utilizados con OTDR. Los APD de Si cuentan con una mejor relación de señal a ruido que fomenta el uso de la interrogación de pulso estrecho y análisis de fibra cableada instalada. Los APD de Si sufren mucho menos "relave" cuando son sometidos a sobrecarga óptica causada por alta reflectancia en conectores. La alta reflectancia es sin duda el problema más común encontrado por OTDR durante las pruebas de redes de fibra. Los datos han demostrado que los OTDR empleando APD de Si poseen ventajas de rendimiento sobre otros tipos de OTDR, especialmente en aplicaciones de alta resolución.

Mientras que puede haber una prima para los OTDR de alto rendimiento para el usuario comparando las especificaciones de los proveedores OTDR, no es evidente si se utiliza un APD de Si salvo que se realice una evaluación bajo alta reflectancia.