OTDR主要技術(shù)指標(biāo)
主要技術(shù)指標(biāo)
1、 動態(tài)范圍(Dynamic Range)
動態(tài)范圍是OTDR主要性能指標(biāo)之一，它決定光纖的最大可測量長度。動態(tài)范圍越大，曲線線型越好，可測距離也越長。OTDR的動態(tài)范圍為初始背向散射電平與噪聲電平的dB差值。背向散射電平初始點(diǎn)是入射光信號的電平值，而噪聲電平為背向散射信號，是不可見信號，當(dāng)信號的信噪比(S/N)小于一定值時，我們將無法準(zhǔn)確地分析這些信號的部分或全部特性，所以動態(tài)范圍越大越好。增大動態(tài)范圍主要有兩個途徑：增加初始背向散射電平和降低噪聲電平。影響初始背向散射電平的因素是光脈沖寬度，影響噪聲電平的因素是掃描平均時間。多數(shù)OTDR允許用戶選擇注入被測光纖的光脈沖寬度參數(shù)，我們可以根據(jù)光脈沖寬度越大，OTDR的動態(tài)范圍越大的原則來改變OTDR的動態(tài)范圍。OTDR向被測的光纖反復(fù)發(fā)送脈沖，并將每次掃描的曲線進(jìn)行平均從而得出結(jié)果曲線，這樣接收器的隨機(jī)噪聲就會隨著平均時間的加長而得到抑制，也就是說，平均時間越長，OTDR的動態(tài)范圍就越大。有兩種理解：（1）背向散射曲線上起始電平和噪聲均方根電平之差，即信噪比=1；（2）背向散射曲線上起始電平和噪聲峰值電平之差。兩種理解的動態(tài)范圍相差約2dB。
2、 盲區(qū)區(qū)(Deadzone)
“盲區(qū)”又稱“死區(qū)”，是指受菲涅爾反射的影響，在一定的距離范圍內(nèi)OTDR曲線無法反映光纖線路狀態(tài)的部分。此現(xiàn)象的出現(xiàn)主要是由于光纖鏈路上菲涅爾反射強(qiáng)信號使得光電探測器飽和，從而需要一定的恢復(fù)時間。盲區(qū)可發(fā)生在OTDR面板前的活結(jié)頭或光纖鏈路中其它有菲涅爾反射的地方。盲區(qū)的大小決定了OTDR的測量精度，所以盲區(qū)越小越好。盲區(qū)會隨著脈沖寬度的增加而增大，增加脈沖寬度雖然增加了測量長度，但也增加了測量盲區(qū)，所以，我們在測試光纖時，對OTDR的光纖附件和相鄰事件點(diǎn)的測量要使用窄脈沖，而對光纖遠(yuǎn)端進(jìn)行測量時要使用寬脈沖。脈寬越短盲區(qū)越小，但短脈沖同時又減小了動態(tài)范圍，因此要在盲區(qū)和動態(tài)范圍之間折衷選擇脈寬。
Belleore定義了兩種盲區(qū)：衰減盲區(qū)(ADZ)和事件盲區(qū)(EDZ)。
2.1 事件盲區(qū)
當(dāng)確定光纖線路上某一點(diǎn)的特性時可能會受到前面部分反射情況的影響。線路與OTDR之間使用的光纖連接器會產(chǎn)生強(qiáng)的反射信號返回OTDR，使OTDR的信號接收電路進(jìn)入飽和，甚至使OTDR的A/D鉗位。在接收電路退出飽和恢復(fù)正常工作之前，恢復(fù)時間之內(nèi)光脈沖掠過的光纖部分中的事件有可能被隱沒無法得到分辨。評價(jià)OTDR這種分辨情況變壞特性的物理量被稱為事件盲區(qū)。事件盲區(qū)的嚴(yán)格定義為：對于一個給定的反射回?fù)p，反射信號跡線上低于反射峰值點(diǎn)1.5dB，兩點(diǎn)間的顯示距離。
2.2 衰減盲區(qū)
衰減盲區(qū)的定義為：從反射脈沖的起點(diǎn)到該反射脈沖波形后沿與后向散射曲線的線性部分之上0.5dB位置線的交點(diǎn)之間的距離。其物理含義是，從脈沖后沿上這點(diǎn)以后開始測量光纖的衰減時，反射脈沖波形下降后沿對光纖衰減測量值的影響已經(jīng)小到可以接受的程度了。從上述事件盲區(qū)和衰減盲區(qū)的定義可以看出，OTDR的衰減盲區(qū)大于事件盲區(qū)。另外，盲區(qū)長度與光脈沖寬度有關(guān)。OTDR的光脈沖越寬，或接收單元退飽和時間越長，OTDR恢復(fù)正常狀態(tài)所需的時間也越長，盲區(qū)也就越寬。為了消除事件盲區(qū)的影響，在OTDR與被測光纖之間經(jīng)常加上長度、性能適當(dāng)?shù)囊欢芜^渡光纖。
圖1 事件盲區(qū)與衰減盲區(qū)的定義
過渡光纖是～段用于連接OTDR與待測光纖，長200～3000米的光纖，其主要用處為：前端盲區(qū)處理和終端連接器插入損耗測量。一般來說，OTDR與待測光纖間的連接器引起的盲區(qū)最大。在光纖實(shí)際測量中，有時為避免這一大的前端盲區(qū)淹沒待測光纖開始一段內(nèi)的細(xì)節(jié)，在OTDR與待測光纖間加接一段過渡光纖，使前端盲區(qū)落在過渡光纖內(nèi)，而待測光纖始端落在OTDR曲線的線性穩(wěn)定區(qū)。過渡光纖的長度視具體情況而定。
光纖系統(tǒng)終端連接器插入損耗可通過OTDR加一段段過渡光纖來測量。如要測量首端連接器的插入損耗，可在OTDR與待測光纖首端加一過渡光纖；如要測量首、尾兩端連接器的插入損耗，可在每端都加一過渡光纖。過渡光纖的特性應(yīng)與被測光纖一致，且連接器應(yīng)是高質(zhì)量的。
2.3 分辨率(Resolution)
OTDR有四種主要分辨率指標(biāo)：取樣分辨率、顯示分辨率(又叫讀出分辨率)、事件分辨率和距離分辨率。
取樣分辨率是兩取樣點(diǎn)之間最小距離，此指標(biāo)決定了OTDR定位事件的能力。取樣分辨率與脈寬和距離范圍大小的選取有關(guān)。
顯示分辨率是儀器可顯示的最小值。OTDR通過過微處理系統(tǒng)將每個取樣間隔細(xì)分，使光標(biāo)可在取樣間隔內(nèi)移動，光標(biāo)移動的最短距離為水平顯示分辨率、所顯示的最小衰減量為垂直顯示分辨率。
事件分辨率是指OTDR對被測鏈路中事件點(diǎn)的分辨門限，也就是事件域值(探測閾)，OTDR把小于這個閾值的事件變化當(dāng)作曲線中斜率均勻變化點(diǎn)來處理。事件分辨率由光電二極管的分辨閾決定，根據(jù)兩接近的功率電平，指定可被測量的最小衰減。
距離分辨率指儀器所能分辨的兩個相鄰事件點(diǎn)間的最短距離，此指標(biāo)類似與事件盲區(qū)，與脈寬、折射率參數(shù)有關(guān)，通常所說的分辨率就是指距離分辨率。
2.4 精度(Accuracy)
精度是OTDR的測量值與參考值的接近程度，包括衰減精度和距離精度。衰減精度主要是由光電二極管的線性度決定的。距離精度依賴于折射率誤差、時基誤差(范圍內(nèi)變動)以及取樣分辨率。
基于PON的FTTH對OTDR提出了新的要求，不僅要求支持1490nm波長的測試，還要具備穿通光分路器功能。此外，F(xiàn)TTH網(wǎng)絡(luò)雖然傳輸距離較短，但是光分路器引入的高損耗要求OTDR的動態(tài)范圍要足夠大；接頭較多要求選用的OTDR盲區(qū)較短、線性度高。
基于FTTx測試的OTDR，應(yīng)該是其體積小、重量輕、事件盲區(qū)小，測距分辨率高，電池供電時間長并便于攜帶等，具體指標(biāo)要求可參考如下： 動態(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； 測距分辨率：≤0.1m；
選擇測試量程時，必須注意所選測試量程要大于被測光纖的長度，最好大于被測光纖長度的兩倍，這是為防止光纖末端二次反射的影響（當(dāng)測試量程小于被測光纖長度的兩倍時，光纖末端二次反射峰可能會落在平坦的測試曲線上，出現(xiàn)通常所說的“鬼影”，造成光纖鏈路有故障點(diǎn)的假象）。但這并不是說，測試量程小于被測光纖長度的兩倍就不能測試，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，若曲線上的反射峰消失了，說明前面產(chǎn)生的反射峰是“鬼影”。
消除鬼影：設(shè)置大于被測光纖2倍的量程、選擇短脈沖寬度、在強(qiáng)反射前端(如OTDR輸出端)中增加衰減。若引起鬼影的事件位于光纖終結(jié)，可"打小彎"以衰減反射回始端的光。 消光比
消光比是指光端機(jī)的電接口輸入為全“1”碼和全“0”碼時的平均發(fā)送光功率之比，用EXT表示：
但由于光端機(jī)的輸入信號是偽隨機(jī)碼，它的“0”碼和“1”碼是等概率的，因此光端機(jī)輸入全“1”碼的平均發(fā)送光功率P1為光端機(jī)平均發(fā)送光功率Pr的2倍。
無輸入信號時，光端機(jī)輸出平均發(fā)送光功率P0，對接收機(jī)來說是一種噪聲，會降低接收機(jī)的靈敏度，因此希望消光比越小越好。但是，對激光器LD來講，要使消光比小就要減小偏置電流，從而使光源輸出功率降低，譜線寬度增加。所以，要全面考慮消光比與其他指標(biāo)之間的矛盾。
對于一個實(shí)際的光纖通信系統(tǒng)，平均發(fā)送光功率并不是越大越好，雖然從理論上講，發(fā)送光功率越大，通信距離越唱，但光功率越大會使光纖工作在非線性狀態(tài)，這種非線性狀態(tài)會使光纖產(chǎn)生不良影響。
接收機(jī)靈敏度是指在滿足給定誤碼率條件下，光端機(jī)光接口R點(diǎn)能夠接收到的最小平均光功率電平值LR。通常用dBm作為靈敏度的衡量單位。
接收機(jī)的靈敏度是光端機(jī)的重要性能指標(biāo)，它表示了光端機(jī)接收微弱信號的能力。它與系統(tǒng)要求的誤碼率，系統(tǒng)的碼速、接收端光電檢測器的性能有關(guān)。從探測方法上講，提高接收機(jī)的靈敏度主要有光子計(jì)數(shù)法和相干檢測法。
測量范圍：OTDR測量范圍是指OTDR獲取數(shù)據(jù)取樣的最大距離，此參數(shù)的選擇決定了取樣分辨率的大小。最佳測量范圍為待測光纖長度1.5～2倍距離之間。
平均化時間設(shè)置：由于后向散射光信號極其微弱，一般采用統(tǒng)計(jì)平均的方法來提高信噪比，平均時間越長，信噪比越高。例如，3min的獲得取將比1min的獲得取提高0.8dB的動態(tài)。但超過10min的獲得取時間對信噪比的改善并不大。一般平均時間不超過3min。 (SNR放大器的輸出信號的電壓與同時輸出的噪聲電壓的比 )
光纖參數(shù)(折射率和后向散射系數(shù))：光纖參數(shù)的設(shè)置包括折射率n和后向散射系數(shù)η的設(shè)置。折射率參數(shù)與距離測量有關(guān)，后向散射系數(shù)則影響反射與回波損耗的測量結(jié)果。這兩個參數(shù)通常由光纖生產(chǎn)廠家給出。(折射系數(shù)每0.01的偏差會引起7m/km之多的誤差 )
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