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為了確保服務(wù)質(zhì)量 (QoS)，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建商、服務(wù)提供商和運(yùn)營商需要精確地定位現(xiàn)有和潛在問題，這使得測試與測量設(shè)備至關(guān)重要。有許多測試工具可用于在網(wǎng)絡(luò)的不同階段，滿足不同的測試需求，比如光纖試運(yùn)行。這些測試用于揭示總損耗、光回?fù)p (ORL) 和光纖長度，可以在單根光纖上或在完整網(wǎng)絡(luò)上執(zhí)行。此外，可能需要對組成被測鏈路的不同元素進(jìn)行進(jìn)一步檢查。不論是鑒定鏈路中每個元件的特性，定位光纖的潛在問題，還是查找網(wǎng)絡(luò)中的故障，都不可避免地要使用光時域反射儀 (OTDR) — 從光網(wǎng)絡(luò)試運(yùn)行到故障診斷和維護(hù)，OTDR 都是理想之選。本文介紹了 OTDR 的基本原理，對于理解該儀器的規(guī)格非常重要。
什么是 OTDR？
基礎(chǔ)
OTDR 將激光光源和檢測器組合在一起以提供光纖鏈路的內(nèi)視圖。激光光源發(fā)送信號到光纖中，檢測器接收從鏈路的不同元素反射的光。激光光源發(fā)送信號到光纖中，檢測器在光纖中接收從鏈路的不同元素反射的光。發(fā)送的信號是一個短脈沖，其攜帶有一定數(shù)量的能量。然后，時鐘精確計算出脈沖傳播的時間，然后將時間轉(zhuǎn)換為距離，便可以得知該光纖的屬性。當(dāng)脈沖沿著光纖傳播時，由于連接和光纖自身的反射，一小部分脈沖能量會返回檢測器。當(dāng)脈沖完全返回檢測器時，發(fā)送第二個脈沖 — 直到取樣時間結(jié)束。因此，會立刻執(zhí)行多次取樣并平均化以提供鏈路元件的清晰特性圖。取樣結(jié)束后，執(zhí)行信號處理，除了計算總鏈路長度、總鏈路損耗、光回?fù)p (ORL) 和光纖衰減外，還計算每個事件的距離、損耗和反射。使用 OTDR 的主要優(yōu)勢在于單端測試，只需要一位操作人員和一臺儀器來鑒定鏈路質(zhì)量或查找網(wǎng)絡(luò)故障。圖 #1 顯示了 OTDR 的框圖。
圖 1. OTDR 框圖
反射是關(guān)鍵
如前文所述，OTDR 通過讀取從所發(fā)送脈沖返回的光級別以顯示鏈路情況。請注意，有兩種類型的反射光：光纖產(chǎn)生的連續(xù)低級別光稱為 Rayleigh 背向散射，連接點(diǎn)處的高反射峰值稱為 Fresnel 反射。Rayleigh 背向散射用于作為距離的函數(shù)以計算光纖中的衰減級別（單位是 dB/km），在 OTDR 軌跡中顯示為直線斜率。該現(xiàn)象來源于光纖內(nèi)部雜質(zhì)固有的反射和吸收。當(dāng)光照射到雜質(zhì)上時，一些雜質(zhì)顆粒將光重定向到不同的方向，同時產(chǎn)生了信號衰減和背向散射。波長越長，衰減越少，因此，在標(biāo)準(zhǔn)光纖上傳輸相同距離所需的功率越小。圖 2 說明了 Rayleigh 背向散射。
圖 2. Rayleigh 背向散射
OTDR 使用的第二種反射（Fresnel 反射）可檢測鏈路沿線的物理事件。當(dāng)光到達(dá)折射率突變的位置（比如從玻璃到空氣）時，很大一部分光被反射回去，產(chǎn)生 Fresnel 反射，它可能比 Rayleigh 背向散射強(qiáng)上千倍。Fresnel 反射可通過 OTDR 軌跡的尖峰來識別。這樣的反射例子有連接器、機(jī)械接頭、光纖、光纖斷裂或打開的連接器。圖 3 說明了產(chǎn)生 Fresnel 反射的不同連接。
圖 3. 由 (1) 機(jī)械接頭、(2) 光纖適配器和 (3) 打開的連接產(chǎn)生的 Fresnel 反射
什么是盲區(qū)？
Fresnel 反射引出一個重要的 OTDR 規(guī)格，即盲區(qū)。有兩類盲區(qū)：事件和衰減。兩種盲區(qū)都由 Fresnel 反射產(chǎn)生，用隨反射功率的不同而變化的距離（米）來表示。盲區(qū)定義為持續(xù)時間，在此期間檢測器受高強(qiáng)度反射光影響暫時“失明”，直到它恢復(fù)正常能夠重新讀取光信號為止，設(shè)想一下，當(dāng)您夜間駕駛時與迎面而來的車相遇，您的眼睛會短期失明。在 OTDR 領(lǐng)域里，時間轉(zhuǎn)換為距離，因此，反射越多，檢測器恢復(fù)正常的時間越長，導(dǎo)致的盲區(qū)越長。絕大多數(shù)制造商以最短的可用脈沖寬度以及單模光纖 -45 dB、多模光纖 -35 dB 反射來指定盲區(qū)。為此，閱讀規(guī)格表的腳注很重要，因為制造商使用不同的測試條件測量盲區(qū)，尤其要注意脈沖寬度和反射值。例如，單模光纖 -55 dB 反射提供的盲區(qū)規(guī)格比使用 -45 dB 得到的盲區(qū)更短，僅僅因為 -55 dB 是更低的反射，檢測器恢復(fù)更快。此外，使用不同的方法計算距離也會得到一個比實(shí)際值更短的盲區(qū)。
