Explicação sobre zonas mortas de evento OTDR e atenuação - OptiFiber Pro

Introdução

O teste de cabeamento de fibra multimodo em ambientes de alta densidade requer um OTDR especializado capaz de testar conectores estreitamente espaçados. Frequentemente, esses conectores têm alta perda de inserção e alta refletância. Como resultado, os testes com um OTDR se tornam difíceis para todos, com exceção dos OTDRs com a mais alta resolução espacial.

No centro desse tipo de OTDR estão dois componentes, um laser pulsado e fotodiodo avalanche (APD). O projeto dos componentes eletrônicos e, ainda mais importante, o tipo de APD selecionado, determinam o desempenho da zona morta.

Todos os fornecedores OTDR fornecem uma especificação de zona morta. No entanto, existem várias coisas a considerar ao analisar as zonas mortas. Em primeiro lugar, as condições sob as quais a zona morta está especificada devem ser consideradas. Em segundo lugar, como a zona morta muda quando a refletância aumenta é importante – uma coisa que os fornecedores não especificam. E em terceiro lugar, o que se pode esperar do desempenho da zona morta em uma rede de fibra no mundo real.

Especificações de zona morta

Como mostrado na Figura 1, a zona morta de atenuação (ADZ) é definida como a distância, geralmente para um evento reflexivo "bom" de conector único, entre a borda ascendente do pulso, para o desvio de 0,5 dB do ajuste de uma linha reta para o nível de retrodifusão. O nível de retrodifusão é a linha inclinada sobre o traço que fornece o valor de atenuação da fibra. Essa especificação de zona morta geralmente é dada em casos de melhores condições, como a menor largura de pulso e a melhor refletância de conector.

O objetivo da especificação ADZ é fornecer uma indicação da distância de um conector em que pode ser feita uma medição precisa da perda. A partir dessa definição, pode haver uma expectativa de que um cabo patch, o comprimento da zona morta, possa ser concatenado a um conector anterior para fazer uma medição de perda. Na realidade, isso pode não ser verdade.

Na figura 2, o evento zona morta (EDZ) é definido como a distância, geralmente para um conector "bom" único, entre dois cursores definidos em 1,5 dB abaixo de um pico reflexivo. Isso representa a largura do pulso na largura total à meia altura no domínio linear. Novamente, essa especificação de zona morta é geralmente dada em casos de melhores condições usando a largura de pulso menor e em casos de melhor refletância de conector.

 O objetivo da especificação EDZ é fornecer uma indicação da distância de um conector em que pode ser feita uma medição precisa do comprimento. A partir desta definição pode haver uma expectativa de que um cabo patch cord, o comprimento da zona morta, possa ser concatenado a um conector anterior para fazer uma medição de comprimento. Isso geralmente só é verdadeiro se os dois conectores satisfizerem os critérios para as condições sob as quais a EDZ está especificada (ou seja, refletância de -45 dB). Quando a refletância muda para qualquer conector, a definição não é mais válida e a zona morta aumenta.

Para os dois tipos de zona morta, a medição geralmente é feita em um conector único de alta qualidade. Para o caso monomodo, isso pode ser feito com um conector que tem uma refletância de -52 dB. Nas figuras acima, "non-saturando" implica em uma refletância de conector baixa, que não causa nem saturação nem distorção no receptor OTDR. Quando a refletância é alta, as zonas mortas são aumentadas devido a um fenômeno intrínseco às APDs chamado "rejeito". 

Aplicações práticas das zonas mortas

As expectativas do cliente para o desempenho de OTDR podem estar desalinhadas com as especificações de OTDR. As especificações são dadas com determinadas condições, geralmente descritas claramente nas notas de rodapé. 

Para os OTDRs, deve-se esperar que as especificações de zonas mortas sejam limitadas a medições próximas às extremidades nas condições declaradas. Não se deve esperar que as zonas mortas se mantenham constantes com o comprimento da medição. As zonas mortas são uma função de pulsos emitidos de largura finita que se tornam mais largos quando o comprimento da medição aumenta (pulsos largos são utilizados para medições de comprimentos mais longos). As zonas mortas aumentam em tudo com a refletância, com exceção de alguns casos que serão discutidos mais tarde. As especificações das zonas mortas são fornecidas para que um usuário possa comparar o desempenho de OTDR. No entanto, a especificação da zona morta é definida para um único evento, não como um teste de rede.

OTDRs mais sofisticados não mostram apenas uma tabela de traço e evento, eles também fornecem um "mapa" gráfico do cabeamento da fibra em teste. O mapeamento foi introduzido pela primeira vez em OTDRs com base em premissas, mas agora se tornou popular para muitos fornecedores. As informações de mapeamento são derivadas da mesma análise usada para gerar uma tabela de evento, mas são mostradas como um esquema mais fácil de usar. O software de análise é forçado aos seus limites quando conectores estreitamente espaçados devem ser medidos, especialmente se cada um deles tiver refletância diferente (ou seja, conector limpo seguido por um conector arranhado).

Um exemplo de uma expectativa de zona morta de evento pode ser da seguinte maneira. A zona morta de evento é especificada como de 1 metro. A rede de fibra tem um cabo patch cord de 1 metro no meio de dois comprimentos mais longos. O usuário espera que o OTDR localize e identifique o cabo patch cord de 1 metro e possivelmente faça as medições de perda e refletância. O OTDR será capaz de medir o comprimento do cabo patch cord de 1 metro somente se forem respeitadas as condições da especificação; as duas refletâncias devem estar dentro dos limites restritos conforme definido na nota de rodapé da especificação. Tenha em mente que as zonas mortas de evento localizam apenas os picos de refletância, não sendo possíveis as medições de perda.

Em outro exemplo, a alegação de zona morta de atenuação é de 2 metros. A rede de fibra tem um cabo patch cord de 2 metros no meio de dois comprimentos longos. Espera-se que o usuário seja capaz de medir a perda do cabo patch cord. Se houver retrodifusão suficiente após cada reflexão, conforme mostrado, o OTDR será capaz de fazer a medição.

Na figura 3, o primeiro conector de 1,94 metro de comprimento é identificado com localização, perda e refletância. Já que dois conectores juntos são estreitamente espaçados, pode haver retrodifusão limitada após o primeiro pulso. O segundo pulso pode ser incorporado na retrodifusão do primeiro pulso. Como resultado, a perda é medida a partir da retrodifusão do segundo pulso até o fim da retrodifusão na parte frontal do primeiro pulso. Portanto, o que na verdade está sendo medido é a perda de dois pulsos.

Na figura 4, o segundo pulso no lado extremo do cabo patch cord de 1,94 metro não pode ser identificado e é rotulado como um evento oculto. Isso ocorre porque o início do segundo pulso está sendo oculto dentro da retrodifusão do primeiro pulso. Portanto, esse evento não pode ser medido completamente.

A Figura 5 mostra que, com uma distância suficiente entre os pulsos, a atenuação do conector em ambas as refletâncias pode ser facilmente medida. Nessas condições pode ser verificada a zona morta de atenuação pela especificação do OTDR.

Por outro lado, se a rede de fibra tiver um cabo patch de 2 metros no meio de duas fibras longas, pode ser difícil fazer uma medição confiável, uma vez que não há suficiente retrodifusão após o primeiro conector (refletância) para fazer uma aproximação em linha reta.

A Figura 6 mostra um exemplo de dois conectores juntamente colocados que poderia muito bem ser o comprimento da especificação da zona morta de atenuação. Um usuário de OTDR capacitado pode conseguir fazer uma medição manual das zonas mortas de atenuação de ambos os pulsos. O software de análise, por outro lado, pode medir a perda do primeiro conector (pulso), através da diferença de retrodifusão desde o início do primeiro pulso até o fim do segundo pulso.

Fotodiodos

Frequentemente, os projetos de OTDR irão dividir um fotodetector entre dois comprimentos de onda. Detectores InGaAs são comumente usados em OTDRs para detectar 1310 nm e 1550 nm para testes monomodo. Para testes multimodo existem duas opções comuns. A primeira é usar um fotodiodo InGaAs para ambos 850 nm e 1300 nm. InGaAs responde bem a 1300 nm, mas tem responsividade menor e frequentemente não especificada (pelo fornecedor APD) em 850 nm. A segunda opção é usar dois fotodiodos, um InGaAs para 1300 nm multimodo e um para Si (silício) para 850 nm multimodo.

O Si responde bem não apenas em 850 nm, ele também tem ganho interno muito mais alto (uma característica de APDs) do que um dispositivo de InGaAs. Os fotodiodos usados para OTDRs têm um ganho interno chamado fator de multiplicação. Esse ganho interno melhora muito o sinal para a taxa de ruído que está relacionada com a escala dinâmica do instrumento. Por exemplo, um InGaAs APD pode ter um fator de multiplicação de 30, enquanto APD Si pode ter um fator de multiplicação de 70. Isso significa que, para um determinado nível de retrodifusão, um pulso mais estreito pode ser usado, o que melhora a resolução espacial.

Zona morta vs. Refletância para InGaAs e Si

Como mencionado anteriormente, a zona morta normalmente aumenta com o aumento da refletância, e é especialmente problemática quando se usa fotodetectores InGaAs. O Si é muito melhor.

Os dois gráficos seguintes são compostos de dados extraídos dos dois OTDRs usando tanto um APD Si quanto um APD InGaAs. Os dados de InGaAs, embora sejam extraídos em 1550 nm, teriam o mesmo tipo de resposta de zona morta em qualquer comprimento de onda, incluindo 850 nm. Larguras de pulso semelhantes foram usadas para 850 nm e 1310 nm.

Os dados abaixo mostram a relação entre zonas mortas e refletância de conector em 1550 nm, utilizando um fotodiodo InGaAs comumente usado em OTDRs. O primeiro gráfico na figura 7 mostra a zona morta de evento (EDZ) e a zona morta de atenuação (ADZ) de 850 nm enquanto a refletância aumenta de um valor para um típico conector UPC (-45 dB) para um conector com alta refletância (ou seja, conector sujo).

Os dados mostram que a EDZ não é afetada pela refletância. Isso acontece porque a medição é feita abaixo de um pico não saturado. Se o pico ficasse saturado (ou seja, "flat top"), a EDZ aumentaria, mas isto está relacionado com o projeto do OTDR. Para a ADZ, há um aumento gradual de 2 metros para 2,75 metros, mas com refletância de -26 dB há deflexão e a ADZ aumenta para 4,5 metros quando a refletância é de -25 dB. Apesar do aumento em ADZ sobre essa escala, isso é muito melhor do que a ADZ seria usando um APD InGaAs conforme mostrado na figura 8.

A Figura 8 mostra o desempenho de zona morta de 1550 nm para um APD InGaAs enquanto a refletância é aumentada. Este gráfico mostra a EDZ e ADZ enquanto a refletância aumenta de um típico conector UPC em -51 dB para um conector com alta refletância em -30 dB (ou seja, conector sujo). A EDZ não é afetada pela refletância, mas a ADZ aumenta lentamente de 4,5 metros para 5 metros sobre uma escala de 15 dB, então aumenta rapidamente para -30 dB e atinge mais de 30 metros de ADZ.
A ADZ irá continuar a aumentar com o aumento da refletância. A não ser que uma provisão complicada seja feita para OTDRs monomodo, todos eles estão sujeitos a esse fenômeno quando um APD InGaAs for usado.

Resumo

APDs Si proporcionam um desempenho superior quando se testa fibra multimodo em 850 nm, se comparado a APDs InGaAs usados com OTDRs. APDs Si têm melhor sinal para taxas de ruído, o que incentiva o uso de interrogação e análise de pulso estreito do cabeamento de fibra instalado. APDs Si estão muito menos sujeitos a rejeitos quando submetidos à sobrecarga óptica causada pela alta refletância em conectores. Alta refletância é, sem dúvida, o problema mais comum encontrado pelos OTDRs durante os testes de rede de fibra. Os dados mostram que OTDRs empregando APDs Si têm vantagens de desempenho sobre outros tipos de OTDRs, especialmente em aplicações de alta resolução.

Embora possa haver um prêmio para OTDRs de alto desempenho, para o usuário a comparação das especificações dos fornecedores de OTDR não é evidente se um
APD Si for usado, a não ser que seja feita uma avaliação com alta refletância.