浅谈光纤链路的现场测试及故障点的定位

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光纤通信技术的应用越来越广，制造光纤的原料的品种越来越多，光纤制作的工艺技术也有突破性的发展。光纤的新品种和新结构不断出现，产品质量也不断的提高。一条完整的光纤链路的性能不仅取决于光纤本身的质量，还取决于连接头的质量以及施工工艺和现场的环境。  

    随着光纤通信技术的快速发展，基于FTTH的宽带网络必将成为光纤通信中一个新的热点。光纤是迄今为止最好的传输媒介，光纤接入技术与其他接入技术（如铜双绞线、同轴电缆）相比，最大优势在于可用带宽大。光纤接入网还有传输质量好、传输距离长、抗干扰能力强、网络可靠性高、节约管道资源等特点，是FTTH发展动力之所在。   

    光纤通信技术的应用越来越广，制造光纤的原料的品种越来越多，光纤制作的工艺技术也有突破性的发展。光纤的新品种和新结构不断出现，产品质量也不断的提高。但是，一条完整的光纤链路的性能不仅取决于光纤本身的质量，还取决于连接头的质量以及施工工艺和现场的环境。所以对于光纤链路进行现场测试是十分必要的。  

    １.光纤链路现场测试的目的   

    光纤链路现场测试是安装和维护光纤网络的必要部分，是确保电缆支撑您计划采用的网络协议的一种重要方式。它的主要目的是遵循特定的标准检测光纤系统连接的质量，减少故障因素以及存在故障时找出光纤的故障点，从而进一步查找故障原因。   

    ２.光纤链路现场测试标准   

    目前光纤链路现场测试标准分为两大类：光纤系统标准和应用系统标准。   

    （1）光纤系统标准   

    光纤系统标准是独立于应用的光纤链路现场测试标准。对于不同光纤系统，它的测试极限值是不固定的，它是基于电缆长度、适配器和接合点的可变标准。目前大多数光纤链路现场测试使用这种标准。世界范围内公认的标准主要有：北美地区的EIA/TIA—568—B标准和国际标准化组织的ISO/IEC11801标准等。   

    （2）光纤应用系统标准   

    光纤应用系统标准是基于安装光纤的特定应用的光纤链路现场认测试标准。每种不同的光纤系统的测试标准是固定的。常用的光纤应用系统有：100BASE—FX、1000BASE—SX等。  

    ３.光纤链路现场测试   

    对于光纤系统需要保证的是在接收端收到的信号应足够大，由于光纤传输数据时使用的是光信号，因此它不产生磁场，也就不会受到电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFI），不需要对NEXT等参数进行测试，所以光纤系统的测试不同于铜导线系统的测试。   

    在光纤的应用中，光纤本身的种类很多，但光纤及其系统的基本测试参数大致都是相同的。在光纤链路现场测试中，主要是对光纤的光学特性和传输特性进行测试。光纤的光学特性和传输特性对光纤通信系统的工作波长、传输速率、传输容量、传输距离、和信号质量等有着重大影响。但由于光纤的色散、截止波长、模场直径、基带响应、数值孔径、有效面积、微弯敏感性等特性不受安装方法的有害影响,它们应由光纤制造厂家进行测试,不需进行现场测试。  
   在EIA/TIA—568—B中规定光纤通信链路现场测试所需的单一性能参数为链路损失（衰减）。
   
    （１）光功率的测试   

    对光纤工程最基本的测试是在EIA的FOTP-95标准中定义的光功率测试，它确定了通过光纤传输的信号的强度，还是损失测试的基础。测试时把光功率计放在光纤的一端，把光源放在光纤的另一端。   

    （２）光学连通性的测试   

    光纤系统的光学连通性表示光纤系统传输光功率的能力。光纤系统的光学连通性是对光纤系统的基本要求，因此对光纤系统的光学连通性进行测试是基本的测试之一。通过在光纤系统的一端连接光源，在另一端连接光功率计，通过检测到的输出光功率可以确定光纤系统的光学连通性。当输出端测到的光功率与输入端实际输入的光功率的比值小于一定的数值时，则认为这条链路光学不连通。进行光学连通性的测试时，通常是把红色激光或者其他可见光注入光纤，并在光纤的末端监视光的输出。如果在光纤中有断裂或其他的不连续点，在光纤输出端的光功率就会下降或者根本没有光输出。   

    （３）光功率损失测试   

    光功率损失这一通用于光纤领域的术语代表了光纤链路的衰减。衰减是光纤链路的一个重要的传输参数,它的单位是分贝(dB)。它表明了光纤链路对光能的传输损耗（传导特性），其对光纤质量的评定和确定光纤系统的中继距离起到决定性的作用。光信号在光纤中传播时，平均光功率延光纤长度方向成指数规律减少。在一根光纤网线中,从发送端到接收端之间存在的衰减越大，两者间可能传输的最大距离就越短。衰减对所有种类的网线系统在传输速度和传输距离上都产生负面的影响，但因为光纤传输中不存在串扰、EMI、RFI等问题，所以光纤传输对衰减的反应特别敏感。   

    光功率损失测试实际上就是衰减的测试，它测试的是信号在通过光纤后的减弱。光纤比铜缆更能抵制衰减，但即使网络没有使用非常长的光纤传输，仍然存在着显著的损失，这不是光纤本身的问题，而是安装时所作的连接的问题。光功率损失测试验证了是否正确安装了光纤和连接器。   

    光功率损失测试的方法类似于光功率测试，只不过是使用一个标有刻度的光源产生信号，使用一个光功率计来测量实际到达光纤另一端的信号强度。光源和光功率计组合后称为光损失测试器（OLTS）。   

    测试过程首先应将光源和光功率计分别连接到参照测试光纤的两端，以参照测试光纤作为一个基准，对照它来度量信号在安装的光纤路径上的损失。在参照测试光纤上测量了光源功率之后，取下光功率计，将参照测试光纤连同光源连接到要测试的光纤的另一端，而将光功率计连到另一端。测试完成后将两个测试结果相比较，就可以计算出实际链路的信号损失。这种测试有效的测量了在光纤中和参照测试光纤所连接的连接器上的损失量。   

    （４）光纤链路预算（OLB）   
   光纤链路预算是你的网络和应用中允许的最大信号损失量，这个值是根据网络实际情况和国际标准规定的损失量计算出来的。一条完整的光纤链路包括光纤、连接器和熔接点，所以在计算光纤链路最大损失极限时，要把这些因素全部考虑在内。  

    光纤通信链路中光能损耗的起因是由光纤本身的损耗、连接器产生的损耗和熔接点产生的损耗三部分组成的。但由于光纤的长度、接头和熔接点数目的不定，造成光纤链路的测试标准不象双绞线那样是固定的，因此对每一条光纤链路测试的标准都必须通过计算才能得出。在EIA/TIA—568—B的光纤标准中，规定了光纤在各工作波长下的衰减率，每个耦合器和熔接点的衰减，这样用以下公式就可以计算出光纤链路的衰减极限值：
   
    光纤链路衰减=光纤衰减＋连接器衰减＋熔接点衰减   

    光纤衰减=光纤衰减系数（dB/km）×光纤长度(km)   

    连接器衰减=连接器衰减/个×连接器个数   

    熔接点衰减=熔接点衰减/个×熔接点个数   

    ４．光纤链路现场测试工具   

    （１）光源   

    目前的光源主要有LED（发光二极管）光源和激光光源两种。LED光源虽然造价比较低，但是由于LED光源的功率及其散射等性能的缺陷，在短距离的局域网中应用较多；而在长距离的局域网主干中都使用传统的激光光源，但是激光光源设备昂贵。为了能够解决这两种光源的缺陷，近两年来，人们又研制出了一种新型的光源，这就是VCSEL（VerticalCavitySurfaceEmittingLaser）光源。   

    VCSEL是指垂直腔体表面发射激光器，是一种半导体类型的微激光二级管。它和目前通信设备上使用的传统边沿发光技术不同，它是在晶片上垂直地发光。和传统的激光光源器件相比，VCSEL激光光源有很多优势：在晶片上的制造效率很高；可以使用标准的制造方法和其它元件一起制造（不需要预先制造）；封装以及测试都是在晶片上完成；传输速度高且耗能低，受温度影响小。总之，VCSEL是一种性能好且制造成本低的新型激光光源。由于VCSEL光源的这些特点，它得到了越来越广泛的应用，特别是在千兆网中的应用。目前很多网络的互连设备，如交换机和路由器，都可以提供VCSEL光源的端口，从而使路由器和交换机的价格下降。如今使用最为广泛的是850nm的VCSEL多模激光光源。   

    （２）光功率计   

    光功率计是测量光纤上传送的信号的强度的设备，用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。在光纤系统中，测量光功率是最基本的。光功率计的原理非常像电子学中的万用表，只不过万用表测量的是电子，而光功率计测量的是光。通过测量发射端机或光网络的绝对功率，一台光功率计就能够评价光端设备的性能。用光功率计与稳定光源组合使用，组成光损失测试器，则能够测量连接损耗、检验连续性，并帮助评估光纤链路传输质量。   
   （３）光时域反射计（OTDR）   

    OTDR根据光的后向散射原理制作，利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获取衰减的信息，可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等。从某种意义上来说，光时域反射计(OTDR)的作用类似于在电缆测试中使用的时域反射计（TDR），只不过TDR测量的是由阻抗引起的信号反射，而OTDR测量的则是由光子的反向散射引起的信号反射。反向散射是对所有光纤都有影响的一种现象，是由于光子在光纤中发生反射所引起的。  
光缆链路故障点的定位   

    光缆链路的故障常见现象及原因有：线路全部中断———光板出现Ｒ－ＬＯＳ告警，可能原因有光缆受外力影响被挖断、炸断或拉断等；个别系统信号质量下降———出现误码告警，线路可能的原因有光缆在敷设和接续过程中，造成光纤的损伤使线路损耗时小时大。   

    在确定线路故障后，用OTDR对线路进行测试，以确定故障的性质和部位。必须根据OTDR测出的故障点到测试点的距离，与原始测试资料进行核对，查出故障点处于个哪个区段，再通过必要的换算后，再精确丈量其间的地面距离，直至找到故障点的具体位置。   

    有时故障点与测量计算的位置相差很大。下面是提高光缆线路故障定位准确性的方法：   

    １.正确掌握仪表的使用方法   

    （1）正确设置的OTDR参数   

    使用OTDR测试时，必须先进行仪表参数设定，其中最主要是设定测试光纤的折射率和测试波长。只有准确地设置了测试仪表的基本参数，才能为准确的测试创造条件。   

    （2）选择适当的测试范围档   

    对于不同的测试范围档，OTDR测试的距离分辨率是不同的，在测量光纤障碍点时，应选择大于被测距离而又最近的测试范围档，这样才能充分利用仪表的本身精度。   

    （3）应用仪表的放大功能   

    应用OTDR的放大功能就可将光标准确置定在相应的拐点上，使用放大功能键可将图形放大到25米/格，这样便可得到分辨率小于1米的比较准确的测试结果。   

    ２.建立准确、完整的原始资料   

    准确、完整的光缆线路资料是障碍测量、定位的基本依据。因此，必须重视线路资料的收集、整理、核对工作，建立起真实、可信、完整的线路资料。在光缆接续监测时，记录测试端至每个接头点位置的光纤累计长度及中继段光纤总衰减值，同时也将测试仪表型号、测试时折射率的设定值进行登记。准确记录各种光缆余留。详细记录每个接头坑、特殊地段、进室等处光缆盘留长度及接头盒、终端盒等部位光纤盘留长度，以便在换算故障点路由长度时予以扣除。   
   ３.保持测试条件的一致性   

    故障测试时应尽量保证测试仪表型号、操作方法及仪表参数设置等的一致性，使得测试结果有可比性。因此，每次测试仪表的型号、测试参数的设置都要做详细记录，以便于以后利用。   

    ４.灵活测试、综合分析   

    故障点的测试要求操作人员一定要有清晰的思路和灵活的处理问题的方法。一般情况下，可在光缆线路两端进行双向故障测试，并结合原始资料，计算出故障点的位置。再将两个方向的测试和计算结果进行综合分析、比较，以使故障点的具体位置的判断更加准确。当故障点附近路由上没有明显特征、具体故障点现场无法确定时，可采用在就近接头处测量等方法，可在初步测试的故障点处开挖，端站测试仪表处于实时测量状态。   

    随着光纤的应用越来越广泛，尤其是FTTH的发展，对于短距离的光纤链路的综合测试要求也也就日益强烈了。  

    为此，诞生了新一代的短链路光纤测试OTDR。这类OTDR不但能完成传统OTDR的测试，更是由于其专为短链路设计的一些特性，使光缆布线系统的维护的测试有了向铜缆布线测试一样的便捷和集成。新的TIATSB-140的光缆现场测试的规范也为这种应用起到了良好的促进作用。