综合布线中光纤链路的现场测试分析

文｜德特威勒电缆系统（上海）有限公司 邬金龙

综合布线系统中光纤链路的现场测试一般可以从这几个万面考虑：设备的连通性、跳线系统是否有效以及通信线路的指标数据等，而通信线路的指标数据一般得借助专业工具进行，目前在工程中常用的是光时域反射损耗测试仪（OTDR）。下面就光时域反射损耗测试仪（OTDR）的功能、参数设置、检测方法以及曲线分析做简单的介绍。

1 光时域反射损耗测试仪OTDR的功能

光时域反射损耗测试仪OTDR的功能包括：测试光纤的长度、测试光纤的衰减系数（波长 850nm、1310nm、1550nm、1625nm）、测试光纤的接头损耗、测试光纤的衰减均匀性、测试光纤可能有的异常情况（如有台阶，曲线异常等）、测试光纤的回波损耗、测试光纤的背向散射。

2 OTDR的主要参数设置

（1）测试波长

对于多模光纤，选择850nm或1300nm；而单模则选择1310nm或1550nm。

（2）OTDR的光纤的折射率（IOR）

折射率=真空中的光速/光脉冲在光纤中的速度；

设置OTDR上光纤的双窗口的折射率因根据各厂家提供的数据，每种光纤其折射率是不同的，光纤n的典型值在1.45～1.55之间。单模光纤的折射率基本在1.460～1.4800范围内，如G.652单模光纤，在实际测试时，若在1310nm波长下，折射率一般选择1.468；若在1550 nm波长下，折射率一般选择1.4685。OTDR所测光纤长度跟设置的折射率有关；对同一光纤所设置的折射率越大所测光纤长度越短，反之所测光纤长度则越长。

OTDR 上显示的距离：

此次我们在某工厂所检测的光缆主要是室内型单模零水峰光纤，它的光纤折射率n为：

（3）OTDR测试量程

OTDR所设量程必须是所要测试光纤长度1.5～2倍。量程过小，光时域反射损耗测试仪的显示屏上看不全面，选择过大，则显示屏上横坐标压缩得看不清楚。根据工程经验，测试量程选择能使背向散射曲线大约占OTDR显示屏的70%时为宜。

（4）OTDR的测试脉宽

原则：长距离用长脉宽，短距离用小脉宽。一定光纤长度必须选用相对应，长脉宽平均化时间短，但OTDR分辨率低，光纤存在的细小的异常情况（如小台阶等）不易发现。

长脉冲宽度：动态范围较高但是死区较长，为减小噪声并检测远处的事件应增加脉冲宽度，如图1所示。

短脉冲宽度：分辨率较高但是有更多的噪声，为缩短死区并清楚地分离接近的事件应减小脉冲宽度，如图2所示。两者必须有机结合，合理配置。

典型值包括：5ns/10ns/30ns/100ns/300ns/1μs短链路和100ns / 300ns / 1μs / 3μs / 1 0μs长链路。

（5）平均化时间的选择

由于背向散射光信号极其微弱，一般采用多次统计平均的方法来提高信噪比。OTDR测试曲线是将每次输出脉冲后的反射信号采样，并把多次采样做平均化处理以消除随机事件，平均化时间越长，噪声电平越接近最小值，动态范围就越大。平均化时间为3min获得的动态范围比平均化时间为1min获得的动态范围提高0.8dB。

一般来说平均化时间越长，测试精度越高。为了提高测试速度，缩短整体测试时间，测试时间可在0.5～3min内选择。

在光纤通信接续测试中，选择1.5min就可获得满意的效果。

3 测试方法

OTDR测试可以分为三种常见方式。

（1）不使用发射与接收光缆的验收测试如图3所示。

图3 不使用发射与接收光缆的验收测试

此种测试方式可以测试被测光缆，但是由于被测光缆的前、后端没有连接发射光缆，前、后的连接器不能被测试。在这种情况下，不能提供一个参考的后向散射信号。因此，不能确定端点连接器点的损耗。

为了解决这一问题，在OTDR的发射位置（前端）以及被测光纤的接收位置（远端）处加上一段光缆。

（2）使用发射与接收光缆的验收测试，如图4 所示。

图4 使用发射与接收光缆的验收测试

此种方式由于加上了发射与接收光缆，可以测试被测光缆的整条链路，以及所有的连接点。发射光缆的长度：多模测试通常在300m～500m之间；单模测试通常在1000m～2000m之间。非常重要的一点是发射与接收光缆应该与被测光缆相匹配（类型、芯径等）。

（3）使用发射与接收光缆的环回测试，如图5所示。

此种方式可以测试被测光缆的整条链路，以及所有的连接点。

由于采用环回测量方法，技术人员仅需要一台OTDR用于双向OTDR 测量。在光纤的一端（近端）执行OTDR数据读取。一次可以同时测试两根光缆，所有数据读取时间被减为二分之一。

图5 使用发射与接收光缆的环回测试

测试人员需要两人，一人在近端OTDR位置，另一人位于光缆另一端，采用跳线或者发射光缆将测试的两根光缆链路进行连接。对光纤接续进行监测时由于增加了环回点，所以能在OTDR上测出接续衰耗的双向值。这种方法的优点是能准确评估接头的好坏。

由于测试原理和光纤结构上的原因，用OTDR单向监测会出现虚假增益的现象，相应地也会出现虚假大衰耗现象。对一个光纤接头来说，两个方向衰减值的数学平均数才能准确反映其真实的衰耗值。比如一个接头从A到B测衰耗为0.16dB，从B到A测为-0.12dB，实际上此头的衰耗为[0.16+（-0.12）]/2=0.02dB。

此次，我们采用的就是使用发射与接收光缆的环回测试，发射光缆采用1km左右的假纤。

4 曲线分析（异常曲线、原理和对策）

（1）典型的OTDR 轨迹图如图6所示

（2）OTDR 能够捕捉的事件

图6

通常有两种类型的事件：反射事件与非反射事件。

反射事件：出现于光纤中存在不连续，引起折射指数的突然改变时。反射事件可以出现在断点、连接器连接处、机械接头或者光纤的不确定端点。对于反射事件，连接器损耗通常在0.5dB左右。对于机械接头，损耗通常在0.1～0.2dB之间。

非反射事件：出现于光纤中没有不连续点的位置上，且非反射事件通常是由于熔接损耗或者弯曲损耗，例如，宏弯曲所生成的。典型的损耗值范围为0.02～0.1dB，取决于熔接设备与操作者。

（3）斜率

斜率的标准偏差dB/km取决于本地噪声电平（与分布）和采用SLA方法的读取点数；典型的段损耗范围对于1550nm为0.17～0.22dB/km，对于1310nm单模系统为0.30～0.35dB/km，对于1300nm多模系统为0.5～1.5dB/km，对于850nm系统为2～3.5dB/km。

（4）反射

一个连接器、断点或者机械接头处的反射量取决于光纤与光纤界面（另一个光纤、空气或者折射指数匹配液）材料之间的折射指数之差，以及断点或者连接器的几何形状（平的、角度的或者碎的）。这两个因素能够捕捉光纤纤芯内不同数量的反射。

（5）盲区

在光纤测试过程中在存强反射时，使得光电二极管饱和，光电二极管需要一定的时间从饱和状态中恢复，在这一时间内，它将不会精确地检测后散射信号，在这一过程中没有被确定的光纤长度称为盲区。如图7所示。

盲区一般表现为前端盲区，为了解决这一问题，可以在测试光缆前加一条长的测试光纤将此效应减到最小。

盲区又可分衰减盲区和事件盲区。

衰减盲区如图8所示。衰减盲区指的是自起始反射点到与背向散射曲线相差不超过±0.5dB处的距离。衰减盲区告诉我们测试光纤连接点到第一个可检测接头点之间的最短距离。

事件盲区如图9所示。从反射事件的起始点到该事件峰值衰减 1.5dB点间的距离。事件盲区确定了两个可区分的反射事件点间的最短距离（例如两个连接器之间）。

图9

（6）典型反射曲线

这条曲线包括各种常见现象，如图10所示。

区域（a）即在A点至B点区域内，曲线斜率恒定：表明光纤在该区域的散射均匀一致。因此可获得相应的常数。在这种情况下，测量仅从一端即可满足要求。

图10

区域（b）表示局部的损耗变化，主要由外部原因（如光纤接头）和内部原因光纤本身引起，在此情况下，进行两端测量，取平均值表示该接头损耗。

区域（c）所示的不规则性由后向散射的剧烈增强所致，这种变化可能由外部测试原因二次反射余波（鬼影）产生能量叠加和内部原因光纤本身缺陷（小裂纹）造成的，先必须确认是何种原因，再采用两端测量来测定这种不规则对衰减的影响。

区域（d）即后向散射曲线有时出现弓形弯曲。有内部因素，一般是吸收损耗变化导致衰减变化。对于外部因素，可能与光纤受力增加有关。如何确定是何种因素，可对光纤或光缆施加外力或改变其温度，如特性不变，是内部因素，反之为外部因素。

区域（e）光纤的端点或任何的不连续点会产生菲涅尔反射或后向散射功率损耗（无菲涅尔反射），由此可测定这些端点或不连续点的位置。机械式接头界面往往产生这种反射。

图11所示的现象为光纤末端无菲涅尔反射峰，曲线斜率、衰减正常，无法确认光纤长度。原因：光纤末端面上比较脏或光纤端面质量差；对策：清洗光纤末端面或重新做端面。

图11

图12所示的现象为曲线成明显弓形，衰减严重偏大或偏小，无菲涅尔反射峰；原因：量程设置错误（不足被测光纤长度2倍以上）；对策：增大量程。

图12

图13所示的现象是在曲线斜率恒定的曲线中间有一个“小山峰”（背向散射剧烈增强所致），原因有二，其一是光纤本身质量原因（小裂纹）；其二是二次反射余波在前端面产生反射；对策：在这种情况下改变光纤测试量程、脉宽、重新做端面，再测试如“小山峰”，消失则为原因2，如不消失则为原因1。

图13

图14所示的现象是在光纤连接器、耦合器、熔接点处产生一个明显的增益；原因：模场直径不匹配造成的；对策：测试衰减和接头损耗必须双向测试，取平均值。

图14

图15所示的现象是曲线斜率正常，光纤均匀性合格，但两端光纤衰减系数相差很大；原因：模场不均匀造成，一般为光纤拉丝引头和结尾部分；对策：测试衰减必须双向测试，取平均值。

图16所示的现象是整根光纤衰减合格，曲线大部分斜率均匀，但在菲涅尔反射峰前沿有一小凹陷；原因：末端几米或几十米光纤受侧压；对策：复绕观察有无变化，无变化则剪掉。

图17所示的现象是1310nm光纤曲线平滑，光纤衰减斜率基本不变，衰减指标略微偏高；但1550nm光纤衰减斜率增加，衰减指标偏高；原因：束管内余长过短，光纤受拉伸；对策：确认束管内的余长，增加束管内的余长。

图17

图18

图18所示的现象是1310nm光纤曲线平滑，光纤衰减斜率基本正常，衰减指标正常；但1550nm光纤衰减斜率严重不良，衰减指标严重偏高；原因：束管内余长过长，光纤弯曲半径过小；对策：确认束管内的余长，减少束管内的余长。

图19所示现象是尾纤与过渡纤有部分曲线出现有规则的曲线不良，但被测光纤后半部分曲线正常，整根被测光纤衰减指标基本正常；原因：一般是由设备本身和测试方法综合造成的；对策：关机，重新启动，对各个光纤接触部分进行清洁。

图19

图20的现象是光纤似断非断，实际里面的光纤纤芯已断，由于塑料涂层的拉力使光纤断裂面对准良好，这点光纤的损耗增大，但不会大很多。一般比光纤连接器的损耗略大，在0.5～1.0dB；原因：一般是由安装时造成的；对策：对该处光纤进行熔接。

图20

图21所示的现象是光纤彻底断开，光脉冲不能通过，该处有个强反射；原因：一般是由安装时造成的；对策：对该处光纤进行熔接。

图21

图22所示的现象是光纤损耗增大——数值一般在1～5dB之间，个别区段可以增大到不能使用，类似断芯状态；原因：由于光纤受到拉伸、裂纹、弯曲、压扁等力的影响，使光纤局部损耗增大；对策：当外力消除后，一般光纤损耗都能恢复到正常状态，个别情况下如光纤涂覆层受损坏或不能恢复时，应对该处光纤进行重新熔接。

图22

5 测试极限值的预算

国家标准《综合布线工程验收规范》（GB 50312-2007）中对光纤测试极限值的规定，光纤链路的插入损耗极限值可用以下公式计算：

光纤链路损耗=光纤损耗+转接器损耗+光纤连接点损耗

光纤损耗=光纤损耗系数（dB/km）×光纤长度（km）

连接器件损耗=单个连接器件损耗×连接器件个数

光纤连接点损耗=单个光纤连接点损耗×光纤连接点个数

依据 GB 50312-2007的光纤测试极限值的规定：

光纤链路损耗=光纤损耗+转接器损耗+光纤连接点损耗

由于室内单模1310nm和1550nm下的衰减系数均为1.0，所以如果所测损耗小于该值便算通过。

正向测试：序号1～6，表示在1310nm下所测的数据：

光纤链路损耗=0.318×0.544+0.317×1.133+0.317×0.54+0.19+0.51+0.084+0.731 =2.218dB

序号7～12，表示在1550nm下所测的数据：

光纤链路损耗=0.182×0.545+0.21×1.133+0.196×0.539+0.228+0.407+0.088+0.634 =1.7998dB

反向测试：序号13～18，表示在1310nm下所测的数据：

光纤链路损耗=0.308×0.541+0.315×1.142+0.3×0.538+0.367+0.228+0.439+0.37=2.097dB

序号19～25，表示在1550nm下所测的数据：

光纤链路损耗=0.181×0.536+0.206×1.146+0.181×0.539+0.306+0.282+0.309+0.378=1.7057dB

由此可见，上面的检测点符合标准要求。

不合格链路的故障排除：如果测试得到的损耗值超出极限值，可以通过以下几方面来排除故障。首先，重新清洁所有被测链路以及参考跳线的连接器端面。重新连接，确保所有的连接器完全插入光纤适配器中。其次，检查光缆和跳线的弯曲半径是否符合标准要求。特别是光纤箱内的缆，是否弯曲半径过小。

如果还无法通过，则采用熔接方式接续，重新进行尾纤熔接。端接方式则更换连接头，再进行新的测试。