Có nhiều thiết bị đo kiểm tra quang học có thể được sử dụng để đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) trên mạng cáp quang. Nhưng chỉ có máy đo phản xạ miền thời gian quang học (OTDR) là hỗ trợ các phép đo tổng suy hao, suy hao phản hồi (ORL), điểm lỗi, điểm đứt và chiều dài sợi quang. Từ những năm 1980, thiết bị đo cáp quang OTDR đã được sử dụng để kiểm tra các liên kết sợi quang, xác định các sự kiện quang học, đo tổn hao, vị trí, độ phản xạ và xác định các sự kiện có thể tác động đến dịch vụ mạng cáp quang bằng một (1pt) hoặc hai con trỏ di động (2pt).
Khi cấu trúc liên kết mạng ngày càng phát triển, tính năng phân tích trên phần cứng và phần mềm OTDR cũng buộc phải điều chỉnh để có thể báo cáo các sự kiện chính xác. Thiết bị đo quang OTDRs được yêu cầu không những để kiểm tra các liên kết điểm-điểm (Point-to-Point), mà còn là liên kết điểm-đa điểm (Point-to-Multi-Point -> PON), thậm chí với bộ chia quang Splitter có tối đa 128 sợi quang, cũng như liên kết xWDM có 2 hoặc 4 thành phần quang học MUX/DEMUX.
Do vậy hiện nay OTDR có khả năng đo kiểm khác nhau:
- Một số loại OTDR chỉ đo được khoảng cách tối đa dựa trên liên kết điểm-điểm.
- Trong khi OTDR tiên tiến hơn có khả năng hỗ trợ thêm đo kiểm mạng cáp quang thụ động PON (điểm-đa điểm) và liên kết xWDM trong các ứng dụng thử nghiệm mạng cáp quang hiện đại.
Do vậy, sử dụng máy đo quang OTDR tiên tiến có thể thực hiện được toàn bộ các phép đo thử nghiệm cho cấu trúc mạng cáp quang viễn thông hiện đại, bao gồm:
- Xác định điểm lỗi, điểm đứt, tổng suy hao, suy hao phản hồi (ORL) và chiều dài cáp sợi quang các liên kết điểm-điểm.
- Khả năng đo kiểm mạng cáp quang thụ động PON liên kết điểm-đa điểm.
- Khả năng đo kiểm liên kết xWDM có 2 hoặc 4 thành phần quang học MUX/DEMUX.
Dải động (Dynamic Range) và dải đo (Measurement Range)
Dải động là một trong những thông số kỹ thuật quan trọng nhất và là giới hạn quang học của OTDR. Thông số kỹ thuật này sẽ xác định xem OTDR có khả năng đo đến đầu cuối sợi quang hay không. Dải động thường được đo sử dụng với độ rộng xung laser 20.000ns để đạt được giới hạn đo xa tối đa khi đo thử nghiệm 1 sợi cáp quang. Tuy nhiên, hạn chế là có nhiều sai số hơn do có thể bỏ sót các sự kiện. Việc giảm độ rộng xung có thể dẫn đến độ chính xác của kết quả đo được cải thiện, tuy nhiên sẽ bị giảm khoảng cách đo xa.
Dải động (Dynamic Range) đôi khi bị nhầm lẫn với dải đo (Measurement Range), trong khi dải đo (Measurement Range) là thông số kỹ thuật hiển thị theo các đơn vị tính bằng m (mét), km (kilomet) chiều dài cáp quang của OTDR.
Vùng chết (Dead Zone)
OTDR thường cần một khoảng thời gian (hoặc khoảng cách) để phục hồi sau các sự kiện. Trong thời gian này, OTDR không thể phát hiện hoặc định vị/đo lường chính xác bất kỳ sự kiện nào trên một liên kết sợi quang. Nói chung, vùng chết được đo trên phản xạ Fresnel và thời gian phục hồi tiếp theo của máy dò OTDR, đó là được đo bằng hai phương pháp: vùng chết sự kiện (EDZ) và vùng chết suy hao (ADZ). Khi phản xạ mạnh xảy ra, công suất mà điốt quang nhận được có thể cao hơn đáng kể so với công suất tán xạ ngược, điều này làm cho máy đo quang OTDR trở nên bão hòa với ánh sáng quá mức. Thời gian cần thiết để phục hồi từ trạng thái bão hòa chặn khả năng đo mức tán xạ ngược, giống như những gì xảy ra với mắt người khi tiếp xúc với đèn flash sáng của ánh sáng. Độ rộng xung ảnh hưởng đến chiều cao của phản xạ nhưng không ảnh hưởng đến hệ số phản xạ. Các xung dài hơn được sử dụng để tăng dải động nhưng cũng sẽ dẫn đến trong vùng chết dài hơn.
Khi kiểm tra các mạng PON, có một loại vùng chết thứ ba, vùng chết PON. Chia tách nhiều hơn dẫn đến vùng chết lớn hơn. Ngoài ra, độ rộng xung lớn hơn có thể được yêu cầu để khắc phục suy hao cao hơn do nhiều sự phân tách hơn.
Vùng chết sự kiện (Event Dead Zone)
Vùng chết của sự kiện (EDZ) là độ rộng khoảng cách tối thiểu 1,5 dB bên dưới đỉnh của sự kiện phản xạ, thường là -45 dB.
Vùng chết suy hao (Attenuation Dead Zone)
Vùng chết suy hao (ADZ) là khoảng cách tối thiểu sau khi phản xạ, thường là -45 dB, mà một sự kiện không phản xạ (non-reflective event) có thể đo lường được. Đó là vị trí mà tín hiệu nằm trong phạm vi 0,5 dB trên hoặc dưới tán xạ ngược trước khi xung phản xạ. ADZ sẽ luôn lớn hơn EDZ.
Vùng chết PON (PON Dead Zone)
Vùng chết PON (PDZ) là khoảng cách tối thiểu để phục hồi sau khi suy hao bộ tách không phản xạ -13 dB (1×16 bộ chia). Giá trị này sẽ thay đổi tùy thuộc vào độ rộng xung thử nghiệm thực tế. Độ rộng xung phổ biến được sử dụng để tạo ra điều này phép đo có thể thay đổi từ 25 (xanh nước biển) đến 100 nsec (xanh nước biển). Tuy nhiên, độ rộng xung lớn hơn có thể được sử dụng điều này thường dẫn đến giá trị PDZ lớn hơn như được hiển thị trong chế độ xem phóng to của bộ chia trong hình ảnh hiển thị bên trên. Ngoài ra, giá trị PDZ tăng lên với số lượng phân tách cao hơn.
Để kiểm tra mạng PON đang hoạt động (in-service), cần có OTDR có tính năng lọc bước sóng 1625nm hoặc 1650nm. Một mạng PON có thể có một hoặc hai bộ chia (xếp tầng PON). OTDR thường được kết nối tại nơi của khách hàng. Cáp quang giữa OLT đến ONT được gọi là ODN.
Suy hao bộ chia Splitter sẽ khác nhau tùy theo loại bộ chia. Bộ chia cân bằng có thể 1xN (N có thể bằng 2, 4, 8 hoặc tối đa 128 tỷ lệ chia). Bộ chia 2xN và công suất được phân bổ đồng đều dẫn đến tổn thất chèn tương tự trên tất cả các sợi cáp quang. Bộ chia không cân bằng có thể là 5/95, 10/90, 15/85, 20/80, v.v. tỷ lệ phân chia để công suất phân chia tương ứng dẫn đến suy hao chèn khác nhau cho mỗi sợi đầu ra.
Cài đặt OTDR để thực hiện các bài đo
Hầu hết các OTDR đều hỗ trợ thiết lập cài đặt cơ bản và nâng cao, tức là người dùng OTDR có thể cài đặt chế độ đo tự động, cũng như chế độ chuyên gia để có được cài đặt nhiều tham để để cho kết quả chính xác hơn. Dưới đây là ví dụ các cài đặt, vận hành máy đo cáp quang OTDR VeEX FX150+.
Thiết bị đo truyền dẫn viễn thông đa năng VeEX MTTPlus và module kiểm tra cáp quang OTDR
Cài đặt chế độ đo tự động (Auto Mode)
Chế độ đo tự động được thiết kế với các thông số được thiết lập tự động tối ưu theo đặc điểm của cáp sợi quang. Chế độ này có ưu điểm là dễ dùng ngay cả với kỹ thuật viên không chuyên do không cần cài đặt các thông số và phù hợp với các tuyến cáp quang cần đo nhanh, không cần đánh giá, phân tích chuyên sâu về kết quả đo.
Chế độ đo chuyên gia (Expert)
Chế độ đo OTDR cấp chuyên gia phù hợp với các kỹ sư với khả năng thiết lập nhiều hơn các thông số đo đạc, tuy nhiên việc vận hành ở chế độ đo này đòi hỏi nhiều kinh nghiệm và đào tạo kỹ thuật. Sau đây là các tham số chính cần cài đặt trước khi đo:
- Cài đặt phạm vi đo OTDR: tham số OTDR đầu tiên cần đặt là dải hiển thị khoảng cách mà OTDR sẽ đo. Phạm vi ít nhất phải nên gấp đôi chiều dài của cáp người dùng dự định thử nghiệm. Đặt phạm vi dài hơn sẽ làm cho độ phân giải của dấu vết (traces) kém hơn và phạm vi ngắn hơn có thể không thể đo đủ chiều dài của cáp và bỏ lỡ nhiều traces.
- Cài đặt độ rộng xung kiểm tra OTDR: sau đó đặt độ rộng xung kiểm tra OTDR thành độ rộng xung phù hợp nhất hiện có, độ rộng xung này sẽ cung cấp độ phân giải cao nhất, cho “hình ảnh” tốt nhất của sợi quang đang được kiểm tra. Điều này thường được liệt kê bằng nano giây (ns), với các lựa chọn điển hình là 5~ 20.000 ns. Độ rộng xung cũng có mối liên hệ mật thiết với dải động của OTDR, được tính bằng dB. Khi cài đặt độ rộng xung nhỏ, độ phân giải cho phép đo tốt hơn, do đó có thể tìm kiếm lỗi sợi quang tốt hơn tuy nhiên sẽ ảnh hưởng tới khả năng đo xa của OTDR. Ngược lại, khi cài đặt độ rộng xung lớn thì OTDR có khả năng đo xa hơn, tuy nhiên có thể bỏ lỡ lỗi của cáp sợi quang.
- Cài đặt bước sóng OTDR: Đặt bước sóng cần đo, thông thường cáp quang đa mốt (MMF) là 850 nm/1300nm và đơn mốt (SMF) là 1310nm/1490nm/1550nm/1625nm. Kỹ thuật viên nên chọn bước sóng cần đo và loại sợi quang MMF/SMF phù hợp mà hệ thống truyền dẫn sẽ sử dụng trong thực tế để có đánh giá chính xác về chất lượng sợi quang.
- Cài đặt số lần đo trung bình: OTDR có thể lấy trung bình nhiều phép đo, số trung bình càng nhiều thì càng mất nhiều thời gian và cho kết quả đo càng chính xác hơn. Thông thường, nên cài đặt mức trung bình từ 5 đến 20 là đủ.
- Cài đặt chế độ đo PON: Thông thường truyền dẫn tín hiệu trên mạng quang thụ động PON sẽ khác hơn so với sợi quang thông thường bởi các thành phần quang thụ động như bộ chia quang (Optical Splitter), các mối nối hàn nhanh( Fast Connector), .. có suy hao rất lớn. Do vậy, hầu hết các máy đo OTDR đều cung cấp chức năng đo PON, các kỹ thuật viên cần lưu ý chọn để kết quả đo được chính xác.
- Thiết lập ngưỡng cảnh báo (Threshold): Kỹ thuật viên có thể cài đặt ngưỡng Threshold về suy hao để nhận cảnh báo khi các thông số đo vượt quá thông số được cài đặt.
Phân tích, tạo báo cáo kết quả đo kiểm OTDR
Kỹ sư, kỹ thuật viên cáp quang và nhà thầu được giao nhiệm vụ xác nhận việc lắp đặt sợi quang mới hoặc khôi phục các tuyến cáp sau khi hoàn thành thường có nghĩa vụ gửi dữ liệu đo được (tệp .sor) và tài liệu liên quan cho nhà khai thác mạng để làm bằng chứng giao hàng trước khi được nghiệm thu.
Các tệp file đo kiểm tra quan trọng thường được lưu trữ đầu tiên vào một số bộ nhớ cục bộ của máy đo. Do vậy muốn làm báo cáo, người dùng cần một phần mềm chuyên dụng để lấy dữ liệu này từ máy đo để có thể phân tích thêm trên máy tính PC, cũng như tạo các báo cáo.
Phần mềm hỗ trợ phân tích kết quả đo kiểm kết quả OTDR trên máy tính, có thể download traces từ bộ nhớ trong của máy đo ra PC, điều khiển thiết bị từ xa, xử lý và tạo báo cáo chuyên nghiệp.
Phần mềm quản lý và tạo báo cáo kết quả đo chuyên nghiệp có thể hoạt động trên máy tính Windows hoặc sử dụng trên nền tảng điện toán đám mây Fiberizer Cloud.
