Medições em Sistemas de Fibra Ótica – Método de transmissão.

Este artigo resume o conhecimento do instalador que enfrenta a tarefa de verificar a exatidão de um sistema de fibra ótica. O artigo descreve detalhadamente todos os aspetos relacionados à ideia e procedimentos de medição pelo método de transmissão, ou seja, utilizando um medidor de potência ótica (OPM) e uma fonte de luz (LS) ou um conjunto de teste de perda ótica (OLTS).

Entre os métodos de medição definidos pelas normas PN-ISO/IEC 14763-3 e PN-EN 61280-4-2, podemos distinguir aqueles relacionados com os chamados testes básicos e estendidos. Os testes básicos (“Tier 1”) permitem determinar a conformidade de um canal completo ou link fixo com os requisitos de uma determinada aplicação (por exemplo, uma das aplicações Ethernet) e possível certificação da rede. Os testes estendidos (“Tier 2”) são normalmente utilizados em adição ao teste básico ou quando o teste básico dá um resultado negativo e é necessário verificar a causa exata desta situação.

As normas acima mencionadas que definem parâmetros, métodos e procedimentos de medição estão diretamente relacionadas com as normas de cabeamento estruturado ISO/IEC 11801 e EN 50173. Os instaladores que implementem tais redes e realizem a certificação devem cumprir rigorosamente as regras definidas nas normas e utilizar equipamentos que permitam tais testes e a emissão do certificado aplicável. Na prática, os equipamentos permitidos a serem utilizados são definidos nas condições de garantia do fabricante do cabeamento estruturado.

Contudo, existe uma área de sistemas que não são implementados com referência aos padrões de cabeamento estruturado e para os quais não se espera nenhuma certificação dispendiosa. Porém, em tais situações, os investidores muitas vezes esperam um documento confirmando que o sistema foi feito corretamente e funcionará quando equipamentos ativos estiverem conectados a ele. O instalador também deseja frequentemente verificar se os parâmetros do sistema fabricado, como sua atenuação, permitirão que ele seja utilizado para aplicações específicas. Como proceder então? Quais dispositivos de medição usar? Quais padrões consultar? Como realizar corretamente o procedimento de medição?

A divisão dos métodos em testes básicos e testes estendidos mencionados no primeiro parágrafo é certamente o que todo instalador deve utilizar em seu trabalho.

Um teste básico é um teste que mede principalmente a atenuação do canal. Tal medição – conhecida como medição de transmissão (ou método de transmissão) – utiliza uma fonte de luz estável e um medidor de potência ótica. Em suma, estes dispositivos, ligados às duas extremidades de um link de fibra ótica, permitem medir a atenuação por ele contribuída. A atenuação (perda de inserção) é absolutamente o parâmetro mais importante a considerar ao verificar um sistema de fibra ótica. É aqui que geralmente terminam as capacidades das fontes de luz baratas e populares e dos medidores de potência ótica. Conjuntos muito caros projetados para certificação de rede permitem adicionalmente a medição de parâmetros como atraso de propagação do link, comprimento e continuidade do link. O que é extremamente importante, permitem também a avaliação da conformidade dos resultados com pressupostos ou padrões selecionados e a elaboração de um relatório de medição. A falta dessa possibilidade no caso de medidores e fontes de luz de baixo custo, faz com que os instaladores voltem sua atenção para dispositivos que permitem testes prolongados – na maioria das vezes os OTDRs.

A medição usando uma fonte de luz e um medidor de potência ótica de acordo com PN-EN 61280-4-2 ou ISO/IEC 14763-3:2014 é a maneira básica de verificar a exatidão de um link de fibra ótica. Também pode constituir a base para a certificação de rede para aplicações específicas.

A ideia por trás do método de medição de transmissão é simples. Para a conexão de fibra ótica completa, geralmente terminada em ambos os lados em interruptores, caixas, uma fonte de luz de potência conhecida é conectada de um lado e um medidor de potência ótica do outro. Patchcords de teste são usados ​​ao conectar os dispositivos.

Conhecendo a potência da fonte de luz que injeta o sinal na fibra ótica e lendo a potência no medidor de potência ótica, é possível determinar quanto da potência da fonte foi precipitada, ou seja, qual a atenuação da a conexão feita. A maioria das fontes de luz disponíveis geram energia a -5 dBm. Se um medidor de energia conectado do outro lado indicar -8 dBm, por exemplo, isso significará que a atenuação da linha medida é de 3 dB.

No entanto, a realização de uma medição como acima, sem o chamado procedimento de zeragem do sistema de medição, está sujeita a uma incerteza muito elevada e não pode ser tratada como uma medição confiável. A incerteza da medição se deve a vários problemas. Os mais importantes incluem:

Para reduzir a incerteza de medição, as normas de medição PN-EN 61280-4-2 e ISO/IEC 14763-3:2014 prescrevem um procedimento denominado zeragem do sistema, também conhecido como calibração do sistema de medição ou medição de referência (realizada com referência a outro valor). Existem 3 métodos de zeragem do sistema: o método 1 patchcord, o método 2 patchcord e o método 3 patchcord. Todos envolvem a mesma coisa - conectar a fonte de luz e o medidor de potência com um patchcord ou patchcords de medição e, em seguida, salvar a potência obtida como valor de referência para a próxima medição, que já será a medição real na linha feita. O nome “zeragem do sistema” refere-se ao fato de que, via de regra, após conectar os dispositivos com o patchcord/patchcords de medição, o usuário pressiona o botão “REF” ou similar no medidor, o que acaba armazenando a potência atualmente lida em memória do dispositivo e exibindo um valor de 0 dB na tela do medidor. A partir de agora, qualquer coisa conectada adicionalmente entre os dispositivos (em particular, a linha que você deseja medir) irá gerar atenuação adicional, que será exibida diretamente na tela do medidor. A ideia de zerar o circuito com cada um dos três métodos é apresentada a seguir.

Após zerar o circuito, desconecte os dispositivos e conecte-os às chaves para medir a atenuação contribuída pela linha confeccionada. Ao fazer isso, não desconecte o patchcord da fonte de luz, pois conectar e desconectar o plugue neste ponto gera valores de atenuação ligeiramente diferentes a cada vez.

Considere o exemplo do início da nota, em que a atenuação da linha medida sem zerar o circuito foi de 3 dB. Suponha que a mesma linha seja medida agora, mas antes da medição zerando o circuito usando o método de 2 patchcords. Conectando uma fonte com potência declarada de -5 dBm ao medidor usando 2 patchcords e um adaptador, uma indicação de potência de -6 dBm é obtida no medidor. Segue-se que os patchcords do medidor contribuem com 1 dB de atenuação. Na verdade, não está claro quanta atenuação os próprios patchcords contribuem, porque ainda não podemos ter certeza sobre a potência declarada da fonte (se a fonte gerar um sinal de -5,2 dBm, a atenuação dos patchcords é de 0,8 dB). . No entanto, não é importante neste momento. O importante é a medição que fazemos na segunda etapa – em referência ao valor de potência armazenado no medidor (neste caso -6 dBm). O circuito é zerado pressionando o botão REF. Após zerar o circuito, você conecta o equipamento à linha medida e obtém um valor de -2 dB na tela do medidor. O valor medido da atenuação da linha sem as incertezas de medição descritas acima.

Cada um dos três métodos de zeragem do sistema de medição, devido ao uso de um número diferente de cabos de manobra na determinação da potência de referência, acabará por gerar um resultado de medição ligeiramente diferente. Então, qual deve ser escolhido? A intuição aqui geralmente sugere o método dos 2 patchcords, já que esse é o número usado na medição final. No entanto, verifica-se que este método é menos preciso do que o método de 1 patchcord, e é 1 patchcord que deve ser usado ao zerar o circuito sempre que possível.

Como são necessários dois patchcords para conectar a fonte de luz e o medidor de potência ótica à linha a ser medida, o método mais intuitivo de estabelecer a potência de referência (calibração do sistema de medição) é aquele usando 2 patchcords de medição (também conhecidos como patchcords de referência, patchcords de teste ou TRC (Test Reference Cords). No entanto, verifica-se que o método mais preciso é o método de calibração de patchcord único. É o recomendado como o mais apropriado de acordo com os padrões de medição ISO/IEC 14763-3 e PN-EN 61280-4-2, padrões de fábrica usados ​​por grandes operadores, bem como as instruções dos fabricantes de sistemas de cabeamento estruturado.

A figura abaixo mostra a faixa de medição para cada um dos três métodos de configuração da potência de referência. Parece que um método de patchcord realmente permite que a medição de toda a linha seja medida: do início ao fim, incluindo os conectores inicial e final. O método 2 patchcord reduz a faixa de medição pela atenuação de um conector (isso ocorre porque a atenuação de 1 conector é levada em consideração no processo de referência, enquanto o resultado de uma medição usando a referência do método 3 patchcord deixa de fora a atenuação de 2 conectores Observe que a figura a seguir, embora geralmente aceita pelas normas, fornece alguma simplificação, uma vez que a atenuação do conector (ou conectores) durante o estabelecimento da referência (ou seja, a conexão dos dois plugues de referência) não é a mesma. como a atenuação do conector (ou conectores) na linha medida (ou seja, a conexão do plugue de referência aos padrões).

Neste ponto, vale a pena mencionar os próprios patchcords de referência. De acordo com as recomendações das normas acima mencionadas, devem ser utilizados patchcords de "alta qualidade", para os quais a atenuação do conector não exceda 0,2 dB (também pode ser encontrado um valor de 0,15 dB). Isso ocorre porque durante a medição, os conectores inicial e final da linha medida contêm os pinos dos patchcords de referência mencionados acima (conector de referência – conexão do conector padrão). Portanto, os conectores patchcord devem introduzir o mínimo possível de incerteza de medição. Na verdade, durante a operação da linha, esses conectores serão substituídos por conectores patchcord padrão – por exemplo. ao conectar equipamentos ativos ou cruzar os quadros de distribuição. Consequentemente, quanto menor e mais previsível/repetível for a atenuação dos conectores de referência, mais precisa será a medição.

Os fabricantes de dispositivos de medição para certificação de rede oferecem esses patchcords "especiais" por preços múltiplos dos patchcords geralmente disponíveis. Esses patchcords, além de bom desempenho de transmissão, geralmente possuem propriedades físicas (por exemplo, design reforçado) que permitem sua utilização por longos períodos de tempo com menor risco de deterioração de suas características. Embora para certificação de rede o uso deste tipo de patchcord faça sentido e possa até ser uma necessidade (os kits de medição podem não aceitar patchcords diferentes dos recomendados pelo fabricante), as medições de atenuação de linha sem certificação podem incluir o uso de patchcords padrão, ou seja, não identificado como TRC. É importante que tais patchcords sejam fabricados em min. classe B, conforme PN-EN 61300 -3 61300 (IEC -3-34). Isso significa uma atenuação média do conector não superior a 0,12 dB e máxima não superior a 0,25 dB. Em última análise, portanto, a incerteza de medição envolvida na utilização de tal conector não será significativamente maior do que a de um conector de referência verdadeiro. Certamente, porém, esses patchcords devem ser substituídos periodicamente por novos e limpos regularmente. O comprimento do patchcord de medição não deve ser inferior a 2 m. O uso de patchcords mais curtos envolve o risco de erro no estabelecimento da referência de potência – ela pode ser um pouco maior do que deveria, e isso resultará em uma distorção do resultado final da medição em detrimento do testador.

Voltando aos 3 métodos para estabelecer a potência de referência, você já sabe que o método 1 patchcord é o melhor, pois os outros métodos aumentam a incerteza de medição ao reduzir a potência de referência devido à inclusão de atenuação de uma ou duas conexões de referência. O método de 2 patchcords deve ser usado quando o conector do medidor de potência ótica não é compatível com o conector do switch (por exemplo, quando o medidor está equipado com conectores SC e o switch com adaptadores LC). Então o método de 1 patchcord não é viável e é necessário usar dois patchcords de medição (por exemplo, SC-LC) e um adaptador de centralização (por exemplo, LC-LC). O método de 3 patchcords pode ser usado quando a linha a ser medida termina com conectores. No entanto, como este método exclui a atenuação dos conectores inicial e final da medição (ver figura acima), só faz sentido utilizá-lo quando esta atenuação for uma parte insignificante da atenuação de toda a linha.

A verificação da precisão de um sistema de fibra ótica usando fonte de luz e medidor de potência ótica envolve gerar apenas um valor numérico para a atenuação de todo o caminho da fibra ótica e compará-lo com o valor esperado. Ao certificar uma rede, o valor esperado é específico para a aplicação para a qual o link está sendo certificado - por exemplo, ao certificar uma rede para uma aplicação 10GBASE-LR, ou seja, uma conexão Ethernet de 10 Gbps em fibra monomodo, a atenuação máxima do canal de fibra pode ser de 6,2 dB para um comprimento de onda de 1310 nm. Os valores de atenuação para outras aplicações podem ser encontrados em documentos que descrevem a norma específica ou nas normas de cabeamento estruturado ISO/IEC 11801, EN 50173. Quando a conexão medida não está sujeita a certificação, o valor máximo de atenuação é calculado somando a atenuação máxima teórica valores de todos os elementos incluídos no caminho da fibra ótica.

O problema com o cálculo da atenuação típica aproximada de uma determinada linha surge da falta de padrões de atenuação claramente definidos para eventos individuais, como emendas e conectores. Pode acontecer que, de acordo com um critério, uma linha composta por 2 conectores, 2 emendas e 500 metros de fibra não deva atenuar mais do que 2,3 dB, de acordo com outros 1,5 dB e de acordo com ainda outros 0,82 dB! Tais valores divergentes têm origem em diversos documentos: padrões de cabeamento estruturado, padrões de empresas de grandes operadoras, recomendações internacionais, padrões de fabricantes que definem classes de atenuação de conectores de fibra ótica, fichas técnicas de produtos e informações passadas boca a boca, que depois de algum tempo se tornam uma espécie de padrão improvisado da indústria.

É fundamental, portanto, que quem realiza a medição de transmissão, além do procedimento correto para medir e estabelecer a potência de referência, saiba definir com rigor os critérios de avaliação do seu resultado - para que a determinação se o sistema foi feito corretamente ou não, não está sujeito a qualquer interpretação.

A seguir listamos os elementos do caminho ótico a serem analisados ​​no cálculo da atenuação máxima de uma linha de fibra ótica monomodo. Para cada um deles são dados valores de atenuação aceitáveis ​​resultantes da aplicação de vários critérios, sendo indicado o valor que consideramos adequado para analisar a grande maioria das ligações de fibra ótica.

Assim, percebe-se que, dependendo do critério adotado, ao estimar a atenuação máxima de uma determinada conexão, podem-se obter resultados muito diferentes, o que pode fazer com que o resultado da medição seja correto para um e incorreto para outro. Tendo em conta a atenuação real, elementos executados corretamente dos sistemas de fibra ótica, será mais razoável fazer suposições mais restritivas. Na realidade, os valores medidos na grande maioria dos casos serão significativamente mais baixos de qualquer maneira. Resumindo, os valores propostos de atenuação de eventos individuais a serem considerados para cálculos são:

A verificação da exatidão de um sistema de fibra ótica construído com fibra ótica monomodo deve incluir medições em 1310 nm e 1550 nm. Mesmo que apenas inserções SFP de 1310 nm funcionem nesta rede, você deve ter certeza de que, no caso de alterá-las, por ex. Inserções WDM de 1310 nm/1550 nm, a rede funcionará corretamente.

As medições para os dois comprimentos de onda podem dar resultados ligeiramente diferentes e destacar alguns problemas no sistema que não seriam identificados com apenas uma medição. O primeiro fator que afeta a diferença no resultado é a atenuação unitária diferente da fibra para os diferentes comprimentos de onda. No entanto, isso é irrelevante para distâncias curtas. Somente para distâncias superiores a 1.000 m a diferença pode exceder 0,1 dB e deve aumentar linearmente em cerca de mais 0,1 dB por mais 1.000 m. Para links mais curtos, os resultados da medição devem ser semelhantes com um pouco menos de atenuação para o comprimento de onda de 1550 nm.

Se a medição para o comprimento de onda de 1550 nm fornecer um resultado pior, isso provavelmente indicará uma macrocurvatura na fibra em algum lugar ao longo da rota. Frequentemente, isso é uma curva na chave – que é facilmente encontrada com o localizador visual de falhas VFL. Um vazamento de luz claro será visto no local da curva. No entanto, pode ser que a curvatura da fibra seja consequência de uma curvatura do cabo em algum lugar ao longo da rota. Se for esse o caso, o método de transmissão não dará resposta sobre a localização exata do dano. A verificação com um OTDR é necessária.

No caso oposto, a medição para 1310 nm dá um resultado pior (e a diferença é maior do que devido à atenuação da fibra), isto provavelmente indica um problema com o posicionamento da fibra, ou para ser mais preciso, os núcleos de fibra. Via de regra, isso será um problema em algum lugar do(s) conector(es), mas também pode ser uma questão de emenda mal feita. Obviamente, sem diagnósticos adicionais utilizando um OTDR, a possível localização da falha só pode ser feita por tentativa e erro.

Vale a pena considerar por que um comprimento de onda de 1550 nm destacará as curvaturas da fibra e 1310 nm destacará as emendas de fibra inferiores. Para determinar isso, é necessário observar a estrutura de uma fibra ótica e introduzir a definição do MFD (Mode Field Diameter) da fibra.

A estrutura de uma fibra ótica típica compreende um núcleo e uma bainha envolvente. Estes possuem diferentes índices de refração (o núcleo um pouco maior), de modo que a luz introduzida no núcleo no ângulo reto é completamente refletida internamente e se propaga do transmissor para o recetor. O diâmetro físico do núcleo é, obviamente, constante e pode ser, por exemplo, 8,2 µm, independentemente do comprimento de onda que transporta. No entanto, as ondas de luz não se propagam apenas no núcleo. Alguns deles também são transmitidos na bainha, e a área do núcleo e da bainha responsável pela propagação das ondas de luz é o referido MFD, também conhecido como área efetiva do núcleo. É o diâmetro do MFD que é citado pelos fabricantes de fibra como parâmetro básico da fibra. O diâmetro físico do núcleo é de importância secundária. Um exemplo de valor MFD para uma fibra Corning SMF-28e+ em conformidade com a recomendação ITU-T G.652.D é 9,2 µm a 1310 nm e 10,4 µm a 1550 nm.

O facto de o MFD ser diferente para diferentes comprimentos de onda pode afetar as medições descritas acima. O diâmetro maior para 1550 nm significa que o sinal para este comprimento de onda passa mais próximo da borda da bainha. Exceder o raio de curvatura mínimo da fibra resultará, portanto, em maior atenuação para este comprimento de onda, já que parte do sinal “escapará” da bainha mais rapidamente. Por outro lado, a área menor do MFD para 1310 nm significa que será mais sensível ao deslocamento dos núcleos entre si.