감쇠 및 OTDR 이벤트 데드존 설명 - OptiFiber Pro

소개

고밀도 환경에서의 멀티모드 광케이블 배선 테스트는 근접 공간의 커넥터 테스트가 가능한 전문 OTDR을 필요로 합니다. 자주, 이들 커넥터는 높은 삽입 손실 및 높은 반사율을 지닙니다. 결과적으로 말해서, OTDR을 이용한 테스트는 최고의 공간 해상도를 지닌 OTDR을 제외한 모든 경우에 어려워 집니다.

이 OTDR 유형의 핵심에는 두 가지 구성 요소, 즉 펄스 레이저 및 애벌랜시 포토다이오드(APD)가 있습니다. 전자장치 디자인, 그리고 이보다 더 중요한, 선택된 APD 유형이 데드존 성능을 결정합니다.

모든 OTDR 공급자는 데드존 사양을 제공합니다. 그러나, 데드존을 검토할 때 고려해야 할 몇 가지 사항이 있습니다. 첫째, 데드존이 어떤 환경 하에서 지정되었는지 그 조건을 고려해야 합니다. 둘째, 반사율이 증가함에 따라 데드존이 어떻게 변하는가가 중요합니다 - 공급자들이 명시하지 않는 것입니다. 셋째, 실재 광케이블 네트워크에서 데드존 성능에 관해 무엇을 기대할 수 있는가 하는 것입니다.

데드존 사양

그림 1에서 보듯이, 감쇠 데드존(ADZ)은 일반적으로 하나의 "좋은" 커넥터 반사 이벤트에 대해, 후방 산란 수준과 일치하는 직선에서의 0.5dB 편차에 대한 펄스의 상승 끝점 사이의 거리로서 정의됩니다. 후방 산란 수준은 추적상의 사선으로서 광케이블 감쇠 값을 제공합니다. 이 데드존 사양은 가장 짧은 펄스 폭 및 모범 사례 커넥터 반사율 같은 모범 사례 조건 하에서 보통 주어 집니다.

ADZ 사양의 목적은 정확한 손실 측정이 행해질 수 있는 커넥터 이후의 거리 표시를 제공하기 위한 것입니다. 이 정의에서 데드존 길이인 패치 코드는 이전 커넥터로 연결되어 손실을 측정할 수 있다는 기대가 있을 수 있습니다. 현실에서는 이것이 실현될 수 없을 수도 있습니다.

그림 2에서, 이벤트 데드존(EDZ)은 일반적으로 하나의 "좋은" 커넥터에 대해, 반사 최고점 아래의 1.5dB로 정해진 두 커서 사이의 거리로서 정의됩니다. 이는 선형 영역에서 최대 펄스 폭 절반의 전체 폭(반치전폭)을 나타냅니다. 다시 말해서, 이 데드존 사양은 가장 짧은 펄스 폭 및 모범 사례 커넥터 반사율을 이용하는 모범 사례 조건 하에서 보통 주어 집니다.

 EDZ 사양의 목적은 정확한 길이 측정이 행해질 수 있는 커넥터 이후의 거리 표시를 제공하기 위한 것입니다. 이 정의에서 데드존 길이인 패치 코드는 이전 커넥터로 연결되어 길이를 측정할 수 있다는 기대가 있을 수 있습니다. 이것은 대체로 두 커넥터가 모두 EDZ 지정 조건의 기준을 충족하는 경우에만 참이 됩니다(즉, -45dB 반사율). 어느 커넥터 하나에 대해 반사율이 변경되는 경우, 이 정의는 더 이상 유효하지 않으며 데드존이 증가합니다.

두 가지 유형의 데드존의 경우, 하나의 높은 품질 커넥터에서 주로 측정이 이루어 집니다. 싱글모드의 경우, -52dB 반사율을 지닌 커넥터에 대해서만 이것이 행해질 수 있습니다. 위의 그림에서, "불포화"는 OTDR 에서 포화 및 왜곡을 일으키지 않는, 낮은 커넥터 반사율을 의미합니다. 반사율이 높은 경우, "테일링"이라고 불리는 APD의 본질적 현상으로 인해 데드존이 증가했습니다. 

실용적인 데드존 어플리케이션

OTDR 성능에 대한 고객의 기대는 OTDR 사양과 일치하지 않을 수 있습니다. 사양은 일반적으로 각주에 분명하게 설명된 특정 조건과 더불어 주어 집니다. 

OTDR의 경우, 데드존 사양이 언급된 조건 하에서 근처 종단 측정치로 제한될 것으로 예상해야 합니다. 데드존이 측정 길이와 더불어 항상 일정하게 유지될 것으로 예상해서는 안 됩니다. 데드존은 측정 길이가 증가함에 따라 더욱 넓어지는 유한 폭의 방출 펄스 기능입니다(더 긴 길이 측정을 위해 넓은 펄스가 사용됩니다). 나중에 논의될 몇 가지 경우를 제외하고 모든 경우에 반사율과 함께 데드존이 증가합니다. 데드존 사양이 제공되므로 사용자는 OTDR 성능을 비교할 수 있을 것입니다. 그러나 데드존 사양은 네트워크 테스트가 아니라 단일 이벤트에 대해 정의됩니다.

더 정교한 OTDR이 추적 및 이벤트 테이블을 표시할 뿐 아니라, 테스트 중인 광케이블 배선 "지도"를 그래픽으로 제공합니다. 매핑은 현장 설치 기반의 OTDR에서 처음으로 도입되었지만 이제는 많은 공급자들에 의해 더욱 대중화되었습니다. 매핑 정보는 이벤트 테이블을 생성하는 데 사용된 동일한 분석에서 파생되지만, 사용이 더욱 용이한 배선도로서 표시됩니다. 근접 공간의 커넥터가 측정될 때, 특히 각각이 상이한 반사율을 지니는 경우에, 분석기 소프트웨어가 그 한계까지 강요됩니다(즉, 긁힌 커넥터에 이어 있는 깨끗한 커넥터).

이벤트 데드존 기대의 예로는 다음과 같은 것이 있습니다. 이벤트 데드존은 1미터로 지정됩니다. 광케이블 네트워크는 두개의 더 긴 길이 중간에 1미터의 패치 코드를 지닙니다. 사용자는 OTDR이 1미터 패치 코드의 위치를 찾고 식별하며, 손실 및 반사율을 아마 측정할 것이라고 기대합니다. OTDR은 사양 조건이 만족된 경우에만 1미터 패치 코드 길이를 측정할 수 있습니다. 두 반사율은 사양 각주 내에 정의된 대로, 제한된 한도 내에 있어야만 합니다. 이벤트 데드존은 반사율 최고점만을 찾을 수 있으므로 손실 측정이 가능하지 않다는 점을 명심하십시오.

또 다른 예로, 감쇠 데드존 클레임은 2미터입니다. 광케이블 네트워크는 두개의 긴 길이 중간에 2미터의 패치 코드를 지닙니다. 사용자는 패치 코드의 손실을 측정할 수 있을 것으로 예상합니다. 보이는 것처럼 각 반사 후에 충분한 후방 산란이 있는 경우, OTDR이 측정을 행할 수 있습니다.

그림 3에서, 1.94미터 길이의 첫 커넥터는 위치, 손실, 및 반사율과 더불어 식별됩니다. 두 개의 커넥터가 가깝게 위치해 있기 때문에, 첫 번째 펄스 이후에 제한된 후방 산란이 있을 수도 있습니다. 두 번째 펄스는 첫 번째 펄스의 후방 산란에 병합될 수도 있습니다. 결과적으로 말해서, 손실은 두 번째 펄스의 후방 산란에서부터 첫 번째 펄스 앞의 후방 산란 끝까지 측정됩니다. 따라서, 실제로 측정되는 것은 두 개의 펄스 손실입니다.

그림 4에서, 1.94미터 패치 코드의 먼 쪽에 있는 두 번째 펄스는 식별될 수 없으며 숨겨진 이벤트로 표시됩니다. 이것은 두 번째 펄스의 시작이 첫 번째 펄스의 후방 산란 안에 숨겨지기 때문입니다. 따라서 이 이벤트는 완벽하게 측정될 수 없습니다.

그림 5는 펄스 사이의 충분한 거리와 더불어 두 반사율의 커넥터 감쇠를 쉽게 측정할 수 있음을 보여 줍니다. 이들 조건 하에서 OTDR 사양에 따라 감쇠 데드존을 확인할 수 있습니다.

반면에, 광케이블 네트워크가 두 개의 긴 광케이블 중앙에 2미터 패치 코드를 갖는 경우, 직선 근사치를 만드는 첫 커넥터(반사율) 이후의 후방 산란이 충분하지 않기 때문에 신뢰할 수 있는 측정을 하는 것이 어려울 수도 있습니다.

그림 6은 두 개의 커넥터가 명백히 감쇠 데드존 사양 길이 만큼 가깝게 놓여 있는 예를 보여 줍니다. 숙련된 OTDR 사용자는 두 펄스의 감쇠 데드존을 수동으로 측정할 수도 있습니다. 반면에, 분석 소프트웨어는 첫 번째 펄스의 시작점에서 두 번째 펄스의 끝 부분까지의 후방 산란 차이를 취함으로써 첫 번째 커넥터(펄스) 손실을 측정할 수 있을 것입니다.

포토다이오드

자주, OTDR 설계는 두 파장 사이에서 하나의 광검출기를 공유합니다. InGaAs 탐지기는 싱글모드 테스트를 위해 1310nm 및 1550nm 탐지의 OTDR에서 주로 이용됩니다. 멀티모드 테스트를 위해서는 두 가지의 일반적인 옵션이 있습니다. 첫 번째는 850nm 및 1300nm에 대해 InGaAs 포토다이오드를 사용하는 것입니다. InGaAs는 1300nm에 대해 잘 응답하지만 850nm에서 (APD 공급자에 의해) 자주 특정되지 않는 낮은 반응성을 갖습니다. 두 번째 선택은 두 개의 포토다이오드를 이용하는 것입니다. 한 InGaAs는 1300nm 멀티모드에 대해, 그리고 한 Si(실리콘)는 850nm 멀티모드에 대해 이용합니다.

Si는 850nm에서 잘 반응할 뿐 아니라, InGaAs 장치보다 훨씬 더 높은 내부 게인/이득(APD의 특성)이 있습니다. OTDR용으로 이용되는 포토다이오드에는 '증배율'이라고 불리는 내부 게인/이득이 있습니다. 이 내부 게인/이득은 기기의 역학 범위와 관련된 잡음 비율 신호를 크게 향상시킵니다. 예를 들어, InGaAs APD에는 30의 증배율이 있을 수 있는 반면 Si APD에는 70의 증배율이 있을 수 있습니다. 이것은 주어진 후방 산란 수준에 대해, 더 좁은 펄스 공간 해상도를 향상시키는 더 좁은 펄스를 사용할 수 있음을 의미합니다.

InGaAs 및 Si에 대한 데드존 vs. 반사율

앞에서 설명했 듯이, 데드존은 일반적으로 반사율 증가에 따라 증가하며, InGaAs 광검출기를 사용할 때 특히 문제가 됩니다. Si가 훨씬 더 좋습니다.

다음의 두 그래프는 Si APD 또는 InGaAs APD 중 하나를 사용하여 두 OTDR에서 가져온 데이터로 구성됩니다. 1550nm에서 취해졌을 지라도 InGaAs 데이터에는 850nm를 포함하여 모든 파장에 동일한 유형의 데드존 반응이 있습니다. 유사한 펄스 폭이 850nm 및 1310nm에 대해 이용됩니다.

아래의 데이터는 OTDR에서 주로 이용되는 InGaAs 포토다이오드를 사용하여 1550nm에서 데드존 및 커넥터 반사율 사이의 관계를 보여 줍니다. 그림 7의 첫 번째 그래프는 반사율이 일반 UPC 커넥터 값에서(-45dB) 높은 반사율의 커넥터(즉 더러운 커넥터)로 그 값이 증가함에 따른 850nm 이벤트 데드존(EDZ) 및 감쇠 데드존(ADZ)을 보여 줍니다.

데이터는 EDZ가 반사율의 영향을 받지 않음을 보여 줍니다. 이것은 측정이 불포화 최고점 아래에서 행해지기 때문입니다. 최고점이 포하된 경우(즉 "상부가 평평함"), EDZ가 증가할 수는 있지만 이것은 OTDR 설계와 관련된 것입니다. ADZ의 경우, 2미터에서 2.75미터로 점진적으로 증가하지만, -26dB 반사율에서 굴절이 있고 반사율이 -25dB일 때 ADZ가 4.5미터로 증가합니다. 이 범위를 지나 ADZ의 증가에도 불구하고 그림 8에서 볼 수 있는 것처럼 ADZ가 InGaAs APD를 이용하는 경우보다 훨씬 더 좋습니다.

그림 8은 반사율이 증가함에 따른 InGaAs APD에 대한 1550nm 데드존 성능을 보여 줍니다. 이 그래프는 반사율이 -51dB의 일반 UPC 커넥터에서 -30dB의 높은 반사율 커넥터(즉 더러운 커넥터)로 증가함에 따른 EDZ 및 ADZ를 보여 줍니다. EDZ는 반사율의 영향을 받지 않지만, ADZ는 15dB 이상의 범위에 걸쳐 4.5미터에서 5미터로 천천히 증가하다가 -30dB에서 빠르게 증가하여 30미터 이상에 이릅니다. ADZ는 반사율이 증가함에 따라 계속해서 증가합니다. 싱글모드 OTDR에 대해 복합적 대비가 행해지지 않는 한, InGaAs APD이 사용될 때 이들 모두가 이 현상으로 인해 고통받게 됩니다.

요약

Si APD는 OTDR과 더불어 이용되는 InGaAs APD와 비교해 볼 때, 850nm에서 멀티모드 광케이블을 테스트할 때 탁월한 성능을 제공합니다. Si APD는 설치된 광케이블 배선 분석 및 좁은 펄스 조사 이용을 북돋우는 더 나은 잡음 비율 신호를 갖습니다. Si APD는 커넥터에서 높은 반사율로 인한 광학 과부하에 걸릴 때 훨씬 덜한 테일링을 겪습니다. 높은 반사율은 광케이블 네트워크 테스트 동안 OTDR이 발견하는 가장 흔한 문제임에 틀림없습니다. 데이터는 Si APD 이용 OTDR이 다른 유형의 OTDR보다 성능상의 장점이 있음을, 특히 고해상도 어플리케이션에서 장점이 많음을 보여 줍니다.

사용자가 OTDR 공급자 제공 사양들을 비교할 때, 고성능 OTDR의 프리미엄이 있을 수도 있지만, Si APD가 이용되는 경우에 높은 반사율 하에서 평가가 이루어지 않는 한 그것이 분명하지는 않습니다.