Was sind OTDR-Tests?

Angesichts der rasanten Weiterentwicklung der Glasfaser-Technologie und der Neuinstallation von Glasfasernetzen sind OTDR-Messungen unverzichtbar geworden, um optische Systeme aufzubauen, zu zertifizieren, zu warten und zu reparieren. 

Wenn die benötigten Daten erfasst, ausgewertet und gespeichert sind, können sie bei Bedarf jederzeit wieder geladen werden, um den Zustand des gleichen Glasfaserkabels zu einem späteren Zeitpunkt erneut vergleichend zu bewerten. 

Fehlerdiagnose an Glasfaserkabeln mit einem OTDR 

Das OTDR ist der einzige optische Tester, der es erlaubt, Störungen auf Glasfaserkabeln zu untersuchen, indem es die Entfernung zur Problemstelle ermittelt und den Typ und die Ursache des Fehlers, einschließlich Faserbrüche, Biegungen, mangelhafte Steckverbinder und übermäßige Einfügedämpfungen, erkennt. Zu diesem Zweck analysiert es die Rayleigh-Streuung und die Fresnel-Reflexion. Auch wenn Tests von nur einem Faserende (unidirektional) aus möglich sind, verbessern bidirektionale OTDR-Messungen die Genauigkeit der Ereigniserkennung und sind daher zur Einhaltung der von der IEC und ITU-T definierten Teststandards erforderlich.  

OTDR-Ausführungen 
Ein OTDR kann als portables Gerät (Handtester) für den bequemen Transport zwischen den Einsatzorten oder für den Festeinbau in ein Gestell (Rack) vorgesehen sein. Im letzteren Fall dient es der dauerhaften Überwachung des optischen Netzes, wobei automatisch Alarmmeldungen ausgegeben werden, wenn ein Grenzwert auf der Glasfaser überschritten wird.  

Prädiktive OTDR-Messungen 
Neben der Rayleigh-Streuung zur Charakterisierung der Faserstrecken analysieren OTDR-Messverfahren auch die Raman- und Brillouin-Streuung, um Faserbrüche vorherzusagen, den Status von Glasfasern zu überwachen bzw. durch Temperatur- und Dehnungsmessungen an der Faser mögliche Ausfälle zu verhindern. Diese drei Verfahren ermöglichen in ihrer Gesamtheit das leistungsstarke Management von Glasfasernetzen bzw. die Nutzung von Glasfasern für verteilte faseroptische Sensorsysteme. 

Obgleich OTDRs ursprünglich für Langstreckenanwendungen vorgesehen waren, können die Geräte der neuen Generation auch für Diagnosen an viel kürzeren Glasfaserkabeln, wie in Flugzeugen und in Betrieben, beispielsweise für strukturierte Verkabelungen, eingesetzt werden. Auch wurden OTDR-Messverfahren entwickelt, die mehrere Pulsbreiten für die Aufnahmemessung verwenden, um komplexere Topologien, wie PON-Netze und FTTH-Netze, zu testen. 

Weitergehende Informationen zu OTDR-Testern erhalten Sie bei Ihrem VIAVI Kundendienst. Auch erleichtert Ihnen unsere OTDR-Auswahlhilfe, das für Ihre Anwendung am besten geeignete OTDR zu finden und ein Preisangebot anzufordern. 

Wie funktioniert ein OTDR? 
Das OTDR koppelt einen von einer Laserdiode erzeugten Lichtpuls (optische Leistung) in ein Ende der Glasfaser ein. Eine Fotodiode misst die zurückkehrende (reflektierte und gestreute) Lichtenergie im Zeitverlauf, wandelt sie in einen elektrischen Wert um, der verstärkt und in Form von Abtastwerten auf dem Bildschirm als Kurve angezeigt wird. 

Anschließend werden die Positionen der einzelnen Ereignisse und die Gesamtlänge des Kabels anhand der Rundlaufzeit des sich durch den Faserkern ausbreitenden Lichtpulses sowie des zum OTDR reflektierten/rückgestreuten Lichtanteils berechnet. Zur Ermittlung der Einfügedämpfung wird die proportionale Amplitudenänderung des reflektierten/rückgestreuten Lichts analysiert. 

Viele moderne OTDRs wählen automatisch die optimalen Parameter für die Aufnahmemessung an der betreffenden Glasfaser aus. Hierzu speisen sie im Rahmen der automatischen Einrichtung oder Konfiguration bzw. einer automatischen Messfolge Testpulse in die Faser ein. Trotz der fortgeschrittenen Technologie, die viele OTDR-Testsysteme in die Lage versetzt, automatisch die optimalen Messparameter festzulegen, sollte der ausführende Techniker verstehen, welche Einstellungen ausgewählt wurden und welche Auswirkungen diese auf die Messergebnisse haben. 

Vergleich mit ähnlichen Testverfahren 
Die mit einem OTDR ausgeführten optischen Tests sind mit den an Kupferkabeln ausgeführten elektrischen Messungen vergleichbar. Mit dem schrittweisen Übergang der Kommunikationsnetze zu optischer Übertragungstechnik verlieren diese TDR-Messungen aber an Bedeutung. Eine weitere Ähnlichkeit besteht zur Ultraschall-Technologie.  

Bei medizinischen bildgebenden Verfahren erzeugen die Schwingelemente eines Ultraschallwandlers nicht hörbare hochfrequente (≥20 kHz) Schallwellen, die zur Quelle reflektiert werden und ein exaktes Abbild der untersuchten Organe erzeugen. Das ist ungefähr mit der Reflexion oder Streuung der vom OTDR eingespeisten Lichtpulse vergleichbar, die es erlauben, den Zustand des Faserkerns grafisch darzustellen. 

Um die theoretischen Grundlagen der OTDR-Messung zu verstehen, ist es nötig, einige wichtige Testparameter zu kennen. 

OTDR-Testverfahren 

Um eine OTDR-Messung auszuführen, müssen mehrere grundlegende Parameter eingestellt sowie Programmier-, Test- und Berichtsprozesse beachtet werden. 

• Zuerst schalten Sie das OTDR ein und kontrollieren den Ladezustand der Akkus sowie die ordnungsgemäße Funktion des Displays. 
• Anschließend reinigen und prüfen Sie die Enden der zu testenden Glasfasern, der Vorlaufkabel, der Steckverbinder und Adapter. 
• Schließen Sie nun ein Ende des Vorlaufkabels an den Testanschluss des OTDRs und das andere Ende an die zu testende Glasfaser an. 
• Für eine automatische Messung wählen Sie jetzt eine vorprogrammierte Testkonfiguration, die auf den Netzwerktyp und auf die Testbedingungen abgestimmt ist, aus. Falls Sie sich für eine manuelle Testausführung entscheiden, müssen Sie für gewöhnlich die folgenden Parameter einstellen: 
  • Messbereich: Zum Festlegen der gewünschten Messentfernung (Reichweite) in Abhängigkeit von der Gesamtlänge der Glasfaser. 
  • Pulsbreite: Die Zeitdauer (Pulsdauer) des ausgesendeten Laserpulses. 
  • Messzeit: Die für die Mittelwertbildung der Messungen am reflektierten Licht zur Verfügung stehende Zeit. 
  • Brechungsindex: Muss mit der Brechzahl des zu testenden Glasfaserkabels übereinstimmen. 
  • Die Dämpfungsgrenzwerte für das System und die einzelnen Elemente (Ereignisse). 
• Starten Sie nun die OTDR-Aufnahmemessung, um die Messwerte zu erfassen und die ermittelte Rückstreukurve grafisch anzuzeigen. 
• Bei Bedarf speichern und/oder übertragen Sie die Testergebnisse. 
• Trennen Sie alle Kabel, Steckverbinder und Adapter vorsichtig vom OTDR. 

Beste Vorgehensweisen bei OTDR-Tests 
Noch bevor Sie Vorlauf- oder Referenzkabel und die zu testende Glasfaser für die Messung anschließen, müssen Sie die Faserendflächen unbedingt reinigen und eine visuelle Prüfung (Inspektion) durchführen. Auf unserer Webseite zur Inspektion von Faserendflächen erfahren Sie mehr über das proaktive Reinigungsverfahren „Inspect Before You Connect“ (IBYC) von VIAVI. 

Die Steckverbinder an den Vorlaufkabeln, an der zu testenden Glasfaser und am OTDR müssen genau aufeinander abgestimmt sein und fest sitzen, um Reflexionsdämpfungen weitestgehend auszuschließen. Stellen Sie sich eine Schlauchkupplung vor, die nur locker oder schief am Schlauch befestigt ist, sodass sie undicht ist und Wasser aus der Kupplung herausspritzt. Die gleiche Wirkung hat eine mangelhafte Steckverbindung am OTDR, wenn ein Luftspalt dazu führt, dass zu viel Licht zum OTDR zurückreflektiert wird und die Fotodiode überlastet. 

Eine weitere empfohlene beste Vorgehensweise besteht darin, am fernen Faserende ein Nachlaufkabel anzuschließen, wie es in den Teststandards von IEC und ITU-T vorgeschrieben ist, damit auch der Endverbinder präzise gemessen werden kann. Um einen optischen Verbinder zu messen und zu qualifizieren, muss dieser mit einem anderen Verbinder zusammengesteckt sein. Wenn der vom OTDR eingespeiste Lichtpuls durch die Steckverbindung hindurch auf die Faserendfläche des Nachlaufkabels trifft, ist es möglich, die optische Dämpfung dieses letzten Verbinders auf der optischen Strecke zu ermitteln.

Hier finden Sie weitere Informationen zur Glasfaser-Charakterisierung. 

Die besten OTDR-Handtester erlauben, Messungen bereits durch Betätigung einer einzigen Taste auszuführen, und bieten Anwendungen, die die verschiedene Qualifikationsstufen der Techniker berücksichtigen. Die Handtester der Produktfamilie SmartOTDR von VIAVI ermöglichen mit ihrer automatischen Gut-/Schlecht-Analyse der Testergebnisse eine höhere Arbeitsproduktivität. 

Auswertung der OTDR-Testergebnisse 
Nach Abschluss der Aufnahmemessung zeigt das OTDR die Ergebnisse in Form von Zahlenwerten sowie als grafische Kurve an. Anhand der Kurve weiß der Techniker, wo sich die Steckverbinder/-verbindungen, Spleiße, Biegungen oder Unterbrechungen befinden. Ebenfalls angegeben werden die Signaldämpfung (in dB) und die Reflexionswerte der einzelnen Ereignisse. 

Die hochwertigen OTDR-Tester von VIAVI bieten mit dem SmartLink Mapper (SLM) eine symbolbasierte lineare Darstellung der Kurve an, bei der jedes einzelne Netzelement und Ereignis als aussagekräftiges Symbol angezeigt werden. Neben der Bezeichnung der einzelnen Komponenten/Ereignisse wird zudem eine Gut-/Schlecht-Ergebnisauswertung angegeben. SLM stellt auch spezifische Testabläufe und Symbole für spezielle Anwendungsfälle, wie FTTH, PON oder Fiber-To-The-Antenna (FTTA), zur Verfügung. 

Die Gesamtlänge der Glasfaser und die Streckendämpfung werden nach Abschluss der Messung angezeigt. Wenn zuvor Dämpfungsgrenzwerte festgelegt wurden, erfolgt für jedes Element der Faserstrecke eine entsprechende Bewertung mit Gut (Pass) oder Schlecht (Fail). 

Obgleich sich OTDRs beim Funktionsumfang sowie bei den Abmessungen und Kosten erheblich unterscheiden, werden im Prinzip drei Grundtypen angeboten. 

• Tischgeräte 
  Hierbei handelt es sich im Wesentlichen um OTDR-Messgeräte für den Einsatz im Labor und in der Produktion. Wie der Name bereits sagt, werden diese OTDRs auf einem Labortisch oder einen Prüfstand im Werk aufgestellt. Sie besitzen für gewöhnlich ein größeres Display, zusätzliche Anschlüsse beispielsweise zum Testen von MPO-Mehrfaserverbindern und können direkt an eine Netzsteckdose angeschlossen werden. OTDR-Tischgeräte kommen unter anderem zum Einsatz, wenn eine besonders hohe Messgenauigkeit oder Empfindlichkeit oder auch Langstreckenmessungen (mit der entsprechend hohen Pulsintensität) benötigt werden. 
• OTDR-Handtester 
  Bei OTDR-Handtestern handelt es sich um portable, zumeist batteriebetriebene Geräte, die nur ein geringes Gewicht (unter 1 kg) besitzen und für den Feldeinsatz optimiert sind. Die Benutzeroberfläche sollte einfach und übersichtlich aufgebaut sein, sodass die Techniker das OTDR ohne aufwändige Schulung bedienen können. Darüber hinaus können OTDR-Handtester auch zusätzliche Leistungsmerkmale für die Glasfaser-Zertifizierung und für die Fehlerdiagnose besitzen. Dazu gehören beispielsweise VFL-Fehlerlokalisatoren (Rotlichtquellen), optische Leistungspegelmesser (OPM) und kompakte Glasfaser-Prüfmikroskope. Als Option angebotene WLAN- und/oder Bluetooth-Schnittstellen erlauben, die Messergebnisse sowie Arbeitsaufträge schnellstmöglich weiterzuleiten. 
• Eingebettete oder rackbasierte OTDRs 
  Eingebettete OTDRs werden mit kompakten Abmessungen entwickelt und hergestellt, damit sie sich mühelos in Netzwerküberwachungssysteme integrieren lassen. Rackbasierte OTDRs werden mit einem optischen Schalter kombiniert, um automatisch zwischen einer größeren Anzahl von Glasfasern hin und her zuschalten. Ein vorprogrammierte Testroutine erlaubt, kritische Glasfasern oder wichtige Kunden mit Priorität zu behandeln. Diese Glasfaser-Überwachung bietet sich an, um aktive optische Pfade während des Betriebs (In-Service) oder auch inaktive, unbeschaltete Fasern (Dark Fiber) zu überwachen. 

Es ist wichtig, die technischen Daten von OTDRs zu kennen, um das für die konkrete Anwendung am besten geeignete Gerät auszuwählen. 

• Dynamikbereich 
  Der Dynamikbereich wird in Dezibel (dB) angegeben und kennzeichnet den Unterschied zwischen dem von der Glasfaser anfänglich bei maximaler Pulsbreite reflektierten Signalpegel und dem oberen Pegel des Detektor-Grundrauschens. Der Dynamikbereich definiert die Reichweite des OTDRs, also die maximal erfassbare Länge der Glasfaser. 
• Ereignistotzone 
  Die Ereignistotzone (Event Dead Zone, EDZ) bezeichnet die Entfernung, den zwei reflektive Ereignisse, das sind zumeist zwei Steckverbindungen, mindestens aufweisen müssen, um vom OTDR unterschieden werden zu können. Sollten die reflektiven Ereignisse diesen EDZ-Abstand unterschreiten, zeigt das OTDR-Messgerät sie als ein einziges Ereignis an. 
• Dämpfungstotzone
  Die Dämpfungstotzone (Attenuation Dead Zone, ADZ) ist in der Norm IEC 61745 als der Mindestabstand hinter einem reflektiven Ereignis, wie einem Steckverbinder, oder hinter einer Dämpfung, wie einem Spleiß, definiert, in dem ein nicht reflektives Ereignis, beispielsweise ein Spleiß, noch messbar ist. Wie die EDZ ist auch die ADZ von der Pulsbreite abhängig. 
• Wellenlängen 
  Ein OTDR speist einen Lichtpuls, dessen Wellenlänge von der für die Übertragung verwendeten Betriebswellenlänge abhängig ist, in die Glasfaser ein. Typische Wellenlängen sind 850 nm und 1300 nm für Multimode-Fasern (MMF) und 1310 nm, 1550 nm und 1625 nm für Singlemode-Fasern (SMF). Gefilterte Wellenlängen von 1625 nm und 1650 nm werden für In-Service-Wartungsmessungen eingesetzt, um die für den „Live“-Verkehr genutzten aktiven Übertragungswellenlängen nicht zu stören. 

OTDR-Hersteller 
Da die OTDR-Hersteller das am schnellsten wachsende Segment des Marktes für Glasfasertests bedienen, verzeichnen sie weltweit und in allen Produktkategorien ein kontinuierliches Wachstum. Es wird davon ausgegangen, dass dieser Trend weiter anhält. Die Einführung der 5G-Mobilfunktechnologie bietet neue Chancen, stellt aber auch neue Herausforderungen. Alle Unternehmen, die Glasfasern und optische Komponenten produzieren, die optische Strecken installieren und optische Überwachungssysteme anbieten, stellen sich auf die anhaltende Nachfrage ein. VIAVI ist ein branchenweit führender OTDR-Hersteller, der den beispiellosen Anforderungen, die die Kunden an die Sicherheit, Effizienz und Qualität der Tester stellen, kompromisslos gerecht wird. 

OTDR-Kalibrierung 
Bei jeder Messtechnik ist eine regelmäßige Kalibrierung erforderlich, um Messabweichungen zu überwachen und zu korrigieren sowie die Funktionen auf der Grundlage anerkannter Referenznormen abzugleichen. In Branchen, die großen Wert auf eine hohe Genauigkeit der OTDR-Testergebnisse legen, sind die Norm IEC 61746 sowie die davon abgeleitete Norm TIA/EIA-455-226 allgemein anerkannt. 

Die IEC-Norm legt ebenfalls spezifische Vorgehensweisen zum Kalibrieren der Punkt-zu-Punkt-Genauigkeit, der Welligkeit, Dämpfung, Ausgangsleistung und Laufzeit fest. Angesichts der Komplexität der OTDR-Kalibrierung sollte diese Aufgabe den OTDR-Herstellern oder zertifizierten Kalibrierlaboren überlassen werden. 

Die Zukunft der OTDR-Messung 
Die Hersteller stehen vor der Herausforderung, eine immer größere Funktionalität, Genauigkeit und Auflösung zu einem immer niedrigeren Preis anzubieten. Optimierte Autotest-Algorithmen der OTDRs senken die Einstiegsbarriere und vergrößern die Akzeptanz unter den Technikern.  

Ohne OTDR-Tests und ähnliche Technologien wären die modernen Anwendungen der Glasfasertechnik nicht realisierbar. Die Fähigkeit in Tausende Kilometer von Glasfasern, die nicht dicker als ein menschliches Haar sind, „hineinzusehen“, ist nicht nur eine erstaunliche Leistung, sondern auch eine praktische Notwendigkeit geworden. 

In den kommenden zehn Jahren werden neue 5G-Netze, die riesige Datenmengen übertragen, über Kommunikationsnetze verbundene „Smart Cities“ und die kontinuierliche Bereitstellung von FTTH-Diensten die weltweite Nachfrage der Branche nach effizienten, vielseitigen OTDR-Tests weiter ansteigen lassen. Mit solchen wegweisenden OTDR-Innovationen wie SmartLink Mapper (SLM) und intelligenten Aufnahmemessungen, die die Testausführung deutlich vereinfachen sowie die Messgenauigkeit und die Leistung erhöhen, reagiert VIAVI bereits heute auf den Installations- und Wartungsbedarf der optischen Netze von morgen.