OTDR-Messung: Funktionsweise, Kurve lesen, Grenzwerte
Eine OTDR-Messung zeigt dir eine Glasfaserstrecke als Kurve über der Entfernung. Dieser Ratgeber erklärt, wie die Kurve entsteht, wie du sie liest, wozu du eine Vorlauffaser brauchst, welche Wellenlängen du wählst und gegen welche Grenzwerte du die Ergebnisse prüfst.
Wie funktioniert eine OTDR-Messung?
OTDR steht für Optical Time Domain Reflectometer. Das Gerät schickt kurze Lichtimpulse in die Faser und misst, was zurückkommt. Dabei sieht es zwei Anteile:
- Rückstreuung (Rayleigh-Streuung): ein schwacher, gleichmäßiger Lichtanteil, den die Faser auf ihrer ganzen Länge zurückwirft. Aus dem Abfall dieser Rückstreuung über die Strecke berechnet das OTDR die Faserdämpfung in dB/km.
- Reflexion (Fresnel-Reflexion): starke Spitzen dort, wo sich der Brechungsindex sprunghaft ändert, etwa an Steckern, mechanischen Spleißen oder am Faserende. An einem offenen Faserende oder einem Bruch können bis zu 4 % des Lichts zurückkommen, ein Vielfaches der Rückstreuung.
Die Entfernung zu jedem Ereignis ermittelt das OTDR aus der Laufzeit des Lichts. Dafür braucht es den Brechungsindex der Faser (IOR), der in Glas bei etwa 1,5 liegt. Ist er falsch eingestellt, stimmt die Längenangabe nicht. Trag deshalb den Wert ein, den der Faserhersteller für Fasertyp und Wellenlänge angibt. VIAVI spricht hier genauer vom Gruppenindex, weil es um die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Lichtpulse geht. Eine Restunsicherheit bleibt, weil der Index innerhalb einer Faser und zwischen gespleißten Fasern verschiedener Hersteller schwankt.
Die OTDR-Kurve lesen und auswerten
Die Kurve zeigt die zurückkommende Leistung in dB über der Entfernung. Eine fehlerfreie Faser erscheint als gleichmäßig abfallende Linie. Alles, was davon abweicht, ist ein Ereignis:
- Reflektive Ereignisse: eine Spitze nach oben. So sehen Steckverbindungen, mechanische Spleiße, offene Stecker und Faserbrüche aus.
- Nicht-reflektive Ereignisse: eine Stufe nach unten ohne Spitze. Typisch für Fusionsspleiße sowie Makro- und Mikrobiegungen.
- Faserende: eine große Spitze, nach der die Kurve steil abfällt.
Zwei Effekte führen beim Auswerten oft in die Irre:
- Geister (Ghosts): Reflexionen an Stellen, an denen nichts ist. Licht läuft zwischen stark reflektierenden Steckern hin und her, oder die eingestellte Messreichweite ist kürzer als die Faser. Ein Geist hat typischerweise 0 dB Dämpfung und liegt bei einem Vielfachen der Entfernung eines starken echten Reflexes. Prüf deshalb die halbe Entfernung: Sitzt dort ein starkes reflektives Ereignis, ist das verdächtige Ereignis vermutlich ein Geist.
- Gainer: An einem Spleiß steigt die Kurve, als würde Licht gewonnen. Physikalisch ist das unmöglich. Die Ursache sind Fasern mit unterschiedlichen Rückstreueigenschaften, etwa durch einen unterschiedlichen Modenfelddurchmesser: Die zweite Faser streut mehr Licht zurück. In der Gegenrichtung zeigt dieselbe Stelle eine zu hohe Dämpfung. Den echten Wert liefert erst die Messung aus beiden Richtungen.
Ob eine Stufe ein Spleiß oder eine Biegung ist, kann das OTDR mit nur einer Wellenlänge nicht unterscheiden. Dafür brauchst du eine zweite Wellenlänge, dazu mehr weiter unten.
Totzone und Vorlauffaser: OTDR-Messung mit Vor- und Nachlauf
Nach jeder starken Reflexion ist das OTDR für eine kurze Strecke blind. Hersteller unterscheiden zwei Totzonen:
- Ereignistotzone: der kleinste Abstand nach einer Reflexion, ab dem das Gerät ein weiteres Ereignis erkennt.
- Dämpfungstotzone: der kleinste Abstand nach einer Reflexion, ab dem es die Dämpfung des nächsten Ereignisses korrekt misst.
Totzonen wachsen mit der Pulsbreite und mit der Stärke der Reflexion. Damit stehst du bei jeder Messung vor einem Kompromiss: Kurze Pulse trennen dicht beieinanderliegende Ereignisse, tragen aber wenig Energie und kommen nicht weit. Lange Pulse erreichen lange oder stark dämpfende Strecken, haben aber lange Totzonen. Für kurze Strecken mit vielen Steckern, etwa im Rechenzentrum, wählst du kurze Pulse, für lange Strecken lange.
Die erste Totzone liegt direkt am Anschluss des Geräts. Ohne Hilfsmittel kannst du deshalb den ersten Stecker der Strecke, meist am Patchfeld, nicht bewerten. Dafür gibt es die Vorlauffaser (Launch Fiber): eine Faserrolle zwischen OTDR und Strecke, die die Totzone vor den ersten Stecker verlegt und für ihn eine Referenz liefert. Eine Nachlauffaser am fernen Ende macht den letzten Stecker messbar. Die Faser in Vor- und Nachlauf muss zur gemessenen Faser passen: gleicher Typ, gleiche Kerngröße, gleicher Modenfelddurchmesser.
Wie lang die Vorlauffaser sein muss, hängt von der Pulsbreite ab. Ist der Puls zu lang, überholt er die Vorlauffaser und sie verliert ihren Nutzen. EXFO nennt als Faustformel: Pulsbreite in Nanosekunden geteilt durch 10 ergibt Meter, dazu 20 % für die Dämpfungstotzone. Für PON- und FTTx-Messungen in Mehrfamilienhäusern (MDU) mit Pulsbreiten bis 500 ns reichen nach EXFO 150 bis 300 m. VIAVI nennt als Richtwert 300 bis 500 m für Multimode und 1.000 bis 2.000 m für Singlemode.
Wellenlängen und bidirektionale Messung
Die üblichen OTDR-Wellenlängen sind 850 und 1300 nm für Multimode sowie 1310, 1550 und 1625 nm für Singlemode. Grundregel: Miss mit der Wellenlänge, auf der die Strecke später überträgt.
Eine zweite Wellenlänge lohnt sich trotzdem. Längere Wellenlängen reagieren empfindlicher auf Biegungen, während die Dämpfung eines Fusionsspleißes nahezu unabhängig von der Wellenlänge ist. Zeigt ein Ereignis bei 1550 oder 1625 nm deutlich mehr Verlust als bei 1310 nm, liegt dort eine Makrobiegung und kein schlechter Spleiß. VIAVI nennt als Anhaltspunkt einen Unterschied von mehr als 0,2 dB zwischen den Wellenlängen.
Messen an aktiven Fasern: In einem laufenden FTTH-Netz stören Messimpulse bei 1310 und 1550 nm den Verkehr, und der Verkehr verfälscht die Kurve. Dafür gibt es OTDR mit gefiltertem Messport bei 1625 oder 1650 nm, der nur das Messsignal durchlässt.
Bidirektional messen: Wenn zwei verbundene Fasern unterschiedlich stark zurückstreuen, hängt die gemessene Spleißdämpfung von der Messrichtung ab. Für eine genaue Bewertung misst du deshalb von beiden Enden und bildest den Mittelwert. Ein Beispiel von Anritsu: Zeigt ein Spleiß in einer Richtung -0,25 dB und in der anderen 0,45 dB, beträgt der tatsächliche Verlust 0,1 dB. Vor- und Nachlauffaser bleiben für die Gegenrichtung an ihrer Position.
Grenzwerte: Woran erkennst du eine gute Strecke?
Eine OTDR-Kurve bewertest du gegen Grenzwerte. Maßgeblich ist die Norm, die im Projekt vereinbart ist, und zwar in genau der Ausgabe, die der Vertrag nennt: Einzelne Werte wurden zwischen den Ausgaben geändert.
Fluke Networks nennt auf einer Wissensseite von 2014 für ANSI/TIA/EIA-568-B, ISO/IEC 11801 und EN 50173 diese zulässigen Dämpfungswerte:
- Steckverbindung: höchstens 0,75 dB
- Spleiß: höchstens 0,3 dB
Für die Faserdämpfung nach ANSI/TIA-568.3-D nennt Fluke Networks in einer Tabelle:
- Singlemode (OS1, OS2): 1,0 dB/km im Gebäude, 0,5 dB/km im Außenbereich, jeweils bei 1310 und 1550 nm
- Multimode: 3,5 dB/km (OM1, OM2) bzw. 3,0 dB/km (OM3 bis OM5) bei 850 nm, 1,5 dB/km bei 1300 nm (OM1 bis OM3)
Für einen Permanent Link nach ISO/IEC 14763-3 in der Fassung mit Corrigendum 1 setzt sich der Grenzwert laut Fluke Networks zusammen aus zwei Steckverbindungen an den Enden (Singlemode je 0,75 dB, Multimode je 0,50 dB), der Kabeldämpfung und den Spleißen und Verbindungen dazwischen. Prüf auch hier, welche Ausgabe in deinem Projekt gilt.
Für die Reflexion nennen die Hersteller typische Werte, keine Normgrenzen: Eine gute Singlemode-Verbindung mit UPC-Schliff liegt nach Fluke Networks bei -50 dB oder besser, eine mit APC-Schliff bei -60 dB oder besser.
Die Gesamtdämpfung einer Strecke für die Abnahme misst du nicht mit dem OTDR, sondern mit der Dämpfungsmessung.
OTDR oder Dämpfungsmessung?
Was Tier 1 und Tier 2 für die Abnahme bedeuten, erklärt unser Beitrag Glasfaser richtig zertifizieren: Tier 1, Tier 2. Für die Auswertung zählt der Unterschied in der Aussage: Die Dämpfungsmessung (OLTS, Tier 1) liefert Gesamtdämpfung, Länge und Polarität der Strecke, das OTDR (Tier 2) charakterisiert die einzelnen Ereignisse darin.
Die Dämpfungswerte des OTDR sind weniger genau und weniger reproduzierbar als die der OLTS. Deshalb ersetzt die Tier-2-Messung die Tier-1-Messung nicht, sie ergänzt sie. Umgekehrt sieht die OLTS keine einzelnen Ereignisse: Eine Strecke kann die Gesamtdämpfung bestehen und trotzdem an einer stark reflektierenden Stelle scheitern.
In der Praxis heißt das: Abnahme mit der OLTS, Fehlersuche und Dokumentation einzelner Ereignisse mit dem OTDR, bei Tier-2-Projekten beides.
Worauf du bei der Wahl des OTDR achtest
Auf diese Punkte kommt es bei der Auswahl an:
- Dynamikbereich: EXFO empfiehlt 5 bis 8 dB mehr als die höchste zu erwartende Streckendämpfung. Vergleiche Datenblattwerte nur bei gleicher Pulsbreite und Mittelungszeit: Ein hoher Dynamikbereich bei 20 µs garantiert keinen hohen Dynamikbereich bei kurzen Pulsen.
- Totzonen: In Gebäuden und Rechenzentren mit kurzen Patchkabeln brauchst du kurze Totzonen. Die Hersteller messen sie unter unterschiedlichen Bedingungen, lies deshalb die Fußnoten im Datenblatt.
- Wellenlängen: Ein Gerät für Multimode und Singlemode mit mehreren Wellenlängen deckt mehr Aufgaben ab. Für die Suche nach Biegungen brauchst du zwei Wellenlängen, am besten mit 1625 nm als zweiter.
- PON: Ein 1×32-Splitter kostet das OTDR nach EXFO 16 bis 17 dB, VIAVI nennt 15 bis 17 dB. Um durch den Splitter bis zur Zentrale zu messen, brauchst du ein PON-optimiertes OTDR, für aktive Netze mit gefiltertem Port.
- Auswertung: Software wie EXFO iOLM oder VIAVI SmartLink Mapper übersetzt die Kurve automatisch in eine Ereigniskarte aus Symbolen und bewertet sie gegen Grenzwerte, bei VIAVI für Enterprise- und Rechenzentrumsnetze nach TIA-568.3 und ISO/IEC 11801.
Eine Übersicht nach Einsatzgebiet, von FTTx und PON über Metro bis zur dauerhaften Überwachung, findest du bei unseren OTDR-Messgeräten. Die passende Vorlauffaser findest du bei den Vor- und Nachlauffasern, Geräte für die Abnahme per Dämpfungsmessung (OLTS) unter Glasfaser-Dämpfungsmessung. Zeigt die Messung einen Spleiß über dem Grenzwert, geht es mit der Glasfaser-Spleißtechnik weiter. Tier-1- und Tier-2-Messungen in der Praxis üben kannst du im Softing NICE-F-Seminar.
Quellen
- EXFO: OTDR Fundamentals (Application Note 194), Launch Fibers for OTDR Test Sets (Application Note 298), OTDR PON Testing (Application Note 201), In-Service Troubleshooting of Live FTTH Networks (Application Note 130), iOLM
- VIAVI Solutions: Fiber Optic Testing Guide, Macrobend Detection Using OTDR, OTDR Testing Tips and Tricks, OTDR Launch and Receive Cables, SmartLink Mapper OTDR Applications
- Fluke Networks: OTDR, OTDR: Your Ultimate Troubleshooter, Fiber Optic Power Loss Budget, OM1 bis OS2 Fasertypen, ISO/IEC 14763-3, Ghosts, Attenuation and Event Dead Zones
- Yokogawa: OTDR Two-Way Optical Fiber Measurement
- Anritsu: Understanding OTDRs
Welches OTDR passt zu deinen Strecken?
Beschreib uns kurz, welche Strecken du misst und was du dokumentieren musst. Wir zeigen dir passende Geräte und das Zubehör dazu.