Характеризация волокна: CD, PMD, спектральное затухание, ORL, задержка

Тест потерь говорит, пропускает ли волокно свет. Он не говорит, понесёт ли волокно 10G на 80 км, сорок каналов DWDM или сигнал 400ZR — эти вопросы зависят от хроматической дисперсии, поляризационной модовой дисперсии, затухания во всей полосе, отражений и иногда задержки. Их измерение — характеризация волокна. Здесь сказано, когда она нужна, какой тест отвечает на какой вопрос, как делается каждое измерение, какими должны быть числа для каждого сервиса и что результаты говорят о старом или неизвестном волокне до того, как потрачены деньги на трансиверы.

Когда нужна характеризация

Ситуация	Тесты сверх стандартного теста потерь и рефлектометрии
Новая трасса, ≤ 10G, ≤ 40 км, современное G.652.D	ничего — потерь Tier 1 на 1310/1550 нм и двунаправленной рефлектограммы достаточно (Измерения)
10G на 60–80 км, 10G DWDM с прямым детектированием	хроматическая дисперсия (предел 1 000–1 600 пс/нм), ORL
Старые 40G NRZ или DPSK с прямым детектированием	PMD (очень чувствительны), CD с планированием компенсации
Когерент 100G+, 400ZR/ZR+	потери и ORL; CD для определения типа волокна (G.653/G.655 меняют нелинейный план); PMD для подтверждения, что укладывается в окно DSP; спектральное затухание для ровности C-band; задержка, если требует сервис
Аренда тёмного волокна или приёмка арендованной пары	полный набор, оба направления, три длины волны, плюс идентификация типа волокна, карта отражений и снимки торцов — паспорт волокна
Старое волокно (проложено до 2000 г.) перед модернизацией	сначала PMD (может оказаться убийцей), CD для определения типа, спектральное затухание на водяной пик и водород (Надёжность и старение)
CWDM на всех 18 каналах	спектральное затухание 1 270–1 610 нм — водяной пик на 1383 нм решает судьбу трёх каналов
Наложения PON (1490/1577/1625 нм)	затухание на этих длинах волн, ORL ≥ 32 дБ (Отражения и обратные потери)
Фронтхол, синхронизация времени	задержка и асимметрия длин двух волокон пары — от неё зависит точность PTP

Тесты

Тест	Метод	Результат	Типичный прибор
Спектральное затухание	широкополосный источник и анализатор оптического спектра, перестраиваемый лазер с измерителем мощности или многоволновой рефлектометр (1310/1383/1490/1550/1625/1650 нм)	дБ/км по длине волны в 1 260–1 650 нм; водяной пик на 1383 нм, водород, рост потерь на изгибах к 1 625 нм, ровность C-band	OSA с источником или характеризационный рефлектометр
Хроматическая дисперсия (CD)	фазовый или дифференциально-фазовый метод (IEC 60793-1-42) или четырёхволновой метод на базе рефлектометра с подгонкой кривой дисперсии	D(λ) в пс/(нм·км), длина волны нулевой дисперсии λ₀, наклон S₀, суммарная дисперсия линии в пс/нм (Дисперсия и полоса пропускания)	анализатор CD или модуль рефлектометра с удалённым источником
Поляризационная модовая дисперсия (PMD)	интерферометрический (TINTY/GINTY), сканирование длины волны с фиксированным анализатором, матрица Джонса; распределённый P-OTDR для поиска плохого участка	суммарная PMD в пс (средняя DGD) и коэффициент в пс/√км; статистическая величина — повторять и записывать температуру	анализатор PMD с поляризованным широкополосным источником на дальнем конце
Обратные потери и отражения	OCWR или рефлектометр	ORL в дБ, отражение по событиям	измеритель ORL, рефлектометр
Вносимые потери	источник и измеритель мощности на каждой рабочей длине волны, оба направления (Tier 1)	дБ на волокно	OLTS
Задержка и длина	длина по рефлектометру или тестер задержки с петлёй на дальнем конце (кругооборот ÷ 2)	мкс и метры; 4,9 мкс/км; асимметрия волокон пары по разности длин при одном показателе	рефлектометр, Ethernet-тестер с функцией задержки
Идентификация типа волокна	по λ₀ и D(1550) из теста CD, ступенькам обратного рассеяния на сварках, записям	G.652 / G.653 / G.655 / G.654 / G.657, эпоха выпуска (Типы волокна)	анализатор CD плюс рефлектометр
Модовая полоса многомода	дифференциальная модовая задержка / эффективная модовая полоса на образце	подтверждение класса OM	лаборатория; в поле редко

Пределы по сервисам

Типичные цифры; точные значения — из паспорта трансивера или стандарта.

Сервис	Допуск по хроматической дисперсии	Допуск по PMD (средняя DGD)	Потери / ORL
1G, 10G до 40 км (LR, ER)	не ограничивает на G.652 (40 км × 17 = 680 пс/нм, предел ≈ 1 000–1 600)	≤ 10 пс (10 % от битового интервала 100 пс)	бюджет 6–15 дБ; ORL ≥ 12 дБ
10G на 80 км (ZR) и 10G DWDM с прямым детектированием	≤ 1 600 пс/нм без компенсации; 80 км × 17 = 1 360 пс/нм — впритык	≤ 10 пс	бюджет 23–24 дБ; ORL ≥ 24 дБ
Старые 40G NRZ / DPSK	≤ 60–100 пс/нм — нужна компенсация дисперсии	≤ 2,5 пс	ORL ≥ 24 дБ
Когерент 100G DP-QPSK	± 50 000 пс/нм (тысячи км)	25–30 пс и больше	ограничен OSNR; ORL ≥ 24 дБ (Когерентные дальние линии)
400ZR (OIF)	± 2 400 пс/нм (≈ 120 км G.652)	≈ 10 пс	без усиления: потери ≤ 11 дБ (≈ 40 км); с усилением: 120 км при OSNR ≥ 26 дБ
400ZR+, 800ZR	± 20 000 … ± 50 000 пс/нм	терпимы	ограничены OSNR
CWDM 10G, 18 каналов	как 10G на канал	≤ 10 пс	затухание по каналам с учётом водяного пика (Мультиплексор и бюджет CWDM)
GPON / XGS-PON	не ограничивает	не ограничивает	бюджет класса (B+ 28, C+ 32, N1 29, N2 31, E1 33, E2 35 дБ); ORL ≥ 32 дБ; отражение ≤ −35 дБ

Арифметика PMD: средняя DGD = коэффициент PMD × √L. Современное G.652.D при ≤ 0,1 пс/√км даёт 1 пс на 100 км — несущественно; волокно 1980-х при 1–2 пс/√км даёт 10–20 пс на 100 км — конец 10G NRZ на этой трассе, если не переходить на когерент (Формулы и расчёты).

Чтение результатов: тип и возраст волокна

Измерено	Вывод
λ₀ = 1 300–1 324 нм, D(1550) = 16–18 пс/(нм·км)	G.652; низкий пик на 1383 нм → G.652.C/D, высокий → G.652.A/B
D(1550) = 2–6 пс/(нм·км), λ₀ около 1 450–1 520 нм	G.655 с ненулевой смещённой дисперсией; проверить знак; в плотном DWDM внимание к четырёхволновому смешению (Нелинейные эффекты)
D(1550) ≈ 0	G.653 со смещённой дисперсией — без DWDM в C-band, если не неравные интервалы каналов или L-band
D(1550) = 18–22 пс/(нм·км), затухание ≈ 0,17 дБ/км	G.654 с чистой кварцевой сердцевиной
Коэффициент PMD > 0,5 пс/√км	волокно примерно до 1995 г.; 10G дальше 100 км рискованно; когерент в порядке
Водяной пик на 1383 нм выше 0,5 дБ/км	без CWDM в E-band (каналы 1 371–1 411 нм); всё остальное пригодно
Наклон затухания растёт относительно базы, хуже всего на 1 383 и выше 1 550 нм	водородное старение или вода — участок под замену
Потери круто растут к 1 625–1 650 нм	макро- или микроизгибы вдоль трассы
Асимметрия длин пары > 10–20 м	ошибка времени PTP 50–100 нс без компенсации

Процедура и отчётность

Шаг	Практика
Подготовка	приборы на обоих концах с удалённым блоком или второй бригадой; эталонные шнуры проинспектированы и очищены (Инспекция и чистка торцов); волокно тёмное — CD и PMD через живое волокно не измерить
Условия	записывать дату, время и температуру — PMD меняется с ними; проверять все волокна пары и запасные
Время	30–60 минут на волокно на полный набор при опытной бригаде
Результаты	по волокну: потери на всех длинах волн в обе стороны, ORL, рефлектограммы обоих направлений (.sor), кривая CD с λ₀ и суммарной дисперсией, PMD, кривая спектрального затухания, задержка и длина, карта отражений, снимки торцов; годен/негоден относительно целевого сервиса
Хранение	исходные файлы приборов с настройками, а не только PDF (Документирование и маркировка)
Стандарты	IEC 61280-4-2 (затухание и ORL проложенных одномодовых линий), IEC 61280-4-4 (PMD проложенных линий), IEC 61280-4-1 (проложенные многомодовые линии), IEC 60793-1-42 (CD), TIA FOTP-175 (CD), ISO/IEC 14763-3 и TIA-568.3-D (приёмка) (Карта стандартов)

Чек-лист приёмки тёмного волокна: тип волокна заявлен и подтверждён по CD; потери на км на 1310/1550/1625 в пределах предложения; каждая сварка ≤ 0,1 дБ и каждый разъём ≤ 0,5 дБ в двух направлениях; ORL ≥ 27 дБ (≥ 32 дБ для PON); PMD в пределах сервиса; спектральная кривая без признаков водорода; длина и задержка записаны; документация и координаты переданы.

В CodingBox

Когерентный модуль характеризует волокно бесплатно, как только зажжён: VDM по CMIS сообщает хроматическую дисперсию, DGD, PDL, OSNR и скорость изменения поляризации так, как их видит DSP. CodingBox показывает, какие из этих наблюдаемых модуль объявляет, и читает его страницы DDM, так что отчёт о характеризации волокна и собственный взгляд модуля на ту же линию можно сравнить — расхождение указывает на коммутацию, грязный разъём или замену волокна после обследования (VDM и метрики FEC, Check transceiver).