OTDR: como ler o traço e localizar falhas na fibra óptica

O OTDR é o aparelho que responde à pergunta que o power meter não responde: onde está o problema. O medidor de potência diz que chegam -29 dBm na casa do cliente. O OTDR mostra que 0,27 dB somem numa fusão a 2,6 km da OLT e que há uma curva apertada 500 metros depois. Para isso, porém, você precisa saber ler o traço que aparece na tela.

Este guia é para técnico de provedor que quer ler o traço sem decorar o manual de cada fabricante. A física é a mesma em qualquer marca. Vou passar pelos ajustes, pelo formato de cada evento, pela zona morta e, no fim, pelo caso mais chato: rede FTTH com splitter no caminho.

Resposta rápida: como ler o traço de um OTDR

1. O eixo horizontal é distância e o vertical é nível do sinal em dB. A linha desce devagar porque a fibra atenua um pouco a cada quilômetro.
2. Pico seguido de degrau: evento refletivo, quase sempre conector ou emenda mecânica.
3. Degrau sem pico: evento não refletivo, como fusão ou curva. Para separar os dois, meça em 1310 e 1550 nm: a curva perde bem mais em 1550.
4. Degrau grande (10 dB ou mais): splitter. Um 1:8 fica perto de 10,5 dB.
5. Pico final e depois só ruído: fim da fibra ou rompimento. Rompimento por esmagamento costuma terminar sem pico.
6. A distância da tela é de fibra, não de cabo: desconte bobina, sobras e excesso de fibra.

Como o OTDR enxerga a fibra

O aparelho dispara pulsos curtos de laser na fibra e escuta o que volta. Volta luz por dois motivos. O primeiro é o retroespalhamento de Rayleigh: o vidro tem variações microscópicas de densidade que espalham uma parte pequena da luz em todas as direções, inclusive de volta para o OTDR. Esse sinal é fraco e contínuo, e é ele que desenha a linha inclinada do traço.

O segundo é a reflexão de Fresnel, que acontece onde o índice de refração muda de repente: a face de um conector, uma emenda mecânica, a ponta de uma fibra cortada no ar. A reflexão é forte e pontual, por isso aparece como um pico. Retroespalhamento desenha a fibra; reflexão marca os pontos onde há vidro encostando em outra coisa.

Um degrau na linha é perda num ponto, e o tamanho dele é a perda do evento. A inclinação entre os eventos é a atenuação da fibra, em dB/km.

A distância vem do tempo

O OTDR não mede distância, mede tempo. Ele sabe quanto tempo cada pedaço de luz levou para ir e voltar, e converte isso em metros usando a velocidade da luz no vidro, que depende do índice de grupo (IOR) configurado. A conta, para um evento no fim da fibra do exemplo deste post:

distância = (c x t) / (2 x n)
c = 299.792,458 km/s   t = 48,83 us (ida e volta)   n = 1,4677
d = 299792,458 x 48,83e-6 / (2 x 1,4677) = 4,987 km
com n = 1,4700 o mesmo tempo vira 4,979 km (8 m a menos)

Errar o índice na terceira casa decimal desloca o evento em alguns metros a cada 5 km. Parece pouco, mas é a diferença entre abrir a caixa certa e a vizinha. Use o índice do datasheet da fibra. Para a G.652 da Corning (SMF-28), ele fica em torno de 1,4677 em 1310 nm e 1,4682 em 1550 nm.

Parâmetros do OTDR: pulso, alcance, índice e média

A maioria dos aparelhos tem um modo automático que escolhe tudo sozinho. Ele serve para um primeiro olhar, mas costuma escolher pulso longo demais para rede FTTH, e aí os eventos próximos viram um borrão. Fixe os seus ajustes.

Largura de pulso

O pulso ocupa um trecho da fibra. Cada 100 ns de pulso correspondem a uns 10 metros de fibra na leitura do traço, e dois eventos mais próximos do que isso se fundem num só. Pulso curto separa bem a fusão da CTO do conector logo ao lado, mas tem pouca energia e o traço fica ruidoso cedo. Pulso longo vai longe, mas cega o aparelho por mais metros depois de cada reflexão.

Alcance e fantasmas

O alcance define quanto tempo o aparelho espera antes de disparar o pulso seguinte. Se for curto demais, a reflexão forte do fim da fibra ainda está voltando quando o próximo pulso sai, e aparece no traço como um evento falso, o fantasma. Um alcance de 1,5 a 2 vezes o comprimento da fibra evita esse problema.

A média melhora com a raiz quadrada do número de disparos: dobrar o tempo não dobra a qualidade. Se 30 s não bastaram, tente um pulso maior.

Os eventos de um traço de OTDR

Cada evento tem uma forma própria. A figura abaixo junta os principais num traço estilizado de uma rede FTTH:

Conector e emenda mecânica

O conector aparece como um pico (a reflexão na face do vidro) seguido de um degrau (a perda de inserção). Um conector limpo e bem encaixado perde de 0,3 a 0,5 dB. Pico muito alto com degrau grande é sujeira, face riscada ou conector mal assentado.

Fusão e o falso ganho

A fusão não reflete, então aparece só como um degrau para baixo. Uma fusão boa perde menos de 0,1 dB e às vezes some no meio do ruído. Às vezes o degrau aparece para cima, como se a fusão tivesse ganhado sinal. É o chamado ganho aparente: as duas fibras emendadas retroespalham quantidades diferentes de luz, e o aparelho interpreta a diferença como ganho.

Visto do outro lado, o mesmo efeito faz a fusão parecer pior. A perda real é a média das medidas feitas das duas pontas.

Curva: meça em dois comprimentos de onda

Uma curva apertada, como fibra esmagada por abraçadeira ou dobrada dentro da caixa, também aparece como degrau sem pico, igual a uma fusão. A diferença está no comprimento de onda: a curva deixa escapar muito mais luz em 1550 nm do que em 1310 nm, enquanto a fusão perde quase o mesmo nos dois. Por isso vale medir em dois comprimentos e comparar evento a evento:

Evento         Dist. km  1310 nm  1550 nm  Leitura
Fusão             1,836     0,04     0,03  fusão (perda parecida)
Fusão             3,118     0,27     0,26  fusão (perda parecida)
Curva             3,640     0,45     1,80  curva (perde mais em 1550)

As duas fusões perdem quase o mesmo em 1310 e em 1550. O evento a 3,640 km quadruplica em 1550: é curva. Isso também explica cliente que reclama de sinal ruim enquanto o técnico jura que a fibra está boa: em 1490 nm, o comprimento de onda de descida do GPON, a curva já pesa mais do que em 1310.

Fim da fibra e rompimento

No fim da fibra o traço cai para o ruído. Se a fibra termina num conector aberto ou num corte reto, aparece um pico alto antes da queda. Fibra rompida por esmagamento ou puxão costuma terminar sem pico, porque a ponta fica irregular e espalha a luz. Conector APC aberto também reflete pouco, por causa do polimento em ângulo.

Zona morta e bobina de lançamento

Depois de uma reflexão forte, o receptor do OTDR fica saturado por alguns metros e não enxerga nada. É a zona morta. Os datasheets trazem dois valores. A zona morta de evento é a distância mínima para separar dois eventos refletivos. A zona morta de atenuação é a distância a partir da qual o aparelho consegue medir a perda do evento seguinte, e é sempre maior.

O pior caso é o começo do traço: o conector do próprio OTDR gera a maior reflexão de todas e esconde os primeiros metros da fibra, que costumam ser o DIO e o primeiro conector da rede. A solução é a bobina de lançamento, um carretel de fibra limpa entre o OTDR e a rede, com algumas centenas de metros. A zona morta cai dentro da bobina e o primeiro conector da rede aparece inteiro, com perda e refletância medidas.

Para medir o último conector, use uma segunda bobina na outra ponta, a de recepção. Sem ela, o último conector se confunde com o fim da fibra.

Lendo a tabela de eventos

Além do gráfico, o OTDR monta uma tabela com cada evento que detectou. O formato muda de marca para marca, mas as colunas são quase sempre estas. Exemplo fictício do teste de um alimentador, do DIO da OLT até o splitter primário 1:8, em 1310 nm, com bobina de 512 m:

Nº  Evento         Dist. km  Perda dB  Refl. dB  Acum. dB
1   Conector DIO      0,512      0,38     -52,8      0,38
2   Fusão             1,836      0,04         -      0,88
3   Fusão             3,118      0,27         -      1,60
4   Curva             3,640      0,45         -      2,23
5   Splitter 1:8      4,215     10,60     -55,1     13,04
6   Fim da fibra      4,987         -     -14,0         -

Linha a linha: o evento 1 é o conector do DIO, logo depois da bobina, com 0,38 dB e refletância de -52,8 dB, o que está bom para conector UPC. O evento 2 é uma fusão boa. O 3 é uma fusão com 0,27 dB, quase três vezes o limite de 0,1 dB que costuma entrar em projeto. O 4 é a curva que vimos antes. O 5 é o splitter. O 6 é o fim do traço, com a reflexão alta do conector aberto na saída.

A coluna de perda acumulada é a que fecha a conta com o projeto. Compare com a perda esperada calculada com os valores de referência:

fibra ......... 3,703 km x 0,35 dB/km = 1,30 dB
conector DIO .. 1 x 0,5 dB              = 0,50 dB
fusões ........ 2 x 0,1 dB              = 0,20 dB
splitter 1:8 ..                          = 10,50 dB
esperado ......                          = 12,50 dB
medido no OTDR (acumulado no evento 5)   = 13,04 dB

Sobra pouco mais de meio dB, e ele está explicado: a curva e o excesso da fusão ruim. O OTDR transforma esse meio dB em duas visitas com endereço: refazer a fusão de 3,118 km e soltar a fibra em 3,640 km. Para saber se esse sinal ainda está aceitável no cliente, veja os valores ideais de sinal da ONU GPON.

Perdas típicas para comparar com o traço

Valores de projeto e de mercado, não de uma norma única. O datasheet do componente e o contrato com a empreiteira valem mais do que esta tabela.

Esses são os mesmos valores que usei na conta de orçamento óptico do post sobre o que é GPON.

OTDR em rede PON com splitter

Rede FTTH é o caso difícil para o OTDR. O splitter divide a luz entre todas as saídas, e o retroespalhamento que volta de cada ramal chega somado no aparelho. Medindo da OLT para o cliente, você vê bem o alimentador até o primário, um degrau enorme no splitter e, depois dele, uma mistura de todos os ramais. Um rompimento num único drop atrás de um 1:8 e de um 1:16 quase não aparece.

Meça do cliente para a CTO

Na manutenção de um cliente, faz mais sentido medir na direção contrária: do lado da casa para a CTO. O OTDR vê o drop inteiro, os conectores da caixa e o splitter como um degrau. Depois dele, segue um único caminho até o primário, sem a mistura dos outros ramais. Para o drop, que é onde mais acontece problema, o traço fica limpo.

Rede ativa: use 1625 ou 1650 nm com filtro

Aqui está o cuidado que mais derruba cliente. Se a PON está ativa e você injeta 1310 nm por uma porta da CTO, o pulso do OTDR cai na mesma faixa do upstream das ONUs e pode atrapalhar as outras ONUs da porta. Ao mesmo tempo, o OTDR recebe a luz de descida da OLT, que vira ruído no traço.

Para medir com a rede no ar, use um OTDR com porta de fibra ativa em 1625 ou 1650 nm, que já tem filtro para barrar a luz do GPON. A faixa de 1625 a 1675 nm é a recomendada para monitoração pela ITU-T L.66 (hoje renumerada como L.313), justamente para não colidir com o tráfego.

Antes de sair com o OTDR, confirme pela OLT o tamanho do problema: uma ONU, uma CTO ou a PON inteira. O roteiro de diagnóstico de ONU com LOS ou offline na OLT Huawei ajuda a decidir onde medir primeiro, e quem tem as portas PON no monitoramento (veja como monitorar a OLT Huawei no Zabbix) já chega com a hora da queda e as ONUs afetadas.

Da distância no traço até o ponto na rua

O OTDR mede fibra; a equipe na rua precisa de cabo e de uma caixa de referência. Entre os dois números há três diferenças:

• Bobina de lançamento: entra na conta se o aparelho não a desconta.
• Sobras técnicas: as voltas de cabo deixadas nas caixas e nos postes para manutenção. Cada sobra soma metros de fibra no mesmo lugar físico.
• Excesso de fibra no cabo: dentro do cabo a fibra fica solta e ondulada nos tubos, então há um pouco mais de fibra do que de cabo. O fabricante informa esse valor.

Exemplo com o evento de curva da tabela, supondo duas sobras de 20 m no trajeto e 1,5% de excesso de fibra (valores de exemplo; use os do seu cadastro e do seu cabo):

evento no traço ............ 3,640 km
menos a bobina ............. 0,512 km  -> 3,128 km de fibra
menos 2 sobras de 20 m ..... 0,040 km  -> 3,088 km
dividido por 1,015 (cabo) .. -> 3,042 km de cabo a partir do DIO

São quase 600 metros de diferença entre o número da tela e o ponto na rua. Melhor ainda é medir da caixa anterior e da seguinte e cruzar as duas leituras.

Erros comuns ao usar o OTDR

• Ponta suja no aparelho. O conector do OTDR é o primeiro do traço e o mais usado. Limpe e inspecione antes de cada sessão de medidas.
• Índice errado. Um erro de 0,002 no índice desloca o evento mais de 1 metro por quilômetro.
• Confundir fantasma com evento. Pico sem degrau de perda, depois do fim da fibra ou a uma distância que é o dobro da de uma reflexão forte, costuma ser eco. Limpe o conector que gera a reflexão e mude o alcance ou o pulso: evento real fica no mesmo lugar, fantasma muda de posição ou some.
• Mandar cavar pela distância da tela. Desconte bobina, sobras e excesso de fibra antes.

Perguntas frequentes

O que é OTDR?

É um reflectômetro óptico no domínio do tempo. Ele dispara pulsos de luz na fibra e mede a luz que volta ao longo do tempo, montando um gráfico de perda por distância.

Qual a diferença entre OTDR e power meter?

O power meter mede a potência que chega numa ponta e diz quanto se perdeu no total. O OTDR mostra onde cada parte da perda acontece. Para aceitar um enlace, o par fonte de luz e power meter é a medida de perda total; para achar o defeito, o OTDR.

Para que serve a bobina de lançamento?

Ela tira a zona morta do conector do OTDR de cima da rede. Com algumas centenas de metros de fibra entre o aparelho e o DIO, o primeiro conector da rede aparece inteiro no traço, com perda e refletância medidas.

Dá para usar OTDR com a PON ativa?

Dá, desde que o aparelho tenha porta de fibra ativa em 1625 ou 1650 nm com filtro. Em 1310 nm o pulso cai na faixa do upstream e pode atrapalhar as ONUs da porta, além de o traço ficar cheio de ruído.

Como saber se o evento é fusão ou curva?

Meça em 1310 e em 1550 nm e compare a perda do mesmo evento. Fusão perde quase o mesmo nos dois comprimentos de onda. Curva perde bem mais em 1550 nm.

Conclusão

Ler o traço de um OTDR é reconhecer formas: linha descendo é fibra, pico com degrau é conector, degrau sem pico é fusão ou curva, degrau grande é splitter, pico final e ruído é o fim. O resto é ajuste: pulso curto para FTTH, alcance folgado, índice do datasheet, média suficiente e bobina na ponta.

Os dois cuidados que mais economizam visita: medir em dois comprimentos de onda para separar curva de fusão e converter a distância da tela em distância de cabo. Com a PON ativa, só a porta filtrada de 1625 ou 1650 nm.