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NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA › Anno 17 n. 1 - Aprile 2008 47

Misure per il collaudo e l’esercizio dellereti ottiche passive

NICOLA FERRARI

LAURA GREBORIO

GAETANO VESPASIANO

Le misure sugli impianti con cavo ottico, come sulle reti GPON per laNGN2, si basano principalmente sull’utilizzo dell’OTDR (Optical TimeDomain Reflectometer), uno strumento versatile, che si adatta molto beneall’uso in campo nelle varie fasi di vita dell’impianto: realizzazione, collaudoe manutenzione. Lo strumento consente inoltre di misurare l’attenuazionedi fibre, giunti e connettori, di rilevare guasti o punti di criticità e di valutarela lunghezza delle singole tratte di fibra.Le misure sulle reti PON (Passive Optical Network) sono rese più com-plesse dalla forte perdita localizzata dovuta al diramatore ottico passivo(splitter) e dalla presenza di "n" rami a valle dello splitter stesso, che pro-ducono una sovrapposizione di segnali difficili da discriminare.L’articolo è costituito da una parte generale sul funzionamento degli OTDRe da una parte più specifica sulle caratteristiche di alcuni strumenti com-merciali. Sono inoltre descritte le scelte operate da Telecom Italia per lacomponentistica che sarà usata, in ottica NGN2, nella realizzazione dellereti GPON sperimentali di Milano e di Roma.

1. Introduzione

Il metodo della retrodiffusione (backscattering),indicato dall'ITU-T come metodo alternativo per lamisura dell'attenuazione delle fibre, è il più usatoper la misura in campo, nelle fasi di realizzazione,collaudo e manutenzione dell’impianto, per rile-vare l'attenuazione dei singoli componenti: fibre,giunti, connettori ... . Può essere utilizzato ancheper valutare l ’andamento del coeff ic iente didispersione cromatica lungo il collegamento e ildiametro di campo modale della fibra [1].

Lo strumento di misura basato sul metodo delbackscattering è l’OTDR (Optical Time DomainReflectometer). Processando opportunamente ilsegnale, l’OTDR è in grado di effettuare misure di:• at tenuazione e local izzaz ione d i g iunt i e

connettori;

• attenuazione specifica (chilometrica), di tratta edi sezione;

• Return Loss di singoli eventi (RL) e totale (ORL);• localizzazione di punti di attenuazione concen-

trata e di interruzioni;• lunghezza assoluta e relativa.

Lo schema di principio di un OTDR è abbastanzasemplice (figura 1). Un diodo laser è modulato a pro-durre un treno di impulsi verso la fibra, ognuno diquesti subisce backscattering, producendo echi chesi propagano all’indietro verso l’ingresso fino a rag-giungere, attraverso un accoppiatore direzionale, unfotodiodo. In modo analogo a quanto avviene in unradar, il segnale elettrico in ricezione viene quindielaborato al fine di tradurre le informazioni temporaliad esso associate in informazioni spaziali sulla fibra:l'asse dei tempi della forma d'onda ricevuta può,cioè, essere tarato in distanza.

TECNOLOGIE

FERRARI › GREBORIO › VESPASIANO • Misure per il collaudo e l’esercizio delle reti ottiche passive

48 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA › Anno 17 n. 1 - Aprile 2008

Poiché l’attenuazione deicomponenti ottici dell’im-pianto var ia con la lun-ghezza d’onda, uno deiparametr i caratter ist ic idell’OTDR è proprio la lun-ghezza d’onda della sor-gente; i valori tipici e piùdiffusi in commercio sono850 nm, 1310 nm, 1550 nm.Tuttavia, per misure su fibreattive, per non interferirecon i sistemi di ricezionedegl i apparat i d i rete, s iusano anche sorgent i a1625/1650 nm e più recen-temente anche a 780 nm.

Altro parametro fonda-mentale è la durata degliimpulsi; un buon OTDR con-sente di selezionare duratenel range da 2 ns fino a 20µs, con frequenza di ripeti-zione di qualche chilohertz.Poiché la potenza generatadalla sorgente è fissa, variare la durata degliimpulsi equivale ad accoppiare sulla fibra più omeno energia e poter misurare, quindi, collega-menti più o meno lunghi. D’altra parte un impulsodi durata molto lunga si propaga distribuendosi suuna regione di fibra corrispondentemente lunga einficiando così la risoluzione di misura dello stru-mento, come verrà meglio chiarito nel seguito.

La frequenza di lancio degli impulsi è limitatadal tempo necessario all’impulso per compiere ilcammino di andata e ritorno sul collegamento,quando si fa riferimento alla lunghezza massimapossibile (distance range). Il distance range puòessere selezionato in un set di valori predefinitied è consigliabile sia mag-giore del doppio della lun-ghezza vera (at tesa) de lcollegamento.

La figura 2 mostra unatipica traccia prodotta suldisplay di un OTDR; si trattadi una rappresentazione inscala semilogaritmica, in cuii l ivelli relativi (asse delleordinate) sono espressi indecibel. Gli eventi che pos-sono essere rilevati sul col-legamento sono:• eventi riflettenti, che si

producono in presenza divariazioni dell’indice dirifrazione, ad esempioconnettore di lancio,connettori e giunti mec-canici intermedi, punti dirottura; sono tutti eventicui si associano una per-dita ed un picco diriflessione;

• fine fibra, che è rappresentato con un picco diriflessione dopo il quale il segnale ottico retro-diffuso dovrebbe annullarsi, in realtà anche avalle di esso la traccia continua, rappresen-tando il fondo di rumore prodotto dai circuitielettronici di ricezione;

• giunti a fusione che introducono una perdita, esono perciò rappresentati sulla traccia con ungradino, la cui altezza rappresenta l’entità dellaperdita del giunto in decibel.In ogni punto la pendenza della traccia esprime

il valore locale del coefficiente di attenuazione spe-cifico (per unità di lunghezza). Fissati due punti, ilsoftware di elaborazione di cui ogni strumento è

generatoredi impulsi

com

ando

impu

lsi

com

ando

mas

cher

amen

to

com

ando

di g

uada

gno

e/o

band

a

accoppiatore

cassetto intercambiabile

ricevitore

convertitoreA/D

sommatore processore

stampante

fibra in misura

schermo

inout tastiera

mem. bassabase tempi

stabilizzazionetermica

gen. modradiofrequenza

FIGURA 1› Schema di principio di un OTDR.

riflessione iniziale

backscatteringdi Rayleigh riflessione

fine fibra

connettore

giunto a fusione

0 2 4 6 8 10 12

livel

li re

lati

vi

distanza (km)

FIGURA 2› Traccia tipica di un OTDR.



dotato consente di stabilire l’attenuazione totale,l’attenuazione media e la lunghezza della tratta difibra in esame.

In alcuni casi il giunto viene rappresentatosul la traccia come un gradino verso l ’a l to equindi, apparentemente, come un punto di guada-gno. Il fenomeno si presenta quando la secondatratta di fibra, a valle del giunto, ha coefficiente dibackscattering maggiore. Naturalmente, effet-tuando la misura dall’altra estremità, nello stessopunto il fenomeno è analogo, ma di segno oppo-sto, per cui la perdita apparente risulta maggioredi quella vera. Per misurare correttamente le per-dite dei giunti è pertanto necessaria un’analisibidirezionale e la perdita complessiva va calcolatacome semisomma dei valori ri levati dalle dueestremità.

Anche le singole curvature presenti sulla fibra -con raggio molto piccolo - producono un incre-mento localizzato di attenuazione, e sono rilevabilisulla traccia alla stregua di quanto visto per ungiunto (gradino verso il basso). L’entità della per-dita cresce all’aumentare della lunghezza d’onda,quindi OTDR dotati di sorgenti con lambda elevatasi prestano meglio a rilevare questo tipo di eventi.D’altra parte, poiché il coefficiente di scatteringdiminuisce con la lunghezza d’onda come λ -4,all’aumentare di lambda diminuisce il segnale utileper lo strumento e quindi si riduce la dinamica.

La traccia dell’OTDR può, inoltre, presentare deipicchi di riflessione non riconducibili a eventi real-mente presenti sulla fibra, e perciò definiti ghost. Sitratta degli echi prodotti da riflessioni multiple chelo strumento, erroneamente, interpreta e visualizzasulla traccia alla stregua di eventi reali.

Nell’analisi delle reti PON i picchi di riflessionesono fondamentali per riconoscere la fine dei sin-goli rami a valle dello splitter, ighost costituiscono quindi un pro-blema non trascurabile, e la loropresenza sulla traccia può con-durre a considerazioni sbagliate opuò mascherare eventi realmentepresenti sulla rete.

2. Parametri caratteristicidell’OTDR

In questo paragrafo sonodescritte le principal i f igure dimerito di un OTDR.

2.1 Dinamica

È uno dei parametri più impor-tanti di un OTDR, perché deter-mina la massima attenuazione ditratta misurabile, inoltre maggioreè la dinamica e migliore è la qualità della tracciavisualizzata sul display (minore rumorosità).

La dinamica è definita come la differenza indecibel tra il livello di ingresso in fibra e il fondo dirumore a fine fibra, entrambi rilevati sulla traccia

dello strumento. Il rumore può essere valutatosecondo due diverse definizioni (figura 3):• è il livello al di sotto del quale sono compresi

almeno il 98% dei punti di rumore (StandardIEC 61746);

• è il valore quadratico medio (RMS), nell’ipotesidi distribuzione Gaussiana, e corrisponde allacondizione di rapporto segnale/rumore unitario.La dinamica calcolata con riferimento al valore

RMS è maggiore di 1.56 dB rispetto a quella calco-lata al 98% dei punti di rumore.

2.2 Zona morta

L’OTDR è progettato per lavorare con livelli disegnale molto bassi, quando, però, sulla fibra sonopresenti punti di riflessione, l’entità della potenzariflessa è molto maggiore di quella retrodiffusa ecausa la saturazione del ricevitore. Nel temponecessario al ricevitore per tornare alle normalicondizioni operative non è possibile elaborare i datirelativi al tratto di fibra immediatamente a valle delpunto di riflessione, che viene detto appunto zonamorta (dead-zone).

Gli eventi che producono zone morte sono,quindi, in primo luogo gli eventi riflessivi (connettorie fine fibra) e si definisce zona morta iniziale quelladovuta alla riflessione del connettore di uscita dellostrumento. Per evitare che tutta una prima partedella tratta non possa essere analizzata corretta-mente, si introduce una fibra di lancio tra lo stru-mento e la fibra da testare lunga almeno quanto lazona morta.

Vi può essere zona morta anche dopo una forteattenuazione concentrata, ed è determinata essen-zialmente dalla risposta in frequenza dell'amplifica-tore di ricezione.

In generale, l’entità della zona morta dipendedalla durata dell’impulso (maggiore è l’energia del-l’impulso lanciato in fibra, maggiore è l’entità delsegnale riflesso) e dal recovery time del circuito diricezione.

livel

li re

lativ

i (dB

)

lunghezza (km)

1.56 dB(SNR = 1)

DinamicaIEC

DinamicaRMS

Livello di rumore (98% dei punti)

Livello di rumore (RMS)

FIGURA 3› Definizioni di dinamica.



Sono definiti due tipi di zona morta (figura 4):

• Event Dead-Zone (EDZ): distanza tra l’iniziodella riflessione ed il primo punto in cui il livellosi abbassa a 1.5 dB sotto il valore di picco; perimpulsi di durata minima, la event dead zonedeve essere minore o uguale a 5 metri [2];

• Attenuation Dead-Zone (ADZ): distanza tra ilpunto all’inizio della riflessione e quello a 0.5 dBal di sopra del livello di backscattering a valledella riflessione; per un buon OTDR, per impulsidi durata minima, deve essere inferiore a 25metri [2].

2.3 Risoluzione

Può essere definita con due accezioni diverse:• passo di campionamento, è la distanza in metri

tra due punti consecutivi di campionamento;dipende dal range di distanza impostato e dalladurata dell’impulso;

• risoluzione spaziale, definisce la capacità dellostrumento di risolvere due eventi non saturantiadiacenti, tale parametro – che è il più significa-tivo - dipende dalla durata dell’impulso, dalpasso di campionamento e dalla banda pas-sante del circuito di ricezione dell’OTDR; è cal-colato come la larghezza, a 1.5 dB sotto ilpicco, di un evento non saturante, ma sufficien-temente elevato (figura 5). Impostando il valoreminimo di distance range e l’impulso più breve,la risoluzione deve essere minore o uguale a 5metri [2].Cosa ancora diversa è la cursor resolution:

passo minimo di spostamento del cursore sull’asseorizzontale.

3. Classi di strumenti disponibili

Gli OTDR commerciali per la caratterizzazionedi collegamenti in fibra monomodale possonoavere più lunghezze d’onda integrate, oppureessere modulari e cioè avere cassetti a singola lun-ghezza d’onda intercambiabili. Nel primo caso lelunghezze d’onda disponibili contemporaneamentesono tipicamente due (1310/1550 nm) e possonoarrivare fino a quattro (1310/1490/1550/1625 nm),portando tuttavia ad un incremento nelle dimen-sioni dello strumento. Gli strumenti modulari,invece, hanno dimensioni e peso ridotti e sono piùflessibili, in quanto consentono di disporre di tuttele lunghezze d’onda e con diverse dinamiche,mediante l’inserimento di opportuni cassetti inun’unica piattaforma.

Per le misure in esercizio su reti in servizio èstata recentemente definita la banda U, che com-prende le lunghezze d’onda da 1625 a 1675 nm. Latendenza attuale è quella di utilizzare per il monito-raggio la lunghezza d’onda centrale della banda U,cioè 1650 nm, invece di 1625 nm che è l’estremosuperiore della banda L, utilizzata per i sistemiWDM [3,4]. Pertanto, i costruttori hanno sviluppatostrumenti con sorgenti a 1650 nm, muniti di filtrialle altre lunghezze d’onda di utilizzo.

Tutti gli strumenti hanno tipicamente un’elevatacapacità di memoria (da 500 a 1000 tracce), che sipuò estendere con l ’ut i l izzo di una memoriaesterna. Alcuni OTDR possono anche essere predi-sposti per il controllo da remoto.

Altre opzioni possibili sono rappresentate datool per la verifica del livello fisico durante l’instal-lazione e la manutenzione, quali un localizzatore diguasti visivo VFL (Visual Fault Location), cioè unasorgente nel visibile che consente di identificare lafibra in misura e di verificarne la continuità fisica,piuttosto che una sonda dotata di microscopio peril controllo della superficie del connettore di lancio.

Data la crescente necessità di utilizzo degli OTDRnon soltanto in laboratorio ma anche in campo, perincrementare l’efficienza delle operazioni in esercizio,si cerca di ridurre sempre di più i tempi di acquisi-zione delle tracce, e di ridurre dimensioni e peso

1.5 dB

0.5 dB

EDZ

ADZ

ADZEDZ

==

Attenuation Dead ZoneEvent Dead Zone

FIGURA 4› Definizioni di zona morta.

1.5 dB

risoluzionespaziale

FIGURA 5› Definizione di risoluzione spaziale.



(dimensioni massime indicative H = 250 mm, W =290 mm, D = 95 mm; peso massimo, comprensivo dibatteria, pari a 3,5 chilogrammi). I display sono tipi-camente a cristalli liquidi, per ottenere una buonavisibilità anche sotto la luce solare diretta, a colori e,in alcuni casi, anche touch-screen.

Le specifiche ambientali, in condizioni di nor-male funzionamento, prevedono un intervallo ditemperatura che tipicamente va da 0°C a 40°C, mache in alcuni casi può essere esteso da -15°C a +50°C, con umidità fino al 95%; in condizioni diimmagazzinamento le temperature devono esserecomprese tra -40°C e +70°C.

Oltre all’alimentazione tramite rete elettrica, glistrumenti sono dotati di batterie di lunga durata (aioni di Litio), che consentono di effettuare opera-zioni continuative per un periodo di 6 - 8 ore.

4. Struttura dell’impianto sperimentale

La PON illustrata in figura 6 è stata realizzatanei laboratori TILab proprio per valutare gli stru-menti OTDR. Essa riproduce in modo realistico laconfigurazione della rete di accesso prevista daTelecom Italia per architetture di tipo FTTB (FiberTo The Building) [5].

La Rete di Distribuzione Ottica ODN (OpticalDistribution Network) è costituita da uno splitter2:2 collocato in Centrale (Stadio di Linea) e con-nesso, tramite un segmento di rete (feeder) lungo2.3 chilometri, ad uno splitter 2:16, da cui partono irami di distribuzione verso gli edifici degli utenti.Per rendere più semplice l’individuazione dei varirami sulla traccia OTDR, si sono scelte lunghezzecomprese tra 50 m e 800 m a passi di 50 m (anchese questa situazione non corrisponde a quanto siverifica nel caso reale, dove le lunghezze dei ramidifferiscono invece di quantità casuali).

Alla seconda uscita dello splitter 2:2, non con-nessa al feeder, è stata collegata una bretella ter-minata con un connettore angolato (APC) perridurre le riflessioni indesiderate.

Un secondo splitter 2:2 è connesso all’altraporta di ingresso dello splitter 2:16 tramite unafibra di circa 18 chilometri: questa simula il caso incui l’OLT sia collocata in uno Stadio di Gruppo [6].Nell’impianto reale, il secondo splitter consente diinserire una ridondanza sia a livello di apparato inCentrale che di percorso fisico della fibra in rete.

I rami di ingresso ed uscita dello splitter 2:16sono giuntati a fusione, mentre le terminazioni dellaODN sono state realizzate con normali connettori acontatto fisico (in questo caso SC/PC).

Le misure con l’OTDR sono state eseguite -inserendo una bretella di lancio di circa 25 metri- indue punti di misura che, nel caso reale, possonoessere utilizzati sia in fase di collaudo che di manu-tenzione della rete:1) lato OLT, su uno dei rami di ingresso dello split-

ter 2:2;2) lato ONU, su uno dei rami di uscita dello splitter

2:16.

5. Misure con OTDR sulle PON: problematiche di misura

Rispetto al caso di collegamenti punto-punto, l’u-tilizzo della tecnica OTDR nell’analisi delle reti PONrisulta più complesso, essenzialmente per la pre-senza dei diramatori ottici. Questi dispositivi, infatti,introducono una forte attenuazione localizzata, chemette a dura prova lo strumento in termini di dina-mica, inoltre, distribuendo il segnale provenientedalla Centrale sugli "n" rami di distribuzione agliutenti, si genera una sovrapposizione dei segnaliretrodiffusi da ciascun ramo a valle dello splitter.

In concreto, un diramatore con fattore di split-ting 2:16 introduce un’attenuazione di almeno12–13 dB. Cosicché l’OTDR, se non ha una dina-mica sufficientemente elevata, può non essere ingrado di distinguere la traccia a valle del dirama-tore dal rumore, e può interpretare questa forteattenuazione localizzata come "fine fibra", non riu-scendo perciò ad eseguire un’analisi automatica

degli eventi a valle dello splitter. In altreparole, se il livello del segnale a valle deldiramatore è troppo basso, gli eventisuccessiv i r imangono annegat i nelrumore della traccia, con conseguenteperdita delle informazioni relative ai sin-goli rami d’utente.

Inoltre, la sovrapposizione dei segnalidi backscattering provenienti dai diversirami d’utente rende difficoltosa l’individua-zione delle singole tratte a valle dello split-ter e, quindi, la localizzazione di un even-tuale guasto. Nel caso in cui le lunghezzedi due o più rami siano uguali, le cose sicomplicano ulteriormente perché, oltre adavere la sovrapposizione totale delletracce, coincidono anche i picchi di rifles-sione dei connettori, rendendo problema-tica la valutazione di un eventuale stresssul cavo in base alla diminuzione del livellodi tali riflessioni.

1

SPLITTER 2:2

Lato OLTLato ONU

SPLITTER 2:16

2,3 km

50 m

100 m

150 mRamon.3

Ramon.4

Ramo n.1

Ramo n.2

Ramon.16

200 m

800 m

18 km

connettoreAPC

giunti afusione

connettoriSC/PC

3

2 4

5

6 8

7

APCOLT

ONU

===

Angled Physical ContactOptical Line TerminationOptical Network Unit

FIGURA 6› Rete PON realizzata nei laboratori TILab per architetture FTTB.



Se i rami hanno lunghezze differenti e se la risolu-zione dello strumento è adeguata, è possibile visua-lizzare bene la tratta tra i picchi di riflessione.

Come già anticipato, la risoluzione spazialemigliora al diminuire della durata degli impulsi, men-tre la dinamica dello strumento è maggiore perimpulsi più lunghi. È quindi necessario valutareattentamente il tipo di informazioni che si voglionoottenere ed impostare opportunamente i parametridell’OTDR, in modo da raggiungere il miglior com-promesso tra risoluzione e dinamica.

Per quanto detto sulle problematiche delle misure daCentrale, per ottenere un’informazione completa sullarete, e in particolare per localizzare un eventuale guasto,è necessario effettuare le misure anche lato Utente.

6. Confronto tra i risultati ottenuti con strumenti commerciali

Grazie al la disponibi l i tà offerta da alcunicostruttori, che hanno messo a disposizione i loroOTDR, è stato possibile effettuare misure sulla retedi figura 6, con l’obiettivo di individuare le configu-razioni di misura più adeguate per effettuare sia ilcollaudo iniziale che il successivo monitoraggiodelle reti PON.

Ad esempio, con riferimento alla lunghezzad’onda della sorgente, in figura 7 si vede come a1550 nm, e ancor più a 1625 nm, risulti più evi-dente l’abbassamento del picco di riflessione delconnettore su uno dei rami a valle dello splitter

I principali componentid’impianto dellereti PON

I principali componenti ottici passiviimpiegati nel le reti PON (PassiveOptical Network) sono i seguenti:- diramatori (splitter) 1xN o 2xN;- fibre ottiche e cavi;- connettori e giunti;- muffole e sistemi di gestione delle

fibre e dei diramatori.

• Diramatori otticiIl componente fondamentale e mag-giormente critico della rete PON è ildiramatore ottico. Si tratta di un com-ponente bi-direzionale non selettivo inlunghezza d’onda, che ha la funzionedi dividere i l segnale provenientedall’OLT – Optical Line Termination(downstream) su un numero N diuscite, in modo che una molteplicitàdi ONT (Optical Network Termination)possano condividere la larghezza dibanda disponibile sulla fibra. Nelladirezione inversa (upstream) i segnaliprovenienti dalle diverse ONT sonocombinati sulla stessa fibra e tra-smessi all’OLT.I diramatori sono componenti passivi,nel senso che non hanno necessità dialimentazione per poter funzionare,devono essere non selettivi in lun-ghezza d’onda e introducono unaattenuazione concentrata nel collega-mento, in quanto dividono il segnaledi ingresso sul le porte in uscita.L’attenuazione dipende dal numero Ndi porte ed è teoricamente di 3dB perogni diramazione 1x2. Poiché i com-ponenti maggiormente utilizzati sono idiramatori a 4, 8, 16 e 32 porte, neldimensionamento del sistema si devetenere conto che essi introducono

rispettivamente attenuazioni di circa7, 11, 15 e 19 dB.Le tecnologie di costruzione sonosostanzialmente due:- FBT (Fused Biconical Taper), nella

quale due fibre sono avvolte traloro, sottoposte a trazione e fuse.Si ottiene così il diramatore 2x2,che serve come elemento base perfabbricare quel l i con maggiornumero di uscite con un processoa cascata.

- PLC (Planar Lightwave Circuit),che consiste nella realizzazione diun circuito ottico su un wafer disi l icio con processi analoghi aquelli impiegati nell’industria elet-tronica, basati su tecniche di depo-sizione in fase vapore (CVD) o ascambio ionico. Il wafer è succes-sivamente connesso alle fibre iningresso e uscita.

La tecnologia PLC offre evident ivantaggi di economie di scala, inquanto si tratta di un processo dimassa e si presta maggiormente allafabbricazione di componenti conalto numero di porte (tipicamentesuper iore a 4 ) , garantendo unamigliore uniformità e una più spintaminiaturizzazione.Indipendentemente dalle tecnologierealizzative il componente di basedeve essere inserito in un package diprotezione che ne consenta l’installa-zione sia in ambienti controllati all’in-terno di telai ottici nelle centrali, siaall’interno di muffole in pozzetto o incabinet nella rete esterna. Il campodi temperature di funzionamento ètipicamente da –45°C a +85°C.In ambito ITU-T le caratteristiche tra-smissive dei diramatori sono trattatedal la Raccomandazione G.671 equelle ambientali dalla L.37; in ambitoIEC lo standard è il 6751-2-3.

• Fibre ottiche e caviLe fibre ottiche impiegate nella reteesterna sono del tipo mono modo adispersione non spostata, basatesulla Raccomandazione ITU-T G.652 oIEC 60793-2-50. In virtù della lun-ghezza limitata dei collegamenti, lePON non sono limitate da DispersioneCromatica né da PMD, l’unico para-metro trasmissivo di interesse per ildimensionamento è perciò l’attenua-zione. Sono quindi da tenere sottocontrol lo in modo part icolare gl ieffetti dovuti al macrobending (feno-meno per il quale, al disotto del rag-gio di curvatura minimo permesso -tipicamente 3 cm - la radiazione subi-sce una attenuazione che cresce conla lunghezza d’onda). Per limitare glieffetti del macrobending, sono staterecentemente standardizzate dueclassi di fibre a maggior resistenzaal le curvature, r ispondenti al leRaccomandazioni ITU-T G.657A eG.657B e compatibi l i col la f ibraG.652. Esse trovano il loro campo diapplicazione nella rete all’ internodegli edifici e degli appartamenti,potendo sopportare raggi di curvaturafino a 1 centimetro.I cav i ot t ic i impiegat i ne l la reteesterna sono di tipo tradizionale,anche se, per contenere i costi diinstallazione sono in fase di speri-mentazione diverse soluzioni di mini-cavi : s i t rat ta d i cav i d i r idottedimensioni (un cavo da 72 fibre hadiametro di circa 7 mm, la metà di uncavo tradizionale) da installare all’in-terno di tubetti del diametro internodi 10 mm che sono direttamenteinterrati.Questi nuovi tipi di cavi e le relativetecniche di instal lazione sono incorso di standardizzazione in ITU-Ted in IEC.



2:16, evidenziando maggiormente la presenza diuna curvatura critica o di danneggiamenti sullalinea.

Per quanto riguarda invece risoluzione e dina-mica, la figura 8 mostra un confronto qualitativo traquattro strumenti. Le misure sono state effettuate

dalla OLT a 1550 nm, con durate dell’im-pulso di 20 - 30 ns e lunghezza del fee-der pari a 2,3 chilometri.

Come si può osservare dalla figura 8,le caratteristiche di dinamica e risolu-zione degli strumenti determinano unadiversa rumorosità della traccia ed unadifferente discriminabilità degli eventi. Inalcune tracce, la seconda e la quarta, acausa dell’elevato rumore non è possibilevisualizzare il segnale di backscatteringproveniente dai vari rami; nella secondatraccia, inoltre, è evidenziata un’erratainterpretazione del "fine fibra".

Un altro elemento di confronto è for-nito dalla figura 9 per la risoluzione.

Come si può notare, tutti gli strumentihanno una buona risoluzione spaziale.Tuttavia un fronte molto ripido in rispostaad un evento può introdurre una distor-sione della traccia dopo un salto di atte-nuazione elevato (splitter), con sovra-stima della misura di attenuazione.

Le misure descritte in precedenzasono state ripetute sull’impianto speri-mentale realizzato presso i laboratoridella Scuola Superiore "G. Reiss Romoli"(figura 10) [7]. Le misure hanno riguar-

dato solo tre (dei quattro) strumenti commerciali,con l’intento di effettuare un confronto quantitativoper le misure di dinamica, zona morta e risoluzionespaziale. Per tutti gli strumenti è stata utilizzata lamedesima configurazione di misura, con acquisi-zioni di 180 secondi e distance range di 40-80 chi-

• Connettori e giuntiLe specifiche di installazione dellarete PON di Telecom Italia non preve-dono l’impiego di connettori otticinella rete esterna. I connettori sonoimpiegati solo in centrale per la con-nessione dell’OLT e nella termina-zione ott ica del la ONU (OpticalNetwork Unit) presso la sede delcliente. I tipi di connettore in uso perla ONU sono gli SC-PC, mentre per laOLT si utilizzano gli SC-PC lato ODNe gli LC-PC per i collegamenti versola rete core; essi garantiscono per-dite di interconnessione tipicamenteinferiori agli 0,3 dB e Return Lossmaggiore di 55 dB. I connettori sonoattestati in fabbrica a semibretelleottiche monofibra che sono giuntatealle fibre di impianto. Nella bretellaconnettorizzata di connessione dellaterminazione di rete con la ONU èintegrato un filtro a reticolo di Bragga 1650 nm necessario per proteggereil ricevitore durante le misure di col-laudo e di esercizio della rete.

La tecnica impiegata per la realizza-zione dei giunti delle fibre è quella afusione, che garantisce i miglioririsultati in termini di attenuazione(valori tipici inferiori a 0,1 dB) e diaffidabilità meccanica e ambientale.Sono disponibili sul mercato anchegiunti di tipo meccanico, nei quali lagiunzione è realizzabile senza neces-sità di giuntatrici ad arco e che ten-denzialmente, per installazioni ingrande numero quali quelle necessa-rie in una rete FTTH, potrebbero con-sentire economie di scala.Le caratteristiche trasmissive di con-nettori e giunti sono trattate nellaRaccomandazione ITU-T G.671, men-tre quelle meccaniche e ambientalinella L.36 per i connettori, e nellaL.12 per i giunti.In ambito IEC i connettori ottici fannoriferimento alla serie 60874 e i giuntiallo standard 61073-1.

• Muffole e sistemi di gestionedelle fibre

Le muffole del la rete PON sonosostanzialmente quel le standardimpiegate da Telecom Italia. Esseconsentono l’ installazione al lorointerno dei diramatori ottici con lerelative giunzioni alle fibre dei cavi.Sono progettate per controllare i raggidi curvatura delle fibre e il fenomenodel "transient loss" che si verificaquando si deve intervenire su unamuffola con fibre attive per esempioper collegare il ramo di un diramatore.Consentono l’ingresso e la gestione diun cavo continuo e la gestione di undiramatore fino a 16 porte.Dal punto di vista normativo gl iStandard di r i ferimento sono laRaccomandazione ITU-T L.51 e le IEC61758-1 (interface standard) e 62134-1(Generic Specification)

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FIGURA 7› Misura a diverse lunghezze d’onda in presenza di curvatura su un ramo a

valle dello splitter.



lometri (a seconda del modello). La tabella 1mostra i valori di dinamica (per SNR=1) valutati pergli impulsi comuni a tutti gli strumenti, alle lun-ghezze d’onda di 1310, 1550 e 1650 nm.

La tabella 2 riporta invece i valori di zona morta(EDZ), valutati alle tre lambda e per ciascun OTDR,in corrispondenza di una riflessione non saturante,utilizzando ogni volta l’impulso di durata minimatra quelli disponibili.

Nella tabella 3, infine, sono confrontati i valori dirisoluzione spaziale rilevati con un impulso da 100nanosecondi.

7. Monitoraggio della PON

Le tecniche di misura descrittein questo articolo possono essereutilizzate per realizzare dalla cen-trale il controllo remoto ed auto-matico del la PON. È possibi leinfatti controllare un OTDR tra-mite un PC per realizzare misureper iodiche e, mediante unoswitch ot t ico, commutare lamisura su più PON attestate allastessa centrale. La raccolta e l’e-laborazione delle tracce di cia-scuna PON consente di rilevaresituazioni di guasto o malfunzio-namento, con la success ivasegnalazione del tipo di evento,della PON colpita e del ramo inte-ressato dall’evento. Per verificarela fattibilità del monitoraggio èstata utilizzata la PON realizzatanei laborator i de l la ScuolaSuperiore "G. Reiss Romoli" [7],sulla quale sono state simulatealcune condizioni di guasto o dimal funz ionamento. Una vo l taacquisita la traccia di riferimento(PON integra, in assenza di gua-sti), il tool di monitoraggio la con-fronta con la traccia attuale, viavia aggiornata. In primo luogo siconfrontano i picchi di riflessionedi fine fibra, calcolando la diffe-renza tra le altezze assolute deipicchi delle due tracce e tra leloro posizioni lungo l’asse oriz-zontale. A seconda della diffe-renza tra le altezze dei picchi edella loro collocazione si apronovari possibili scenari:• le differenze dei livelli e delle col-locazioni dei fine fibra sono insi-gnificanti: non ci sono guasti sullarete, l’eventuale disservizio è daattribuire agli apparati;• le differenze dei livelli sono insi-gnificanti, ma non c’è corrispon-denza tra le collocazioni dei finefibra: è probabile sia cambiata laconf igurazione del la PON aseguito, ad esempio, di un inter-

vento su uno dei rami;• la collocazione dei rami corrisponde, ma ci

sono differenze sui livelli dei picchi, si distin-guono allora i due sotto-casi:- uno o più picchi della traccia acquisita

scompaiono: c’è un’interruzione di uno o piùrami ed è possibile identificare il ramo gua-sto;

- uno o più picchi della traccia acquisita pre-sentano un livello più basso: c’è una perdita(per stress o bending) su uno o più rami ed èpossibile identificarli.

FIGURA 8› Confronto tra le tracce OTDR ottenute con quattro diversi strumenti commerciali.

FIGURA 9› Tracce da ONU a 1550 nm con impulso di 100 ns (feeder 2,3 km).



La localizzazione è il punto più cri-tico dell’analisi delle PON.

In caso di interruzione, si cerca diindividuare la comparsa di un nuovopicco sulla traccia (riflessione di Fresnelin corrispondenza del punto di interru-zione della fibra) ed è quindi possibile lalocalizzazione. Nel caso, invece, chel’ interruzione non dia luogo a rif les-sione, l’algoritmo procede alla ricercadel punto in cui la traccia si discosta inmaniera significativa da quella di riferi-mento.

La difficoltà aumenta all’aumentaredel numero dei rami del la PON e aldiminuire della durata dell’impulso, ciòper l’effetto di mascheramento dovutoalle "n" f ibre connesse a val le dellospl i t ter e perchè i l rumore presentesulla traccia diventa comparabile conl’entità della perdita cercata. Ad esem-pio, un’attenuazione concentrata di 1dB viene rappresentata, per normalirapporti di diramazione, con valori benal di sotto di un decimo di decibel, enon può essere correttamente indivi-duata e local izzata in condiz ioni d imisura reali. Ha poco senso, quindi,pretendere di rilevare e localizzare puntidi attenuazione che - valutati alla lun-ghezza d’onda di 1650 nm - producanoperdite inferiori a 3 dB.

8. Problematiche di esercizio

Agli OTDR util izzati per le misuresulle reti PON sono richieste le duelunghezze d’onda di funzionamentotradizionali (1310/1550 nm) e quella dimonitoraggio (λm) a 1650 nm da utiliz-zare quando le fibre della tratta pri-maria sono in servizio. Per impedire ilt ransi to del la λ m verso i l r icev i toreremoto (ONT), è necessario inserirenel connettore della bretella terminaled i co l l egamen to a l l a ONT unf i l t ro/ r i f le t tore d i Bragg centrato a1650nm.

Lato ONU

SPLITTER

11 km150 m

1100 m

1252m

1137 mRamo 3

Ramo 4

Ramo 1

Ramo 2

Ramo 16

connettoriSC/PC

fibra dilancio

connettoriSC/PC

Lato OLT

OLTONU

==

Optical Line TerminationOptical Network Unit

FIGURA 10› Rete PON realizzata nei laboratori Reiss Romoli.

Pulse Width = 1310 nm = 1550 nm = 1650 nm

100 ns

1 s

20 s

18.82 dB

27.99 dB

38.13 dB

20.51 dB

30.59 dB

40.71 dB

22.19 dB

31.11 dB

39.68 dB

16.23 dB

25.26 dB

34.92 dB

OTDR A

OTDR B

OTDR C

17.75 dB

29.73 dB

38.97 dB

21.25 dB

29.70 dB

38.55 dB

14.43 dB

23.34 dB

32.12 dB

16.13 dB

26.72 dB

36.99 dB

17.05 dB

26.98 dB

35.11 dB

100 ns

1 s

20 s

100 ns

1 s

20 s

OTDR = Optical Time Domain Reflectometer

TABELLA 1› Confronto dei valori di dinamica.

= 1310 nm = 1550 nm = 1650 nm

1.15 m

1.40 m

2.04 m

OTDR A

OTDR B

OTDR C

1.62 m

1.23 m

2.15 m

2.12 m

1.83 m

2.58 m


TABELLA 2› Confronto dei valori di zona morta.

= 1310 nm = 1550 nm = 1650 nm

10.11 m

10.53 m

12.55 m

OTDR A

OTDR B

OTDR C

10.36 m

10.11 m

11.85 m

10.57 m

9.64 m

16.64 m


TABELLA 3› Confronto dei valori di risoluzione spaziale a 100 ns.



La misura alla lunghezza d’onda di 1490 nm,utilizzata sulle PON in direzione downstream, nonè necessaria, in quanto l’attenuazione a 1490 nmè – mediamente - so lo 0 ,02 dB p iù e levatarispetto a 1550 nm. Ciò è vero per le fibre dicostruzione più recente ed in special modo per lefibre G.652 C (low water peak fiber), non è cosìinvece per le fibre prodotte prima del 1990.

Per testare le PON - che presentano forti saltidi attenuazione - è necessaria un’alta dinamica,mentre per discriminare eventi riflessivi moltovicini fra di loro è necessaria un’alta risoluzione.Queste due esigenze sono contraddittorie e nonrealizzabili a parità di larghezza d’impulso; infattiun impulso largo consente di coprire un ampiorange dinamico con scarsa risoluzione, mentre unimpulso stretto limita la dinamica, ma presentaun’elevata risoluzione. Un OTDR per reti PONdeve quindi realizzare un buon compromesso tradinamica e risoluzione.

La disponibilità di una gamma d’impulsi moltoampia nell’intervallo da zero a 500 ns consentedi ottimizzare la misura alle varie condizioni diattenuazione con la risoluzione più adatta (es:3/5; 10; 20/30; 50; 100; 200; 500 ns). L’impulsoda 500 ns è molto importante in quanto con-sente, quando non è necessario caratterizzare isingoli elementi dell’impianto, di rilevare diretta-mente e con una buona velocità di misura l’atte-nuazione tra OLT e ONU.

All’atto pratico, la misura con OTDR consentedi misurare tutta la tratta primaria dall’OLT finoallo splitter. Dopo lo splitter, la traccia è di difficileinterpretazione per la presenza delle "n" fibre diuscita. La traccia "composita" che ne derivarende difficile individuare l’eventuale ramo guastoe quasi impossibile la localizzazione. Per la dia-gnosi del singolo ramo è necessario effettuare lamisura dal lato ONT, visualizzando il collegamentofino all’OLT.

I problemi di rete, che, più frequentemente, sipossono verificare nell’esercizio di una PON sono:• il livello di potenza ricevuto in una o più ONT è

insufficiente;• nessun segnale ricevuto alla ONT, BER aumen-

tato, o segnale degradato;• componenti guasti in corrispondenza delle

ONT, lungo la linea e presso la OLT.Poiché tutti i componenti di rete sono passivi,

i problemi sono in genere dovuti alla scarsa puli-zia, al danneggiamento o al disallineamento deiconnettori, oppure a interruzioni o infine a microe macro curvature delle fibre. Tali problemi pos-sono interessare uno, alcuni o tutti i clienti dellarete in dipendenza della localizzazione del pro-blema stesso.

Per la localizzazione di un guasto si può quindioperare come segue:• se tutti i clienti che afferiscono allo stesso

splitter sono fuori servizio, probabilmente saràguasto il ramo primario, pertanto si eseguiràun test con l’OTDR a qualunque λ dal latodella OLT.

• se invece uno solo o pochi clienti afferenti allo

stesso splitter sono fuori servizio, si deve:- verificare lo stato dell’apparato in sede d’u-

tente (ONT);- misurare la potenza del segnale ricevuto

alla ONT;- con OTDR a 1650 nm o 780 nm, localizzare

il guasto tra ONT e splitter.La realizzazione di un sistema di monitoraggio

della PON può produrre molteplici vantaggi: con-trollo costante dell’attenuazione delle fibre, dellegiunzioni di linea e dei connettori; analisi stati-stica del comportamento di fibre e componentialle diverse condizioni ambientali; riduzione deitempi di intervento nella manutenzione correttiva(guasti); aumento dell‘affidabilità complessiva delcollegamento.

Accanto ai sistemi che prevedono la sorve-glianza diretta e totale delle singole fibre usate perla trasmissione, esistono soluzioni alternative cheprevedono la sola sorveglianza dell’integrità deicavi, trasmettendo il segnale di sorveglianza sufibre dedicate, cioè non usate per il servizio (darkfiber). L’interesse per questi sistemi muove dall’i-potesi che la gran parte dei guasti in rete nonriguarda la singola fibra, ma piuttosto tutto il cavo.

Un metodo semplice ed efficace per monito-rare l’attenuazione dei vari rami di una PON,mediante un OTDR, è quello di creare al terminedi ogni linea una riflessione di ampiezza nota estabile, sufficientemente forte da elevarsi decisa-mente sopra il segnale di retrodiffusione [8]. Lamisura dell’ampiezza delle singole riflessioni for-nisce informazioni sull’attenuazione di ciascunalinea. La sorveglianza avviene osservando l’am-piezza delle riflessioni sulla traccia. La sparizioneo l’abbassamento di una riflessione segnala unguasto sullo specifico ramo, mentre la sparizioneo l’abbassamento di un gruppo di r i f lessionisegnala problemi a monte dello splitter comune.

Ad esempio l’Operatore NTT utilizza il metododelle riflessioni di riferimento nel suo sistemadenominato "AURORA", impiegando un accop-piatore WDM per iniettare il segnale di controllo alprimo stadio di diramazione ubicato in centrale edun filtro/riflettore di Bragg alla λm di 1650 nm perbloccare il segnale di controllo alla ONT; punto diforza di questo sistema è un connettore ottico abasso costo, ubicato alla ONT, che produce lariflessione di riferimento selettiva alla λm.

La localizzazione di anomalie presenti tra losplitter di rete e l’ONT - un tratto piuttosto brevee con diversi componenti passivi in cascata -richiede l’impiego di impulsi molto stretti (≤ 10ns), onde evitare il mascheramento dovuto all’ac-cavallarsi di più zone morte. In Giappone si adot-tano sistemi di monitoraggio con OTDR ad altadinamica a 1650 nm sulla tratta primaria e OTDRad alta risoluzione a 780 nm sul cavo drop. L’impiego di quest’ultimo è limitato al tratto splitterdi rete – ONT, in quanto la sua dinamica, pari acirca 7dB, consente di visualizzare tratti di fibranon superiori a circa 2 km. Purtroppo alla λm di780 nm la sensibilità ai fenomeni di bending èlimitata.



9. Conclusioni

La pecul iar i tà d i una rete ot t ica pass ivarichiede un’attenta impostazione della configura-zione di misura dell’OTDR, per poter conciliare irequisiti di dinamica con quelli di risoluzione.

In questo articolo sono stati presentati i risul-tati delle misure effettuate su due impianti speri-mentali, con un confronto tra le prestazioni dialcuni strumenti disponibili in commercio, e sonostate delineate le linee guida per l’attività di eser-ciz io del la PON, con r i fer imento specif ico aquanto può essere fatto tramite l’uso di OTDR.

La stesura dell’articolo è stata possibile grazie allapreziosa collaborazione di Paola Regio (TILab –Torino) e di Mariangela Trotta (Università dell’Aquila).

[email protected]@[email protected]

ADZ Attenuation Dead ZoneAPC Angled Physical ContactEDZ Event Dead ZoneFBT Fused Biconical TaperFTTB Fiber To The BuildingGPON Gigabit Passive Optical NetworkNGN2 Next Generation Network 2ODN Optical Distribution NetworkOLT Optical Line TerminationONU Optical Network UnitOTDR Optical Time Domain ReflectometerPLC Planar Lightwave CircuitPON Passive Optical NetworkRL Return LossVFL Visual Fault Location

— ACRONIMI

[1] ITU-T Recc. G.650.1, "Definitions and test methodsfor linear, deterministic attributes of single-mode fibreand cable", 2004

[2] N. Ferrari, P.G. Ricaldone, "OTDR portatili per lamanutenzione della rete in fibra ottica. Requisiti fon-damentali", documenti tecnici CSELT, Aprile 1999

[3] ITU-T Recc. L.41, "Maintenance wavelength onfibres carrying signals", 2000

[4] ITU-T Recc. L.66, "Optical fibre cable maintenancecriteria for in-service fibre testing in accessnetworks", 2007

[5] M. Burzio, S. Orlando, S. Panattoni, "NGN2:accesso e impiantistica", Notiziario Tecnico TelecomItalia, anno 16, N. 2, Luglio 2007, pp. 29 - 38

[6] M. Monacelli, "NGN2: il case study Milano",Notiziario Tecnico Telecom Italia, anno 16, N. 3,Dicembre 2007, pp. 40 - 42

[7] M. Trotta, "Misure di backscattering su reti PON", tesidi laurea, Università dell’Aquila – Facoltà diIngegneria, 2008

[8] A. Gnazzo, P.G. Ricaldone, "Sperimentazione inlaboratorio della manutenzione ottica", documentitecnici CSELT, Ottobre 2000

— BIBLIOGRAFIA



Laura Greborio laureata in Fisica, nel1997 è entrata in Telecom Italia, dove si èoccupata di diversi aspett i del la Rete diAccesso. Inizialmente, ha lavorato nell’ambitodelle tecnologie su rame (ISDN), poi si èoccupata di accesso wireless (WiMAX) e ditecnologie ottiche (GPON, WDM-PON). Hacollaborato al progetto europeo IST GIANT(GIgaPON Access NeTwork), in cui è statacoinvolta per le tematiche di definizione dei

servizi a larga banda, di analisi dei possibili scenari architetturali edi affidabilità delle reti PON. Successivamente, si è occupata diQualità del Servizio e di allocazione dinamica della banda neisistemi GPON (è co-inventrice di un algoritmo per la gestionedinamica della banda upstream nei sistemi GPON). Attualmente,si occupa dell’evoluzione delle tecnologie ottiche nella Rete diAccesso e di tecniche per il monitoraggio delle reti PON, qualiOTDR (Optical Time Domain Reflectometry).

Gaetano Vespasiano, l au rea to inIngegneria Elettrotecnica presso l’Universitàdell’Aquila, dal 1986 è stato docente dellaScuola Superiore "G. Reiss Romoli" (ora TILS)dove si occupa di sistemi di trasmissione infibra ottica, misure su fibre e componentioptoelettronici, amplificazione ottica, rete diaccesso a larga banda. Dal 2001 al 2006 hasvolto in TILS funzioni di Key Account per ilmercato Mobile e Internazionale e di Account

per il mercato Aziende. Dal 2000 collabora con la Facoltà diIngegner ia del l ’Aqui la, dove t iene attualmente i l corso diComunicazioni Ottiche. È stato co-autore del libro "Le fibreottiche per telecomunicazioni", di cui ha curato l’edizione e dellibro "Collegamenti in fibra ottica". È autore di numerosi articolipresentat i a conferenze e convegni ne l set tore de l lecomunicazioni ottiche e delle reti di TLC.

Nicola Ferrari è in Telecom Italia dal1978. Si è occupato inizialmente di esercizio emanutenzione dei cavi speciali, divenendo poiresponsabile del settore "esercizio cavi" dellaregione Abruzzo e Molise. Ha collaborato,nell’ambito della DG, al progetto SOCRATE.Nel l ’ambito del settore E/ATC (Eserciz ioApparati Trasmissivi e Cavi) è stato responsabile"Esercizio e Manutenzione cavi" della DirezioneTerritoriale "Centro 2" in Roma. Attualmente

opera presso il CSL di Pescara. Ha partecipato a numerosemissioni all’estero presso altri operatori di TLC quali TelecomArgentina, Etecsa, Hondutel e svolto, su incarico della DG, attività dianalisi e prove in campo della strumentazione di misura per gliimpianti in cavo ottico e in rame, nuovi attrezzi ed accessori, ed hapartecipato alla realizzazione di norme tecniche di esercizio emanutenzione della rete in cavo. Dal 1990 è coordinatore e docentepresso la "Scuola Superiore G. Reiss Romoli (ora TILS) per alcunimoduli didattici inerenti i portanti in rame e in fibra ottica. Dal 1996svolge seminari sulle tecnologie ottiche applicate alle TLC presso lefacoltà di ingegneria di Cagliari e dell’Aquila. È autore di articoli,conferenze di settore e di libri, fra cui "Le fibre ottiche nelletelecomunicazioni" e "L’ecometria applicata alle telecomunicazioni incavo". È membro del CEI e dell’AICE.

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