#UnderstandingOTDRs အပိုင္း (၄-၁)

#UnderstandingOTDRs
အပိုင္း (၄-၁)
(www.anritsu.com မွ Understanding OTDRs စာအုပ္ကို ဘာသာျပန္သည္။)

OTDR Specifications
    Dynamic Range
    Dead Zone
    Resolution
    Loss Accuracy
    Distance Accuracy
    Index of Refraction
   Wavelength
   Connector Type
   External Interfaces

(မွတ္ခ်က္။  ။ Resolution မွစ၍ က်န္အေၾကာင္းအရာမ်ားကို ေနာက္အပိုင္းမွ ထပ္မံေဖာ္ျပပါမည္။)

OTDR Specifications

DYANMIC RANGE

 OTDR တစ္ခုရဲ႕ dynamic range က fiber ဘယ္ေလာက္အရွည္ကိုတိုင္းတာနိုင္လဲဆိုတာကို ဆံုးျဖတ္ေပးပါတယ္။ dB တန္ဖိုးနဲ႕ေဖာ္ျပေပးျပီး တန္ဖိုးၾကီးေလ အကြာအေ၀းမ်ားမ်ားကို တိုင္းတာနိုင္ေလပါပဲ။ တိုင္းတာမယ့္ pulse တစ္ခုက တိုင္းတာမယ့္ fiber အဆံုးထိေရာင္ေအာင္ အားျပင္းဖို႕လိုျပီး sensor ကလည္း ရွည္လ်ားတဲ့ fiber ရဲ႕အဆံုးကေန ျပန္လာတဲ့ အားအနည္းဆံုး backscatter signal ေတြကိုလည္း တိုင္းတာနိုင္ေလာက္ေအာင္ ေကာင္းေနဖို႕လိုပါတယ္။ Laser source ရဲ႕ total pulse power နဲ႕ sensor ရဲ႕ sensitivity (အာရံုခံနိုင္စြမ္း) တို႕ရဲ႕ ေပါင္းစပ္မႈက  dynamic range ကိုအဆံုးအျဖတ္ေပးပါတယ္။ အလြန္အားျပင္းတဲ႕ source တစ္ခုနဲ႕ အာရံုခံအားေကာင္းတဲ႕ sensor တို႕က ၾကီးမားတဲ႕ dynamic range ကိုေပးပါတယ္။ အားနည္းတဲ႕ source တစ္ခုနဲ႕ ပံုမွန္ sensor တစ္ခုက ေသးငယ္တဲ႕ dynamic range ကိုေပးပါတယ္။ OTDR တစ္ခုအတြက္ fiber ရဲ႕ အနီးဆံုးအဆံုးက backscatter level နဲ႕ fiber ရဲ႕ အဆံုး (သို႕) အဆံုးေက်ာ္ေက်ာ္က noise floor ရဲ႕ upper level ၾကား ျခားနားမႈကို dynamic range လို႕သတ္မွတ္ပါတယ္။ လံုေလာက္တဲ့ dynamic range တစ္ခုက fiber ရဲ႕ အေ၀းဆံုးအဆံုးက backscatter level ကို ၾကည္လင္ျပတ္သားစြာေဖာ္ျပေပးပါတယ္။ မလံုေလာက္တဲ့ dynamic range က အဆံုးတစ္ဖက္မွာ trace ကိုပါ noise ျဖစ္ေစပါတယ္။ (Trace backscatter level ကိုေဖာ္ျပတဲ့ data points ေတြက ေခ်ာေမြ႕(smooth) တဲ့ မ်ဥ္းေၾကာင္းတစ္ခုအျဖစ္ မဖြဲ႕စည္းတဲ့အျပင္ တစ္ခုနဲ႕တစ္ခုက အတက္အဆင္း (up and down) ေတြျဖစ္ေနလိမ့္မယ္။) Noisy trace တစ္ခုကို အေသးစိတ္အခ်က္အလက္ေတြ ခြဲျခားဖို႕ အလြန္ခက္ခဲပါတယ္။(Data points ေျပာင္းလဲမႈေတြက splice loss တန္ဖိုးထက္ေတာင္ပိုမ်ားနိုင္ပါတယ္။)

 Figure - 6

Laser source တစ္ခုရဲ႕ total pulse output power တိုးျမွင့္ျခင္းကို နည္းလမ္း နွစ္မ်ိဳးနဲ႕ျပီးေျမာက္ေအာင္လုပ္နိုင္ပါတယ္။
• ထုတ္လႊတ္တဲ႕အလင္းရဲ႕ပမာဏကို တိုးျမွင့္ျခင္း
• Pulse duration (Pulse width) ကိုတိုးျမွင့္ျခင္း              
ဒီနည္းလမ္းနွစ္ခုလံုးက ကန္႕သတ္ခ်က္ေတြရိွၾကတယ္။
 Laser diode တစ္ခုက ပင္ကိုယ္ျမင့္မားတဲ့ output level တစ္ခုရိွျပီး ၄င္းထက္ေက်ာ္လြန္လို႕မရပါဘူး။ Output level မ်ားေလ ပစၥည္းရဲ႕သက္တမ္းတိုေလပါပဲ။ (Laser ျမန္ျမန္ေလာင္ကၽြမ္းသြားနိုင္ပါတယ္။)
 Pulse width ကိုတိုးလိုက္တဲ့အခါ dead zone ကဲ့သို႕ေသာအျခားလုပ္ေဆာင္ခ်က္ေတြကိုပါ သက္ေရာက္ေစပါတယ္။ Pulse width ရွည္ေလ dead zone က်ယ္ေလပါပဲ။
 Sensor ေတြက low light level ကိုတိုင္းဖို႕အတြက္ သူတို႕စြမ္းေဆာင္ရည္မွာ ပင္ကိုယ္ကန္႕သတ္ခ်က္ေတြရိွတယ္။ အခ်ိဳ႕ point ေတြမွာ sensor ကထုတ္လႊတ္တဲ့ electrical level (sensor က ေတြ႕ရိွထားတဲ့ optical power level နဲ႕သက္ဆိုင္) ေတြက circuit ပတ္လမ္းထဲမွာ electrical noise အျဖစ္ဆံုးရႈံးမႈေတြျဖစ္ေစျပီး controller က noise နဲ႕ sensor တိုင္းတာမႈၾကား ခြဲျခားမျမင္နိုင္ဘူး။ OTDR ထဲက လွ်ပ္စစ္အကာအကြယ္ေတြက ၄င္းကိရိယာထဲရိွ electrical noise  ေတြရဲ႕ ေဘးထြက္ဆိုးက်ိဳးေတြကို ေလွ်ာ့ခ်ဖို႕အတြက္ အရမ္းအေရးပါတယ္။ ဒါ့အျပင္ sensor က ၄င္းရဲ႕ အျမင့္ဆံုးအာရံုခံမႈနဲ႕ လည္ပတ္ေနတဲ့အခါ level တိက်မႈေတြက ေလ်ာ့နည္းလာပါတယ္။ Lower light level မွာ ပိုျပီးတိက်ေစရန္ ေထာင္ေပါင္းမ်ားစြာေသာ pulse ေတြရဲ႕တိုင္းတာမႈေတြကို ေပါင္းစပ္ဖို႕ OTDR က averaging နည္းပညာကို အသံုးျပဳရပါတယ္။ Averaging ကိုအသံုးျပဳမႈက sensor ရဲ႕အာရံုခံမႈ(sensitivity) ကိုတိုးတက္ေစတဲ့အတြက္ OTDR ရဲ႕ dynamic range ကိုလည္းတိုးေစပါတယ္။
 Dynamic range ကိုတြက္ခ်က္ဖို႕အတြက္နည္းလမ္းမ်ားစြာရိွပါတယ္။ အထက္မွာ ေဖာ္ျပ ထားတဲ့ “ 98% Noise Level” နည္းလမ္းကို စံျပအဖြဲ႕အစည္းမ်ားစြာက ေထာက္ခံအသိ အမွတ္ျပဳထားပါတယ္။ ၄င္းက ကိရိယာထဲက noise level နဲ႕ backscatter level တို႕ စတင္ေရာေနွာတဲ့ အမွတ္ေနရာကိုေဖာ္ျပပါတယ္။ အျခားအသံုးမ်ားတဲ့နည္းလမ္းတစ္ခုကေတာ့ “SNR=1” (Signal-To-Noise-Ratio) ျဖစ္ျပီး 98% နည္းလမ္းနဲ႕ အသြင္တူပါတယ္။ ဒါေပမယ့္ Dynamic Range value ကို 2dB ပမာဏေလာက္ပိုထုတ္ေပးပါတယ္။ SNR=1 နည္းလမ္းက trace ရဲ႕ backscatter level က ကိရိယာ ရဲ႕ internal noise level ထက္ပိုနိမ့္က်သြားတဲ့အမွတ္ကို ညႊန္ျပေပးပါတယ္။ ဆိုလိုတာက fiber ရဲ႕အဆံုး traceမွာ အေသးစိတ္အခ်က္အလက္ေတြကို ျပတ္ျပတ္သားသား မခြဲျခားနိုင္ပါဘူး။ တတိယနည္းလမ္းကေတာ့ “Fresnel Detection” ျဖစ္ျပီး ၄င္းက dynamic range တန္ဖိုး 10dB နဲ႕အထက္ကိုပိုတိုးနိုင္ပါတယ္။ Fiber ရဲ႕အဆံုးက Fresnel reflection  ရဲ႕အျမင့္ဆံုးအမွတ္ကို noise level ရဲ႕အထက္နားမွာေတြ႕နိုင္တဲ႕ အမွတ္ကို Fresnel Detection က တိုင္းတာပါတယ္။ ဒီနည္းလမ္းက အျမင့္ဆံုးတန္ဖိုးေတြကို ထုတ္လုပ္ေပးေသာ္လညး္ပဲ OTDR ကိုပံုမွန္အသံုးျပဳပံုနဲ႕မသက္ဆိုင္တဲ႕အတြက္ အျမင္မွားေစနိုင္ပါတယ္။

DEAD ZONE

 Fresnel reflection ေနာက္ကလိုက္တဲ့ fiber trace ေပၚကေနရာေလးကို Dead zone လို႕ေခၚပါတယ္ အဲ့ေနရာမွာ Reflection level မ်ားတဲ့ Fresnel Reflection က backscatter level နည္းနညး္ကို ဖံုးအုပ္သြားပါတယ္။
 OTDR ရဲ႕ sensor ကို fiber မွျပန္လာတဲ႕အလြန္နည္းပါးတဲ့ backscatter level ကိုပါ တိုင္းတာနိုင္ေအာင္ ထုတ္လုပ္ထားျပီး မ်ားျပားလွတဲ့ Fresnel reflection က ၄င္းကိုရိုက္ခတ္တဲ့အခါ ၄င္းက blind (အာရံုခံမရ) ျဖစ္သြားပါတယ္။ အနည္းဆံုး အဲဒီ blind ျဖစ္တဲ့ကာလက pulse duration နဲ႕ထပ္တူၾကာပါတယ္။ Sensor က high level reflection ကိုရရိွတဲ့အခါ ၄င္းက saturated ျဖစ္သြားျပီး reflective enent တစ္ခုေနာက္က ကပ္လိုက္လာနိုင္တဲ့ lower backscatter level ကို မတိုင္းတာနိုင္ပါဘူး။ Dead Zone မွာ sensor ရဲ႕ အေကာင္းဆံုးအေျခအေန (maximum sensitivity) ကိုျပန္ခ်ိန္ညိွဖို႕အတြက္ duration of reflection နဲ႕ recovery time ပါပါ၀င္သည္။ အရည္အေသြးျမင့္မားတဲ႕ sensor ေတြက ေစ်းေပါတဲ့ sensor ေတြထက္ recover လုပ္ခ်ိန္ပိုျမန္ျပီးေတာ့ ၄င္းက dead zone ကိုပိုတိုေစပါတယ္။
 Dead zone သက္ေရာက္မႈကို ၾကယ္ေရာင္ေတာက္တဲ့ညကို ၾကည့္ေနရသလို ယူဆျပီး ေဖာ္ျပ နိုင္ပါတယ္ (အနားမွာ တျခားအလင္းေရာင္ေတြမရိွတဲ့အေျခအေန) ။ မင္းမ်က္လံုးက အာရံုခံနိုင္လာျပီး ေတာ့ ၾကယ္ကေနလႊတ္တဲ့ အလင္းေရာင္ေဖ်ာ့ေဖ်ာ့ေလး (backscatter ျဖစ္စဥ္လိုမ်ိဳး) ကို ျမင္နိုင္ပါ တယ္ ။ တစ္စံုတစ္ေယာက္က မင္းမ်က္လံုးကို ဓါတ္မီးနဲ႕ထိုးလိုက္ရင္ စူးရွတဲ့အလင္းေရာင္ (Fresnel reflection လိုမ်ိဳး) က မင္းမ်က္လံုးကို (blindness) ကြယ္ေစျပီး ၾကယ္ေတြကိုမျမင္နုိင္ျဖစ္ေစပါတယ္။ အလင္းေရာင္စူးစူးက မင္းမ်က္လံုးထဲရိွေနသ၍ မင္းဘာကိုမွျမင္နိုင္မွာမဟုတ္ပါဘူး (Pulse duration) ။ အလင္းကိုဖယ္လိုက္တဲ့အခါ မင္းမ်က္လံုးက အေမွာင္ကိုတျဖည္းျဖည္း ျပန္လည္ခ်ိန္ညိွျပီး  ပိုျပီးေတာ့ အာရံုခံနိုင္လာကာ အလင္းအားနည္းတဲ့ ၾကယ္ေတြကိုျပန္ျပီးေတာ့ ျမင္နိုင္လာပါတယ္။ OTDR က ဒီဥပမာထဲက က်ြန္ေတာ္တို႕မ်က္လံုးလို အလြန္ဆင္တူုစြာ လုပ္ေဆာင္ပါတယ္။ Blindness နဲ႕ backscatter sensitivity ကိုအာရံုခံတဲ့ကာလကို dead zone လို႕ေခၚပါတယ္။
 Dead zone က pulse width နဲ႕တိုက္ရိုက္သက္ဆိုင္တဲ့အတြက္ pulse width ကိုနည္းလိုက္ျခင္းျဖင့္ ၄င္းကိုေလွ်ာ့ခ်နုိင္သည္။ ဒါေပမယ့္ pulse width ကိုနည္းလိုက္တာက dynamic range ကိုလည္းေလ်ာ့က်ေစပါတယ္။ OTDR design တစ္ခုက ဒီအခ်က္နွစ္ခုၾကား ညိွနိႈင္းမႈတစ္ခုလုပ္ရပါမယ္။ အဲလိုမွမဟုတ္ရင္ OTDR အသံုးျပဳသူက နီးနီးကပ္ကပ္ရိွေနတဲ့ events ေတြကိုျမင္ရဖို႕ ပိုအေရးၾကီးလား ဒါမွမဟုတ္ fiber ကိုအဆံုးထိျမင္ရဖို႕ကပိုအေရးၾကီးသလား ဆိုတာေပၚမူတည္ျပီးေတာ့ pulse width ကိုေရြးခ်ယ္ေပးရပါမယ္။ အေကာင္းဆံုး design က dynamic range မ်ားမ်ားနဲ႕ pulse width တိုတိုကို ေပးပါတယ္။ Dynamic range per pulse width က ဘယ္ေလာက္အကြာအေ၀းမွာ နီးနီးကပ္ကပ္ရိွေနတဲ့ events နွစ္ခုကို ကိုယ္ခြဲျခားနိုင္လည္းဆိုတာ ကိုဆံုးျဖတ္ေပးပါတယ္။ Pulse width နဲ႕ averaing time (real time နဲ႕ျဖစ္ျဖစ္) အတူတူထားျပီး တိုင္းလိုက္တဲ့ trace နွစ္ခုကိုနႈိင္းယွဥ္ျပီးေတာ့ OTDR နွစ္ခုၾကား ေရြးျခယ္မႈေကာင္းေကာင္းျပဳလုပ္ နိုင္ပါတယ္။ Trace ၾကည့္ရာမွာ cleaner ျဖစ္တဲ့  (noise မမ်ားတဲ့) ပစၥည္းက desing ပိုေကာင္းပါတယ္။

Importance of Dead Zone

Dead zone က fiber connector နဲ႕ အခ်ိဳ႕ျပစ္ခ်က္ (အက္ေၾကာင္း ကဲ့သို႕ေသာ) ရိွတဲ့ေနရာတိုင္းမွာ ျဖစ္ပါတယ္။ Fiber တိုင္းမွာ အနည္းဆံုး dead zone တစ္ခုရိွပါတယ္ (OTDR နဲ႕ဆက္သြယ္ထား ေသာေနရာ)။ အဲ့ဒါ ဘာကိုဆိုလိုတာလဲဆိုေတာ့ တိုင္းတာမယ့္ fiber ရဲ႕အစကေနျပီးေတာ့ တိုင္းတာ လို႕မရနိုင္တဲ့ ေနရာလြတ္တစ္ခုရိွတယ္ဆိုတာပဲ ျဖစ္ပါတယ္။ အဲဒီေနရာလြတ္က Laser source ရဲ႕ pulse width နဲ႕ တိုက္ရိုက္သက္ဆိုင္ပါတယ္။ OTDR မွာ ပံုမွန္ pulse width က 3ns (nanoseconds) ကေန 20 000 ns အထိရိွပါတယ္။ အကြာအေ၀းအေနနဲ႕ဆို 2 feet (0.6 meters) ကေန 1 mile ေက်ာ္ေလာက္အထိ ရွည္ပါတယ္။ တကယ္လို႕ မင္းအေနနဲ႕ fiber တိုတိုေလး ကို တိုင္းရမယ္ ဒါမွမဟုတ္ နီးနီးကပ္ကပ္ရိွေနတဲ့ splice နွစ္ခု (ေပ ၁၀၀ ေအာက္) ကို တိုင္းဖို႕လိုလာျပီဆို  မင္းတိုင္းတာခ်င္တဲ့ point အထိေရာက္ေအာင္ ရနိုင္သမ်ွအတိုဆံုး pulse width ကို ေရြးခ်ယ္ဖို႕လို ပါတယ္။

Dead zone ေတြကို event dead zone နဲ႕ attenuation dead zone ဆိုျပီး ခြဲျခားထားပါတယ္။ Event dead zone ဆိုတာက Fresnel reflection တစ္ခုအျပီး ေနာက္ထပ္ Fresnel reflection တစ္ခုကို အာရံုမခံနိုင္ခင္ အကြာအေ၀းကို ေခၚပါတယ္။ အဲဒါက reflection တစ္ခုျပီးေနာက္ (မ်ားေသာအားျဖင့္ OTDR ကိုတပ္တဲ့ conntector မွ) ဘယ္ေလာက္ၾကာၾကာမွာ ျပတ္ေနတဲ့ ဒါမွမဟုတ္ splice တစ္ခုမွ ေနာက္ထပ္ reflection တစ္ခုကို အာရံုခံနိုင္တယ္ ဆိုတာကို ေျပာပါတယ္။ နီးနီးကပ္ကပ္ ရိွေနတဲ့ မတူညီေသာ splice ႏွစ္ခု (ၾကိဳးျပတ္လို႕ ျပန္ဆက္ထားတဲ့ အေျခအေနမ်ိဳး) ကို ခြဲျခားဖို႕ရာ မင္းၾကိဳးစားေနရင္ အဲ့ဒါက အလြန္အေရးၾကီးပါတယ္။ တိုေတာင္းတဲ့ event dead zone ဆိုတာက ပထမ splice တစ္ခုအျပီး ဒုတိယ splice တစ္ခုကို ျမင္နိုင္တာကို ဆိုလိုပါတယ္။

Figure - 7

Attenuation dead zone ဆိုတာက Fresnel reflection တစ္ခုအျပီး backscatter level ကို အာရံုခံနိုင္တဲ့အထိ အကြာအေ၀းကို ေခၚတာျဖစ္ပါတယ္။ ဒါက reflection တစ္ခုအျပီး ဘယ္ေလာက္အၾကာမွာ ဒုတိယ event တစ္ခု (splice ဒါမွမဟုတ္ fiber ျပစ္ခ်က္) ကို တိုင္းနိုင္ မလဲဆိုတာကို ေျပာပါတယ္။ Fiber ကို loss တိုင္းတာမႈ ျပဳလုပ္ဖို႕အတြက္ splice တစ္ခုရဲ႕ နွစ္ဖက္စလံုးက backscatter ကို ျမင္နိုင္ရပါမယ္။ ဆိုလိုတာက trace က reflection ရဲ႕ ထိပ္ဆံုးအမွတ္ကေန backscatter level အထိ ဆင္းက်လာရပါမယ္။ Detector (အာရံုခံပစၥည္း) က backscatter level အထိ full recovery ျပန္လုပ္ရမယ့္အတြက္ attenuation dead zone က event dead zone ထက္ အျမဲတမ္း ပိုရွည္ပါတယ္။

Figure - 8