JSteiner: Neuer Artikel: OTDR-Messung

2026-09-09T12:20:53Z

Neuer Artikel: OTDR-Messung

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|title=OTDR-Messung: Prinzip, Kurve lesen und typische Fehler
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|description=Wie ein OTDR misst, was Steigung, Stufe und Reflexionsspitze bedeuten, warum bidirektional gemessen wird und weshalb das OTDR für die Abnahme nicht das maßgebliche Verfahren ist.
|keywords=OTDR, OTDR Messung, Rückstreumessung, Lichtwellenleiter messen, Dämpfungsmessung
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Ein '''OTDR''' (englisch ''Optical Time Domain Reflectometer'', deutsch optisches Rückstreumessgerät) prüft eine [[LWL Kabel|Glasfaserstrecke]] von nur einem Ende aus. Es sendet kurze Laserimpulse in die Faser und wertet aus, was zurückkommt. Daraus entsteht eine Kurve, die den Verlauf der Strecke über die Entfernung abbildet: Spleiße, Steckverbindungen, Biegungen und das Faserende werden als einzelne Ereignisse sichtbar.

Das macht das OTDR zum wichtigsten Werkzeug der Fehlersuche. Für die Abnahme einer Strecke ist es allerdings '''nicht''' das maßgebliche Verfahren, ein verbreitetes Missverständnis, auf das dieser Artikel am Ende eingeht.

[[Datei:OTDR-Kurve-Ereignisse.png|zentriert|mini|hochkant=2.7|Der typische Verlauf einer OTDR-Kurve: Die Steigung entspricht der streckenbezogenen Dämpfung, Stufen ohne Spitze stammen von Spleißen, Stufen mit Spitze von Steckverbindungen.]]

== Was das Gerät tatsächlich misst ==

Zurück kommen zwei völlig verschiedene Signale.

Die '''Rayleigh-Rückstreuung''' entsteht über die gesamte Faserlänge verteilt an mikroskopischen Dichteschwankungen im Glas. Sie ist der Grund, warum überhaupt ein durchgehender Kurvenverlauf entsteht und nicht nur einzelne Punkte. Ihr Anteil ist winzig: Die Fotodiode muss Leistungen in der Größenordnung von '''0,0001 Prozent''' der ausgesendeten Impulsleistung erfassen. Für eine Einmodenfaser liegt der zurückgestreute Anfangspegel bei etwa minus 60 dB, es kehrt also rund ein Millionstel der eingespeisten Energie aus dem ersten Faserabschnitt zurück.

Die '''Fresnel-Reflexion''' entsteht punktuell dort, wo sich die Brechzahl sprunghaft ändert, also an Steckverbindungen, Luftspalten und am offenen Faserende. Sie ist um Größenordnungen stärker. Eine kräftige Reflexion kann am Empfänger mehr als das '''4000-fache''' des Rückstreupegels erreichen und die Fotodiode in die Sättigung treiben. Genau daraus entstehen die Totzonen, von denen weiter unten die Rede ist.

Weil der Rayleigh-Rückstreukoeffizient umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge ist, liefern kürzere Messwellenlängen mehr Rückstreusignal. Für eine gängige Standard-Einmodenfaser wird der Koeffizient, bezogen auf einen Impuls von einer Nanosekunde, mit rund minus 77 dB bei 1310 nm und minus 82 dB bei 1550 nm angegeben.

== Wie aus Laufzeit ein Ort wird ==

Das OTDR misst die Zeit zwischen Aussenden und Empfang und rechnet sie in eine Entfernung um:

: <div style="background:#f4f7f8;border-left:3px solid #0f7a70;padding:0.7em 1em;margin:0.8em 0;font-size:1.05em;">
'''Entfernung = (Lichtgeschwindigkeit × Laufzeit) ÷ (2 × Gruppenbrechungsindex)'''
</div>

Der Faktor zwei stammt daher, dass das [[Licht]] den Weg zweimal zurücklegt, hin und zurück. Das ''n'' ist der '''Gruppenbrechungsindex''' der Faser. Für eine verbreitete Standard-Einmodenfaser gibt der Hersteller 1,4676 bei 1310 nm und 1,4682 bei 1550 nm an. Daraus ergibt sich eine Ausbreitungsgeschwindigkeit von rund 2,04 mal 10<sup>8</sup> Metern pro Sekunde, also gut zwei Drittel der Vakuumlichtgeschwindigkeit.

'''Das ist die häufigste Fehlerquelle bei Ortsangaben.''' Die Entfernung hängt linear von der eingestellten Brechzahl ab. Ein Eingabefehler von 0,01 verschiebt rechnerisch alle Orte um rund 0,7 Prozent, bei einer 20 Kilometer langen Strecke also um mehr als 130 Meter. Wer an der falschen Stelle gräbt, hat oft nicht das Gerät falsch bedient, sondern den Faserwert nicht angepasst.

Dazu kommt ein zweiter, oft übersehener Punkt: '''Faserlänge und Kabellänge sind nicht dasselbe.''' Die Faser liegt mit Überlänge im Bündeladerrohr, die Adern sind verseilt. Für die Ortung im Gelände wird deshalb mit einer effektiven Brechzahl gearbeitet, die diesen Unterschied einrechnet.

== Die Kurve lesen ==

; Steigung
: Der gleichmäßige Abfall zwischen den Ereignissen ist die streckenbezogene Dämpfung in dB je Kilometer. Für Kabel mit Faser nach ITU-T G.652.D darf sie im Bereich von 1310 bis 1625 nm höchstens 0,40 dB/km betragen, zwischen 1530 und 1565 nm höchstens 0,30 dB/km. Gemessene Werte an guten Strecken liegen bei 1550 nm deutlich darunter, in einem Beispiel der ITU zwischen 0,182 und 0,203 dB/km.

; Stufe ohne Spitze
: Ein Verlust ohne Reflexion. Das ist entweder ein [[Glasfaser spleißen|Spleiß]] oder eine [[Biegeradius von Glasfaserkabeln|zu enge Biegung]]. Aus einer einzelnen Messung lassen sich die beiden nicht unterscheiden, dafür braucht es eine zweite Wellenlänge.

; Stufe mit Spitze
: Erst eine Reflexionsspitze, dann ein Verlust. Das ist eine Steckverbindung oder ein Luftspalt.

; Endreflexion
: Am offenen Faserende springt die Kurve nach oben und fällt dann ins Rauschen. In einem ITU-Beispiel ist die Reflektanz des Faserendes mit minus 53,69 dB ausgewiesen.

== Impulsbreite: der zentrale Kompromiss ==

Die Impulsbreite ist die wichtigste Einstellung und immer ein Zielkonflikt. Ein typisches Einmoden-Feldgerät bietet Impulse von 3 ns bis 20 000 ns an.

{| class="wikitable"
! Impulsbreite !! entspricht in der Faser
|-
| 5 ns || rund 0,5 m
|-
| 100 ns || rund 10 m
|-
| 1 µs || rund 100 m
|-
| 20 µs || rund 2 km
|}

Kurze Impulse trennen dicht beieinander liegende Ereignisse und liefern kurze Totzonen, tragen aber wenig Energie und kommen deshalb nicht weit. Lange Impulse reichen weiter, verschmieren aber alles, was nah beieinander liegt. Es gibt keine universell richtige Einstellung, sondern nur eine zur jeweiligen Frage passende.

== Totzonen ==

Nach einer starken Reflexion braucht der Empfänger Zeit, bis er wieder verwertbar misst. In dieser Strecke ist die Kurve blind.

; Ereignistotzone
: Der Abstand der beiden Punkte, die 1,5 dB unter der Spitze einer nicht gesättigten Reflexion liegen. Sie sagt nur, ab welchem Abstand ein zweites reflektierendes Ereignis überhaupt als eigenes erkannt wird.

; Dämpfungstotzone
: Die Strecke, bis die Kurve wieder bis auf 0,5 dB an den ungestörten Rückstreupegel herangekommen ist. Erst danach lässt sich ein Verlust wieder messen. Sie ist immer länger als die Ereignistotzone.

Ein aktuelles Einmoden-Feldgerät nennt als typische Werte 0,5 m Ereignistotzone und 2,5 m Dämpfungstotzone, jeweils beim kürzesten Impuls von 3 ns. Bei größerer Impulsbreite werden beide deutlich länger.

<div style="border-left:3px solid #b45309;background:#fdf3ec;padding:0.8em 1em;margin:1em 0;">
'''Datenblattangaben immer mit der Fußnote lesen.''' Die meisten Hersteller spezifizieren Totzonen bei einer Reflektanz von minus 55 dB. Das ist günstiger als das, was Normen für Einmoden-Steckverbindungen zugrunde legen. Bei schlechteren, also stärker reflektierenden Steckern fallen die Totzonen in der Praxis länger aus als im Prospekt. Bei sehr kurzen Impulsen begrenzt außerdem nicht der Impuls selbst, sondern die Erholzeit der Fotodiode die Dämpfungstotzone.
</div>

== Reichweite, Dynamik und Mittelung ==

Der angezeigte Distanzbereich eines Geräts, oft 0,1 bis 400 km, ist '''nicht''' die Messreichweite. Diese ergibt sich aus dem '''Dynamikbereich''', der bei Geräten für Telekommunikationsstrecken typisch zwischen 35 und 50 dB liegt. Mit 35 dB kommt ein OTDR typischerweise rund 80 km weit bei 1310 nm und 125 km bei 1550 nm, mit 50 dB sind es etwa 125 beziehungsweise 220 km.

Dabei ist zu beachten, dass Dynamikangaben in Datenblättern fast immer bei der längsten Impulsbreite und drei Minuten Mittelungszeit gelten. Mittelung verbessert den Rauschabstand, aber mit stark abnehmendem Ertrag: Die Verbesserung wächst nur mit der Wurzel aus der Zahl der Mittelungen. Von einer auf drei Minuten zu verlängern bringt rund 1,2 dB. Wer die Messzeit verdreifacht, gewinnt also gut ein Dezibel, nicht das Dreifache.

== Der Gainer: scheinbare Verstärkung ==

Manchmal zeigt die Kurve an einem Spleiß einen Sprung nach '''oben'''. Eine Faser verstärkt nichts, der Effekt ist ein Messartefakt.

Er entsteht, wenn zwei Fasern mit unterschiedlichem Rückstreukoeffizienten oder unterschiedlichem Modenfelddurchmesser verbunden sind. Läuft der Impuls in die stärker streuende Faser, steigt der zurückgestreute Pegel hinter der Spleißstelle an und überlagert den tatsächlichen Verlust. Der Modenfelddurchmesser realer G.652.D-Fasern darf zwischen 8,6 und 9,2 Mikrometern nominal liegen, mit zusätzlicher Toleranz. Genau diese zulässige Streuung erzeugt den Effekt, auch bei einwandfreier Spleißarbeit.

Die Lösung ist die '''bidirektionale Messung'''. In der einen Richtung misst das OTDR den wahren Spleißverlust plus die Rückstreudifferenz, in der Gegenrichtung minus dieselbe Differenz. Der Mittelwert beider Messungen hebt sie auf:

: <div style="background:#f4f7f8;border-left:3px solid #0f7a70;padding:0.7em 1em;margin:0.8em 0;font-size:1.05em;">
'''wahrer Spleißverlust = (Messwert Richtung A + Messwert Richtung B) ÷ 2'''
</div>

Ein Beispiel aus einer 20 Kilometer langen Strecke: Ein Ereignis erscheint in einer Richtung als Gewinn von 0,062 dB und in der Gegenrichtung als Verlust von 0,362 dB. Der bidirektionale Mittelwert von 0,150 dB ist der belastbare Wert. Die ITU hält ausdrücklich fest, dass unidirektionale Ergebnisse nur für eine grobe Beurteilung taugen und eine genaue Spleißverlustmessung die bidirektionale Auswertung voraussetzt.

== Vorlauf- und Nachlauffaser ==

Ohne '''Vorlauffaser''' lässt sich der erste Stecker gar nicht bewerten. Das OTDR sieht nur dessen Reflexion, nicht seine Dämpfung, weil vor ihm kein Rückstreupegel als Bezug vorliegt. Die Vorlauffaser verschiebt den Startstecker in einen Bereich, in dem die Kurve bereits ausgewertet werden kann.

Als Faustregel für die Länge gilt: Impulsbreite in Nanosekunden geteilt durch zehn ergibt Meter, dazu rund 20 Prozent Zuschlag für die Dämpfungstotzone. In der Praxis werden 300 bis 500 m für Multimode und 1000 bis 2000 m für Einmodenfaser eingesetzt, bei sehr langen Strecken auch mehr. Die ITU nennt für die Abnahme installierter Einmodenstrecken typisch 1 bis 2 km.

Die '''Nachlauffaser''' am fernen Ende wird häufiger weggelassen und fehlt dann genau dort, wo es teuer wird: Ohne sie kann ein OTDR einen Faserbruch kurz vor dem Streckenende übersehen und vertauschte Fasern unentdeckt lassen.

== Warum mehrere Wellenlängen ==

Für Einmodenfaser wird bei der Inbetriebnahme in beiden Richtungen und bei mindestens zwei Wellenlängen gemessen, üblich sind 1310 nm und 1550 nm. 1625 nm kommt dazu, sobald [[:Kategorie:Anwendungen|Anwendungen]] im L-Band vorgesehen sind, und wird außerdem für Messungen an Fasern im laufenden Betrieb genutzt, weil dieser Kanal den Verkehr nicht stört.

Die zweite Wellenlänge ist zugleich das Werkzeug zur '''Biegungserkennung'''. Biegeverluste wachsen stark mit der Wellenlänge: Eine Windung um einen Dorn mit 10 mm Radius kostet bei 1550 nm höchstens 0,50 dB, bei 1625 nm dagegen bis zu 1,5 dB. Ein Spleiß dämpft dagegen bei beiden Wellenlängen ähnlich. Wer beide Kurven übereinanderlegt, unterscheidet damit zuverlässig, was er vor sich hat. Mehr dazu unter [[Biegeradius von Glasfaserkabeln]].

== Warum das OTDR die Abnahme nicht entscheidet ==

Das ist der Punkt, an dem in der Praxis am häufigsten falsch gearbeitet wird. Für die '''Gesamtdämpfung''' einer installierten Strecke ist nicht das OTDR maßgeblich, sondern die Einfügedämpfungsmessung mit '''Lichtquelle und Leistungsmesser'''. Einschlägig sind dafür IEC 61280-4-2 für Einmodenfaser, veröffentlicht in dritter Ausgabe im Mai 2024, und für Verkabelung in Gebäuden ISO/IEC 14763-3, ebenfalls in dritter Ausgabe von 2024.

Die Gründe sind messtechnischer Natur:

* Das OTDR misst '''relative, rückgestreute''' Leistung, nicht direkt die durchgelassene.
* Verschmutzte Steckerendflächen erzeugen nichtlineares Verhalten, das die Auswertung verfälscht.
* Die Ergebnisse hängen erheblich von den gewählten Einstellungen ab.

In der nordamerikanischen Normenwelt ist diese Rangfolge ausdrücklich festgeschrieben: Die Messung mit Lichtquelle und Leistungsmesser gilt als Tier 1, das OTDR als Tier 2. Ein Antrag, das OTDR für Tier 1 zuzulassen, wurde abgelehnt.

Das entwertet das OTDR nicht. Es ist das einzige Verfahren, das sagt, '''wo''' ein Problem sitzt und '''was''' für eines es ist. Nur die Frage, ob eine Strecke die zulässige Gesamtdämpfung einhält, beantwortet es nicht verbindlich.

== Siehe auch ==

* [[Biegeradius von Glasfaserkabeln]]
* [[Glasfaser spleißen]]
* [[LWL]]
* [[LWL Kabel]]

[[Kategorie:Technologie]]
[[Kategorie:Geräte]]

OTDR - Versionsgeschichte

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