ホワイトペーパー
OLTS と OTDR：完全な試験戦略
PDF ダウンロード
概要
ファイバーは、データ・センターやバックボーン・ケーブル・システムでの高帯域幅アプリケーションの必要性に加え、サービス・プロバイダー・ネットワークでの新しい低遅延 5G および FTTX の展開によって推進され、ほとんどのネットワーク設置でますます重要な役割を果たしています。10 Gbps 以上を必要とするデバイスがほとんどなく、多くが PoE（パワー・オーバー・イーサネット）を介して電力供給される水平配線システムでは、メタル線が引き続き主流ですが、速度が 40 に達し、100 Gbps を超える場合、距離が長い場合、ノイズ耐性やセキュリティが必要な場合などは、光ファイバー・ケーブル・システムの使用が増加しています。最近の調査によると、世界の光ファイバー市場規模は、2023 年の 80 億 7 千万米ドルから、2033 年までに 132 億 6 千万米ドルに達すると予測されています。
 |
光ファイバーの敷設に伴い、ネットワークの所有者と技術者は、光ファイバー・ケーブルをテストするための 2 つの重要なデバイスである光損失測定 (OLTS) と光パルス試験器 (OTDR) に注目しています。
- OLTS は、一端に光源、もう一端にパワー・メーターを使用して、反対側から出射される光量を正確に測定することで、リンクの挿入損失を正確に測定します。業界規格に準拠した光ファイバー・テストに必要です。TIA 規格と ISO 規格は、「Tier 1」という用語を用いて、OLTS を使用したテストを説明しています。
- OTDR は、ファイバーに光パルスを送信し、各パルスから反射された光の量を測定することで、個々のスプライスとコネクターのリンク損失の特性を評価します。これは、業界規格に準拠した光ファイバー・テストに推奨されます。また、配線距離の短い新しいシングル・モード・アプリケーションに不可欠であり、完全なテスト戦略の一部として非常に価値があります。OTDR と OLTS の両方を使用したテストは、TIA 規格では「Tier 2」テストと呼ばれ、ISO 規格では「拡張」テストと呼ばれます。
これら 2 つの機器で行われる測定は類似していますが、全く性質が異なり、欠かせない役割を果たします。この記事では、これらのテスターの機能、使用する状況、ならびに光ファイバー・リンクのパフォーマンスを確保し、顧客満足度を最大化するために、どのように相互補完し合うのかについて説明します。
このページに記載されていること
OTDR とは？
遠端から出る光の量を測定する OLTS とは異なり、OTDR は光源に反射して戻る光の量を測定します。近端と遠端での反射量の差を計算することにより、OTDR はファイバーの損失量を推測できます。
OTDR は、特殊パルスのレーザー・ダイオードを使用して、高出力光パルスをファイバーに送信します。パルスがファイバーを伝搬する際、光の大部分は光源から遠ざかって進みます。OTDR の高利得の光検出器は、各パルスから反射された光を測定します。OTDR は、これらの測定値を利用して、ソース・パルス内のパワーを減少または反射するファイバー上のイベントを検出します。通常のファイバー構造や、ガラス内の微細な欠陥も、パルス光のごく一部を別の方向に散乱させます。ファイバー内の不純物によって光が散乱されるこの現象は、後方散乱と呼ばれます。
光パルスが接続点、破損、裂け目、スプライス、鋭い曲げ、またはファイバーの遠端に達すると、屈折率が変化して反射されます。このような反射は、フレネル反射と呼ばれます。反射率とは、後方散乱光を含まず、光源パルスに対して反射して戻ってきた光の量を示します。パッシブ光学素子の場合、dB 単位で負の値として表され、値が 0 に近いほど反射率が大きく、接続品質が低下し、損失も大きくなります。この測定値は、正の値として表されるリターン・ロスと同じです。リターン・ロスは入力電力と出力電力を比較して、信号がどれだけ失われたかを示します。一方、反射率は出力電力と反射光量を比較する点で異なります。反射率とリターン・ロスの両方について、値が 0 から離れるほど、結果は向上します。（反射率とリターン・ロスの違いについて詳しくは、「リターン・ロスとは？」をご覧ください。）
OLTS とは？
OLTS は光ファイバー・ケーブル配線のテストに欠かせない装置であり、リンク全体の損失を最も正確に測定できる手法を提供します。業界標準でも、対象となるアプリケーションで損失要件を満たせることを確認するために使用が義務付けられています。
OLTS には光源とパワー･メーターが含まれます。光源は特定の波長で連続波を発生させ、ファイバーの一端に接続されます。パワー･メーターはファイバーリンクの反対側の端に接続された光検出器を使用して、光源が発生するのと同じ波長で光パワーを測定します。これら 2 つのデバイスは連携して動作し、失われた光の総量を測定します。
 |
図 1：OLTS 測定では、リンクの一方の端に光源を使用し、もう一方の端にパワー・メーターを使用します。CertiFiber™ Pro などのモデルは、各端の光源とパワー・メーターを使用して 2 本のファイバーを同時にテスト (duplex) することで、テスト速度を最大化します。これらの結果を合わせて、リンクで失われる光の総量を決定します。
業界標準では、特定のファイバー・アプリケーションにおける挿入損失の上限が、損失バジェットと長さの組み合わせとして規定されています。TIA568-3.D と ISO/IEC 14763-3 の両方で要求されているとおり、Tier 1 光ファイバー・テストの標準では、OLTS で測定された損失は、特定のアプリケーションの損失制限と比較され、合格したかどうか判断されます。基本的な光源とパワー・メーター (LSPM) も業界標準に従って損失を正確に測定しますが、テストを容易にする主要な OLTS 機能の一部が含まれていないことに注意してください。これらの機能には、duplex テスト、ハンズフリー双方向テスト、損失制限のプリロード、長さ測定、その他の高度な機能が含まれます。アプリケーションの制約は損失バジェットと最大長の組み合わせであるため、長さは特に重要です。フルーク・ネットワークス CertiFiber™ Pro などのモデルは、損失と長さの両方を測定し、アプリケーションのサポートを保証する明確な合格/不合格の結果を提供します。
 |
図 2: OLTS によって提供される結果は、光ファイバー（この例では 2 本のファイバー）と全体的な光損失 (dB) です。
本質的に不安定な低次モード（ファイバー・コアの近くを移動する光）と高次モード（クラッドの近くを移動する光）の両方を含むマルチモード光ファイバー・テストの場合、高次モードは本質的に不安定であるため、OLTS を使用する場合には規格で エンサークルド・フラックス (EF) 準拠光源の使用が義務付けられます。EF に適合した光源は、ケーブルに入射される光のモードを制御し、最終的に最も精密かつ正確で再現性のあるテスト結果を提供します。
また、OLTS でのテストでは、リンク両端の接続における挿入損失値を含めることで、実際のケーブル設備の使用状況により近い測定結果を得られるため、規格では 1 ジャンパー基準法の使用が推奨されています。1 ジャンパー法では、EF 準拠のランチ・コードが光源に接続される箇所から、パワー・メーターに接続される箇所までを基準として設定します。
対照的に、2 ジャンパー法では 2 本のジャンパー間の接続を基準として設定するため、最終的に損失測定に含まれるのは片端の接続のみとなり、総損失の一部しか反映されません。3 ジャンパー基準値法では、2 つのコネクターは参照されないため、テスト対象の両端の接続が損失には含まれなくなります。テスト機器でサポートされていないコネクター・タイプのテスト・リンクなど、一部のシナリオでは、2 ジャンパーまたは 3 ジャンパーの基準値が必要になります。（基準値の設定方法の詳細については、光ファイバー・テスト方法の解説ホワイトペーパーをご覧ください。）
挿入損失に加えて反射率をテストすべき理由
反射率は、100GBASE-DR、200GBASE-DR4、400GBASE-DR4 などの配線距離の短い新しいシングルモード・アプリケーションでますます重要になっています。シングルモード・ファイバー・アプリケーションでは、従来からマルチモードよりも損失バジェットが大きく、シングルモード（100GBASE-LR4）では 100 Gig で6.3 dB、一方、マルチモード（100GBASE-SR4）では 100 Gig でわずか1.9 dB です。これは、配線距離の短い新しいシングルモード・アプリケーションには該当しません。これらの新しいアプリケーションでは、挿入損失要件の低減に関する認識を高める必要があるだけでなく、制限は反射率にも依存するようになりました。
マルチモード・トランシーバーは反射に対して非常に高い耐性がありますが、シングルモード・トランシーバーはそれほど高くありません。実際、高出力シングルモード・レーザーでは、反射が多すぎるとトランシーバーが破壊される可能性があります。
配線距離の短い新しいシングルモード・アプリケーションの場合、IEEE は接続の数と反射率に基づいて挿入損失の制限を指定しています。以下の図 3 に示すように、反射率が -45～-55 dB の 4 つのコネクターが接続された 100GBASE-DR4 アプリケーションでは、挿入損失は 3.0 dBです（表では赤で強調表示されています）。しかし、反射率が -35～-45 dB のコネクターを 4 つ追加すると、挿入損失は 2.7 dB に低下します（表では黄色で強調表示されています）。特殊な OLTS は反射率を測定できますが、ほとんどの場合、正の数のリターン・ロスを測定します。OTDR は反射率を測定します。これは負の数であり、IEEE 標準で指定された値です。
 |
図 3: 配線距離の短い新しいシングルモード・アプリケーションの場合、IEEE は接続の数と反射率に基づいて挿入損失の制限を指定しています。
OTDR トレースの読み取り方法
OTDR は、光ファイバーの距離に対して反射光と後方散乱光をプロットすることでトレース結果を表示し、光ファイバー・リンクの反射イベントと非反射イベントの特性を評価します。
OTDR トレースには共通の特性がいくつかあります。
- ほとんどのトレースは、OTDR への接続で発生するフレネル反射の結果である初期入力パルスで開始されます。
- パルスに続いて表示される OTDR トレースは、下向きに傾いた線となり、ところどころで緩やかなシフトが見られます。値が徐々に低下する理由は、光がファイバーを移動する際に発生する挿入損失または後方散乱の減衰にあります。この低下は、トレースが上方向または下方向に逸脱することを表す急激なシフトによって中断される場合があります。通常、これらのシフトまたはポイントの欠陥は、コネクター、スプライス、または破損によって引き起こされます。
- ファイバーの遠端は、Y 軸方向のトレースの下降後に大きなスパイク（反射）で識別されます。
- 最後に、OTDR トレースの遠端での出力パルスは、技術的に存在しないイベントである「ゴースト」イベントと呼ばれる、光ファイバー端面の出力で発生する反射に起因します。
図 4 のトレース例では、Y 軸は電力レベル、X 軸は距離を表します。プロットを左から右に読むと、距離が長くなるにつれて損失が増加するため、後方散乱値は小さくなります。OTDR トレースの解釈は初心者ユーザーにとって難しく感じられるかもしれませんが、その必要はありません。高度な OTDR の中には、トレースを自動的に解析し、イベントの詳細なグラフィカルマップを提供する機種もあります（付録「OTDR イベント・マッピングとは？」を参照）。
 |
図 4: 典型的な OTDR トレース。長さ、光強度の緩やかな減少、そしてイベントが示されています。(A) OTDR コネクター：反射率が大きいため、最初のコネクターにおける損失を特定することはできません。この場合は、約 300 フィートの入射側試験用ファイバーを使用します。これにより、OTDR はテスト (B) でリンクの最初のコネクターの特性を評価できます。(C) は、2 つのコネクターが近すぎるため、OTDR がそれぞれの損失の特性を適切に評価していないことを示しています。(D) は反射のない損失イベントで、おそらく不良のスプライスまたは APC コネクターであることが考えられます。(E) は、反射により損失が発生した標準的な UPC コネクターを示しています。(F) は、コネクターの反射によって、後の信号が前の信号より強くなっていることを示しています（「ゲイナー」と呼ばれことがあります）。これは、後方散乱特性の異なる光ファイバー・タイプが接続されていることを示唆しています。(G) は、ファイバーの端部です。反射が強いと、コネクターの存在やその性能を特定することはできません。その場合は「テール」ファイバーを接続する必要があります。
OTDR を使用する場合、テスト方向によって個々のコネクターとスプライスの損失が変わるため、テストは双方向で実行されます。接続された 2 つの光ファイバーが同じタイプ（OM3、OM4 など）であっても、光ファイバーには多少の違いがあり、後方散乱係数が異なるため、接続点の前よりも後の方が光の反射量が大きくなることがあります。OTDR テストを一方向のみで実行すると、実際よりも小さい損失値、あるいは負の値（図 4 のイベント F に示される「ゲイナー」）として測定されることがあります。逆に、接続後に反射光が少ない方向でテストすると、実際よりも大きい損失値として測定されることがあります。このため、OTDR テストを双方向で実行する必要があります。損失の測定値を平均することで、より正確な結果を得ることができます。
双方向のテストを実行する際は、両方のテストに同じ配列を維持して精度を確保するために、入射側と出射側の試験用ファイバーをテストする光ファイバーから取り外さないことも重要です。フルーク・ネットワークス OptiFiber Pro™ のようなテスターは、duplex リンクの他端でループを使用し、2 つの読み取り値を自動的に平均して最終的な損失の測定値を提供することによって、一方の端から簡単に双方向テストを実行できます。
OTDR を使用するメリット
OTDR は、トラブルシューティング・ツールとして使われることがよくあります。実際、ケーブル設備が稼働した後に、性能問題を引き起こしているイベントの位置を特定する際に有用な手段となります。ただし、初期テストの段階で OTDR トレースを使用してリンク全体の特性を評価することは、技術者と顧客の双方に複数の利点をもたらし、OLTS では見逃される可能性のある問題を発見することができます。
OLTS は、業界規格で求められるように、リンク全体の総損失を最も正確かつ再現性の高い方法で算出しますが、合否の結果によって、対象アプリケーションにおける最大挿入損失の範囲内かどうかを判定します。しかし、OLTS では個々のイベント損失を確認することはできません。つまり、良好な接続の背後に不良な接続が隠れてしまう可能性があるのです。これは大きな問題になります。
光ファイバー・リンクには複数のコネクターやスプライスが含まれることがあり、しばしば異なる技術者が端末処理やスプライスを行います。そのスキルには差があり、品質にもばらつきが生じる場合があります。さらに、汚れたファイバー端面やマクロベンド、マイクロベンドといった不具合が、施工不良やその他の配線の要因によってリンク内に発生することもあります。OTDR による光ファイバーの特性評価を行うことで、これらの障害の位置を正確に特定し、配線の品質が現行および今後のアプリケーションの設計仕様を満たしていることを検証することが可能になります。また、ケーブル管理の不備や施工ミスによる想定外の損失イベントがないことも確認できます。OTDR を使用することで、技術者はリンク内にある特定の接続点の性能とその位置を把握できるため、空隙、不十分なファイバー・コアの位置合わせ、清掃不足、その他の施工中に起こり得る問題によって対処が必要となる疑わしい接続点を容易に特定できます。リンクは損失テストに合格しても、反射の問題によりネットワーク・トラフィックを伝送できない場合があり、その不具合を検出できるのは OTDR だけです。（詳細については、「配線距離の短いシングルモードで反射率を確認」をご覧ください。）
たとえば、一般的な要件として、スプライスに関連する損失を 0.3 dB 未満にし、コネクターに関連する損失をメーカーの仕様（通常 0.2 dB ～ 0.5 dB）未満にすることがあります。今日の挿入損失の要件は厳しく、エラーの余地が少ないため、光ファイバー・リンクにおける個々のイベントの位置と損失を特定することは、これまでになく重要になっています。不十分なケーブル管理、スプライスの劣化、ファイバー端面の汚れ、さらにはトランスミッターの劣化による電力損失により、総損失が時間経過とともに増大することを特に考慮する必要があります。
OTDR を使用して光ファイバー・リンクの特性を評価すると、リンク内の接続数も確認できます。これは、OLTS では取得できない情報です。これは、クロス接続やパッチされたリンクによって非常に多くの接続ポイントを含むリンクを識別する際に重要な情報です。このような場合は、エンドツーエンドのリンクが特定のアプリケーションの損失の上限を超えることがあります。
OLTS と OTDR がどのように連携するか
光ファイバーのテストに関して、OTDR を使用する場合でも OLTS は依然として必要なのでしょうか？はい。
アプリケーションの適合性を確保するために OLTS の使用が求められています。これは、OLTS が光ファイバーの総挿入損失を正確に測定できるためです。OTDR によって得られる総挿入損失の測定値は推定計算に基づくものであり、リンクが実際に稼働した際に発生する総損失を必ずしも正確に示すものではありません。特に規格で入射条件が正確に制御されるマルチモード・ファイバーの場合、OTDR テストでは OLTS ほど正確な結果や反復可能な結果を得ることはできません。
多くのリンクをテストまたはテスト稼働する場合、OLTS と OTDR の速度の違いが重要な問題になります。CertiFiber Pro などの高性能 OLTS は、2 つの波長で 3 秒以内に duplex リンクを測定します。OptiFiber Pro などの高速 OTDR でも、光ファイバーの特性の評価に少なくとも 12 秒かかります。OTDR を使用して正確な測定を行うには、光ファイバーを反対方向でテストする必要があります。OptiFiber Pro の SmartLoop™ 機能により、このテストは容易に実施できますが、入射側テスト・ファイバーの交換に 12 秒以上を要し、OLTS を使用したテストに比べて、少なくとも 10 倍の時間がかかります。
一方で、OLTS を使用してファイバー・リンクが合格した場合、OTDR は必要なのでしょうか？この質問に簡単に回答することはできません。
まず、個々のプロジェクトの仕様に従う必要があることを理解することが重要です。仕様に OTDR による特性評価（TIA 規格の Tier 2 テストと ISO/IEC 規格の拡張テスト）の要件がある場合は、OLTS 挿入損失テストとともに OTDR が必要になります。指定がない場合、OTDR テストは必須ではありませんが、配線距離の短い新しいシングルモード・アプリケーションにおいて特性を正確に評価し、反射率を計算するために、業界規格と専門家によって OTDR の使用が強く推奨されています。実際には、損失バジェットがこれまでになく厳しくなり、エラーが許容されなくなっているため、多くのネットワークの所有者や設計者は、総損失バジェットだけでなく、OTDR でのみ検証できる個々のスプライスとコネクターの損失バジェットも設定しています。
さらに、OTDR の特性評価は OLTS の挿入損失テストの前に実施することが推奨されます。OTDR によってスプライスやコネクタの数、位置、性能を把握できるため、ネットワーク稼働後ではなく、設置中や OLTS での最終的な挿入損失テスト前に問題を是正できます。
さらに、最終的な OLTS による挿入損失試験の結果は、適合性を確実に証明するために必須です。テストが失敗し、OTDR でトラブルシューティングする必要がある場合は、OLTS で再度テストする必要があります。両方のテスターを推奨どおりに使用する場合にも、テスト前の清掃と光ファイバー端面の点検は必ず必要です（「付録、ファイバーの清掃と検査の重要性」を参照）。
統合された OLTS および OTDR テスト結果の利点
OLTS と OTDR の両方を使うことで、完全なテスト実施できるだけでなく、包括的な記録によって技術者を保護することもできます。イベント・トレースと総損失測定によって、設置時のコンプライアンスを徹底することで、後に性能問題が発生した場合にも、技術者が適切な作業を行ったことを立証できます。
さらに、技術者と顧客は各リンクのトレース記録を確認することで、いつ、どこで、どんな問題が発生したかを正確に特定して、簡単にトラブルシューティングすることができます。たとえば、テスト時に取得したトレースを新しいトレースと比較することによって、新しいイベントの発生原因が不適切なケーブル管理であるのか、汚れによって時間の経過とともに接続点の損失が増加したのか、またはその他の設置後の問題であるのかを容易に確認できます。
OLTS と OTDR を選択する際に、テスト結果とレポートが分かりやすく表示される、使いやすいツールを選ぶ必要があります。また、両方のテスターの結果を統合して 1 つの試験レポートとしてまとめられることは、時間面と精度の両面で利点があります。これは、技術者が両方のテスターからの結果をアップロードできる試験管理・文書化サービスを通じて実現されます。OLTS と OTDR の両方の結果を統合し、包括的な記録を保持することで、顧客満足度の向上、技術者の保護、ケーブル設備稼働後の効率的なトラブルシューティングを実現できます。
OLTS と OTDR の試験は異なるものですが、きわめて重要な相互補完関係にあります。OLTS と OTDR 試験の違いや、それぞれが提供するメリットを理解することが重要であり、さらに両者が光ファイバー・テストにおいて相互に補完的な役割を果たしていることを認識することも重要です。OLTS と OTDR が相互に連携して統合レポートを作成できる設計となっているので、その有用性はさらに拡大します。
付録 ：ファイバーの清掃と検査の重要性
Tier 1 テストに OLTS のみを使用しているか、Tier 2 または拡張テストに OLTS と OTDR の両方を使用しているかにかかわらず、清掃と点検を工程に必ず含める必要があります。汚染された接続は、光ファイバー関連の不具合やテスト障害の最も大きな原因であり、ファイバーのコア上にわずか 1 粒の微粒子が存在するだけでも、損失や反射を引き起こす可能性があります。OTDR は汚れた接続点を検出しますが、設置前に端面の清掃と点検によって、テスト時間を短縮し、精度の低下を軽減できます。
新しい光ファイバーの端面であっても、工場で終端処理されたプラグやピグテールであっても、嵌合する前に必ずすべての端面を検査して清浄度を確認する必要があります。これには、テスト基準コード、ファイバーのジャンパー、事前に終端処理されたトランク・ケーブルの両端も含まれます。テスト機器で使用される交換可能なアダプターにも異物が溜まることがあるため、定期的に点検し、必要に応じて清掃する必要があります。一部のメーカーは最近、新たに工場で成端されたコネクターの清浄度の向上に成功しましたが、袋から取り出したばかりの新品であっても、必要に応じて端面のクリーニングと点検を実施することが推奨されます。光ファイバーの端面を保護するためのダスト・カバーも、汚れの大きな原因になることがあります。
点検の結果、清掃が必要な場合には、フルーク・ネットワークスの Quick Clean™ クリーナーのように、光ファイバー専用に設計された清掃ツールを使用することが重要です。オイルなどの落ちにくい汚れに対しては、（フルーク・ネットワークスの Fiber Optic Solvent Pen など）、端面の清掃用に特別に調合された溶剤を使用する必要があります。光ファイバー端面の清掃には、長年イソプロピル・アルコール (IPA) が使用されてきましたが、今日では表面張力の低い専用の溶剤が使用されており、異物を包み込んで除去し、汚れを溶かす能力がはるかに高くなっています。さらに、IPA は乾くと「輪」が残って減衰の原因になるだけでなく、取り除くことが非常に困難です。清掃の後、端面に溶剤が残らないようにしてください。
 |
 |
図 5: 端面の清掃では、残留物が残ることのある IPA（右）よりも専用の溶剤（左）の方がはるかに効果的です。
付録 ：OTDR イベント・マッピングとは
OTDR トレースで光ファイバー・リンクの特性をグラフィカル表示することで、OTDR を頻繁に使用するユーザーは、入射側試験用コード、コネクター、メカニカル・スプライス、融着接続、光ファイバーのミスマッチ、およびリンクの終端の反射イベントを確認することができます。また、リンク終端の後に見える小さな波形がゴーストであり、実際に問題となるイベントではありません。ただし、全員がトレース分析の専門家であることもなく、技術者が練習不足の場合もあります。
一部の高度な OTDR には、トレースを自動的に解釈して、コネクター、スプライス、および異常の場所を示すイベントの詳細なグラフィカル・マップを提供する高度に開発されたロジックが含まれます。このイベント・マップは、トレースの読み取りに慣れていないユーザーに最適で、技術者がトレース解釈スキルの向上に有効なトレーニング・ツールにもなります。たとえば、トレースにどの種類のイベントが表示されているのか確信が持てない場合でも、トレースとイベント・マップを切り替えて自分のスキルを試すことによって、表示されているイベントのタイプを正確に特定できます。
 |
 |
図 6: 屈曲は、右側のトレースに示されているように、より長い波長で損失が高くなる反射率の低下によって特性を評価します。高度な OTDR は、このようなイベントを認識し、解釈しやすい方法で表示します（左側）。
