PON 網(wǎng)絡(luò)分光器插入損耗快速計算經(jīng)驗公式

張維東

（中國電信股份有限公司重慶網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控維護中心，重慶 400042）

隨著“寬帶中國”及“光進銅退”戰(zhàn)略的實施，接入網(wǎng)從傳統(tǒng)的銅纜接入方式演變?yōu)楣饫w接入方式，由于光纖能夠提供極高的帶寬，它解決了銅線接入和無線接入都較難提供長距離、高帶寬的業(yè)務(wù)支持，應(yīng)該說光纖到戶（FTTH）是寬帶接入網(wǎng)的最理想手段，無源光網(wǎng)絡(luò)PON 技術(shù)是FTTH 的一種實現(xiàn)形式，為了在PON 網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)長距離的業(yè)務(wù)接入，需要控制光纖鏈路全程衰減，這就需要精確計算PON 網(wǎng)絡(luò)中光纖線路的損耗和各種光纖連接器件的插入損耗，通常除分光器外的光纖線路和光纖連接器的插入損耗均較好計算（一般取常用值），而分光器作為PON網(wǎng)絡(luò)中的一個核心光纖連接設(shè)備，它的插入損耗將隨其分光比不同而發(fā)生變化，并且其插入損耗典型值很難記憶，這就給實現(xiàn)運行維護中計算PON 網(wǎng)絡(luò)全程通路衰減值帶來很大困難，使維護人員很難通過儀表測試的光功率衰減值來準(zhǔn)確判斷分析光纖通路是否正常，給快速開通和修復(fù)業(yè)務(wù)帶來很大影響。作者通過多年探索研究分析，總結(jié)了一個快速計算PON 網(wǎng)絡(luò)分光器插入損耗典型值的經(jīng)驗公式，在實際維護工作在運用效果很好，對一線維護人員幫助很大。本文將對PON 網(wǎng)絡(luò)中分光器的插入損耗典型值如何快速計算進行分析。

1 FTTH 概述

FTTH（Fiber To The Home），顧名思義就是一根光纖直接到家庭。按照ITU-T 的定義，F(xiàn)TTH 就是光纖到達(dá)用戶家庭，并將光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）安裝在住家用戶或企業(yè)用戶處，用個光纖代替接入網(wǎng)的銅纜部分，在端局和住戶之間沒有銅線。FTTH 屬于接入網(wǎng)部分，是光纖接入網(wǎng)發(fā)展的一種最終形式。FTTH 的顯著技術(shù)特點是不但提供更大的帶寬，而且增強了網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)格式、速率、波長和協(xié)議的透明性，放寬了對環(huán)境條件和供電等要求，簡化了維護和安裝。對于住宅或者建筑物來講，F(xiàn)TTH 實現(xiàn)形式有兩種方式：一種是用光纖直接連接每個家庭或大樓；另一種是采用無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（PON），用分光器把光信號進行分支，一根光纖為多個用戶提供服務(wù)。

2 PON 網(wǎng)絡(luò)組成

無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)是一種點到多點的光纖接入技術(shù)，它由局端的OLT（光線路終端）、用戶側(cè)的ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）以及ODN（光分配網(wǎng)絡(luò)）組成。一般其下行采用TDM 廣播方式、上行采用TDMA（時分多址接入）方式，而且可以靈活地組成樹型、星型、總線型等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（典型結(jié)構(gòu)為樹形結(jié)構(gòu)）。所謂“無源”，是指ODN 中不含有任何有源電子器件及電子電源，全部由光分路器Splitter（分光器）、光纜線路、光交接設(shè)備等無源器件組成，因此其管理維護的成本較低。如圖1所示。

圖1 PON網(wǎng)絡(luò)組成示意圖

3 PON 網(wǎng)絡(luò)光纖通路衰減關(guān)鍵因素分析

為確保業(yè)務(wù)能正常開通，必須控制ODN 網(wǎng)絡(luò)全程光纖通路的總衰減在一定的范圍內(nèi)，如EPON 網(wǎng)絡(luò)中總衰減要求控制在28dB 以內(nèi)。PON 網(wǎng)絡(luò)中光纖通路ODN 的衰減與光纜線路總長度、活接頭數(shù)量、分光器插入衰耗、光纜線路富裕度、光纜模場衰耗等因素有關(guān)，其中光分路器是ODN 網(wǎng)絡(luò)中必須有的器件和最核心器件，分光器引入的插入損耗是ODN 最重要最關(guān)鍵的因素。光纖通路ODN 的總衰減計算公式如下：P=AF*L+IL+AC*N+AWDM*W+MC+β，公式中每個參數(shù)的含義及常用指標(biāo)值如表1所示。從表1中可以看出，除分光器插入損耗值IL 外的所有參數(shù)值都是日常工作中常用的參數(shù)值，比較容易記住和運用，但其中分光器插入損耗值IL：OLT-單個ONU 之間所有分光器插入損耗數(shù)值，它隨著分光比不同而發(fā)生變化并且數(shù)值沒有規(guī)律性很難記憶，這給計算PON 網(wǎng)絡(luò)全程鏈路的光纖衰減帶來不便，必將給快速開通業(yè)務(wù)和故障搶修帶來影響。由此得出結(jié)論：分光器的插入損耗是全程光纖通路ODN 總衰減中最關(guān)鍵因素，也是一個難記憶并且無規(guī)律的數(shù)值，如果能推算出一個公式用于快速計算分光器的插入損耗，就可以幫助維護人員快速診斷分析不同規(guī)格型號分光器的PON 網(wǎng)中各節(jié)點的光功率值，對快速恢復(fù)或開通業(yè)務(wù)將起到重要作用。

表1 PON網(wǎng)絡(luò)光纖通路插損計算公式參數(shù)

4 分光器損入損耗典型值公式推算

PON 網(wǎng)絡(luò)中的分光器一般均采用平均等分光信號，假如不考慮分光器分光過程的附加損耗值，比如1×2規(guī)格型號的分光器，它將1路輸入光信號P入平均等分成2路光信號輸出P出，根據(jù)半功率點計算公式10lg2=3dB，則每路輸出信號比輸入信號電平降低3dB，即1×2規(guī)格型號的分光器分光后的插入損耗粗略值為P入-P出=3dB=3*1dB。若分光器為1×4 規(guī)格型號，它將1 路輸入光信號P入平均等分成4 路光信號輸出P出，根據(jù)半功率點計算公式10lg4=6dB，每路輸出信號比輸入信號電平降低6dB，即1×4 規(guī)格型號的分光器分光后的插入損耗粗略值為P入-P出=6dB=3*2dB。若分光器為1×8規(guī)格型號，它將1路輸入光信號P入平均等分成8路光信號輸出P出，根據(jù)半功率點計算公式10lg8=9dB，每路輸出信號比輸入信號電平降低9dB，即1×8規(guī)格型號的分光器的插入損耗粗略值為P入-P出=9dB=3*3dB。依次類推，得出其它規(guī)格型號分光器的插入損耗粗略值，如下表2所示。在不考慮附加損耗的情況下，分光器分光后光功率損耗值，通過表2不難推斷出分光器插入損耗粗略公式：IL≈3*n（n 為分光比M 換算成的2的指數(shù)值：M=2n）。

表2 不考慮附加損耗的分光器分光后光功率損耗粗略值（dB）

通過表1與表2中分光器的插入損耗值IL 對比發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)運用中的分光器輸入端經(jīng)過平均分光后帶來光功率損耗的同時，還有一部份附加損耗，所以還須對分光器插入損耗粗略公式：IL≈3*n 進行數(shù)據(jù)修正，將附加的損耗體現(xiàn)在公式中。通過深入分析研究實際網(wǎng)絡(luò)運行的分光器插入損耗典型值，對分光器附加的插入損耗數(shù)據(jù)進行不斷總結(jié)提煉，尋找出其中的規(guī)律性，以便將附加損耗體現(xiàn)在公式，作者經(jīng)過長時間探索總結(jié)出附加損耗有如下公式：附加損耗≈0.3*（n+2），于是最后總結(jié)出了一個完整的包含附加損耗的分光器插入損耗經(jīng)驗公式：IL=3*n+0.3*（n+2）?，F(xiàn)以1×2的分光器為例進行推算說明，按照插入損耗粗略公式IL≈3*n 它的插入損耗為3*1=3dB（n=1），而通過表1 查閱得知實際1×2的分光器插入損耗典型值為3.9dB，兩者相差為3.9-3=0.9dB，數(shù)據(jù)0.9就是在分光損耗后的附加損耗，通過對數(shù)據(jù)0.9進行分析研究得出如下規(guī)律：0.9=0.3*3=0.3*（1+2），它符合附加損耗公式≈0.3*（n+2）=0.3*（1+2）=0.9，于是1×2（n=1）的分光器插入損耗典型值IL=3*n+0.3*（n+2）=3*1+0.3*（1+2）=3+0.9=3.9dB。同理可以計算出1×4（n=2）的分光器插入損耗典型值IL=3*n+0.3*（n+2）=3*2+0.3*（2+2）=6+1.2=7.2dB。依次類推，得出其它規(guī)格型號分光器的插入損耗典型值，如表3所示。

表3 考慮附加損耗的分光器分光后光功率損耗典型值（dB）

通過對表3的數(shù)據(jù)對比分析得出結(jié)論，用經(jīng)驗公式計算出的插入損耗值與實際測試出的插入損耗值基本相符合（除1×64規(guī)格型號分光器相差0.3外，其它全部相符），實際工作可借用此經(jīng)驗公式來快速和較準(zhǔn)確的計算各種規(guī)格型號分光器的插入損耗典型值，從而快速診斷分析PON 網(wǎng)絡(luò)全程鏈路中光纖通路的光信號衰減情況，給維護搶修和開通業(yè)務(wù)帶來極大方便。結(jié)論，PON網(wǎng)絡(luò)中分光器插入損耗典型值可用以下經(jīng)驗公式：IL=3*n+0.3*（n+2）（n 為分光比換算成2的指數(shù)形式，分光比M=2n）進行計算，即PON 網(wǎng)絡(luò)分光器插入損耗快速計算經(jīng)驗公式：IL=3*n+0.3*（n+2）（n 為分光比換算成2的指數(shù)形式，分光比M=2n）。

5 經(jīng)驗公式的應(yīng)用

（1）維護中快速計算分光器的插入損耗來診斷ODN 網(wǎng)絡(luò)障礙點。假如某小區(qū)已完成FTTH 覆蓋，其PON 網(wǎng)絡(luò)連接如圖2所示，一級分光器的分光比為1×4，二級分光器分光比為1×8，某二級分光器距離一級分光器的線路距離為300米。某用戶光網(wǎng)絡(luò)終端與某二級分光器的線路距離為50米，在一級分光器上聯(lián)所測絕對功率為1dBm?，F(xiàn)在就可以利用分光器插入損耗典型值經(jīng)驗公式：IL=3*n+0.3*（n+2）（n 為分光比換算成2 的指數(shù)形式，分光比M=2n）對BCDE 各點的光功率值快速進行計算，在與儀表測試的真實值進行比較分析，從而確定ODN 網(wǎng)絡(luò)的障礙點位置。圖2中一級分光器插入損耗帶入經(jīng)驗公式IL（一級）=3*n+0.3*（n+2）=3*2+0.3*（2+2）=6+1.2=7.2dB，則B 點光功率值=A-IL（一級）=1-7.2=-6.2dbm。假如光纖線路衰減系數(shù)為0.4dB/km，則C 點的光功率值=-6.2-0.3*0.4=-6.2-0.12=-6.32dbm。同樣二級分光器插入損耗帶入經(jīng)驗公式IL（二級）=3*n+0.3*（n+2）=3*3+0.3*（3+2）=9+1.5=10.5dB，則D 點光功率值=C-IL（二級）= -6.32-10.5=-16.82dbm，E 點光功率值=-16.82-0.4*0.03=-16.82-0.012=-16.832dbm，通過這些計算數(shù)值與儀表測試值比較，若有偏差則說明此處前的分光器或光纖線路有故障，這給快速診斷障礙帶來極大方便。為此可得出結(jié)論：通過經(jīng)驗公式在網(wǎng)絡(luò)維護中可快速計算分光器的插入損耗來診斷ODN 網(wǎng)絡(luò)障礙點，分析判斷分光器或光纖線路的故障問題。

圖2 PON網(wǎng)絡(luò)連接示意圖

（2）建設(shè)中快速規(guī)劃PON 網(wǎng)絡(luò)中分光器的規(guī)格型號（分光比）。在一個新建的PON 網(wǎng)絡(luò)中要能端到端開通業(yè)務(wù)，必須確保OLT 和ONU 設(shè)備間的光信號通過ODN 傳輸后其光功率達(dá)到設(shè)備要求，這就要求將ODN 網(wǎng)絡(luò)全程光纖通路的總衰減控制在一定的范圍內(nèi)，如EPON 網(wǎng)絡(luò)中全程光纖通路總衰減要求控制在28dB 以內(nèi)，這時規(guī)劃一個合理的分光器規(guī)格型號（分光比）是非常重要的。假如現(xiàn)有一個EPON 網(wǎng)絡(luò)覆蓋半徑為5KM（光纖線路衰減系數(shù)0.4dB/km），中間有8光活動連接器跳接點（單個活動連接器的損耗0.5dB/個），此兩項引入的損耗為5*0.4+8*0.5=6dB，在EPON 網(wǎng)絡(luò)中總衰減要求控制在28dB 以內(nèi)，要求規(guī)劃一個合理的分光器規(guī)格型號（分光比）。這時可以粗略計算ODN 網(wǎng)絡(luò)中留給分光器的損耗功率為28-6=22dB，代入分光器插入損耗典型值經(jīng)驗公式：IL=3*n+0.3*（n+2）（n 為分光比換算成2的指數(shù)形式，分光比M=2n），得出3*n+0.3*（n+2）≤22，反推出n≤5，進而確定出分光器的分光比M=2n=25=64 及以下較合適，根據(jù)經(jīng)濟適用的原則，最終確定此PON 網(wǎng)絡(luò)中分光器的規(guī)格型號為1×64。為此可得出結(jié)論：通過經(jīng)驗公式可快速規(guī)劃PON 網(wǎng)絡(luò)中分光器的規(guī)格型號。

6 結(jié)束語

在PON 網(wǎng)絡(luò)維護中分光器插入損耗典型值用經(jīng)驗公式：IL=3*n+0.3*（n+2）（n 為分光比換算成2 的指數(shù)形式，分光比M=2n）進行計算，可方便維護人員記憶，省去了查資料的時間或死記硬背各種規(guī)格型號分光器插入損耗數(shù)值的困難，同時通過公式計算也確保了分光器插入損耗數(shù)據(jù)運用的準(zhǔn)確性，對PON 網(wǎng)絡(luò)全程光纖通路衰減計算將起到關(guān)鍵作用，也便于對PON 網(wǎng)絡(luò)全程鏈路光纖通路光信號衰減情況進行準(zhǔn)確診斷分析，從而快速開通和恢復(fù)業(yè)務(wù)。此外經(jīng)驗公式的應(yīng)用對于規(guī)劃和分析判斷PON 網(wǎng)絡(luò)中分光器的規(guī)格型號也將起到重要作用。