PON 網絡分光器插入損耗快速計算經驗公式

張維東

（中國電信股份有限公司重慶網絡監控維護中心，重慶 400042）

隨著“寬帶中國”及“光進銅退”戰略的實施，接入網從傳統的銅纜接入方式演變為光纖接入方式，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、高帶寬的業務支持，應該說光纖到戶（FTTH）是寬帶接入網的最理想手段，無源光網絡PON 技術是FTTH 的一種實現形式，為了在PON 網絡中實現長距離的業務接入，需要控制光纖鏈路全程衰減，這就需要精確計算PON 網絡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網絡中的一個核心光纖連接設備，它的插入損耗將隨其分光比不同而發生變化，并且其插入損耗典型值很難記憶，這就給實現運行維護中計算PON 網絡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確判斷分析光纖通路是否正常，給快速開通和修復業務帶來很大影響。作者通過多年探索研究分析，總結了一個快速計算PON 網絡分光器插入損耗典型值的經驗公式，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 網絡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，FTTH 就是光纖到達用戶家庭，并將光網絡單元（ONU）安裝在住家用戶或企業用戶處，用個光纖代替接入網的銅纜部分，在端局和住戶之間沒有銅線。FTTH 屬于接入網部分，是光纖接入網發展的一種最終形式。FTTH 的顯著技術特點是不但提供更大的帶寬，而且增強了網絡對數據格式、速率、波長和協議的透明性，放寬了對環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，FTTH 實現形式有兩種方式：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絡技術（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。

2 PON 網絡組成

無源光網絡（PON）技術是一種點到多點的光纖接入技術，它由局端的OLT（光線路終端）、用戶側的ONU（光網絡單元）以及ODN（光分配網絡）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、總線型等拓撲結構（典型結構為樹形結構）。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網絡組成示意圖

3 PON 網絡光纖通路衰減關鍵因素分析

為確保業務能正常開通，必須控制ODN 網絡全程光纖通路的總衰減在一定的范圍內，如EPON 網絡中總衰減要求控制在28dB 以內。PON 網絡中光纖通路ODN 的衰減與光纜線路總長度、活接頭數量、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，其中光分路器是ODN 網絡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，公式中每個參數的含義及常用指標值如表1所示。從表1中可以看出，除分光器插入損耗值IL 外的所有參數值都是日常工作中常用的參數值，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值，它隨著分光比不同而發生變化并且數值沒有規律性很難記憶，這給計算PON 網絡全程鏈路的光纖衰減帶來不便，必將給快速開通業務和故障搶修帶來影響。由此得出結論：分光器的插入損耗是全程光纖通路ODN 總衰減中最關鍵因素，也是一個難記憶并且無規律的數值，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格型號分光器的PON 網中各節點的光功率值，對快速恢復或開通業務將起到重要作用。

表1 PON網絡光纖通路插損計算公式參數

4 分光器損入損耗典型值公式推算

PON 網絡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 對比發現，實現運用中的分光器輸入端經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 進行數據修正，將附加的損耗體現在公式中。通過深入分析研究實際網絡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據進行不斷總結提煉，尋找出其中的規律性，以便將附加損耗體現在公式，作者經過長時間探索總結出附加損耗有如下公式：附加損耗≈0.3*（n+2），于是最后總結出了一個完整的包含附加損耗的分光器插入損耗經驗公式：IL=3*n+0.3*（n+2）?，F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，數據0.9就是在分光損耗后的附加損耗，通過對數據0.9進行分析研究得出如下規律：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的數據對比分析得出結論，用經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驗公式來快速和較準確的計算各種規格型號分光器的插入損耗典型值，從而快速診斷分析PON 網絡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務帶來極大方便。結論，PON網絡中分光器插入損耗典型值可用以下經驗公式：IL=3*n+0.3*（n+2）（n 為分光比換算成2的指數形式，分光比M=2n）進行計算，即PON 網絡分光器插入損耗快速計算經驗公式：IL=3*n+0.3*（n+2）（n 為分光比換算成2的指數形式，分光比M=2n）。

5 經驗公式的應用

（1）維護中快速計算分光器的插入損耗來診斷ODN 網絡障礙點。假如某小區已完成FTTH 覆蓋，其PON 網絡連接如圖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。某用戶光網絡終端與某二級分光器的線路距離為50米，在一級分光器上聯所測絕對功率為1dBm?，F在就可以利用分光器插入損耗典型值經驗公式：IL=3*n+0.3*（n+2）（n 為分光比換算成2 的指數形式，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 網絡的障礙點位置。圖2中一級分光器插入損耗帶入經驗公式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。為此可得出結論：通過經驗公式在網絡維護中可快速計算分光器的插入損耗來診斷ODN 網絡障礙點，分析判斷分光器或光纖線路的故障問題。

圖2 PON網絡連接示意圖

（2）建設中快速規劃PON 網絡中分光器的規格型號（分光比）。在一個新建的PON 網絡中要能端到端開通業務，必須確保OLT 和ONU 設備間的光信號通過ODN 傳輸后其光功率達到設備要求，這就要求將ODN 網絡全程光纖通路的總衰減控制在一定的范圍內，如EPON 網絡中全程光纖通路總衰減要求控制在28dB 以內，這時規劃一個合理的分光器規格型號（分光比）是非常重要的。假如現有一個EPON 網絡覆蓋半徑為5KM（光纖線路衰減系數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 網絡中總衰減要求控制在28dB 以內，要求規劃一個合理的分光器規格型號（分光比）。這時可以粗略計算ODN 網絡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驗公式：IL=3*n+0.3*（n+2）（n 為分光比換算成2的指數形式，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，根據經濟適用的原則，最終確定此PON 網絡中分光器的規格型號為1×64。為此可得出結論：通過經驗公式可快速規劃PON 網絡中分光器的規格型號。

6 結束語

在PON 網絡維護中分光器插入損耗典型值用經驗公式：IL=3*n+0.3*（n+2）（n 為分光比換算成2 的指數形式，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格型號分光器插入損耗數值的困難，同時通過公式計算也確保了分光器插入損耗數據運用的準確性，對PON 網絡全程光纖通路衰減計算將起到關鍵作用，也便于對PON 網絡全程鏈路光纖通路光信號衰減情況進行準確診斷分析，從而快速開通和恢復業務。此外經驗公式的應用對于規劃和分析判斷PON 網絡中分光器的規格型號也將起到重要作用。