在FTTH等宽带光纤接入工程设计中,需根据应用系统的相应波长计算ODN光纤链路的全程衰减,一方面验证是否满足系统的光功率预算指标要求,另一方面作为工程验收的参考指标。
ODN光纤链路的全程衰减是指从OLT至ONU的光纤链路中,S/R与R/S参考点间的衰减,常见的ODN光纤链路衰减参考模型如图1所示,通常包括:光纤及固定连接衰减Af、光分路器插损As、活动连接插损Ac和附加损耗Aa。
图1 ODN光纤链路衰减参考模型
设计中,ODN光纤链路衰减的计算应采用最坏值计算法,即相关指标采用标准、规范或招标文件中的技术指标,而不采用实际的典型指标(一线厂商相应产品指标的平均值)。例如,相关标准中,活动连接的衰耗指标为0.5dB/个(同型号任意两个连接器互联),一线厂商的产品典型指标一般不超过0.25dB/个,计算时应按0.5dB/个记取。
光纤及固定连接衰减Af包括光纤衰减和固定连接衰减。
光纤衰减 = 光纤衰减系数(dB/km) × 光纤长度(km)。光纤衰减系数与系统使用的波长相关,在GPON和XG-PON的在上、下行波长处光纤的衰减系数典型值如图2所示。
图2 光纤在不同波长的衰减系数
固定连接是相对活动连接而言的,包括冷接和熔接。冷接主要用在蝶形光缆的现场成端处,如图3所示。现场成端稳定性较差,随着便携式熔接机的普及,已逐渐被熔接成端方式取代。
图3 蝶形光缆的成端方式
光纤固定连接的平均衰耗指标见表1。
表1 光纤固定连接衰耗
接续方式 |
衰耗(dB /个) |
|
单芯 |
光纤带 |
|
熔接 |
0.06 |
0.12 |
冷接 |
0.10 |
- |
在ODN中,通常很难知道全程光纤链路中包含多少个光纤接头,而且光纤熔接的衰耗在全程光纤链路衰减中占比也非常小,所以,在计算时往往将光纤的衰减和熔接的衰耗合并在一起简化计算。每公里光纤及熔接衰减的参考值如表2所示,当链路中既有单芯接头又有光纤带接头时,取单芯接续和光纤带接续的平均值。
表2 每公里光纤及熔接衰减
系统波长(nm) |
光纤及熔接衰减(dB/km) |
|
单芯接续 |
光纤带接续 |
|
1270 |
0.43 |
0.45 |
1310 |
0.38 |
0.40 |
1490 |
0.26 |
0.28 |
1550/1577 |
0.24 |
0.26 |
光纤及固定连接衰减Af可按表2的参考值乘以光纤链路的长度进行计算,链路中包含冷接时,可按0.1dB/个单独计算冷接衰耗。
ODN中主要采用等比分光。根据连接方式的不同,等比分光的分路器主要分成盒式和插片式两种类型,如图4所示。盒式分路器主要使用在光缆交接箱,插片式分路器主要使用在光缆分纤箱。
图4 等比分光的光分路器
分路器的分路比每增加1级,插损约增加3dB。同样分路比的分路器,插片式的插损比盒式约大0.2dB,如表3 所示。
表3 等比分光的光分路器插损
光分路器规格 |
插入损耗(dB) |
|
盒式 |
插片式 |
|
1×2 |
4.2 |
4.4 |
1×4 |
7.8 |
8.0 |
1×8 |
10.9 |
11.1 |
1×16 |
13.9 |
14.1 |
1×32 |
17.2 |
17.4 |
1×64 |
20.9 |
21.2 |
但在FTTR、农村、楼宇内等场景,不等比分光的应用也越来越多。图5为某楼宇场景下一种不等比分光的ODN光纤链路衰减参考模型。
图5 一种不等比分光的ODN光纤链路
不等比光分路器型号主要为1×5和1×9。1×5分路器包括1个级联端口和4个支路端口,1×9分路器包括1个级联端口和8个支路端口。1×5和1×9分路器的插损参考值见表4。
表4 不等比光分路器插损
光分路器规格 |
插入损耗(dB) |
|
级联口 |
支路口 |
|
1×5 |
1.8 |
15.7 |
1×9 |
2.4 |
16.3 |
ODN光纤链路中,ODF、主干光交、光分路器处通常采用活动连接。活动连接的插损按0.5dB/个计算。全新的活动连接器插损一般不超过0.25dB/个,但随着使用时间的增加,由于端面污染等原因,插损会有一定的增加,按0.5dB/个计算并不会产生太多的链路衰减富余。
OLT、ONU与ODN也采用活动连接,但该活动连接不包含在S/R与R/S参考点间,不属于ODN光纤链路。
通常每个光分路器与光纤链路有2个活动连接,但根据YD 2000.1-2014中分路器插损的测试原理,如图6所示,光分路器的插损值已经包含了1个活动连接的插损,所以,计算时Ac时每个分路器的活动连接数量只需计1个。
图6 分路器插损的测试原理图
在ODN中,由于施工和装维的不规范,以及在入户段光缆中采用G.652尾纤成端,往往导致ODN链路产生较大的宏弯损耗(见《光纤弯曲半径不足对ODN链路衰耗的影响》和《常用G.657与G.652光纤的抗弯曲性能差距有多大》一文)。例如,某市部分入户光缆的下行衰减测试结果如图7所示(图中每个点代表了不同的用户),其中XG-PON用户平均高达2.85dB,GPON用户平均也达到1.98dB。
图7 入户段光缆下行衰减
尽管额外的宏弯损耗主要是不规范施工和不规范装维导致的,但运营商很难采取有效措施去解决这一问题,所以,ODN中宏弯损耗引起的附加损耗会长期存在。附加损耗Aa可参考表5取定。
表5 附加损耗Aa参考值
系统中心波长 |
附加损耗Aa |
1270 |
0 |
1310 |
0 |
1490 |
1.0 |
1577 |
2.0 |
ODN光纤链路的附加损耗主要发生在入户段,当ODN光纤链路不含入户段光缆线路时,不应记取附加损耗。
根据以上所述的计算方法及相关参考指标,可计算如图1的等比分光和图5的不等比分光ODN光纤链路全程衰减。当ODN链路长5.0km、总分路比为1:64时,GPON下行ODN链路全程衰减的计算如表6所示。
表6 ODN链路全程衰减计算示例
项目 |
计算方法 |
计算结果(dB) |
||
等比 |
不等比 |
|||
Af |
0.26dB/km×5.0km |
1.3 |
1.2 |
|
As |
等比 |
10.9 + 11.1 |
22.0 |
|
不等比 |
4.2+2.4×2+16.3 |
25.3 |
||
Ac |
等比 |
0.5×6 |
3.0 |
|
不等比 |
0.5×4 |
2 |
||
Aa |
1.0 |
1.0 |
||
链路全程衰减 |
27.3 |
29.5 |
这里需要注意的是,采用不等比分光时,由于不等比分路器的支路口插损要大于相同支路数等比分路器5.0dB以上,计算ODN全程链路衰减时,R/S点通常取在链路远端最后一级不等比分路器接入的ONU处。
由于ODN光纤链路衰减的计算采用了最坏值计算法,所以,计算结果要比实测值略大。竣工测试时,若光纤链路衰减实测值比计算结果大,应判为不合格。
参考文献
[1] GB/T 51380-2019 宽带光纤接入工程技术规范
[2] T/DZJN 63-2021 建筑室内全光网络系统工程技术标准
[3] GB/T 13993.4-2014 通信光缆 第4 部分:接入网用室外光缆
[4] YD 2000.1-2014 平面光波导集成光路器件 第1部分:基于平面光波导(PLC)的光功率分路器
图/文:老丁头; 审阅:黄文志 杨珩
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