石穎博 趙淳

摘要：隨著國(guó)家“寬帶中國(guó)”“提速降費(fèi)”戰(zhàn)略的實(shí)施，以及“VR”“AR”“4K”等技術(shù)的發(fā)展，用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)需求不斷增強(qiáng)，寬帶需求已逐步開(kāi)始從百兆向千兆跨越，現(xiàn)有的GPON也開(kāi)始升級(jí)為XGPON。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中，XGPON和GPON網(wǎng)絡(luò)鏈路衰耗的測(cè)算和設(shè)計(jì)，成為網(wǎng)絡(luò)能否順利開(kāi)通的關(guān)鍵。特別是作為近年來(lái)新興技術(shù)的XGPON，網(wǎng)絡(luò)鏈路衰耗的測(cè)算給施工和后期運(yùn)維帶來(lái)了新的難題。文章網(wǎng)絡(luò)鏈路衰耗入手，通過(guò)對(duì)光鏈路參考模型的分析，得出適用于XGPON和GPON網(wǎng)絡(luò)光鏈路衰耗指標(biāo)的設(shè)計(jì)模型。

關(guān)鍵詞：XGPON；鏈路衰耗；運(yùn)維；模型

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）07-0092-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0 引言

近年來(lái)隨著國(guó)家“寬帶中國(guó)”“互聯(lián)網(wǎng)+”“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”等戰(zhàn)略的相繼提出，給運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇。同時(shí)隨著用戶(hù)對(duì)“短視頻”“手游”等業(yè)務(wù)的追捧，帶寬需求迅速增長(zhǎng)。現(xiàn)有的寬帶網(wǎng)絡(luò)已無(wú)法滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)流量需求，GPON網(wǎng)絡(luò)升級(jí)建設(shè)已成為主流，而針對(duì)高價(jià)值客戶(hù)的XGPON網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也如火如荼地展開(kāi)。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中，參照傳統(tǒng)光纖鏈路衰減指標(biāo)設(shè)計(jì)的參考模型，針對(duì)鏈路衰耗的計(jì)算描述一直比較模糊[1]。本文在光鏈路衰減參考模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體工程實(shí)踐，得出XGPON和GPON網(wǎng)絡(luò)的光鏈路衰耗設(shè)計(jì)模型，從而可以幫助設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)、簡(jiǎn)單快捷地計(jì)算出鏈路衰耗，實(shí)現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

1 光纖鏈路衰減指標(biāo)設(shè)計(jì)的參考模型

光纖鏈路衰減指標(biāo)是指光信號(hào)通過(guò)光纖傳輸后，光能量的衰減程度。通常以分貝（dB） 為單位表示，它是一項(xiàng)非常重要的光纖通信參數(shù)。光纖鏈路衰減指標(biāo)的測(cè)量通常包括兩個(gè)主要步驟：

1） 測(cè)量光纖衰減系數(shù)：通過(guò)測(cè)量不同波長(zhǎng)的光信號(hào)在光纖中傳輸后的衰減程度，可以得出光纖的衰減系數(shù)。對(duì)于不同類(lèi)型的光纖，例如室內(nèi)單模、室外單模等，衰減系數(shù)會(huì)有所不同。

2）計(jì)算光纖鏈路衰減：光纖鏈路衰減可以通過(guò)將光纖長(zhǎng)度、連接器數(shù)量和熔接點(diǎn)數(shù)量等因素考慮到衰減系數(shù)的測(cè)量中來(lái)計(jì)算。它涉及光纜衰減、連接器衰減和熔接衰減這三個(gè)部分。

光纖鏈路衰減指標(biāo)的限制會(huì)影響光纖通信系統(tǒng)的傳輸距離和可靠性。因此，在設(shè)計(jì)和維護(hù)光纖通信系統(tǒng)時(shí)，需要充分考慮光纖鏈路衰減指標(biāo)的測(cè)量和控制。

根據(jù)GB 51158 -2015 《通信線(xiàn)路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，光纖鏈路衰減指標(biāo)設(shè)計(jì)參考模型，如圖1所示[2]。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，光纖鏈路的衰減數(shù)據(jù)指標(biāo)不得大于下列計(jì)算值。

[光纖鏈路衰減=i=1nLi×Af+X×A熔+Y×AC+i=1mI分+Z×A冷]（dB）

式中：[i=1nLi]—表示光鏈路中各區(qū)間光纖長(zhǎng)度的總和（千米）；

[Af]—表示設(shè)計(jì)中選擇的光纖和材料供應(yīng)者提出的實(shí)際光纖衰減系數(shù)（dB/km） ；

[X]—表示光鏈路內(nèi)光纖融合的數(shù)量（包括尾纖熔接接頭的數(shù)量）；

[A熔]—表示設(shè)計(jì)上定義的光纖熔接接頭的平均衰減規(guī)格（db/個(gè)）；

[Y]—表示光鏈路中的活動(dòng)接頭數(shù)量；

[AC]—表示設(shè)計(jì)中規(guī)定的活動(dòng)連接器衰耗指標(biāo)（dB/個(gè)）；

[i=1mI分]—表示光鏈路中m個(gè)光分路器的總插損（dB） ；

[Z]—表示光鏈中機(jī)械式光纖冷卻連接的個(gè)數(shù)；

[A冷]—表示設(shè)計(jì)上規(guī)定的冷連接器的連接衰減系數(shù)（db/個(gè)）；

從OLT到ONU/ONT的全光纖鏈路衰耗指標(biāo)，在設(shè)計(jì)階段根據(jù)光纖鏈路的實(shí)際構(gòu)成，并結(jié)合設(shè)計(jì)中選擇的各種部件的性能指標(biāo)，計(jì)算出工程實(shí)施中的具體指標(biāo)要求事項(xiàng)。

1.1 XGPON和GPON網(wǎng)絡(luò)光鏈路衰耗指標(biāo)的設(shè)計(jì)模型

根據(jù)具體的工程實(shí)踐，我們對(duì)光纖接入網(wǎng)光纜線(xiàn)路光纖鏈路衰減指標(biāo)設(shè)計(jì)的參考模型進(jìn)行演變，使其更加適合XGPON和GPON網(wǎng)絡(luò)需求。

[光纖鏈路衰減=i=1nLi×Af+X×A熔+Y×A冷+i=1mI分+β+N×Ac]（dB）

式中：[i=1nLi]—表示OLT和ONU/ONT之間光纜的總長(zhǎng)度（公里）；

[Af]—表示設(shè)計(jì)中所規(guī)定光纖（不含接頭）的衰減系數(shù)（dB/km） ；

[X]—表示OLT與ONU/ONT之間的光纖鏈路中的光纖熔接（含尾纖熔接）接頭的數(shù)量（個(gè)）；

[A熔]—表示設(shè)計(jì)中規(guī)定的光纖焊接接頭的平均衰減指標(biāo)（dB/個(gè)）；

[Y]—表示OLT與ONU/ONT之間的光纖鏈路內(nèi)的光纖冷卻連接（含現(xiàn)場(chǎng)組裝預(yù)埋的光纖式連接器的成端接頭）的接頭數(shù)量（個(gè)）；

[A冷]—表示設(shè)計(jì)上規(guī)定的冷連接器的連接衰減系數(shù)（dB/個(gè)）；

[i=1mI分]—表示OLT與單獨(dú)ONU/ONT之間的光鏈路內(nèi)所有光分路器的插損總和（dB） ；

[β]—表示維護(hù)余量（dB） ；

[A冷]—表示設(shè)計(jì)中所規(guī)定的冷接子的接頭衰耗系數(shù)（dB/個(gè)）；

[N]—表示OLT與單獨(dú)ONU/ONT之間的光鏈路中活動(dòng)連接器的數(shù)量（個(gè)）；

[AC]—表示設(shè)計(jì)中所規(guī)定的活動(dòng)連接器的衰耗指標(biāo)（dB/個(gè)）。

1.2 XGPON和GPON網(wǎng)絡(luò)光鏈路衰耗指標(biāo)的設(shè)計(jì)模型中相關(guān)技術(shù)參數(shù)

1） 光分路器插入損耗

光分路器的插入損耗是指光分路器某一輸出端的輸出功率比光分路器輸入端的輸入功率降低了多少。在光通信和光纖傳輸中，插入損耗是評(píng)估光分路器性能的重要指標(biāo)之一。根據(jù)YD/T 1117-2001《全光纖型分支器件技術(shù)條件》，工程中常用光分路器插入損耗，如表1所示[3]。

2） 光纜光纖損耗

光纖損耗也被稱(chēng)為光的衰減，是指光纖發(fā)射端和接收端之間的光損耗量。光纖損耗大致分為以下幾類(lèi)：光纖的吸收損耗；光線(xiàn)的散射損耗；光纖結(jié)構(gòu)的不規(guī)則損耗和光纖的彎曲損耗。在光纖通信系統(tǒng)中，光纖損耗是影響傳輸質(zhì)量和距離的關(guān)鍵因素。常見(jiàn)的光纖損耗產(chǎn)生原因包括光纖材料對(duì)光能的吸收、散射、彎曲以及連接器損耗等。要實(shí)現(xiàn)光纖的通信，其中一個(gè)很重要的問(wèn)題就是盡可能地把損耗降到最低?？梢酝ㄟ^(guò)選用高質(zhì)量的光纖連接器、選用光纖熔接或其他技術(shù)手法來(lái)有效降低光纖損耗。

根據(jù)電信工業(yè)聯(lián)盟（TIA） 和電子工業(yè)聯(lián)盟（EIA） 攜手制定了EIA/TIA標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了光纜、連接器的性能和傳輸要求，以網(wǎng)絡(luò)中常用的G.652光纖為例，其固有損耗，如表2所示。

3） 設(shè)備連接器損耗

設(shè)備連接器損耗通常是由于多種因素導(dǎo)致的，包括以下幾個(gè)方面：連接器本身的質(zhì)量問(wèn)題或損壞。例如，連接器內(nèi)部金屬接觸不良、彈簧老化、表面氧化等，這些都會(huì)導(dǎo)致連接器性能下降；連接器的安裝方式不正確。例如，安裝時(shí)使用了過(guò)大的扭力或連接器未對(duì)齊，這可能會(huì)導(dǎo)致連接器的金屬接觸部位變形，從而增加損耗；設(shè)備線(xiàn)路布局過(guò)長(zhǎng)或者連接器數(shù)量過(guò)多，可能會(huì)因信號(hào)衰減和干擾而產(chǎn)生損耗。

根據(jù)EIA/TIA標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備連接器插入損耗，如表3所示。

4） 光纜接續(xù)和成端的接頭損耗

光纜接續(xù)和成端的接頭損耗主要由以下原因?qū)е拢翰涣嫉娜劢訔l件和熱縮管的質(zhì)量問(wèn)題。如果熱熔保護(hù)管在熱熔后出現(xiàn)扭曲、氣泡，或者熱縮管不干凈、有灰塵或沙礫，都會(huì)在對(duì)接續(xù)點(diǎn)造成損傷，導(dǎo)致?lián)p耗增大；不規(guī)范的施工流程和環(huán)境。例如，在直埋光纜的直接施工中，如果光纜的深度不夠，或者受到擠壓破損，或光纜的路徑選擇錯(cuò)了，考慮到環(huán)境和地形的變化，光纜是外力作用的范圍超過(guò)容限，就會(huì)對(duì)光纜損耗造成影響。在架空光纜的施工中，如果架空高度不當(dāng)、受到環(huán)境和氣候影響，也會(huì)引起損耗；光纖接頭位置錯(cuò)動(dòng)。假如在熔接過(guò)程中，接頭的損耗符合要求，但是在后期的測(cè)試中，也往往會(huì)發(fā)現(xiàn)接頭處損耗測(cè)量值過(guò)大，這通常是由于光纖折疊位置錯(cuò)位所致。此時(shí)需要重新盤(pán)繞光纖余長(zhǎng)，或者重新熔接。為了避免這種現(xiàn)象，在光纜熔接和成端的過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格遵守相應(yīng)的接續(xù)工藝流程，保證光纖接頭位置的準(zhǔn)確性，同時(shí)使用不干膠帶將光纖接頭和光纖余長(zhǎng)固定在余纖盤(pán)上，防止光纖因過(guò)分扭曲而受損。在施工過(guò)程中應(yīng)確保光纜外護(hù)層不受損傷，避免進(jìn)水導(dǎo)致氫損。

根據(jù)EIA/TIA標(biāo)準(zhǔn)，以網(wǎng)絡(luò)中常用的G.652光纖為例，其熔接和冷接方式接頭損耗如表4所示。

5） 線(xiàn)路維護(hù)余量取值

線(xiàn)路維護(hù)余量（即光纖余量）的取值主要取決于以下因素：維護(hù)方式對(duì)光纖余量的需求有著重要影響。例如，在某些維護(hù)方式下，當(dāng)光纖斷裂或故障時(shí)，需要重新鋪設(shè)整條線(xiàn)路的光纖，因此需要保留更多的光纖余量。而在另一些維護(hù)方式下，只需要替換故障部分的光纖，因此對(duì)光纖余量的需求相對(duì)較少；光纖的鋪設(shè)方式對(duì)光纖余量的需求也有影響。此時(shí)需要保留更多的光纖余量；自然環(huán)境對(duì)光纖余量的需求也有影響。例如，在架空光纜的鋪設(shè)中，如果架空高度不當(dāng)、受到環(huán)境和氣候影響，會(huì)使光纜受到損耗。此時(shí)需要保留更多的光纖余量。

線(xiàn)路維護(hù)余量的取值應(yīng)當(dāng)綜合考慮以上多種因素。一般而言，維護(hù)余量以5 km為1檔，取值如表5所示。

2 XGPON和GPON網(wǎng)絡(luò)損耗量計(jì)算

從機(jī)房側(cè)OLT的R/S節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，到二級(jí)分光后客戶(hù)端ONT的S/R節(jié)點(diǎn)，ODN網(wǎng)絡(luò)的損耗常數(shù)如表6所示[4]。

XGPON和GPON網(wǎng)絡(luò)最大通道允許插入損耗值如表7所示。

ODN網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)損失是指光纖傳輸?shù)膿p失與活動(dòng)接頭的損失之和，不同光模塊類(lèi)型允許的動(dòng)態(tài)損耗值如表8所示。

假設(shè)采用GPON技術(shù)，用戶(hù)側(cè)與OLT設(shè)備間光纜距離為5.2km，光纜光纖固有損耗0.34dB/km，中間共有4個(gè)跳纖點(diǎn)，其允許動(dòng)態(tài)損耗計(jì)算過(guò)程如下：

允許動(dòng)態(tài)損耗=5.2×0.34+4×2×0.3=1.768+2.4=4.168（dB），該數(shù)值小于CLASS C+的要求，采用CLASS C+光模塊即可滿(mǎn)足工程需求。

3 總結(jié)

本文通過(guò)光纖鏈路衰減指標(biāo)設(shè)計(jì)的參考模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)XGPON和GPON網(wǎng)絡(luò)鏈路衰耗指標(biāo)設(shè)計(jì)模型的構(gòu)建和分析，旨在完善鏈路衰耗計(jì)算過(guò)程，通過(guò)模型可快速判定出使用何種類(lèi)型光模塊可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)快速建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葉亞偉，李寶玉.GPON網(wǎng)絡(luò)在寬帶提速中的鏈路損耗及帶寬承載能力計(jì)算[J].中國(guó)新通信，2016，18（16）：146-147.

[2] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.通信線(xiàn)路工程設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 51158—2015[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2016.

[3] 中華人民共和國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部.全光纖型分支器件技術(shù)條件：YD/T 1117—2001[S].北京：人民郵電出版社，2001.

[4] 陳國(guó)慶，懷向芳.接入網(wǎng)多模光纖鏈路損耗的測(cè)試條件[J].光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)，2013（2）：1-3.

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