¹苏州市职业大学，江苏 苏州

²江苏通鼎宽带有限公司，江苏 苏州

收稿日期：2020年11月17日；录用日期：2020年12月14日；发布日期：2020年12月21日

摘要

光分配网(ODN)是FTTH的重要组成部分，其所用器材多种多样，布设场景纷繁复杂。对ODN网光链路的光性能测试是保证FTTH网络能正常运行的必要手段。本文详细论述了采用常用的一些光通信仪器对ODN光链路进行光传输关键指标进行测试的方法，并对未来测试技术的发展作了展望。

关键词

光纤接入网，FTTH，ODN，测试

Discussion on the Testing Technology of ODN in FTTH

Xingming Yu^1,2*, Dongyang Liu², Zhuyong Xu², Guobin Lu²

¹Suzhou Vocational University, Suzhou Jiangsu

²Jiangsu Tongding Broadband Co., LTD., Suzhou Jiangsu

Received: Nov. 17^th, 2020; accepted: Dec. 14^th, 2020; published: Dec. 21^st, 2020

ABSTRACT

The optical distribution network (ODN) is an important part of FTTH, which uses a variety of equipment, and the layout is complicated. The optical performance test of ODN optical link is the necessary means to ensure the normal operation of FTTH network. This paper discusses in detail the method of testing the key index of optical transmission of ODN optical link with some commonly used optical communication instruments, and prospects the development of future testing technology.

Keywords:Optical Fiber Access Network, FTTH, ODN, Test

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1. 引言

近年来，我国三大电信运营商大力贯彻宽带普及提速工程，均加大了接入网的投资力度，大规模普及FTTx建设，加快推广FTTH模式，同时也进一步实现了对老小区的网络改造，“光网城市”“光网世界”的战略规划得到全面推广。而作为光纤接入网建设的重要组成部分，光分配网(ODN)网络的部署规模空前。

ODN网络的主要组成器件涵盖了光纤配线架、光缆交接箱、分光器、分纤箱、接头盒、尾纤等部分 [1]。ODN网络是FTTH建设中建设模式最为复杂、新技术与材料应用最多、对整个工程造价影响最大的部分，同时也是FTTH网络建设中存在问题最多的部分。ODN建设场景复杂，产品标准和质量的参差不齐。而且，因为传统的ODN网络是一个无源网络，其每个节点设备都是“哑资源”，自身不具备管理检测维护功能 [2]。在ODN网络的建设、开通、维护及平时的检修中都必须人工进行测试，只有光网络符合光通信的各项指标才能开通网络。

本文从构成FTTH网络的ODN网络的结构入手，探讨了开通FTTH网络所需的光功率衰减指标和光回波损耗(ORL)指标，并从这两个指标入手，详细地介绍了测试ODN网络的具体方法、所用仪器及注意事项，最后给出一个测试结果的实例。

2. 光纤分配接入网的构成

当今的FTTH光纤接入网都是基于无源光网络(PON)的光纤光缆分配网(ODN)，其中ODN是PON网络中极其重要的组成部分，占整个FTTH网络投资的约70% [3]。ODN全部由无源器件所组成，它具有光纤和信号光功率的分配功能。组成ODN的无源器件有光纤光缆、各种光缆交接/分光分纤箱、各种光纤接头等。其中光纤光缆包括主干光缆、配线光缆、用户引入光缆(皮线光缆)等；各种光缆交接/分光分纤箱包括光配线架(ODF)、主干光缆交接箱、配线光缆分光(选)交接箱、楼层分光(选)/分纤盒等；各种光纤接头包括热熔接接头、活动连接器接头、机械冷接头等。基于ODN的FTTH光纤分配接入网的结构示意图如图1所示。图中，OLT为光线路终端，是一个运营商的局端设备，放置在城域网边缘或社区接入网出口处，它是一个多业务提供平台，同时支持传统的TDM业务和IP业务，收敛接入业务并分别传递到IP网。ODF是光配线架，用于OLT设备用户板的光端口与野外主干光缆中的光纤的连接和调配。主干光缆一般由几十芯光纤组成，其长度可由几百米到十几公里。主干光缆敷设到一个大型社区后，由于可能大型社区由几十幢居民大楼组成，所以要在大型社区的街道中心位置设置主干光缆交接箱，把主干光缆中的几十芯光纤(经分光器分光(可选))后，分支成多条配线光缆到各个居民大楼。配线光缆到达居民大楼后再接入大楼内的分光(可选)分纤箱，如果大楼不是特别大，此分光(选)/分纤箱引出用户光缆直接进入居民家中；如果大楼特别大，用户特别多，大楼分光(选)/分纤箱引出楼内配线光缆后还要在各楼层的分光分纤箱再次分光(选)/分纤后再用引入光缆引入用户家中的ONU设备(光网络单元)，用户引入光缆有1芯光纤即可。需要说明的是，分光器的安装位置可能在主干光缆交接箱，也可能在大楼分光分纤箱和楼层分光分纤箱中。一般从局端的OLT到居民家中的ONU整条光链路中，分光器的数目不超过2个，具体视场景设计而定。因为分光器会带来光信号的衰减，常用的分光器的分光比例有1:16、1:32等。

图1. 基于ODN的FTTH结构示意图

在PON网络中，OLT发送的下行光功率经过ODN传输后必须满足ONU接收机的灵敏度要求(取决于PON等级)，ONU发出的上行光功率也应该满足OLT的光接收灵敏度要求。表1是EPON/GPON上下行光通道功率一览表 [4]。

表1. EPON/GPON上下行光通道功率一览表

ODN光通道衰减包括光纤、分光器、光纤活动连接器、光纤熔接接头、机械冷接头等所引入的衰减之和。在实际工程中，ODN光链路衰减要留有富裕度，光链路的光功率预算要符合下式要求。

$\text{ODN}光通道衰减+光链路衰减富裕度\le \text{PON}系统允许的光通道衰减$ (1)

上式中，光链路衰减富裕度3公里以内取1.5 dB，3~5公里取2 dB，5~10公里取2.5 dB，10公里以上取3 dB。

在EPON/GPON中，下行光波长采用1490 nm，上行采用1310 nm，如果下行还共纤传输CATV电视信号，则采用1550 nm光波长 [5]。在PON网络中采用共纤双向传输，分光器对上下行有相同的衰减，故对ODN进行光功率预算时以光纤衰减系数较大的1310 nm的衰减系数来计算光通道的衰减预算。

在PON光网络中，不仅光功率衰减，光回波损耗(ORL)对传输性能的影响也很重要，特别是同时传送CATV信号时。ORL为入射光功率与反射光功率之比，其定义为

$\text{ORL}\left(\text{dB}\right)=10\lg \left(\frac{入射功率}{反射功率}\right)$ (2)

链路的ORL是由光纤纤芯中的瑞利后向散射以及线路上的光纤各接头点的反射组成。ORL会对数字DWDM系统以及高速数字传输系统产生影响；在FTTH PON中，反射光还将会导致1550 nm上传输的CATV模拟电视信号传输质量下降，而且会导致激光器的工作不稳定。为了提高传输质量，必须要控制背向反射效应，因此，必须要对ORL进行高精度的测量。EPON/GPON的链路光回损(ORL)要求如表2所示。各种连接器及分光器的ORL规范要求如表3所示 [4]。

表2. EPON/GPON的链路ORL指标

表3. 各种光纤连接器的光回波损耗(ORL)指标

3. 光纤分配接入网(ODN)的测试技术

3.1. 损耗的测量

在ODN建设过程中，在连接或者熔接光缆之前，必须要分别测量每一个光缆段以及分路器每一个分支的损耗，且因为是双向网络，所以损耗的测量必须是双向的。一旦所有的连接都完成了，就要测量每一个入户皮线光缆终端与OLT之间的端到端损耗。为确保工程界面结束点有正常的光信号到达，总的链路损耗不能超过损耗预算，否则就无法实现无差错传输了。

目前常用的基于PON的光功率测量仪器主要有普通光功率计及波长分离的光功率计两种。普通的光功率计每次只能测量一个波长的光功率，而且只能测量光信号的时间平均功率，所以只能测量下行光功率(如图2)。由表2可知，EPON的ONU正常工作的最小接收灵敏度为−24 dBm (PX20)或−27 dBm (PX20+)，只要测得ONU尾纤处的下行光功率大于上述数值即为光功率合格。

实际上PON网络ONU上行发送的是突发业务，也就是每个ONU只有在规定的时间里发送光信号，平时是静默的，用普通的光功率计只能测量光信号的时间平均功率，只有用波长隔离的PON功率计才能检测到上行流的突发功率并提供精确的测量结果 [6]。波长隔离的光功率计有两个光纤输入端口，可以直接串联到网络中进行测试下行的1490 nm波长光功率和上行的1310 nm波长光功率，而不影响上行和下行光信号的传输(如图3)。

图2. 普通光功率计用于下行光功率测试

图3. 波长隔离的光功率计用于双向光功率测试

波长隔离的光功率可用于检测ODN网络中故障出现的具体位置，如图4所示。

图4. 使用波长隔离的光功率计进行故障诊断

上述使用普通光功率计和波长隔离的光功率计来进行光功率测量和故障诊断，前提条件是首先要把OLT和ONU启动开通，双方有光信号发射才能测量。但在ODN网络刚布好设备尚未开通时，由于没有光信号，上述两种仪器就无法使用，这时可使用一种叫光损耗测量仪(OLTS)，它内部自带光源和光功率计，使用两台OLTS一起工作时，既可以进行双向的光损耗测量，又可以进行双向的光回损(ORL)的测量 [7]。在使用OLTS进行测试时，首先要使用两台OLTS各自的光源相互作为参考进行校正，然后每台OLTS从自己的光源发出经过校准的光功率，通过被测试的光纤链路段到达另一台OLTS，这样就可以测量接收功率并计算出损耗。运用OLTS同时进行光损耗和ORL测量的示意图如图5所示。

图5. 利用OLTS进行光损耗和ORL测量

3.2. ORL的测量

为了满足上下行传输波长的背向反射损耗满足规范的要求，必须要对其进行充分的测试。ORL的测试可以采用上述的OLTS进行定量的测量(图5)，也可使用光时域反射仪(OTDR)进行定性的估计。OTDR利用反向瑞利散射及菲涅尔反射光来精确测量光纤链路的衰减系数、接头损耗/反射等事件并能精确其每个距离上的细节的专用光纤测量仪器，OTDR能够显示详细的链路特性图，使得用户可以对链路上的每一个元素进行精确定位和描述，包括连接器、接头、分路器、耦合器和故障等。在PON安装阶段，每一网段安装完毕后都应该进行OTDR测试。由于PON链路具有高的功率衰减的分光器等特殊性，要使用PON专用的OTDR，它与普通的OTDR相比具有更短的盲区、更高的动态范围、更高的分辨率 [8]。

在用OTDR测试ORL时主要是看反射峰的大小，反射峰越低，ORL就越大，链路就越理想。观测反射峰的大小就可以判断链路中连接器断开、光纤断纤等情况。利用OTDR测量ODN链路的一个挑战是当OTDR处于OLT端时很难测量分路器后面各分支链路的情况，这是因为分光器本身是一个光损耗很大的器件，而且各个长度不一的分支链路的散射/反射光回到OTDR接收端叠加在一起很难区分，所以用OTDR测量时要对主干光纤链路和各分支链路进行单独地测量。有时，从中心机房(CO)向下行测量到ONU的端到端测量也是必需的，这时要预先知道各分支光纤的长度，或者在每个ONU处的分支光纤上安装光反射器，以便能区分各分支光纤的终点。由于ODN是双向网络，所以不论用OLTS还是OTDR，都要两个方向都要进行测量。图6是用OTDR在PON的光链路下行末端(ONU处)向上行方向测量上行链路的ORL的示意图。PON专用OTDR测试波长分别为1490 nm、1310 nm、1550 nm，还配有1650 nm的PON专用测试端口，能在不干扰PON网络工作的情况下进行测试，主要用于ODN的维护阶段。图7是下行的全程OTDR测试曲线，曲线的横轴是距离，纵轴是光功率(dB)，事件2处的功率下降台阶是分光器带来的衰减量，整个链路的衰减量是从0米处的光功率(不算0米处的反射尖峰)与事件3、4、5处尖峰前的光功率之差。事件2、3、4、5处的尖峰分别是分光器处和各分支光纤末端的反射事件，尖峰越小，ORL就越大，说明连接处光反射就越小，链路就越好。

图6. 利用PON专用OTDR对ODN进行测量

图7. 从OLT到ONU端到端的OTDR测试曲线

4. 总结与展望

经过了5年多的FTTH建设，我国已经用于2亿户FTTH用户，数量庞大，网络分布复杂。而FTTH中的ODN网时由大量的无源光器件所组成，本身不具备管理和维护的特性，是个“哑资源”网络，这给运营商的管理维护带来了重大挑战。本文介绍的方法是目前FTTH的ODN网建设和维护期常用的测试方法，但都基于手工测试，工作量大，故障发现不及时，网络维护成本高。预计未来将采用智能化的ODN网，它能将在线自动测试、故障自动上报网管云平台、自动进行光纤资源调度管理、自动下发网络维护工单等功能，这将大大提高ODN网络管理效率，减小成本，提高网络的可靠性。

基金项目

苏州市职业大学高等教育研究项目——2019“专业竞争力提升专项”课题(G201903003)项目论文。

文章引用

俞兴明,刘东洋,许助勇,芦国斌. 论FTTH中ODN的测试技术
Discussion on the Testing Technology of ODN in FTTH[J]. 无线通信, 2020, 10(06): 101-108. https://doi.org/10.12677/HJWC.2020.106014

参考文献