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PON 测量曲线:分光器损耗、三种脉冲宽度和众多光纤末端

在 PON 里,一条光纤路径要分给多个用户。所以 OTDR 会在测量曲线中间看到十分贝甚至更大的台阶,台阶之后不是一个光纤末端,而是同时出现好几个。

打开 PON 测量曲线

本页讲曲线上能看到什么,以及为什么同一条路径通常会有好几个文件。这里没有要求,也没有阈值;这些随设计一起给出。

作者:Ilya(工程师,从事光纤 6 年) ·

本页内容
  1. 1PON 和普通光缆段有什么不同
  2. 2分光器损耗多少:所有分光比
  3. 3所以同一条路径会有好几个文件
  4. 4宏弯要到第二个波长才显现
  5. 5仪表自己怎样称呼分光器
  6. 6我们做什么,不做什么
  7. 7延伸阅读

PON 和普通光缆段有什么不同

光纤和仪表都和普通光缆段上的一样。

分光器一下子吃掉预算

功率在各输出端口之间平均分配,输出端口数每翻一倍,大约多损耗三分贝。实际台阶比计算值大:在功率分配之外,还要加上分光器自身的附加损耗和它的连接器。这是器件本身的算术,不是验收阈值:这么大的台阶,在 PON 上是正常的,在普通光缆段上就是故障。

光纤末端不止一个

过了分光器,光同时进入所有分支,仪表看到的是它们的总和。各用户端面的反射各自在不同距离上返回,所以这类测量曲线上的光纤末端是一组事件,而不是一个点。比被测分支短的分支,会完全隐没在共同的曲线里。

分辨率与测量距离的矛盾

短脉冲能分开挨得很近的事件;长脉冲能打到链路末端,身后却拖着很长的盲区,盲区里相邻的事件会合并。在 PON 上,这两个要求比平时更难兼顾:头端附近的连接器一个挨一个,而过了分光器还需要再多十分贝的余量。

分光器损耗多少:所有分光比

功率平均分配,所以损耗取决于输出端口数:等于端口数的 10·log10。端口数每翻一倍,约多 3 dB,这部分不论哪家厂商生产都一样。

按分光比列出的分光器损耗:计算值与仪表识别分光比的门限
分光比 功率分配,dB 仪表认出该分光比的台阶,dB
1×233
1×466
1×898
1×161211
1×321515
1×641818
1×1282121

第二列是 Anritsu 的识别表,不是验收限值:台阶达到这个值,仪表才肯认定为该分光比。有两行低于计算值:8 dB 的台阶就已算作 1×8 分光器,11 dB 的算作 1×16,而算术给出的是 9 和 12。

测量曲线上的实际台阶总比计算值大。功率分配之外,还要加上分光器自身的附加损耗;如果组件带连接器,再加上连接器;熔接式组件则没有连接器。同样的分光比,两种结构的数值差别明显,甚至可能超出评判台阶所用的容差:拿熔接式分光器去对照带连接器分光器的数值,它看起来会比实际更差。所以预期数值要从您自己那只分光器的规格书里取,这张表只当数量级来读,或者用来根据台阶判断分光比。

真实测量曲线上的 1×32 分光器

下面是 EXFO 样例集里的一条演示曲线,在 1310 nm 用 1000 ns 脉冲测得。1.51 km 处的台阶为 16.987 dB。文件以它的分光器命名,即 1×32,我们就给这一行标上了这个分光比。应用随即把台阶拆成两部分:15.051 dB 是功率在 32 个输出端口之间的分配,剩下的 1.936 dB 是超出分配的部分。

OTDR Master 中 PON 模式下的 EXFO 演示曲线。分光器一行显示所选的分光比和超出分配的损耗。

超出部分包括分光器自身的损耗和它各个接头的损耗。1.936 dB 能不能接受,由您工程里的限值决定,应用不提供限值。

所以同一条路径会有好几个文件

没有哪一种设置能同时满足两个要求,所以链路要分几遍测。EXFO 在自己的 PON 指南里给出的顺序是:先用几纳秒的短脉冲,检查第一个连接器以及分光器之前的一切;再用中等脉冲测分光器本身;最后用长脉冲打到链路末端。

这样同一条路径就有三四条测量曲线,没有哪一条能回答所有问题。之后要把它们互相对照,判断哪一遍对哪个事件测得更可信。对照全靠手工,花的时间比测量本身还多。

用的是哪种脉冲,通常只有文件名可以说明。脉冲宽度本身记在仪表的文件头里,但没有哪种格式带有“这一遍测到分光器、那一遍测到末端”这样的标签。打开一批文件时,先看最长的那条:它显示链路全貌,短的几条再把起始段看细。

宏弯要到第二个波长才显现

熔接点在任何波长上的衰减都一样;光纤宏弯则是波长越长衰减越大,因为被迫拐弯的光更容易逃出纤芯。在单条测量曲线上,宏弯和熔接点看起来是同样的下降台阶,单条曲线怎么处理都分不开它们。

所以厂商的测试规程会在第二个波长上把整套测量重做一遍,再在两条测量曲线之间比较每个事件的损耗。只有这样对比两次测量,才能把宏弯和接头区分开。

仪表自己怎样称呼分光器

对 OTDR 来说,分光器不是“损耗很大的事件”,而是带分光比的独立类别。在 VIAVI SmartOTDR 上,操作员手动标记事件,并从两个列表中选:均分分光器,七种分光比,从 1×2 到 1×128;非均分分光器(tap),十四种分光比,从 99/1 到 50/50。这种标记只存在于仪表上:在我们读过的文件里,没有一个记录了分光器类别,所以台阶在表里就按仪表的描述出现,只是一个损耗值。这个类别还是值得了解:手拿仪表的人看着同一个台阶会说“这是个 1×8”,而文件只用一个数字描述它,原因就在这里。

仪表寻找分光器用的是单独的机制,而不是通用的事件规则:在 Yokogawa 上,分光器搜索要单独开启,旁边还有一项分光级数的设置,因为一条路径上可能不止一级分光器。所以别人文件里的“分光器”字样,反映台阶本身,也同样反映搜索是怎么设置的。

非均分分光器的分光比不均等,在曲线上的样子也不一样。95/5 时,直通臂损耗约 0.2 dB,分出臂约 13 dB:同一个器件,在一根光纤上是几乎看不见的台阶,在另一根上是很深的台阶。两种图形都正常,至于测的是哪一臂,文件不会说,只有现场图纸看得出来。

所以对比两个波长时有个陷阱。“随波长增大,看来是宏弯”这条规则在 PON 测量曲线上会失灵,原因却不是分光器的损耗会变大:分光器的台阶来自功率分配,而功率分配和波长毫无关系。一份 1×8 的出厂测试单上,三个波长之间相差 0.16 dB,而且并不单调。失灵的原因在别处:在九分贝的功率分配旁边,零点几分贝的增量根本显不出来,而且不管分光器是哪一种,这部分在它的损耗里占比总是很小。所以在 PON 模式下,标记过的行会整个退出对比。

我们做什么,不做什么

我们读取并显示文件,不做网络分析。分光器由您来指定:在 PON 模式下,事件行可以选择分光比,我们据此算出功率分配和超出分配的部分。我们自己从不把某个事件叫作分光器,因为那就成了我们对别人器件下的结论。同一路径的多条测量曲线可以叠放在一张图上,各用各的颜色,方便对比不同脉冲宽度的几遍测量。

我们的示例在 PON 模式下,有两个串联的分光器。曲线下方是光缆段示意图:每个分光器的分光比由读者指定,各区段的长度由应用标出,分析终点之后的一条虚线写着“此处之后未测量”。

我们没有的:阈值、网络是否合格的判定、任何关于 PON 拓扑的知识,也说不出某个分支属于哪个用户。损耗预算由设计中的系统等级决定,来自工程文件,我们不以任何形式提供。

这个模式不做的事:不搜索分光器,不了解拓扑,不提供任何规范。超出分配的损耗限值,和其他限值一样,由您填进阈值面板。过了分光器,我们自己找出的光纤末端让位于“此处之后未测量”:在分光器后面,我们分不清断纤和噪声底,与其瞎猜,不如不说。这个标记也会进入报告:报告页的表格里多出分光器列和“超出分配”列,表格下方还有一行,说明分光比是您声明的,不是仪表测得的。

延伸阅读

PON 也可以在承载业务时测:仪表有一个单独的端口,用的是用户端滤波器会挡住的波长,工作信道不受影响。通常是 1625 或 1650 nm,厂商的 PON 验收规程也是围绕这两个波长写的。在文件里,这样的测量曲线和普通的相比,只有文件头里的波长不同;也只有凭这一点,才看得出测量时网络正在运行。

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