XGPON和GPON網絡鏈路衰耗指標設計模型

石穎博 趙淳

摘要：隨著國家“寬帶中國”“提速降費”戰略的實施，以及“VR”“AR”“4K”等技術的發展，用戶網絡體驗需求不斷增強，寬帶需求已逐步開始從百兆向千兆跨越，現有的GPON也開始升級為XGPON。在實際網絡建設過程中，XGPON和GPON網絡鏈路衰耗的測算和設計，成為網絡能否順利開通的關鍵。特別是作為近年來新興技術的XGPON，網絡鏈路衰耗的測算給施工和后期運維帶來了新的難題。文章網絡鏈路衰耗入手，通過對光鏈路參考模型的分析，得出適用于XGPON和GPON網絡光鏈路衰耗指標的設計模型。

關鍵詞：XGPON；鏈路衰耗；運維；模型

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）07-0092-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

0 引言

近年來隨著國家“寬帶中國”“互聯網+”“數字化轉型”等戰略的相繼提出，給運營商的網絡發展帶來了新的機遇。同時隨著用戶對“短視頻”“手游”等業務的追捧，帶寬需求迅速增長。現有的寬帶網絡已無法滿足日益增長的數據流量需求，GPON網絡升級建設已成為主流，而針對高價值客戶的XGPON網絡建設也如火如荼地展開。在實際網絡建設過程中，參照傳統光纖鏈路衰減指標設計的參考模型，針對鏈路衰耗的計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上，結合具體工程實踐，得出XGPON和GPON網絡的光鏈路衰耗設計模型，從而可以幫助設計、施工及維護、簡單快捷地計算出鏈路衰耗，實現快速網絡建設。

1 光纖鏈路衰減指標設計的參考模型

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

1） 測量光纖衰減系數：通過測量不同波長的光信號在光纖中傳輸后的衰減程度，可以得出光纖的衰減系數。對于不同類型的光纖，例如室內單模、室外單模等，衰減系數會有所不同。

2）計算光纖鏈路衰減：光纖鏈路衰減可以通過將光纖長度、連接器數量和熔接點數量等因素考慮到衰減系數的測量中來計算。它涉及光纜衰減、連接器衰減和熔接衰減這三個部分。

光纖鏈路衰減指標的限制會影響光纖通信系統的傳輸距離和可靠性。因此，在設計和維護光纖通信系統時，需要充分考慮光纖鏈路衰減指標的測量和控制。

根據GB 51158 -2015 《通信線路工程設計規范》，光纖鏈路衰減指標設計參考模型，如圖1所示[2]。

在實際設計中，光纖鏈路的衰減數據指標不得大于下列計算值。

[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]—表示光鏈路中各區間光纖長度的總和（千米）；

[Af]—表示設計中選擇的光纖和材料供應者提出的實際光纖衰減系數（dB/km） ；

[X]—表示光鏈路內光纖融合的數量（包括尾纖熔接接頭的數量）；

[A熔]—表示設計上定義的光纖熔接接頭的平均衰減規格（db/個）；

[Y]—表示光鏈路中的活動接頭數量；

[AC]—表示設計中規定的活動連接器衰耗指標（dB/個）；

[i=1mI分]—表示光鏈路中m個光分路器的總插損（dB） ；

[Z]—表示光鏈中機械式光纖冷卻連接的個數；

[A冷]—表示設計上規定的冷連接器的連接衰減系數（db/個）；

從OLT到ONU/ONT的全光纖鏈路衰耗指標，在設計階段根據光纖鏈路的實際構成，并結合設計中選擇的各種部件的性能指標，計算出工程實施中的具體指標要求事項。

1.1 XGPON和GPON網絡光鏈路衰耗指標的設計模型

根據具體的工程實踐，我們對光纖接入網光纜線路光纖鏈路衰減指標設計的參考模型進行演變，使其更加適合XGPON和GPON網絡需求。

[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之間光纜的總長度（公里）；

[Af]—表示設計中所規定光纖（不含接頭）的衰減系數（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）接頭的數量（個）；

[A熔]—表示設計中規定的光纖焊接接頭的平均衰減指標（dB/個）；

[Y]—表示OLT與ONU/ONT之間的光纖鏈路內的光纖冷卻連接（含現場組裝預埋的光纖式連接器的成端接頭）的接頭數量（個）；

[A冷]—表示設計上規定的冷連接器的連接衰減系數（dB/個）；

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

[β]—表示維護余量（dB） ；

[A冷]—表示設計中所規定的冷接子的接頭衰耗系數（dB/個）；

[N]—表示OLT與單獨ONU/ONT之間的光鏈路中活動連接器的數量（個）；

[AC]—表示設計中所規定的活動連接器的衰耗指標（dB/個）。

1.2 XGPON和GPON網絡光鏈路衰耗指標的設計模型中相關技術參數

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，插入損耗是評估光分路器性能的重要指標之一。根據YD/T 1117-2001《全光纖型分支器件技術條件》，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

光纖損耗也被稱為光的衰減，是指光纖發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：光纖的吸收損耗；光線的散射損耗；光纖結構的不規則損耗和光纖的彎曲損耗。在光纖通信系統中，光纖損耗是影響傳輸質量和距離的關鍵因素。常見的光纖損耗產生原因包括光纖材料對光能的吸收、散射、彎曲以及連接器損耗等。要實現光纖的通信，其中一個很重要的問題就是盡可能地把損耗降到最低。可以通過選用高質量的光纖連接器、選用光纖熔接或其他技術手法來有效降低光纖損耗。

根據電信工業聯盟（TIA） 和電子工業聯盟（EIA） 攜手制定了EIA/TIA標準，該標準規定了光纜、連接器的性能和傳輸要求，以網絡中常用的G.652光纖為例，其固有損耗，如表2所示。

3） 設備連接器損耗

設備連接器損耗通常是由于多種因素導致的，包括以下幾個方面：連接器本身的質量問題或損壞。例如，連接器內部金屬接觸不良、彈簧老化、表面氧化等，這些都會導致連接器性能下降；連接器的安裝方式不正確。例如，安裝時使用了過大的扭力或連接器未對齊，這可能會導致連接器的金屬接觸部位變形，從而增加損耗；設備線路布局過長或者連接器數量過多，可能會因信號衰減和干擾而產生損耗。

根據EIA/TIA標準，設備連接器插入損耗，如表3所示。

4） 光纜接續和成端的接頭損耗

光纜接續和成端的接頭損耗主要由以下原因導致：不良的熔接條件和熱縮管的質量問題。如果熱熔保護管在熱熔后出現扭曲、氣泡，或者熱縮管不干凈、有灰塵或沙礫，都會在對接續點造成損傷，導致損耗增大；不規范的施工流程和環境。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了，考慮到環境和地形的變化，光纜是外力作用的范圍超過容限，就會對光纜損耗造成影響。在架空光纜的施工中，如果架空高度不當、受到環境和氣候影響，也會引起損耗；光纖接頭位置錯動。假如在熔接過程中，接頭的損耗符合要求，但是在后期的測試中，也往往會發現接頭處損耗測量值過大，這通常是由于光纖折疊位置錯位所致。此時需要重新盤繞光纖余長，或者重新熔接。為了避免這種現象，在光纜熔接和成端的過程中，應嚴格遵守相應的接續工藝流程，保證光纖接頭位置的準確性，同時使用不干膠帶將光纖接頭和光纖余長固定在余纖盤上，防止光纖因過分扭曲而受損。在施工過程中應確保光纜外護層不受損傷，避免進水導致氫損。

根據EIA/TIA標準，以網絡中常用的G.652光纖為例，其熔接和冷接方式接頭損耗如表4所示。

5） 線路維護余量取值

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

線路維護余量的取值應當綜合考慮以上多種因素。一般而言，維護余量以5 km為1檔，取值如表5所示。

2 XGPON和GPON網絡損耗量計算

從機房側OLT的R/S節點開始，到二級分光后客戶端ONT的S/R節點，ODN網絡的損耗常數如表6所示[4]。

XGPON和GPON網絡最大通道允許插入損耗值如表7所示。

ODN網絡的動態損失是指光纖傳輸的損失與活動接頭的損失之和，不同光模塊類型允許的動態損耗值如表8所示。

假設采用GPON技術，用戶側與OLT設備間光纜距離為5.2km，光纜光纖固有損耗0.34dB/km，中間共有4個跳纖點，其允許動態損耗計算過程如下：

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

3 總結

本文通過光纖鏈路衰減指標設計的參考模型，實現對XGPON和GPON網絡鏈路衰耗指標設計模型的構建和分析，旨在完善鏈路衰耗計算過程，通過模型可快速判定出使用何種類型光模塊可實現網絡快速建設。

參考文獻：

[1] 葉亞偉，李寶玉.GPON網絡在寬帶提速中的鏈路損耗及帶寬承載能力計算[J].中國新通信，2016，18（16）：146-147.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.通信線路工程設計規范：GB 51158—2015[S].北京：中國計劃出版社，2016.

[3] 中華人民共和國信息產業部.全光纖型分支器件技術條件：YD/T 1117—2001[S].北京：人民郵電出版社，2001.

[4] 陳國慶，懷向芳.接入網多模光纖鏈路損耗的測試條件[J].光纖與電纜及其應用技術，2013（2）：1-3.

【通聯編輯：聞翔軍】