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FTTH网络的测试
 
慧聪网   2006年5月11日10时34分   信息来源:光波通信    

  光纤到户(FTTH)是指将光网络单元(ONU)安装在住家用户或企业用户处,是FTTX系列中除FTTD外最靠近用户的光接入网。 通过无源光网络(PON),FTTH可令多个用户共享单个光纤,而无需使用任何有源器件,从而大大降低了网络安装、管理和维护成本。

  图1为光纤到家的系统结构,在中心局,公共交换电话网络(PSTN)和Internet服务通过光线路终端(OLT)同光配线网(ODN)相连。使用下行1490nm和上行1310nm波长传送数据和语音,视频转换器可将视频服务转变成波长为1550nm的光学信号,1550nm和1490nm波长由WDM耦合器合并,然后一起下行传输;网络中使用的三个波长(1310、1490和1550nm)在同一条光纤上同时传输不同的信息。主光纤或馈线在中心局和分路器之间传输光信号,这样就可以在同一条馈线上连接许多光网络终端(ONT),每个用户都需要一个ONT,它可为不同业务(POTS、以太网和视频)提供连接。

图1 FTTH 的系统结构

图1 FTTH 的系统结构

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  FTTH网络可以分为三段:馈线段、配线段和入户线段,其测试主要包括:

  1)安装测试:验证已安装的外线工程设备(光损、光回损、光纤特性、熔接、连接器和分路器)是否合格。
  2)激活和故障排除测试:验证网络中ONT和其它位置的每个信号(下行和上行)的光功率是否在可接受的范围内。
  
  1 安装测试

  通常在网络安装期间执行以下测试:光损测量;光回损(ORL)测量;使用OTDR的链路鉴定。对于每种类型的测试,均可以使用两种方法:

  端到端:在外线工程安装期间,将分路器端口连接或熔接到馈线和分布光纤时特别要使用此方法。使用此方法,从中心局一直到入户线终端或ONT之间的全部网络均被测试到。通常,测试随着网络的构建渐进地执行。

  每段:在外线工程安装期间,分布光纤没有熔接或连接到分路器时使用此方法。

  1.1  光损测量

  光损使用两台光损测试仪(OLTS)测量,要求连续测试两次。两台OLTS首先使用各自的光源一起测定基准,然后每个OLTS通过被测试段自其光源向另一个OLTS发送校准功率值,这样可以测量接收功率并计算损耗。分路器的损耗取决于分路比,1×2分路器的损耗约为3dB,输出端的数量每翻一番,损耗增加3dB。1×32分路器的损耗至少为15dB,下行和上行信号都会产生这种损耗。如果考虑WDM耦合器、熔接、连接器和光纤本身的组合损耗,就很容易理解在网络安装期间精确测量端到端双向光损对于确保每个ONT接收足够的功率是必不可少的。

  1.2  光回损测量

  ORL为入射功率与反射功率之比,在被测试设备(DUT)(如,光纤段或链路)的输入端进行测量,它是指从某单一界面的反射量或由某事件(如从光纤末端(玻璃)过渡到空气)导致的反射量。ORL测量值越大表示反射越少。链路ORL由光纤芯的瑞利反向散射和链路上所有界面的反射组成。ORL对于模拟传输特别重要,如FTTx系统中使用的1550nm  CATV信号。虽然瑞利反向散射是光纤所固有的,无法完全消除,带有空气/玻璃或玻璃/空气界面的不同网络元素(主要是连接器和元件)会产生反射,但如果特别注意或精心设计,完全可以改善这种情况。要优化传输质量,必须控制好背反射效应(例如,光源信号干扰或输出功率的不稳定性)。

  1.3  使用OTDR检测链路

  OTDR检测包括未对准、失配、角度故障、连接器套圈上的灰尘、光纤断裂和巨大弯曲。OTDR通过沿光纤发送高功率光脉冲并测量反射回的光的方式工作,光纤末端和断裂以及连接器和其它元件都会将小部分该脉冲返回到OTDR。OTDR使用单个反射返回所花费的时间来确定每个事件的距离,光纤在其整个长度上均匀地反向散射该光的一小部分。OTDR测量该反向散射的光来确定光纤的衰减。反向散射光的突然减少对应着由于熔接或其它事件引起的光损。例如,可在PON中使用的波长范围上测量新G.652.C光纤的光纤衰减,一般情况下:

  在1310nm时为0.33dB/km(最坏情况为0.35dB/km)
  在1490nm时为0.21dB/km(最坏情况为0.27dB/km)
  在1550nm时为0.19dB/km(最坏情况为0.25dB/km)

  1.3.1 在何处测试

  WDM耦合器熔接到来自中心局的光纤后,建议对耦合器的损耗和背反射进行测量,以确保这些测量值符合制造商的规范。测量是通过OTDR并结合脉冲抑制器来执行的。这一工具组合被用来测试从耦合器输出端口到中心局OLT之间的光纤,以确定在1310、1490和1550nm波长下分路器端口第一个事件的损耗。只有使用脉冲抑制器时才允许此行为;否则,分路器的损耗将处于OTDR的盲区,无法进行测量。依照ITU-T G.983.1之规定,耦合器端口的反射应为-35dB或更小。

  PON安装期间,在安装完每一段网络后,应执行以下测试:

  从FDH(分路器输出)到中心局

  从每个入户线终端(或ONT)到FDH

  从每个入户线终端(或ONT)到中心局

  1.3.2  使用OTDR通过分路器进行测试

  使用针对PON优化的OTDR可以通过分路器进行测试。测试PON所需的OTDR特性包括:

  ●  高动态范围:OTDR动态范围必须超过PON损耗预算一个合理的余量以执行端到端链路测量。
  ●  短盲区:PON中的一些事件间距很小。为了解决这些问题,盲区必须尽可能短。
  ●  三波长测试:需要在1310、1490和1550nm测试PON。
  ●  高线性和出色的长期恢复性:此特性对于准确测试包含1x32耦合器的高损耗网络是必需的。
  ●  PON的配置设置:仪器必须允许用户设定阈值以区分分路器损耗和光纤终端。

  由于OTDR测量意味着光可以通过耦合器向后和向前传播,因此OTDR接收器(耦合器之后和耦合器之前)看到的反向散射功率比最高可达到-36dB。要准确测量如此不同的功率级别,必须消除或至少大大降低OTDR接收器电子设备内的非线性、负脉冲信号和长期恢复性。最先进的OTDR允许将光纤终端阈值尽可能高地设定为20dB,以区分光纤终端和PON的高损耗。图2为包含高端口计数耦合器的光纤链路的针对PON优化的OTDR轨迹。 
  

图2 包含高端口计数耦合器的光纤链路的针对PON优化的OTDR轨迹

图2 包含高端口计数耦合器的光纤链路的针对PON优化的OTDR轨迹

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  2  激活和故障排除测试

  即使在安装阶段已经正确测量了单点对多点链路的损耗,在激活系统时还必须测量功率,以确保网络中不同测试点的功率级别处于操作规范内。同时在ONU、机箱和机柜处试着测量光功率,以确定故障位置。因为OTDR可以从一端显示光纤的状态,使用OTDR可以快速、有效地维护FTTH网络。激活与故障排除测试(图3)的主要过程包括:先组合波长,再进行1310nm上行数据、稀疏数据流、盲区、IP等测试。

图3 FTTH测试、维护过程

图3 FTTH测试、维护过程

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  2.1  组合波长

  PON分路器之后的波形是一种合成波形,由于每个支路光纤的长度是未知的,下行信号可以由具有不同波长和功率的两个独立信号组成。例如,功率高达21dBm的1550nm波长模拟CATV信号,可以与功率大约为4dBm、波长为1490nm、速率为622Mb/s的信号组合。由于这些信号在同一光纤上传输,因此必须在同一连接器端口上测量这些信号,并且使用的功率表必须能够区别这两种信号。所以测量1490nm信号时,必须使用过滤器来抑制1550nm信号,并且过滤器对1550nm信号的抑制必须足以(在此示例中大于38dB)将其功率抑制在17dB以下,低于1490nm信号级别,以便将1490nm功率测量误差限制在0.1dB以下。虽然1550nm视频信号通常比1490nm数据流强很多,但是过滤掉1490nm信号可以改善测量质量,特别是当功率差并不是很有利于视频信号(例如数字电视)时。

  2.2  测量1310nm上行数据

  当测量来自ONT的波长为1310nm的上行信号的功率时,该信号以相反方向沿着同一光纤传输,而且G.983还要求1310nm上行信号保持沉默,直到该数据被1490nm下行信号支撑并被分配了一个传输窗口。这就要求在OLT(1490nm的下行数据)和ONT(1310nm的上行数据)之间建立通信链路才能测量ONT发射的功率。这将防止直接在发送器端口使用标准功率表测量1310nm的上行信号。相反,有必要使用诸如耦合器这类设备,该类设备允许通过其中一个端口建立通信的同时在另一个端口测量功率。耦合器将不得不使损耗降到足够低以使链路保持活动状态,而且要熟悉链路传输特性以判断来自1310nm上行数据的功率。

  2.3  测量稀疏数据流

  测量稀疏数据流通常测量它在测量期间内(通常在1Hz和几个kHz之间)看到的平均功率,在出现SONET数据流OC-X(其中X为3、12、48、192甚至768)或扰频ATM时,这种方法可以很好地发挥作用,此时占空比平均趋于50%,传输速度足够快以至不会被低带宽功率表检测到。但是,在G.983中,ONT的1310nm上行信号仅在通过OLT分配并管理的预定时隙内传输。例如激活时,在客户没有发送任何1310nm上行数据时,ONT仅能使用单一单元格(424位)回复OLT轮询,表示此时不必向它分配其它时隙。G.983强加最小限制,即:每个ONT发送器至少每隔100ms检测一次。假定单元格中占空比为50%(即扰频数据),则每100ms的相应占空比可以低至~0.0003%(对于622Mb/s,682ns内为50%,100ms剩余时间内为0%)。很明显,如果不了解有效占空比,则标准功率表不会准确反应已将时隙分配给ONT且在这些时隙内读取数据的OLT处接收到的功率。

  2.4  盲区测试

  当在分路器后面进行测量时,必须拥有一个被优化用于分析短光纤的OTDR,这意味着一个具有短盲区和高分辨率的OTDR。当前市场上的OTDR中,一些OTDR满足1m或更小的菲涅尔盲区规范。它们在20μs的脉冲宽度下具有38dB的高动态范围,使它们完全可被用于安装和维护现在所使用的中距-长距光纤。

  2.5  IP测试

  维护不仅仅针对光纤,也有必要测试FTTH IP功能。IP测试功能用于评价基本的FTTH服务,比如,连接到互联网的能力和以Mbps为单位的服务速度等。通常是用一台PC来评估FTTH的IP功能。但是,PC不能用于评价未来的千兆比特级的FTTH服务,因为它的处理能力比较差。千兆比特类FTTH服务需要使用专用仪器(IP测试仪)。另外,如果需要的话,可以使用短盲区OTDR中标准内置的光功率计和可视光源进行故障诊断。
 
作者:祝军生 
 
 
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