配电自动化EPON系统光链路设计指南.docx

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配电自动化EPON系统光链路设计指南

配电自动化EPON系统光链路设计

1、前言  

随着EPON设备在各种网络解决方案中的应用，组网拓补越来越复杂，由光纤和分光器组成的光分配网（ODN）的设计也越来越重要；在做方案、报价之前，往往要先设计，这样才能得到分光器的具体型号。

2、EPON设备组成

（EPON结构图）

一个典型的EPON系统由OLT（OpticalLineTerminal：

光线路终端）、ONU（OpticalNetworkUnit：

光网络单元）、POS（PassiveOpticalSplitter：

分光器）组成。

OLT放在中心机房，ONU放在网络接口单元（配电自动化终端DTU,FTU等）附近或与其合为一体。

POS是无源光纤分支器，是一个连接各光纤的无源设备，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。

EPON中使用单芯光纤，在一根光纤上转送上下行两个波（上行波长：

1310nm，下行波长：

1490nm，另外还可以在这个光纤下行叠加1550nm的波长，来传递电视信号）。

OLT到ONU间的距离最大可达20km，传送速率为双向对称1Gbps，最大分光比一般支持1:

32或者更高，可以一级分光也可以多个分光器级连。

3、光在ODN中传输过程中的损耗及其度量

光的强度、损耗、接收灵敏度&饱和度、发光功率以光功率来度量。

3.1光功率

（1）绝对光功率单位dbm

光功率单位（绝对光功率值）：

dBm

类似于我们常见的功率单位：

W、mW

换算关系：

XdBm＝10×lg（YmW）, YmW=10^（Xdbm/10）；

所以，-10dBm＝0.1mW，0dBm＝1mW，3dBm＝2mW，

10dBm＝10mW,20dBm＝100mW……

特别提示：

光模块的发光功率、接收灵敏度、接收饱和度以绝对光功率dbm为单位。

3.2相对光功率单位db

光路相对功率单位（相对光功率值）：

dB

用于为了表征一个器件的在光衰减（反射）等方面的特性，引入的一个相对单位量。

计算公式：

光损耗（dB）＝-10×lg（出光功率mW/入光功率mW）

＝10×lg（入光功率mW）－10×lg（出光功率mW）；

＝ 入光功率dbm－出光功率dbm；

特别提示：

光纤、分光器、光衰减器的光损耗以db为单位。

引入对数的优点：

将乘除运算换算为加减运算；如器件A入光功率为1dbm，出光功率为-10dbm,则器件A的光损耗为（出光功率-入光功率）=11db。

3.3光功率相关计算举例

一个OLT光模块发光功率为+2dbm，ODN（ODN主要由分光器及光纤组成）上光损耗为15db，则在ONU接收处光功率为（2-15）=-13dbm，这个功率必须大于ONU的接收灵敏度并小于接收饱和度，才能保证OLT的发光信号ONU能正常接收；

反过来如ONU的发光功率在-1dbm，则在OLT处的接收光功率为（-1-13）=-14dbm，如果来自ONU的光功率大于OLT的接收灵敏度并小于接收饱和度就能保证ONU的发光信号OLT能正常接收。

当以上两个条件同时满足时，EPON的ODN才达到要求。

3.4光纤的损耗

EPON所用的光纤为单模光纤，波长越大，则光损耗越小，光纤系统能以更高速率传输。

光纤的光路损耗FiberLoss参考值：

下行1490nm波长,0.3db/KM,上行1310nm波长，0.4db/KM；因此一般情况下EPON的光传输瓶颈在上行光功率。

实际计算时以最差的情况上行损耗为准。

另外光缆每2KM会有一个溶纤点，造成0.1db的光损（光纤熔接损耗），每对光连接器会造成0.2db的光损（光纤接头损耗，如：

光纤跳纤、尾纤插入、法兰盘插入损耗等）。

3.5分光器的损耗

分光器是EPON系统中不可缺少的无源光纤分支器件。

作为连接OLT设备和ONU用户终端的无源设备，它把由馈线光纤输入的光信号按功率分配到若干输出用户线光纤上，一般有1分2、1分4、1分8、1分16、1分32五种分支比。

对于1分2的分支比，功率会有平均分配（50:

50）和非平均分配（5:

95、40:

60、25:

75）多种类型。

而对于其他分支比，功率会平均分配到若干输出用户光纤去。

对于上行传输，分光器把用户线光纤上传光信号耦合到馈线光纤并传输至光线路终端（OLT）。

分光器不需要外部能源，仅需要入射光束，但会增加光功率损耗，这主要是由于它们对入射光进行分光，分割了输入（下行）功率的缘故。

这种损耗称为分光器损耗或分束比，通常以dB 表示，并且主要由输出端口的数量决定。

分光器的光路损耗以理论值加上实际误差，一般会大于理论值，每个厂家的分光器都有光损的标准值、最大值参数。

不同厂家不同工艺的分光器往往具有不同的光损参数。

下面是几种分光器的典型损耗：

分光器编号与规格

典型光损耗值db

端口间最大偏差范围

1#1:

2（95%）（表示一分二，95%的支路）

0.60

0.4dB

2#1:

2（5%）

15.00

0.4dB

3#1:

2（50%）

3.80

0.4dB

4#1:

4

7.80

0.8dB

5#1:

8

10.70

1.7dB

6#1:

16

14.80

2.0dB

7#1:

32

17.80

2.5dB

8#1:

2（75%）

1.90

9#1:

2（25%）

7.20

10#1:

2（60%）

3.00

11#1:

2（40%）

5.00

1分210％-90％插损

10.4:

0.9

0.4dB

1分220％-80％插损

7.4:

1.3

0.4dB

1分230％-70％插损

5.6:

1.9

0.4dB

1分240％-60％插损

4.4:

2.6

0.4dB

注意：

光路是可逆的，即从A到B光损为15db，那么从B到A光损也是15db。

3.6其它注意事项

1　PON终端（称作ONU）有过载点、灵敏度两个边缘光功率值。

过载点：

ONU光接收机正常工作所能支持的最大光功率值；

灵敏度：

ONU光接收机正常工作所能支持的最小光功率值；

2　光功率也就是OLT：

接收：

-6~-27db发送：

+2~+7

ONU终端：

接收光功率：

-3～～-24db，发送光功率：

+4～～-1db

参数项目

10KmOLT光模块典型值

10KmONU光模块典型值

20KmOLT光模块典型值

20KmONU光模

块典型值

接收灵敏度

－24dBm

－24dBm

－27dBm

－24dBm

接收饱和度

－1dBm

－3dBm

－6dBm

－3dBm

发射光功率

－3～2dBm

－1～4dBm

2～7dBm

－1～4dBm

3　设计时光富裕度取1db；

4　从OLT到ONU/ONT接入传输距离：

总计算公式：

最大传输距离×每千米光纤插损＝光路上可分配的总光功率

从ONU向OLT：

（发光功率－接受灵敏度－分光器插损－接头插损－光富裕度）/每公里光纤插损＝[－1－（－27）－17－1－1]/0.35＝20公里

从OLT向ONU：

（发光功率－接受灵敏度－分光器插损－接头插损－光富裕度）/每公里光纤插损＝[2－（－26）－17－1－1]/0.35＝26公里

3.7光路设计原则:

EPON光路是否合格，是否满足传输需要只有一条规则，实际工程结束后，所有ONU接收侧的光功率在-8dBm到-24dBm之间。

 根据这条规则细化几条注意点。

（1）一般不能光纤直接接ONU，需要添加分光器或衰减器，避免ONU接收的光强度超过ONU光接收饱和光功率－3dBm;  

（2）光衰减最大的地方光功率不能小于－24dBm，否则光功率小于ONU的接收灵敏度，OLT无法发现ONU。

注意这些地方不一定是最远处，是光衰减不完全和距离相关。

（3）光路工程验收非常关键,强烈建议要做。

确保符合我们的规则，因为实际工程往往不规范，会造成过多的光路损耗; 

（4）实际验收之前可以先根据下面的理论计算，预判组网是否正确！

（5）原则：

总的光路预算>总的光路损耗+系统余量。

光路损耗都以最差情况计算时系统余量可不考虑。

光路损耗＝（光纤损耗）+（溶纤点损耗）+（连接器插损）+（分光器插损）。

（6）对于支路的分支点（只有一个ONU），尽量用分光器1:

2（5%），其次用1:

2（25%），再次用1:

2（40%）、1:

2（50%）；这样做是为了干线光纤的光更强一些能走更长的距离，分更多的支路。

为了便于维护，选用非均分的分光器是，不宜选取太多类型。

3.8光路损耗理论计算公式 

ONU接收侧光功率＝ OLT发射光功率- 光路损耗 

光路损耗=所有分光器插损值之和+光纤长度（KM）*0.4+熔纤点数目*0.1+法兰盘个数*0.2  

例1：

如下图

分光器光衰减值已考虑了插损，假设每个ONU使用法兰盘连接器插接方式接入：

ONU1光路衰减:

 15+4.5*0.4+1*0.2=17db 

ONU2光路衰减:

 0.6+8*0.4+15+1*0.2=19db 

ONU光路衰减:

 0.6+8*0.4+15+0.5+6*0.4+1*0.2=22.1db  

ONU4光路衰减:

 0.6*2+15+（8+3）*0.4+1*0.2=20.8db 

ONU5光路衰减:

 0.6*3+3.8+（8+3+5）*0.4+1*0.2=12.2db 

ONU6光路衰减:

 0.6*3+3.8+（8+3+5+9）*0.4+1*0.2=15.4db 

20km OLT发光功率在2~7dBm，减去光路衰减，可以保证所有ONU正常上线。

上述光络设计经理论计算OK。

例2：

见下图

本例EPON接入采用一级分光，共4个1：

16分光器，部分ONU到分光器之间经由ODF（盘线架）跳接，增加一次衰耗，如上图。

可以计算得到上图右下角ONU16光路衰减为：

15 +（X+0.3+0.15）*0.4+1*0.1+4*0.2=15.9+（X+0.35）*0.4db。

假设分光器到OLT之间为10Km,则衰减为20.04db，满足ONU的灵敏度需求。

四、EPON设备组网拓扑形式

（EPON设备组网拓扑形式）

现有开闭所/环网柜至配电房/配变等站点的配电网络中，其网架结构超过一半的10kV母线是采用手拉手和3电源方式进行汇接，链型结构也会逐渐结合扩容形成手拉手方式，因此EPON网络结构以手拉手方式为主，辅以环带链结构，在对单链结构进行设计时，考虑以后扩容，同样以手拉手方式为基本架构，为以后线路扩容留下空间。

配电通信接入层基本网架见下图。

（通信接入层网架）

EPON典型“手拉手”两点接入结构中OLT1和OLT2分别安装在不同的开闭所，ONU设备安装在配电房/配变处，光缆中断或OLT设备失效时均能实现保护，由ONU设备选择接入不同的OLT。

EPON“手拉手”两点接入结构图见下图。