光纤识别技术及其在光纤网络维护中的应用探析

申 虹，沈世奎，石志坚

（1.中国通信建设集团设计院有限公司，北京100079；2.中国联通网络技术研究院，北京100048；3.中国联通四川省分公司，四川成都，610000）

0 前言

光纤成为当前通信网络普遍应用的通信媒介，随着“宽带中国”战略的深入实施，FTTx和移动用户急剧增加，光纤网络也在大量建设；面对海量光纤资源，如何提升光纤网络的维护能力和手段，加快业务开通速度和网络故障定位，是业内关注的热点。

1 光纤识别技术及标准化进展

在光纤网络建设和维护中，现场工程师需要在众多光纤中找到目标光纤，同时能够辨别出光纤是暗光纤还是带业务光纤，且不影响业务光纤的传输性能。因此光纤识别技术成为光纤网络维护中的重要手段，其基本要求包括：

a）通过不同测试方法能够从众多光纤中找到目标光纤。

b）不能对测试光纤造成损坏，降低其可靠性。

c）不能影响带业务光纤的系统传输性能。

d）在有业务信号干扰的情况下，也能定位辨别出目标光纤。

e）携带方便且易于操作。

光纤识别技术可以基于不同原理实现，包括宏弯效应和弹光效应等，本文重点介绍基于宏弯效应的光纤识别技术。该方法利用光纤中无损的宏弯效应，光信号在目标光纤中传输时，光纤识别器弯曲目标光纤，目标光纤中传输的光信号由于宏弯效应而发生泄漏，识别器中的探测器检测出泄露的光信号。

ITU-T L.314（光纤识别技术的标准）由SG15 Q17制定并于2018年10月修订完成［1］，修订的L.314补充了日本和中国的行业应用经验。

目前L.314在运营商网络、广电网络以及网络代维公司有较多应用，但是暂无相应行业标准。

2 光纤识别关键技术

宏弯效应是光纤的重要特性，在光纤弯曲半径小于某些特定值时，光信号发生较多泄露，从而降低信号质量，影响系统传输性能，因此在光纤网络建设中要尽量避免出现宏弯效应。针对不同光纤，在ITU-T G.652中规范了允许的最小弯曲半径和最大宏弯损耗指标［2］。

光纤识别技术正是利用宏弯效应中的光信号泄露，对光纤进行识别和检测。不同工作波长的弯曲特性不同。

光纤识别器适用于局房内、室内和室外应用场景，且为了满足不同光纤识别需求，识别器中弯曲部分也需支持不同的光纤光缆类型，包括：

a）裸光纤（直径典型值250μm或200μm）。b）紧套光纤/松套光纤（直径900μm）。

c）带状光纤（典型到12纤）。

d）芳纶纱加强光缆（直径典型值到3.0 mm）。

针对不同直径的光纤/光缆，光纤识别器需配置不同的夹具，或同一夹具自适应不同直径。对于弯曲不敏感的G.657光纤［3］，需要进一步研究。

2.1 暗光纤识别

通过光纤识别器直接检测是否有泄露光，可以辨别被测光纤为暗光纤还是带业务光纤，如图1所示，单人操作即可完成。

图1 识别暗光纤和带业务光纤

2.2 预置耦合器在线光纤识别

在区分出暗光纤和带业务光纤后，下一步需要在带业务光纤中识别目标光纤，采用在线光纤识别技术，在不影响光纤中传输业务的前提下识别光纤。图2示出了基于预置耦合器的在线光纤识别技术，通过在机房ODF预置的耦合器，将识别光信号耦合进光纤，在远端利用光纤识别检测泄露的识别光，而不检测业务光信号。

图2 预置耦合器的在线光纤识别技术原理图

该方法需要识别光光源配合使用，通常将识别光进行特殊频率的调制，常用频率有270、1、2 kHz等，光纤识别需支持低频信号检测，这样能保证识别器可以从信号光和识别光中辨别出识别光。识别光光源的波长，取决于目标光纤中的工作波长，在L.301标准中详细规范［4］。

为了降低光纤识别过程对带业务光纤中传输业务性能的影响，对光纤识别器的性能要求如表1所示。

表1 预置耦合器在线光纤识别技术性能要求

2.3 无预置耦合器在线光纤识别

部分光纤网络在建设中并未预置耦合器，承载业务后，无法再从外部注入识别光用于在线识别，需采用无预置耦合器的光纤识别技术。由于无法注入识别光，只能检测到泄露的业务光，通过信号发生器在业务光上引入较小幅度的周期性信号，远端的识别器可以检测出泄露的业务光中携带的周期性信号，从而在线识别出目标光纤，如图3所示。

该方法不需要识别光光源配合，但是需要信号发生器配合，信号发生器采用低频率小幅度的调制，常用几赫兹的低频率。为了降低光纤识别过程对带业务光纤中传输业务性能的影响，对光纤识别器（含信号发生器）的性能要求如表2所示。

图3 无预置耦合器的在线光纤识别技术原理图

表2 无预置耦合器在线光纤识别技术性能要求

3 光纤识别技术在光纤网络维护中的应用

光纤识别技术在光纤网络维护中得到广泛应用，包括城域网、PON网络以及移动前传网等，可用于局房内以及局房至室外光交箱和分纤箱等场景。

3.1 单纤单向系统应用

城域网络中普遍采用单纤单向传输。为了验证无预置耦合器在线识别技术的性能，对2个厂家的仪表在实验室进行了测试，测试配置如图4所示，采用100 km光纤，PM-16QAM的200G信号，链路中配置了前置放大器（OBA）和预放大器（OPA）。

从测试结果来看，在C波段，2个仪表的引入损耗分别为1.2 dB和2.8 dB，可以识别出目标光纤，且移去仪表后，链路衰减恢复初始值；另外将信号发生器放置在OBA前，光纤识别器放置于OPA后，在线光纤识别也可正常工作，表明该识别技术可以跨越光放大器工作。

3.2 单纤双向系统应用

PON网络主要采用单纤双向传输，包括EPON、GPON、XG（S）-PON等。随着城域网络中光纤资源限制，尤其是城域接入段，以及业务对链路传输时延对称性等要求的提出，单纤双向应用也越来越多，尤其是5G网络中的移动前传网络。

对于单纤双向工作波长在同一波段的应用，例如同在O波段［5］，或同在C波段［6］，无预置耦合器在线识别技术可以适用；由于不同波长的宏弯损耗特性不同，波长越长，光纤宏弯损耗也越敏感，越易检测；因此对于工作波长相差较大的单纤双向应用，会存在长波长方向可以工作，短波长方向无法工作的问题，有待进一步验证测试。

4 结论

通信运营商建设和维护着无处不在的光纤光缆网络，拥有海量光纤光缆资源，如何提升无源资源的管理和维护能力，是运营商当前面临的难题。快速的业务开通和故障定位是优质业务服务能力的保证，光纤识别技术为现场工程师光纤维护提供了一种很高效的手段。

图4 单纤单向测试验证配置