XGPON和GPON网络链路衰耗指标设计模型

石颖博 赵淳

摘要：随着国家“宽带中国”“提速降费”战略的实施，以及“VR”“AR”“4K”等技术的发展，用户网络体验需求不断增强，宽带需求已逐步开始从百兆向千兆跨越，现有的GPON也开始升级为XGPON。在实际网络建设过程中，XGPON和GPON网络链路衰耗的测算和设计，成为网络能否顺利开通的关键。特别是作为近年来新兴技术的XGPON，网络链路衰耗的测算给施工和后期运维带来了新的难题。文章网络链路衰耗入手，通过对光链路参考模型的分析，得出适用于XGPON和GPON网络光链路衰耗指标的设计模型。

关键词：XGPON；链路衰耗；运维；模型

中图分类号：TP393        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）07-0092-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

0 引言

近年来随着国家“宽带中国”“互联网+”“数字化转型”等战略的相继提出，给运营商的网络发展带来了新的机遇。同时随着用户对“短视频”“手游”等业务的追捧，带宽需求迅速增长。现有的宽带网络已无法满足日益增长的数据流量需求，GPON网络升级建设已成为主流，而针对高价值客户的XGPON网络建设也如火如荼地展开。在实际网络建设过程中，参照传统光纤链路衰减指标设计的参考模型，针对链路衰耗的计算描述一直比较模糊[1]。本文在光链路衰减参考模型的基础上，结合具体工程实践，得出XGPON和GPON网络的光链路衰耗设计模型，从而可以帮助设计、施工及维护、简单快捷地计算出链路衰耗，实现快速网络建设。

1 光纤链路衰减指标设计的参考模型

光纤链路衰减指标是指光信号通过光纤传输后，光能量的衰减程度。通常以分贝（dB） 为单位表示，它是一项非常重要的光纤通信参数。光纤链路衰减指标的测量通常包括两个主要步骤：

1） 测量光纤衰减系数：通过测量不同波长的光信号在光纤中传输后的衰减程度，可以得出光纤的衰减系数。对于不同类型的光纤，例如室内单模、室外单模等，衰减系数会有所不同。

2）计算光纤链路衰减：光纤链路衰减可以通过将光纤长度、连接器数量和熔接点数量等因素考虑到衰减系数的测量中来计算。它涉及光缆衰减、连接器衰减和熔接衰减这三个部分。

光纤链路衰减指标的限制会影响光纤通信系统的传输距离和可靠性。因此，在设计和维护光纤通信系统时，需要充分考虑光纤链路衰减指标的测量和控制。

根据GB 51158 -2015 《通信线路工程設计规范》，光纤链路衰减指标设计参考模型，如图1所示[2]。

在实际设计中，光纤链路的衰减数据指标不得大于下列计算值。

[光纤链路衰减=i=1nLi×Af+X×A熔+Y×AC+i=1mI分+Z×A冷]（dB）

式中：[i=1nLi]—表示光链路中各区间光纤长度的总和（千米）；

[Af]—表示设计中选择的光纤和材料供应者提出的实际光纤衰减系数（dB/km） ；

[X]—表示光链路内光纤融合的数量（包括尾纤熔接接头的数量）；

[A熔]—表示设计上定义的光纤熔接接头的平均衰减规格（db/个）；

[Y]—表示光链路中的活动接头数量；

[AC]—表示设计中规定的活动连接器衰耗指标（dB/个）；

[i=1mI分]—表示光链路中m个光分路器的总插损（dB） ；

[Z]—表示光链中机械式光纤冷却连接的个数；

[A冷]—表示设计上规定的冷连接器的连接衰减系数（db/个）；

从OLT到ONU/ONT的全光纤链路衰耗指标，在设计阶段根据光纤链路的实际构成，并结合设计中选择的各种部件的性能指标，计算出工程实施中的具体指标要求事项。

1.1 XGPON和GPON网络光链路衰耗指标的设计模型

根据具体的工程实践，我们对光纤接入网光缆线路光纤链路衰减指标设计的参考模型进行演变，使其更加适合XGPON和GPON网络需求。

[光纤链路衰减=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之间光缆的总长度（公里）；

[Af]—表示设计中所规定光纤（不含接头）的衰减系数（dB/km） ；

[X]—表示OLT与ONU/ONT之间的光纤链路中的光纤熔接（含尾纤熔接）接头的数量（个）；

[A熔]—表示设计中规定的光纤焊接接头的平均衰减指标（dB/个）；

[Y]—表示OLT与ONU/ONT之间的光纤链路内的光纤冷却连接（含现场组装预埋的光纤式连接器的成端接头）的接头数量（个）；

[A冷]—表示设计上规定的冷连接器的连接衰减系数（dB/个）；

[i=1mI分]—表示OLT与单独ONU/ONT之间的光链路内所有光分路器的插损总和（dB） ；

[β]—表示维护余量（dB） ；

[A冷]—表示设计中所规定的冷接子的接头衰耗系数（dB/个）；

[N]—表示OLT与单独ONU/ONT之间的光链路中活动连接器的数量（个）；

[AC]—表示设计中所规定的活动连接器的衰耗指标（dB/个）。

1.2 XGPON和GPON网络光链路衰耗指标的设计模型中相关技术参数

1） 光分路器插入损耗

光分路器的插入损耗是指光分路器某一输出端的输出功率比光分路器输入端的输入功率降低了多少。在光通信和光纤传输中，插入损耗是评估光分路器性能的重要指标之一。根据YD/T 1117-2001《全光纤型分支器件技术条件》，工程中常用光分路器插入损耗，如表1所示[3]。

2） 光缆光纤损耗

光纤损耗也被称为光的衰减，是指光纤发射端和接收端之间的光损耗量。光纤损耗大致分为以下几类：光纤的吸收损耗；光线的散射损耗；光纤结构的不规则损耗和光纤的弯曲损耗。在光纤通信系统中，光纤损耗是影响传输质量和距离的关键因素。常见的光纤损耗产生原因包括光纤材料对光能的吸收、散射、弯曲以及连接器损耗等。要实现光纤的通信，其中一个很重要的问题就是尽可能地把损耗降到最低。可以通过选用高质量的光纤连接器、选用光纤熔接或其他技术手法来有效降低光纤损耗。

根据电信工业联盟（TIA） 和电子工业联盟（EIA） 携手制定了EIA/TIA标准，该标准规定了光缆、连接器的性能和传输要求，以网络中常用的G.652光纤为例，其固有损耗，如表2所示。

3） 设备连接器损耗

设备连接器损耗通常是由于多种因素导致的，包括以下几个方面：连接器本身的质量问题或损坏。例如，连接器内部金属接触不良、弹簧老化、表面氧化等，这些都会导致连接器性能下降；连接器的安装方式不正确。例如，安装时使用了过大的扭力或连接器未对齐，这可能会导致连接器的金属接触部位变形，从而增加损耗；设备线路布局过长或者连接器数量过多，可能会因信号衰减和干扰而产生损耗。

根据EIA/TIA标准，设备连接器插入损耗，如表3所示。

4） 光缆接续和成端的接头损耗

光缆接续和成端的接头损耗主要由以下原因导致：不良的熔接条件和热缩管的质量问题。如果热熔保护管在热熔后出现扭曲、气泡，或者热缩管不干净、有灰尘或沙砾，都会在对接续点造成损伤，导致损耗增大；不规范的施工流程和环境。例如，在直埋光缆的直接施工中，如果光缆的深度不够，或者受到挤压破损，或光缆的路径选择错了，考虑到环境和地形的变化，光缆是外力作用的范围超过容限，就会对光缆损耗造成影响。在架空光缆的施工中，如果架空高度不当、受到环境和气候影响，也会引起损耗；光纤接头位置错动。假如在熔接过程中，接头的损耗符合要求，但是在后期的测试中，也往往会发现接头处损耗测量值过大，这通常是由于光纤折叠位置错位所致。此时需要重新盘绕光纤余长，或者重新熔接。为了避免这种现象，在光缆熔接和成端的过程中，应严格遵守相应的接续工艺流程，保证光纤接头位置的准确性，同时使用不干胶带将光纤接头和光纤余长固定在余纤盘上，防止光纤因过分扭曲而受损。在施工过程中应确保光缆外护层不受损伤，避免进水导致氢损。

根据EIA/TIA标准，以网络中常用的G.652光纤为例，其熔接和冷接方式接头损耗如表4所示。

5） 线路维护余量取值

线路维护余量（即光纤余量）的取值主要取决于以下因素：维护方式对光纤余量的需求有着重要影响。例如，在某些维护方式下，当光纤断裂或故障时，需要重新铺设整条线路的光纤，因此需要保留更多的光纤余量。而在另一些维护方式下，只需要替换故障部分的光纤，因此对光纤余量的需求相对较少；光纤的铺设方式对光纤余量的需求也有影响。此时需要保留更多的光纤余量；自然环境对光纤余量的需求也有影响。例如，在架空光缆的铺设中，如果架空高度不当、受到环境和气候影响，会使光缆受到损耗。此时需要保留更多的光纤余量。

线路维护余量的取值应当综合考虑以上多种因素。一般而言，维护余量以5 km为1档，取值如表5所示。

2 XGPON和GPON网络损耗量计算

从机房侧OLT的R/S节点开始，到二级分光后客户端ONT的S/R节点，ODN网络的损耗常数如表6所示[4]。

XGPON和GPON网络最大通道允许插入损耗值如表7所示。

ODN网络的动态损失是指光纤传输的损失与活动接头的损失之和，不同光模块类型允许的动态损耗值如表8所示。

假设采用GPON技术，用户侧与OLT设备间光缆距离为5.2km，光缆光纤固有损耗0.34dB/km，中间共有4个跳纤点，其允许动态损耗计算过程如下：

允许动态损耗=5.2×0.34+4×2×0.3=1.768+2.4=4.168（dB），该数值小于CLASS C+的要求，采用CLASS C+光模块即可满足工程需求。

3 总结

本文通过光纤链路衰减指标设计的参考模型，实现对XGPON和GPON网络链路衰耗指标设计模型的构建和分析，旨在完善链路衰耗计算过程，通过模型可快速判定出使用何种类型光模块可实现网络快速建设。

参考文献：

[1] 叶亚伟，李宝玉.GPON网络在宽带提速中的链路损耗及带宽承载能力计算[J].中国新通信，2016，18（16）：146-147.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.通信线路工程设计规范：GB 51158—2015[S].北京：中国计划出版社，2016.

[3] 中华人民共和国信息产业部.全光纤型分支器件技术条件：YD/T 1117—2001[S].北京：人民邮电出版社，2001.

[4] 陈国庆，怀向芳.接入网多模光纤链路损耗的测试条件[J].光纤与电缆及其应用技术，2013（2）：1-3.

【通聯编辑：闻翔军】