光分路器在PON系统中的使用

摘 要： 数十年来，电信运营商一直在不断地寻找着更低的建设和运营成本、更高的速度的网络系统，PON的出现，无疑为目前实现光纤接入“最后一公里”提供了最好的解决方案。PON是无源光网络（Passive Optical Network），指光配线网络（ODN）不含有任何电子器件及电子电源的网络，全部由光分路器等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备，可承载以太网，语音，视频，以及高清数码有线电视等业务。PON由运营商设置在局端的光线路终端（OLT）、包含无源光器件的光分配网（ODN）、用户端的光网络单元/光网络终端（ONU/ONT）组成。

关键词： 光分路器；PON系统

光网络系统需要将光信号进行耦合、分支、分配，这就需要光分路器来实现。光分路器又称分光器，是光纤链路中最重要的无源器件之一，本文主要介绍分光器在PON系统中的使用。

1 光分路器的原理和特点

光分路器按原理可以分为熔融拉锥型和平面波导型（PLC）两种。熔融拉锥型产品是将两根或多根光纤进行侧面熔接而成；平面波导型是微光学元件型产品，采用光刻技术，在介质或半导体基板上形成光波导，实现分支分配功能。这两种型式的分光原理类似，它们通过改变光纤间的消逝场相互耦合（耦合度，耦合长度）以及改变光纤纤半径来实现不同大小分支量，反之也可以将多路光信号合为一路信号叫做合成器，称为光合成器。

FTTx PON中应用最广泛的是基于PLC的光分路器。在半导体刻板上，利用光刻技术雕刻出“Y”形波导耦合器，将这些“Y”波导连接在一起就构成了逐级分光，可实现1×4、1×8、1×16、1×32、1×64等的分光比。

与熔融拉锥式分路器相比，PLC分路器的优点有：（1）损耗对光波长不敏感，可以满足不同波长的传输需要。（2）分光均匀，可以将信号均匀分配给用户。（3）结构紧凑，体积小，可以直接安装在现有的各种交接箱内，不需留出很大的安装空间。（4）单只器件分路通道很多，可以达到64路以上。（5）多路成本低，分路数越多，成本优势越明显。

2 光分路器的主要技术参数

光分路器的主要技术参数有插入损耗、附加损耗、分光比、隔离度等。

1） 插入损耗。光分路器的插入损耗是指每一路输出相对于输入光损失的dB数，其数学表达式为：Ai=-10lg Pouti/Pin ，其中Ai是指第i个输出口的插入损耗；Pouti是第i个输出端口的光功率；Pin是输入端的光功率值。插入损耗反映了各个输出端口的输出功率状况。

2） 附加损耗。附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于输入光功率损失的DB数。对于1*N单模标准型光分路器附加损耗如下表所示：

对于光纤耦合器，附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标，反映的是器件制作过程的固有损耗，这个损耗越小越好，是制作质量优劣的考核指标。

3） 分光比。分光比定义为光分路器各输出端口的输出功率比值，在系统应用中，分光比的确是根据实际系统光节点所需的光功率的多少，确定合适的分光比（平均分配的除外），光分路器的分光比与传输光的波长有关，例如一个光分路器在传输1.31 微米的光时两个输出端的分光比为50：50；在传输1.5μm的光时，则变为70：30（因为光分路器都有一定的带宽，即分光比基本不变时所传输光信号的频带宽度）。所以在订做光分路器时一定要注明波长。

4） 隔离度。隔离度是指光分路器的某一光路对其他光路中的光信号的隔离能力。在以上各指标中，隔离度对于光分路器的意义更为重大，在实际系统应用中往往需要隔离度达到40dB以上的器件，否则将影响整个系统的性能。

此外，稳定性、均匀性、回波损耗、方向性、PDL都在光分路器的性能指标中占据非常重要的位置。

3 光分路器在PON系统中的应用

由于PON系统可以实现FTTx，即采用光纤接入的方式为接入网“最后一公里”提供解决方案，并具有成本低及运营维护简易的特性，PON几乎成为FTTx的代名词，人们习惯性地把PON等同于FTTx。

一个典型的PON系统如图1所示，由光线路终端（OLT）、光分配网络（ODN）、光网络单元/光网络终端（ONU/ONT）组成。其中OLT是PON和上层骨干网之间的接口，ONT作为终端用户的服务接口，ODN通过无源器件（光分路器或光耦合器）将一路光信号分成多路光信号传输至各个终端光网络单元。

3.1 光分路器的配置原则

常用光分路器的分路比有1：2、1：4、1：8、1：16、1：32、1：64几种，需要时还可选用2：N光分路器或非均分光分路器。光分路器配置时必须考虑设备每个PON口和光分路器的最大利用率，根据用户分布密度及分布形式，选择最优化的光分路器组合方式和合适的安装位置。分光设置原则有两条：一是尽量采用一级分光，二是分光级数不超过二级。采用一级分光的优点表现在：

1）最大限度的提高PON利用率。例如我们对251户别墅公寓混合小区进行FTTH 规划时，在小区机房设置ODF 配线架进行集中一级分光，按照1×32分光比，250/32=7.84，配置8个PON 口，正好是一台OLT的一块PON板的容量。机房到用户的光缆在ODF架成端，只需用光纤活动连接器就可以方便的对整个小区住户进行配线管理。如果采用二级分光，因配置问题，PON 的利用率会不均衡，因地理位置的关系，有的PON 很可能只有不足10个用户，PON口的需求会超过8个。这种情况下，必须增加PON板才能满足需求，导致投资上升。

2）故障诊断方便。所有入户光缆在机房ODF架成端，链路故障位置只需在机房用普通的OTDR即可测定，而二级分光系统中，故障点确定需要昂贵的PON专用设备，目前很多基层运营商还没具备条件。

3）由于插入点减少，链路的损耗减少，可能的故障点减少，系统的可靠性提高。

3.2 光分路器的位置设计

1）当采用一级分光方式，光分路器在驻地网时，光分路器可安装在室内或室外，室内安装位置包括小区中心机房、楼内弱电井、楼层线路箱等。光分路器的上联光缆可分别来自一级光交接箱、二级光交接箱或光分纤箱这3种途径。此方式主要适用于已建成的小区规模较大、用户密度高的情况，如高层住宅等。

2）当采用一级分光方式，光分路器可分别设在主干层或用户配线光缆层，设在主干层时，光分路器可安装在一级光交接箱、二级光交接箱或光分纤箱内。此方式适用于用户比较分散的情况及新建用户光缆网。

3.3 典型分光方案

1）当高层楼宇FTTx光接入网的ONT/ONU用户相对分散且数量不多的情况下，如分散在几栋楼宇中，这种情况可采用集中分光方案。集中分光可理解为光分路器置于主干光缆和配线光缆之间进行光功率分配，如图2所示。从光缆交接箱中出来并经过光分路器分光的线路，分别以不同的配线光缆连接到不同的楼宇中，在不同的楼宇内，利用光缆分纤盒将进入此楼宇的光缆中的不同光纤通过布线光缆分配至相应的ONT/ONU。

2）当高层楼宇FTTx光接入网的ONT/ONU用户相对集中且数量较多时，如用户集中于一栋楼宇中或一栋楼宇的某几层，此时可采用分散分光方案。所谓分散分光可以理解为光分路器置于配线光缆和引入线光缆之间，也就是说位于引入线光缆的前端的光分配方式为分散分光，如图3所示。线路从局端机房的OLT出来，以普通管道光缆或架空光缆连接到楼宇附近路边或大楼地下室的光缆交接箱中，再从光缆交接箱中利用分支型布线光缆连接到楼宇的不同楼道或楼层的弱电井中的光缆分纤盒，光分路器置于光缆分纤盒中，通过分光后，可用“8”字布线光缆连接到每个ONT/ONU。

3）多栋楼宇分光方案：通常情况下单栋多层楼宇的FTTx终端ONT/ONU有限，可采用集中分光方式。如图4所示，分光器置于光缆交接箱中，从光缆交接箱中出来的配线光缆在楼宇附近通过光缆接头盒进行分歧，分歧出来的光缆进入楼宇内。再通过光缆分纤盒使用布线光缆将光信号引至ONT/ONU。如有楼宇的数量为N栋，则光缆接头盒的数量应≤N-1。

放在用户端的ONT可以向用户提供10/100Mbit/s以太网接口，用于连接计算机，还可以提供电话接口以及CATV接口，从而实现数据网、电信网、广播电视网的“三网合一”。