配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中EPON分光器的研究

荀思超

【摘要】 隨著智能電網(wǎng)的深入開展，配電自動(dòng)化系統(tǒng)作為不可或缺的一部分，各地電力公司都大力整改或搭建自己的配電自動(dòng)化系統(tǒng)。由于EPON采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)而且具有低成本、高帶寬、擴(kuò)展性強(qiáng)等功能，因此EPON在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中被大量使用。分光器是EPON系統(tǒng)中重要組成部分，分光器的選擇直接影響到EPON系統(tǒng)的效果。本文主要對(duì)EPON系統(tǒng)中的分光器進(jìn)行了相關(guān)的研究。

【關(guān)鍵詞】 EPON 分光器 智能電網(wǎng) 配電自動(dòng)化

一、EPON技術(shù)簡(jiǎn)介

EPON是基于以太網(wǎng)技術(shù)的無源光網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，是以太網(wǎng)與點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)結(jié)構(gòu)的結(jié)合[1]。EPON系統(tǒng)由三部分組成，包括光線路終端OLT（Optical Line Terminal）、光分配網(wǎng)絡(luò)ODN（Optical Distribution Network）和光網(wǎng)絡(luò)單元ONU（Optical Network Unit）。EPON系統(tǒng)的框架如圖1所示，其中ODN的作用是將OLT和ONU連接起來，提供傳輸手段。ODN主要包含光纖連接器、光纖配線架、光纜交接箱等無源器件，其中最主要是無源分光器。分光器是EPON系統(tǒng)中重要組成部分，分光器的選擇直接影響到EPON系統(tǒng)的效果。本文主要對(duì)EPON系統(tǒng)中的分光器進(jìn)行了相關(guān)的研究。

圖1 EPON系統(tǒng)框架圖

二、 分光器的研究

2.1分光器的作用

分光器是EPON系統(tǒng)中不可缺少的無源光纖分支器件。作為連接OLT設(shè)備和ONU用戶終端的無源設(shè)備，它把由饋線光纖輸入的光信號(hào)按功率分配到若干輸出用戶線光纖上。

2.2分光器在EPON網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

EPON技術(shù)中數(shù)據(jù)傳輸采用單纖雙向傳輸?shù)腤DM（光波分復(fù)用）技術(shù)，在下行方向（OLT到ONU），OLT以廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)分光器進(jìn)行均勻分光傳送給各個(gè)ONU，ONU通過數(shù)據(jù)幀前導(dǎo)碼的標(biāo)識(shí)來識(shí)別發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)；在上行方向（ONU到OLT），各個(gè)ONU以時(shí)分復(fù)用的方式發(fā)送數(shù)據(jù)包，光信號(hào)在分光器處進(jìn)行耦合傳送給OLT為避免上下行數(shù)據(jù)的碰撞，EPON系統(tǒng)下行數(shù)據(jù)光波長(zhǎng)為1490mn，上行光波長(zhǎng)為1310mn。示意圖如圖2所示。

2.3分光器的常用技術(shù)指標(biāo)

波長(zhǎng)（Wave Length）

不同類型的光纖對(duì)應(yīng)的分光器不同，常用的有850nm、1310nm、1550nm。

插入損耗（Insertion Loss）

分光器的插入損耗定義為光纖中的光信號(hào)通過活動(dòng)連接器之后，其輸出光功率相對(duì)輸入光功率的比率的分貝比，插入損耗越小越好。

附加損耗

附加損耗定義為所有輸出端口的光功率總和相對(duì)于輸入光功率損失的dB數(shù)。

分光比（SplitRatio）

分光比定義為分光器各輸出端口的輸出功率比值，在系統(tǒng)應(yīng)用中，分光比的確定是根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)光節(jié)點(diǎn)所需的光功率的多少，確定合適的分光比（平均分配的除外）。

2.4分光器光衰計(jì)算方法

分光器的選擇除了其自身的生產(chǎn)工藝，最主要的指標(biāo)是分光器在特定的分光比下所產(chǎn)生的不同光衰。

分光器的光衰計(jì)算公式為：

總光衰=發(fā)送光功率+附加損耗+插入損耗+裸纖損耗

a、分光器分光比計(jì)算公式

Ki=Pi/SP*100%

其中，Pi為每條光鏈路所需的驅(qū)動(dòng)功率，SP為激光器所帶各光鏈路的所需驅(qū)動(dòng)功率之和。

b、附加損耗計(jì)算

對(duì)于1*N單模標(biāo)準(zhǔn)型分光器附加損耗如表1所示：

表1 附加損耗參照表

分路數(shù) 2 3 4 6 7 8 10 12 16

附加損耗（dB） 0.2 0.3 0.4 0.5 0.55 0.6 0.8 1.0 1.2

c、插入損耗計(jì)算公式

IL=-10lg（Po/Pi）

其中，Po是輸出端的光功率，Pi是輸入端的光功率。

d、裸纖損耗計(jì)算

光纖的衰耗系數(shù)：

波長(zhǎng)1310nm：0.3～0.4dB/km；

波長(zhǎng)1550nm：0.15～0.25Db/km；

波長(zhǎng)850nm：3.75Db/km；

活動(dòng)連接器衰耗：一般記每個(gè)為0.5dB。

2.5分光器的種類與比較

分光器可以作為獨(dú)立的器件在OLT節(jié)點(diǎn)、光分配點(diǎn)、用戶接入點(diǎn)使用，也可以置于其他局端配線設(shè)施、光分配點(diǎn)和用戶接入點(diǎn)設(shè)施內(nèi)（一體化設(shè)計(jì)或可插拔式）使用，主要包括內(nèi)置分光器和外置分光器兩種類型。

外置分光器適合運(yùn)營(yíng)商光纖到戶網(wǎng)絡(luò)中使用，以樹形網(wǎng)絡(luò)為主；內(nèi)置分光器有很強(qiáng)的組網(wǎng)能力可以組樹形、星型、手拉手環(huán)型等，比較適合大型專網(wǎng)如電力專網(wǎng)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)。

2.6兩種類型分光器的計(jì)算模型

下面模擬一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，分別采用外置分光器與內(nèi)置分光器來組網(wǎng)，并進(jìn)行相應(yīng)的功率計(jì)算。外置分光器網(wǎng)絡(luò)光配按照有4個(gè)連接器計(jì)算，計(jì)算方法為總預(yù)算減去各部分衰耗，要求最后到達(dá)ONU光模塊大于0db，而內(nèi)置分光器計(jì)算方法為總預(yù)算減去各部分衰耗，要求最后到達(dá)ONU光模塊大于0db。網(wǎng)絡(luò)示意如圖3所示，通過計(jì)算可知采用外置分光器時(shí)到第8級(jí)分光就有ONU的收光達(dá)到0dB，而采用內(nèi)置分光器后可以到達(dá)12級(jí)分光ONU的收光才達(dá)到0dB。

三、 結(jié)論

在電力配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，引入EPON技術(shù)主要是因?yàn)镋PON系統(tǒng)具有點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)，上、下行速率均可達(dá)1.25Gbps的特點(diǎn)，并且具有低成本、高帶寬、擴(kuò)展性強(qiáng)、靈活快速的服務(wù)重組以及方便與現(xiàn)有以太網(wǎng)完全兼容等特點(diǎn)。另外EPON系統(tǒng)可以滿足電力系統(tǒng)安全保護(hù)功能。將分光器內(nèi)置的ONU具有綠色環(huán)保、體積緊湊、工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)、安全可靠、組網(wǎng)靈活、工程適應(yīng)性強(qiáng)、易維護(hù)，零接觸等特點(diǎn)。關(guān)鍵的是該種ONU支持手拉手保護(hù)環(huán)網(wǎng)功能，且設(shè)計(jì)緊湊，集成度高，全封閉設(shè)計(jì)，可安裝于空間狹小的室外機(jī)柜（箱），也可壁掛，可以做到零占地安裝。非常適合安裝在戶外環(huán)網(wǎng)單元、柱上開關(guān)等空間非常有限的地方。經(jīng)過分析內(nèi)置分光器比外置分光器更適合電力的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)。