通信系统中分光器光衰的计算方法及应用

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【摘 要】

主要介绍了分光器的相关概念及原理，对链路中分光器的光衰计算方法进行了详细剖析，并结合实际的网络应用，通过计算证明，为数据网中分光器的设计应用提供了参考。

【关键词】

插入损耗 回波损耗 分光比

中图分类号：TN715 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2013）-18-

The Calculation Method and Application of Optical Splitter’s Luminance Decrease in the Communication System

SHI Jun-tao， ZENG Qiang

（GCI Communications Planning and Design Institute of Guangzhou， Guangzhou 510310， China）

[Abstract]

This paper focuses on the concept and theory of Optical divider， and introduces the calculation method of optical splitter’s luminance decrease in detail， and furthermore provides advices to the design and application for optical splitter in the link by calculation combined with practical application.

[Key words]

insertion loss return loss splitting ratio

收稿日期：2013-05-17

1 概述

随着数据通信中IP技术的迅速发展，数据链路中串接分光器的组网方式应用增多，分光器的应用根据不同的网络结构情况，需选择合理的分光器型号及分光模式。分光器的应用方案可行与否主要与分光器在链路中的光衰有关，而链路能否实现数据通信基本取决于链路中所产生的光衰是否在通信设备光模块接收灵敏度正常范围内。

本文就各种分光器组网应用模式，根据理论计算结果，并结合实际项目应用案例说明通信系统中分光器光衰的计算方法，用以指导在今后通信系统项目中分光器的设计应用。

2 定义及原理

2.1 分光器简介

“分光器”也叫“光分路器”，是光纤链路中最重要的无源器件之一，是具有多个输入端和输出端的光纤汇接器件，常用M*N来表示一个分光器有M个输入端和N个输出端。在产品现网组网中使用的分光器一般都是1*2、1*3、1*4分光器。

2.2 分光器的常用技术指标

（1）波长（Wave Length）

不同类型的光纤对应的分光器不同，常用的有850nm、1 310nm、1 550nm。其中，850nm为多模，1 310nm和1 550nm为单模。一般来讲波长有一个范围，例如：（1 310±40）nm。

（2）插入损耗（Insertion Loss）

分光器的插入损耗定义为光纤中的光信号通过活动连接器之后，其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝比，插入损耗越小越好。

（3）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。

（4）分光比（Split Ratio）

分光比定义为分光器各输出端口的输出功率比值，在系统应用中，分光比的确定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）。

3 分光器光衰计算方法

分光器的选择除了其自身的生产工艺，最主要的指标是分光器在特定的分光比下所产生的不同光衰，分光器的光衰计算公式为：

总光衰=发送光功率+附加损耗+插入损耗+裸纤损耗 （1）

（1）分光器分光比计算公式

ki=Pi/SP*100% （2）

其中，Pi为每条光链路所需的驱动功率，SP为激光器所带各光链路的所需驱动功率之和。

注：实际使用中厂家已注明了分光比，如1分2：80%：20%或者70%：30%；1分3：70%：15%：15%；1分4：70%：10%：10%：10%。

（2）附加损耗计算

对于1×N单模标准型分光器附加损耗如表1所示：

（3）插入损耗计算公式

IL=-10lg（Po/Pi） （3）

其中，Po是输出端的光功率，Pi是输入端的光功率。

注：公式中Po/Pi相当于分光器的分光比，即：

IL=-10lg（ki）。

例如有一分二分光器，为二八分光，即分光比为20%：80%。其20%分光链路插入损耗理论值为-10lg（20%），大约等于6.99dB。

（4）裸纤损耗计算

光纤的衰耗系数（参考值）：

1 310nm波长：0.3～0.4dB/km；

1 550nm波长：0.15～0.25dB/km；

850nm波长：3.75dB/km；

活动连接器衰耗：一般每个为0.5dB。

4 主流光模块性能指标

光模块的相关性能主要从传输距离、中心波长、最小发送光功率、最大发送光功率、接收灵敏度、过载光功率、光纤类型几个方面衡量。主流光模块性能指标如表2—7所示。

5 分光器实际应用计算

分光器在系统平台中的使用与通信网络的结构有很大关系，它对系统平台的影响主要在系统主干路及平台支路两方面。由于传输设备具有光放大的作用，可以有效抵消链路部分光衰。分光器主要的网络承载使用方式有两种：传输/裸纤混合模式、裸纤直连模式。

假定1条链路存在2个分光器（均为1分2，假定其中一个为P2P平台90%：10%分光比，另外一个为行为分析平台80%：20%分光比）的传输/裸纤混合模式，裸纤为1 310nm波长，传输/裸纤混合模式系统平台分光组网示意图如图1所示。本文以最常用的10G XFP光模块分光作出分析，其余型号计算原理相同，不再重复介绍（注：若1条链路中分在多个分光器时，应综合考虑整条链路所有分光器的光衰影响）。

（1）主干路部分

1）设备A至设备B

总光衰由于链路中间以传输网的方式承载，存在传输放大光信号的作用，故以传输网B点至设备B点作为设备A至设备B整个链路的总光衰=发送光功率（平均值-3dB）+附加损耗（1分2为-0.2dB）+插入损耗（80%：20%的80%输出端光衰为-10lg（80%/100%）为-1dB）+裸纤损耗（假定传输网B点至设备B裸纤距离为1km，中间经过活动连接器/法兰盘的个数为4个，即平均值0.35*1km+4*0.5=2.35dB）=

（-3）+（-0.2）+（-1）+（-2.35）=-6.55dB。

2）设备B至设备A：

同理，设备B至设备A的光衰=（-3）+（-0.2）+

（-0.5）+（-2.35）=-6.05dB。

而10km 1310的10G XFP光模块的接收灵敏度在-11dB，故设备A至设备B之间的主链路经过两次分光之后所产生的损耗可满足主干路通信需求。

（2）支路P2P平台链路

计算设备A至P2P平台链路所产生的光衰：设备A至P2P平台总光衰=发送光功率（平均值-3dB）+附加损耗（1分2为-0.2dB）+插入损耗（90%：10%的10%输出端光衰为-10lg（10%/100%）为-10dB）+裸纤损耗（假定设备A至P2P平台裸纤距离为1km，中间经过活动连接器/法兰盘的个数为4个，即平均值0.35*1km+4*0.5=2.35dB）=（-3）+（-0.2）+（-10）+

（-2.35）=-15.55dB。

10km 1310nm 10G XFP光模块接收灵敏度的要求为-11dB，在这种裸线距离长度及其它条件下，分光无法满足P2P系统平台的光功率需求。

6 结论

从计算结果可以看出，此种分光器型号选择及部署方案不合理，只能保证主干路分光衰耗在光模块接收灵敏度内，无法保证支干路的正常通信。另外，分光器在各种光通信系统中的应用原理是相同的，可以用计算逐个环境的方法去分析。

参考文献：

[1] 赵长水. 一种设计光二分路器分光比的简便方法[J]. 电视技术， 2007（5）.

[2] 胡蔚星. 如何设计HPC网分光器的分光比[J]. 有线电视技术， 2005（1）.

[3] 武汉邮电科学研究院. YD/T 1117-2001 全光纤型分支器件技术条件[S]. 北京： 人民邮电出版社， 2001.

[4] YD/T 1272.3-2005 光纤活动连接器SC型[S]. 2005.

[5] YD/T 1272.1-2003 光纤活动连接器LC型[S]. 2003.

作者简介

史俊涛：助理工程师，学士毕业于西安邮电大学通信工程专业，现任职于广州杰赛通信规划设计院，主要从事宽带数据/增值平台专业工程设计及规划工作。

曾强：助理工程师，学士毕业于四川邮电学院通信工程专业，现任职于广州杰赛通信规划设计院，主要从事数据通信网专业主管与数据通信网建设规划工作。