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光纤识别技术及其在光纤网络维护中的应用探析

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vdianwang 发表于 2022-5-15 21:52:15 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
面对海量光纤资源,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。针对光纤网络维护中快速定位光纤难题, 详细介绍了光纤识别的标准化进展和关键技术,分析了光纤识别技术在光纤网络维护中的应用,并对不同应用场景进行了试验验证。


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250 μm或200 μm)。
b) 紧套光纤/松套光纤(直径900 μm)。
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。

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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。

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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
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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。

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图3 无预置耦合器的在线光纤识别技术原理图

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。

表2 无预置耦合器在线光纤识别技术性能要求
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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)。

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图4  单纤单向测试验证配置

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。





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