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标题: 光纤识别技术及其在光纤网络维护中的应用探析 [打印本页]
作者: vdianwang 时间: 2021-3-21 16:28
标题: 光纤识别技术及其在光纤网络维护中的应用探析
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。
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。
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
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。
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
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）。
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。
▎参考文献：
［1］ ITU-T Optical fibre identification for the maintenance of optical access networks：L.314［EB/OL］. ［2018-12-10］. https：//www.itu.int/net/ITU-T/lists/standards.aspx?Group=5&Domain=28.
［2］ ITU-T Characteristics of a single-mode optical fibre and cable：G.652［EB/OL］. ［2018-12-10］. https：//www.itu.int/net/ITU-T/lists/standards.aspx?Group=5&Domain=28.
［3］ ITU-T Characteristics of a bending-loss insensitive single-mode optical fibre and cable：G.657［EB/OL］. ［2018-12-10］. https：//www.itu.int/net/ITU-T/lists/standards.aspx?Group=5&Domain=28.
［4］ ITU-T Maintenance wavelength on fibres carrying signals：L.301［EB/OL］. ［2018-12-10］. https：//www.itu.int/net/ITU-T/lists/standards.aspx?Group=5&Domain=28.
［5］ CCSA.城域接入型波分复用（WDM）系统技术要求［EB/OL］.［2018-12-10］. http：//www.ccsa.org.cn/tc/baopi.php?baopi_id=5547.
［6］ CCSA. 25 Gbit/s单纤双向光收发合一模块［EB/OL］. ［2018-12-10］. http：//www.ccsa.org.cn/tc/baopi.php?baopi_id=5547.
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