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接收光功率与链路预算

接收功率是 DDM 里几乎总能反映真实情况的一个数值,它是一个简单等式的结果:对端发出的功率减去链路损耗的功率。两端都读取之后,就得到链路的实测损耗;把它与线路理论上应有的损耗相比较,就能判断问题出在光纤、连接器还是模块,也能知道链路失效前还剩多少余量。

等式

Rx(here) = Tx(far end) − loss(path)
loss(path) = fibre attenuation × length + Σ connectors + Σ splices + Σ passive components
margin     = Rx(here) − sensitivity(this receiver)

Tx 和 Rx 都来自 DDM(参见参数);损耗各项则来自线路记录,或参考下列典型数值:

项目典型损耗说明
单模光纤,1310 nm0.32–0.35 dB/kmG.652
单模光纤,1550 nm0.18–0.22 dB/km—
单模光纤,1610 nm(CWDM 边缘波长)0.22–0.25 dB/km旧光纤在 1383 nm 水吸收峰处为 0.3–0.5 dB/km
多模光纤,850 nm2.5–3.5 dB/kmOM3/OM4
连接器对(LC/SC,UPC 或 APC)0.2–0.5 dB(按 TIA 最大 0.75)脏污时:+0.5 … +3 dB 甚至更多
MPO/MTP 连接器对0.35–0.75 dB极性和针位比损耗本身更重要
熔接0.05–0.1 dB—
机械熔接0.2–0.5 dB—
CWDM 复用器 + 解复用器(每信道)合计 2.5–4 dB每经过一个直通波段再加 1–2 dB
DWDM 复用/解复用(AWG)每对 3–6 dB—
PON 分光器 1:2 / 1:4 / 1:8≈ 3.5 / 7.2 / 10.5 dB—
PON 分光器 1:16 / 1:32 / 1:64≈ 13.7 / 17.2 / 20.5 dB—
线路衰减器按标称值 ±0.5 dB—

CWDM 详细预算方法参见复用/解复用与链路预算;单位换算参见单位与换算。

实例:10GBASE-LR,12 km

  • 对端 Tx(DDM):−2.5 dBm
  • 预期损耗:12 km × 0.35 = 4.2 dB,加 4 对连接器 × 0.4 = 1.6 dB,加 6 处熔接 × 0.1 = 0.6 dB,合计 6.4 dB
  • 预期 Rx:−2.5 − 6.4 = −8.9 dBm
  • 灵敏度(10GBASE-LR,平均功率):约 −14.4 dBm,预期余量 ≈ 5.5 dB
实测 Rx解读
−8 … −10 dBm符合设计
−12 dBm缺失 3 dB:一处连接器脏污或损坏、一处宏弯,或一处熔接点问题;先清洁检查,再用 OTDR
−14 dBm已到灵敏度极限,链路可能仍然 up,但会出现误码和抖动
−40 dBm完全无光:光纤问题、端口接错,或对端 Tx 关闭(参见无链路检查清单)
−3 dBm对端发送功率高于预期,或实际路径比记录的短得多

两个方向

测量 A→B 和 B→A 两个方向。光纤损耗在几分之一 dB 的范围内是对称的;如果差异超过 DDM 的精度(±3 dB,实际中超过 2 dB 即算),说明不对称出在某一端,而不是线路本身:

现象含义
两个方向都低了相同幅度共同路径的问题:长度、熔接点、复用器,或两根光纤的连接器都脏污
只有一个方向偏低该光纤上连接器脏污/损坏、发送端 Tx 偏弱,或该方向波长不匹配(BiDi/CWDM)
只有一个方向完全无光该对光纤中的一根断裂、Tx 被禁用或已损坏,或 Tx/Rx 接反
两个方向都正常,却仍然出错不是功率问题:色散、FEC,或并行光路的极性问题(参见VDM 与 FEC)

并行光路要逐通道比较:先把四个或八个 Rx 值互相比较,再与规格对比(参见 分通道诊断)。

过载:光太强

每个接收机都有最大输入限制;超过之后光电二极管或 TIA 会饱和,即使“信号很强”也会出现误码。典型过载点:10G SR/LR 的 PIN 接收机为 −1 … 0 dBm,1G 为 −3 dBm,ZR/DWDM 模块中的 APD 接收机为 −7 … −9 dBm,PAM4 为 +2 … +4 dBm。远距离模块用在短链路上时需要加衰减器:选型使 Rx 落在窗口中部(参见典型值、 接收机)。

功率不是全部:色散与代价

IEEE 的预算中会为代价留出若干 dB,包括色散、反射、抖动,这些都不表现为功率损失。以 10GBASE-LR 为例,预算总共 9.4 dB,其中只有 6.2 dB 是信道插入损耗,其余都分配给了代价项。因此,一条链路按 Rx 功率算可能显示“有 3 dB 余量”,但在 1550 nm 的长距离段、CWDM 1610 nm,或 10G 速率的 OM1 光纤上,实际已经到了极限。表现为电平良好却仍有误码和抖动(参见链路抖动);解决办法是换用耐色散的模块(EML、更短的传输距离、更低的速率),而不是提高功率。

余量策略

余量(Rx − 灵敏度)结论
> 6 dB健康,留有应对老化和一处脏污连接器的空间
3–6 dB可以接受,需监测并保留基线
1–3 dB临界状态,高温天气或任何一次施工后都可能出现抖动
< 1 dB应立即处理:清洁、重新熔接、缩短距离,或更换传输距离等级

新建链路的设计应在老化之后仍保留至少 3 dB 余量(激光器全生命周期老化预留 0.5–1 dB,未来每一次维修熔接预留 0.5 dB)。

记录

安装时记录两端的 Tx 和 Rx,也就是链路档案(参见监测)。之后的读数就变成了相对变化量,不受 DDM ±3 dB 绝对精度的影响(参见精度与局限)。

CodingBox 中的呈现

DDM 界面显示 Tx 和 Rx 及模块自身的阈值,并记录其历史变化;安装前在工作台上读取链路两端的模块,就能得到上述预算所需的发送功率。对于从故障链路上拆下的模块,记录下来的 Rx 历史可以说明损耗是缓慢增长的(线路问题),还是模块自身 Tx 下降了(参见Tx 偏置电流与激光器老化)。

带分光器的预算和等级窗口,参见ODN 等级与 PON 预算。放大链路中限制因素是噪声而非功率的情况,参见放大与 OSNR。

设计侧的详细内容:按标准划分的容许值、代价、余量策略,以及四个完整实例,参见 链路预算工程;用 LSPM 和 OTDR 直接测量线路损耗、而不是从 DDM 推算,参见测试与测量。


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