ODN 等級與 PON 鏈路預算
PON 的光配線網絡(ODN)有一個由等級(class)定義的損耗預算:即 OLT 與任意 ONU 之間的衰減窗口,任何一對合規模組都必須在此範圍內正常工作。分光器消耗其中大部分,光纖和連接器佔用其餘部分,剩下的就是餘量,它決定了 1:64 分光末端的用戶在炎熱天氣裏是否還能保持在線。本頁給出各等級、損耗構成要素以及一個完整的設計示例。
等級
| 系統 | 等級 | ODN 損耗窗口,dB | 說明 |
|---|---|---|---|
| GPON (G.984.2) | A | 5–20 | 少見 |
| GPON | B | 10–25 | 遺留 |
| GPON | B+ | 13–28 | 家庭寬帶的主力 |
| GPON | C | 15–30 | — |
| GPON | C+ | 17–32 | 更大分光比或更遠距離;兩端均使用 APD 接收器 |
| GPON | C++(廠商) | ~20–35 | 擴展 |
| XG(S)-PON (G.987.2 / G.9807.1) | N1 | 14–29 | 標稱 1 |
| XG(S)-PON | N2 | 16–31 | 標稱 2 |
| XG(S)-PON | E1 | 18–33 | 擴展 1 |
| XG(S)-PON | E2 | 20–35 | 擴展 2 |
| 10G-EPON (802.3av) | PR10 / PR20 / PR30 | 20 / 24 / 29 max | IEEE 命名 |
最小損耗同樣重要:如果 ONU 離 OLT 太近、分光又太少,就可能導致接收器過載(GPON B+ ONU 過載閾值 −8 dBm)——較短的引入線可能需要衰減器(Rx 功率與鏈路預算)。
ODN 等級背後的模組等級
| 等級 | OLT Tx, dBm | OLT Rx 靈敏度,dBm | ONU Tx, dBm | ONU Rx 靈敏度,dBm |
|---|---|---|---|---|
| GPON B+ | +1.5 … +5 | −28 | +0.5 … +5 | −27 |
| GPON C+ | +3 … +7 | −32 | +0.5 … +5 | −30 |
| XGS-PON N1 | +2 … +6 | −28 (1270 nm) | +4 … +9 | −28 |
| XGS-PON N2 | +4 … +8 | −30 | +4 … +9 | −28 |
| XGS-PON E1/E2 | +6 … +10 / +8 … +12 | −30 / −32 | +4 … +9 | −28 |
OLT 與 ONU 模組的等級必須匹配(或更高);在按 C+ 設計的 ODN 上使用 B+ 等級的 OLT,會損失 4 dB 的預算(PON 光模組、 典型值)。
損耗構成要素
| 元件 | 典型損耗 | 說明 |
|---|---|---|
| 分光器 1:2 | 3.5 dB | 理論值 3.0 + 額外損耗 |
| 1:4 | 7.2 dB | — |
| 1:8 | 10.5 dB | — |
| 1:16 | 13.7 dB | — |
| 1:32 | 17.2 dB | 典型家庭 GPON |
| 1:64 | 20.5 dB | XGS-PON 或 C+ GPON |
| 1:128 | 23.5–24 dB | 少見——需要 E 等級 |
| 饋線 + 配線光纖 | 1310 nm(上行)0.35 dB/km,1490/1577 nm 0.25 dB/km | 按最不利波長計算預算:1310 nm 上行 |
| SC/APC 連接器對 | 0.3–0.5 dB | 典型 ODN 中有 3–6 對 |
| 熔接 | 0.05–0.1 dB | 每條路徑 5–15 處 |
| 共存元件(CEx) | 1–1.5 dB | GPON 與 XGS-PON 共用 ODN 時 |
| 視頻疊加濾波器 / WDM | 0.5–1 dB | 存在 RF 視頻時 |
| 老化與維修餘量 | 1–3 dB | 設計預留 |
元件詳情:連接器與光纖。
設計示例:GPON B+,1:32,12 km
| 項目 | 損耗,dB |
|---|---|
| 饋線 10 km + 配線 2 km,1310 nm | 12 × 0.35 = 4.2 |
| 分光器 1:32 | 17.2 |
| 5 對連接器 | 2.0 |
| 10 處熔接 | 0.8 |
| ODN 總損耗 | 24.2 |
| B+ 等級窗口 | 13–28 → 符合要求,餘量 3.8 dB |
| 加入 CEx 以支援 XGS-PON 共存 | +1.5 → 25.7,餘量 2.3 dB |
| 同一 ODN 改為 1:64 | 24.2 − 17.2 + 20.5 = 27.5 → 餘量 0.5 dB:需要 C+ / N1 光模組 |
預期 ONU 接收功率(下行 1490 nm,OLT +3 dBm):3 − (12 × 0.25 + 17.2 + 2.0 + 0.8) = −20 dBm → 比 B+ ONU 靈敏度高 7 dB。預期每個 ONU 對應的 OLT 接收功率(ONU 上行 +2 dBm):2 − 24.2 = −22.2 dBm → 比 −28 dBm 高 5.8 dB。
差分距離與分光規則
- 差分光纖距離(最近到最遠 ONU)——標準 20 km,擴展測距下 40 km;它限制的是均衡時延,而非損耗。
- 最大邏輯傳輸距離——在等級足夠的情況下 GPON 可達 60 km;實際物理傳輸距離由損耗預算決定。
- 分光比與傳輸距離——分光比每翻一倍約消耗 3.3 dB ≈ 9–13 km 光纖;1:32 配 20 km 或 1:64 配 10 km 是典型的 B+/C+ 折衷方案。
- 級聯分光器(例如先 1:4 再 1:8)比單級 1:32 多損耗約 0.5–1 dB,但能節省饋線光纖。
測量已安裝的 ODN
| 工具 | 位置 | 提供的資訊 |
|---|---|---|
| 帶 PON 濾波器(1310/1490/1550)的光功率計 | 在 ONU 入戶點 | 用戶端下行功率——與預期接收功率對比 |
| 光源 + 功率計 | OLT 開通前 | 每條路徑的端到端損耗 |
| 支援 PON 的 OTDR(1310/1490/1550 或帶外 1625/1650 nm) | 從 ONU 側,或從 OLT 側穿過分光器(有局限) | 斷點和高損耗事件;從 OLT 側測量時分光器會掩蓋各條入戶線的情況 |
| OLT 逐 ONU 接收功率 | OLT CLI/EMS | 通過測距獲得每個 ONU 的上行功率——現場最關鍵的數值 |
| ONU DDM | 光棒或 ONU 網頁介面,實驗室中使用 CodingBox | ONU 處的下行接收功率 |
現場故障及其特徵:PON 故障。
在 CodingBox 中
安裝前,在實驗室中讀取 OLT 和 ONU 模組可以確認其等級(發射功率與標稱靈敏度)、波長方案和身份資訊——這些正是上述預算的輸入項。在現場,將 ONU 光棒的 DDM 接收功率與設計值對比,可以判斷 ODN 是否處於其等級窗口之內(DDM)。
為甚麼 ODN 要求使用 APC 並保證 ORL ≥ 32 dB——各元件的反射率、激光器與 BiDi 對反射的敏感性,以及用 OTDR 和 ORL 表進行測量: 反射與回波損耗。