OTDR反射器在PON ODN故障测量与诊断中的应用

ginnydugigi

1、概况
   光时域反射仪(OTDR)作为一种精确的光纤故障测量与诊断的仪表，已经在运营商骨干网上被广泛应用，然后在以无源光网(PON)为代表的接入网中，却面临着巨大挑战。PON ODN网络中引入高损耗的光分路器、点到多点的PON ODN拓朴结构，以及复杂ODN部署环境等因素都增加了OTDR对光纤故障测量与诊断的难度。尤其是当PON ODN网络引入高损耗的光分路器后，降低了OTDR检测光信号的强度，使得目前OTDR技术很难识别到ODN 分支光纤上的衰减事件(例如弯曲等衰减事件)。而且当入户光纤末端连接ONU时，微弱的OTDR检测信号无法形成有效的反射峰以区分并定位不同的ONU分支。
   为了实现PON ODN链路的故障测量与诊断，可以在ONU侧安装一个波长选择性反射器。反射器的主要原理是将OTDR的检测光信号以很高的反射率反射回OTDR，提高OTDR对光链路端到端性能的探测灵敏度。首先，OTDR通过检测这个反射器反射回来的光信号的强度，可以精确的计算出每个ONU分支末端反射事件的回波损耗值。而通过比对故障链路与健康档案的回波损耗值，既可以精确测量出光纤链路上衰减故障引入的光纤损耗值。其次，在二级分光的场景中还可以准确定位是配线光纤段还是入户光纤段发生了衰减故障(但是尚无法精确定位衰减事件的位置)。同时，安装反射器后，还能对每个ONU分支在OTDR曲线上通过反射事件进行有效区分，以帮助定位是哪一ONU分支存在衰减故障。   
2、反射器在PON ODN故障测量与诊断中应用的具体方法
   当PON ODN中在ONU侧安装了反射器后，由于通过OTDR测试在反射器位置会产生一个反射水平很高的反射事件，而通过测量反射器的回波损耗以及光分路器的反射率，结合健康曲线相关回波损耗数值进行比较后，可以确定故障(损耗事件)发生的光纤段。具体步骤如下：
   1) 在ONU侧部署基于介质膜的滤波反射器(包括在入户光纤上和ONU光模块内部等位置)；
   2) 建立健康档案，定时开展健康曲线的测量，计算并保存ODN的健康档案，需要测量并保存的数据为反射器的回波损耗和光分路器的反射率；
   3) 一旦发生ODN链路光功率越限告警，或用户故障反馈，发起ODN故障链路的测量，通过OTDR测试取得故障链路反射器的回波损耗和光分路器的反射率；
   4) 对比分析反射器的回波损耗和光分路器的反射率，进而诊断故障发生位置：
     a)在一级分光场景下， 某一入户光纤分支的反射器回波损耗明显增加，则诊断为该分支存在故障事件，故障事件引起的链路损耗值约为反射器回波损耗差值的一半；而一旦主干光纤出现故障事件，则会引起所有入户光纤分支反射器回波损耗值增加。采用传统OTDR检测法就可以精确定位故障事件的具体距离，并测量出损耗值。
     b)在二级分光场景下，
     --如仅有某一入户光纤分支反射器回波损耗明显增大，则可以判定为该入户段光纤存
在故障事件，故障事件引起的链路损耗值约为反射器回波损耗差值的一半；
     --如某一光分路器反射率明显降低，以及其后所有入户分支的反射器回波损耗均增大，可以判定为该光分路器前的配线段光纤存在故障，故障事件引起的链路损耗值约为反射器回波损耗差值的一半(可以计算出该光分路器后所有反射器回波损耗差值并计算平均值，以提高测量精度)。同样，在OTDR曲线上测量光分路器反射率的降低水平，也可以作为故障损耗计算的辅助手段。
    --如第一级光分路器反射率明显减低，该ODN链路所有反射器回波损耗均增大，可以判定主干段光纤存在故障，故障事件引起的链路损耗值可以通过OTDR直接检测到，也可以通过反射器回波损耗差值计算作为辅助手段。
    需要注意的是在计算ODN链路中故障事件损耗值时，可以对反射器回波损耗进行多次测量并计算平均值的方法，来提高损耗值的测量精度。并且无论是一级分光还是二级分光场景，由于在OTDR测试曲线末端会出现反射峰陡降，因此在ODN网络最长的那一分支链路的回波损耗值可能无法精确测量，需要测量反射器反射水平的变化情况以作为故障测量与诊断的依据。