荀思超

【摘要】 隨著智能電網(wǎng)的深入開展，配電自動化系統(tǒng)作為不可或缺的一部分，各地電力公司都大力整改或搭建自己的配電自動化系統(tǒng)。由于EPON采用點到多點結(jié)構(gòu)而且具有低成本、高帶寬、擴(kuò)展性強(qiáng)等功能，因此EPON在配電自動化系統(tǒng)中被大量使用。分光器是EPON系統(tǒng)中重要組成部分，分光器的選擇直接影響到EPON系統(tǒng)的效果。本文主要對EPON系統(tǒng)中的分光器進(jìn)行了相關(guān)的研究。

【關(guān)鍵詞】 EPON 分光器 智能電網(wǎng) 配電自動化

一、EPON技術(shù)簡介

EPON是基于以太網(wǎng)技術(shù)的無源光網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，是以太網(wǎng)與點對多點結(jié)構(gòu)的結(jié)合[1]。EPON系統(tǒng)由三部分組成，包括光線路終端OLT（Optical Line Terminal）、光分配網(wǎng)絡(luò)ODN（Optical Distribution Network）和光網(wǎng)絡(luò)單元ONU（Optical Network Unit）。EPON系統(tǒng)的框架如圖1所示，其中ODN的作用是將OLT和ONU連接起來，提供傳輸手段。ODN主要包含光纖連接器、光纖配線架、光纜交接箱等無源器件，其中最主要是無源分光器。分光器是EPON系統(tǒng)中重要組成部分，分光器的選擇直接影響到EPON系統(tǒng)的效果。本文主要對EPON系統(tǒng)中的分光器進(jìn)行了相關(guān)的研究。

圖1 EPON系統(tǒng)框架圖

二、 分光器的研究

2.1分光器的作用

分光器是EPON系統(tǒng)中不可缺少的無源光纖分支器件。作為連接OLT設(shè)備和ONU用戶終端的無源設(shè)備，它把由饋線光纖輸入的光信號按功率分配到若干輸出用戶線光纖上。

2.2分光器在EPON網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

EPON技術(shù)中數(shù)據(jù)傳輸采用單纖雙向傳輸?shù)腤DM（光波分復(fù)用）技術(shù)，在下行方向（OLT到ONU），OLT以廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)分光器進(jìn)行均勻分光傳送給各個ONU，ONU通過數(shù)據(jù)幀前導(dǎo)碼的標(biāo)識來識別發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)；在上行方向（ONU到OLT），各個ONU以時分復(fù)用的方式發(fā)送數(shù)據(jù)包，光信號在分光器處進(jìn)行耦合傳送給OLT為避免上下行數(shù)據(jù)的碰撞，EPON系統(tǒng)下行數(shù)據(jù)光波長為1490mn，上行光波長為1310mn。示意圖如圖2所示。

2.3分光器的常用技術(shù)指標(biāo)

波長（Wave Length）

不同類型的光纖對應(yīng)的分光器不同，常用的有850nm、1310nm、1550nm。

插入損耗（Insertion Loss）

分光器的插入損耗定義為光纖中的光信號通過活動連接器之后，其輸出光功率相對輸入光功率的比率的分貝比，插入損耗越小越好。

附加損耗

附加損耗定義為所有輸出端口的光功率總和相對于輸入光功率損失的dB數(shù)。

分光比（SplitRatio）

分光比定義為分光器各輸出端口的輸出功率比值，在系統(tǒng)應(yīng)用中，分光比的確定是根據(jù)實際系統(tǒng)光節(jié)點所需的光功率的多少，確定合適的分光比（平均分配的除外）。

2.4分光器光衰計算方法

分光器的選擇除了其自身的生產(chǎn)工藝，最主要的指標(biāo)是分光器在特定的分光比下所產(chǎn)生的不同光衰。

分光器的光衰計算公式為：

總光衰=發(fā)送光功率+附加損耗+插入損耗+裸纖損耗

a、分光器分光比計算公式

Ki=Pi/SP*100%

其中，Pi為每條光鏈路所需的驅(qū)動功率，SP為激光器所帶各光鏈路的所需驅(qū)動功率之和。

b、附加損耗計算

對于1*N單模標(biāo)準(zhǔn)型分光器附加損耗如表1所示：

表1 附加損耗參照表

分路數(shù) 2 3 4 6 7 8 10 12 16

附加損耗（dB） 0.2 0.3 0.4 0.5 0.55 0.6 0.8 1.0 1.2

c、插入損耗計算公式

IL=-10lg（Po/Pi）

其中，Po是輸出端的光功率，Pi是輸入端的光功率。

d、裸纖損耗計算

光纖的衰耗系數(shù)：

波長1310nm：0.3～0.4dB/km；

波長1550nm：0.15～0.25Db/km；

波長850nm：3.75Db/km；

活動連接器衰耗：一般記每個為0.5dB。

2.5分光器的種類與比較

分光器可以作為獨(dú)立的器件在OLT節(jié)點、光分配點、用戶接入點使用，也可以置于其他局端配線設(shè)施、光分配點和用戶接入點設(shè)施內(nèi)（一體化設(shè)計或可插拔式）使用，主要包括內(nèi)置分光器和外置分光器兩種類型。

外置分光器適合運(yùn)營商光纖到戶網(wǎng)絡(luò)中使用，以樹形網(wǎng)絡(luò)為主；內(nèi)置分光器有很強(qiáng)的組網(wǎng)能力可以組樹形、星型、手拉手環(huán)型等，比較適合大型專網(wǎng)如電力專網(wǎng)的配電自動化系統(tǒng)。

2.6兩種類型分光器的計算模型

下面模擬一個網(wǎng)絡(luò)，分別采用外置分光器與內(nèi)置分光器來組網(wǎng)，并進(jìn)行相應(yīng)的功率計算。外置分光器網(wǎng)絡(luò)光配按照有4個連接器計算，計算方法為總預(yù)算減去各部分衰耗，要求最后到達(dá)ONU光模塊大于0db，而內(nèi)置分光器計算方法為總預(yù)算減去各部分衰耗，要求最后到達(dá)ONU光模塊大于0db。網(wǎng)絡(luò)示意如圖3所示，通過計算可知采用外置分光器時到第8級分光就有ONU的收光達(dá)到0dB，而采用內(nèi)置分光器后可以到達(dá)12級分光ONU的收光才達(dá)到0dB。

三、 結(jié)論

在電力配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，引入EPON技術(shù)主要是因為EPON系統(tǒng)具有點到多點結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)，上、下行速率均可達(dá)1.25Gbps的特點，并且具有低成本、高帶寬、擴(kuò)展性強(qiáng)、靈活快速的服務(wù)重組以及方便與現(xiàn)有以太網(wǎng)完全兼容等特點。另外EPON系統(tǒng)可以滿足電力系統(tǒng)安全保護(hù)功能。將分光器內(nèi)置的ONU具有綠色環(huán)保、體積緊湊、工業(yè)級設(shè)計、安全可靠、組網(wǎng)靈活、工程適應(yīng)性強(qiáng)、易維護(hù)，零接觸等特點。關(guān)鍵的是該種ONU支持手拉手保護(hù)環(huán)網(wǎng)功能，且設(shè)計緊湊，集成度高，全封閉設(shè)計，可安裝于空間狹小的室外機(jī)柜（箱），也可壁掛，可以做到零占地安裝。非常適合安裝在戶外環(huán)網(wǎng)單元、柱上開關(guān)等空間非常有限的地方。經(jīng)過分析內(nèi)置分光器比外置分光器更適合電力的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)。