配网自动化系统中EPON分光器的研究

荀思超

【摘要】 随着智能电网的深入开展，配电自动化系统作为不可或缺的一部分，各地电力公司都大力整改或搭建自己的配电自动化系统。由于EPON采用点到多点结构而且具有低成本、高带宽、扩展性强等功能，因此EPON在配电自动化系统中被大量使用。分光器是EPON系统中重要组成部分，分光器的选择直接影响到EPON系统的效果。本文主要对EPON系统中的分光器进行了相关的研究。

【关键词】 EPON 分光器 智能电网 配电自动化

一、EPON技术简介

EPON是基于以太网技术的无源光网络接入技术，是以太网与点对多点结构的结合[1]。EPON系统由三部分组成，包括光线路终端OLT（Optical Line Terminal）、光分配网络ODN（Optical Distribution Network）和光网络单元ONU（Optical Network Unit）。EPON系统的框架如图1所示，其中ODN的作用是将OLT和ONU连接起来，提供传输手段。ODN主要包含光纤连接器、光纤配线架、光缆交接箱等无源器件，其中最主要是无源分光器。分光器是EPON系统中重要组成部分，分光器的选择直接影响到EPON系统的效果。本文主要对EPON系统中的分光器进行了相关的研究。

图1 EPON系统框架图

二、 分光器的研究

2.1分光器的作用

分光器是EPON系统中不可缺少的无源光纤分支器件。作为连接OLT设备和ONU用户终端的无源设备，它把由馈线光纤输入的光信号按功率分配到若干输出用户线光纤上。

2.2分光器在EPON网络中的应用

EPON技术中数据传输采用单纤双向传输的WDM（光波分复用）技术，在下行方向（OLT到ONU），OLT以广播方式发送数据，经分光器进行均匀分光传送给各个ONU，ONU通过数据帧前导码的标识来识别发送给自己的数据；在上行方向（ONU到OLT），各个ONU以时分复用的方式发送数据包，光信号在分光器处进行耦合传送给OLT為避免上下行数据的碰撞，EPON系统下行数据光波长为1490mn，上行光波长为1310mn。示意图如图2所示。

2.3分光器的常用技术指标

波长（Wave Length）

不同类型的光纤对应的分光器不同，常用的有850nm、1310nm、1550nm。

插入损耗（Insertion Loss）

分光器的插入损耗定义为光纤中的光信号通过活动连接器之后，其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝比，插入损耗越小越好。

附加损耗

附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于输入光功率损失的dB数。

分光比（SplitRatio）

分光比定义为分光器各输出端口的输出功率比值，在系统应用中，分光比的确定是根据实际系统光节点所需的光功率的多少，确定合适的分光比（平均分配的除外）。

2.4分光器光衰计算方法

分光器的选择除了其自身的生产工艺，最主要的指标是分光器在特定的分光比下所产生的不同光衰。

分光器的光衰计算公式为：

总光衰=发送光功率+附加损耗+插入损耗+裸纤损耗

a、分光器分光比计算公式

Ki=Pi/SP*100%

其中，Pi为每条光链路所需的驱动功率，SP为激光器所带各光链路的所需驱动功率之和。

b、附加损耗计算

对于1*N单模标准型分光器附加损耗如表1所示：

表1 附加损耗参照表

分路数 2 3 4 6 7 8 10 12 16

附加损耗（dB） 0.2 0.3 0.4 0.5 0.55 0.6 0.8 1.0 1.2

c、插入损耗计算公式

IL=-10lg（Po/Pi）

其中，Po是输出端的光功率，Pi是输入端的光功率。

d、裸纤损耗计算

光纤的衰耗系数：

波长1310nm：0.3～0.4dB/km；

波长1550nm：0.15～0.25Db/km；

波长850nm：3.75Db/km；

活动连接器衰耗：一般记每个为0.5dB。

2.5分光器的种类与比较

分光器可以作为独立的器件在OLT节点、光分配点、用户接入点使用，也可以置于其他局端配线设施、光分配点和用户接入点设施内（一体化设计或可插拔式）使用，主要包括内置分光器和外置分光器两种类型。

外置分光器适合运营商光纤到户网络中使用，以树形网络为主；内置分光器有很强的组网能力可以组树形、星型、手拉手环型等，比较适合大型专网如电力专网的配电自动化系统。

2.6两种类型分光器的计算模型

下面模拟一个网络，分别采用外置分光器与内置分光器来组网，并进行相应的功率计算。外置分光器网络光配按照有4个连接器计算，计算方法为总预算减去各部分衰耗，要求最后到达ONU光模块大于0db，而内置分光器计算方法为总预算减去各部分衰耗，要求最后到达ONU光模块大于0db。网络示意如图3所示，通过计算可知采用外置分光器时到第8级分光就有ONU的收光达到0dB，而采用内置分光器后可以到达12级分光ONU的收光才达到0dB。

三、 结论

在电力配网自动化系统中，引入EPON技术主要是因为EPON系统具有点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务，上、下行速率均可达1.25Gbps的特点，并且具有低成本、高带宽、扩展性强、灵活快速的服务重组以及方便与现有以太网完全兼容等特点。另外EPON系统可以满足电力系统安全保护功能。将分光器内置的ONU具有绿色环保、体积紧凑、工业级设计、安全可靠、组网灵活、工程适应性强、易维护，零接触等特点。关键的是该种ONU支持手拉手保护环网功能，且设计紧凑，集成度高，全封闭设计，可安装于空间狭小的室外机柜（箱），也可壁挂，可以做到零占地安装。非常适合安装在户外环网单元、柱上开关等空间非常有限的地方。经过分析内置分光器比外置分光器更适合电力的配网自动化系统。