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1、PON系統(tǒng)介紹
目前FTTx（光纖到戶、光纖到大樓、光纖到駐地等的統(tǒng)稱）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正成為國(guó)內(nèi)外接入網(wǎng)建設(shè)的熱點(diǎn)。無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）接入網(wǎng)技術(shù)是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的FTTx的最佳解決方案，這種技術(shù)可以使多個(gè)用戶共享單根光纖，從而使得光分配網(wǎng)（ODN）中不需要使用任何有源器件，即不需要通過光/電/光（O/E/O）轉(zhuǎn)換，這種點(diǎn)到多點(diǎn)的構(gòu)架大大降低了網(wǎng)絡(luò)安裝、管理和維護(hù)成本。
新一代的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)必然會(huì)帶來新的測(cè)試問題，這就需要有新的測(cè)試手段。圖1為PON系統(tǒng)的基本構(gòu)架，（a）為下行信息流的分發(fā)，（b）為上行信息流的匯集。PON系統(tǒng)中上行信號(hào)采用1 310 nm波長(zhǎng)，下行信號(hào)采用1 490和1 550 nm波長(zhǎng)，分別以相反方向沿同一根光纖傳輸。G.983確保1 310 nm上行信號(hào)保持沉默，直到被1 490 nm下行信號(hào)輪詢并分配一個(gè)傳輸窗口，這意味著1 310 nm上行信號(hào)為被動(dòng)發(fā)光，因?yàn)楸仨氃诠饩�路終端（OLT）（1 490 nm下行信號(hào)）和光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）（1 310 nm上行信號(hào)）之間建立通信鏈路才能測(cè)量1 310 nm上行信號(hào)。上行方向使用時(shí)分多址（TDMA）接入方式將多個(gè)ONU的上行信息組織成一個(gè)時(shí)分復(fù)用（TDM）信息流傳送到OLT。TDMA接入是把傳輸帶寬劃分成一列連續(xù)的時(shí)隙，根據(jù)傳送模式的不同，預(yù)先分配或根據(jù)用戶需要分配這些時(shí)隙給用戶。在這種結(jié)構(gòu)中上行接入必須采用突發(fā)模式，線路上的光信號(hào)即為突發(fā)光信號(hào)，正確檢測(cè)出突發(fā)光信號(hào)就是需要檢測(cè)出發(fā)射機(jī)激活發(fā)光期間的平均光功率，而普通的標(biāo)準(zhǔn)光功率計(jì)只能正確測(cè)試連續(xù)的光信號(hào)，這樣如果使用傳統(tǒng)的光功率計(jì)（記錄一個(gè)采樣周期內(nèi)的平均光功率）將不能得到正確的測(cè)試結(jié)果，從而給網(wǎng)絡(luò)的安裝維護(hù)帶來困難，因此需要一種能滿足PON系統(tǒng)功率測(cè)試要求的新型光功率計(jì)。
由上述可知，PON系統(tǒng)測(cè)試用的光功率計(jì)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：（1）同時(shí)測(cè)量1 310、1 490和1 550 nm 3種波長(zhǎng)的光功率；（2）實(shí)現(xiàn)光功率的在線測(cè)試；（3）能正確測(cè)試突發(fā)信號(hào)光功率。
2、光路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖2為PON系統(tǒng)測(cè)試用光功率計(jì)的光路結(jié)構(gòu)圖。它是能夠?qū)崿F(xiàn)上述（1）、（2）兩項(xiàng)功能的特殊光路結(jié)構(gòu)。
如圖2所示，功率計(jì)采用兩頭結(jié)構(gòu)，用雙向耦合器對(duì)測(cè)試線路進(jìn)行10%分光，對(duì)上行信號(hào)（1 310 nm）分光后直接接入探測(cè)器進(jìn)行功率探測(cè)。對(duì)下行信號(hào)（1 490和1 550 nm）分光后先用高隔離度的WDM將波長(zhǎng)分開后再分別接入探測(cè)器進(jìn)行功率探測(cè)。這樣就能同時(shí)探測(cè)3個(gè)波長(zhǎng)的光功率，并且在測(cè)量過程中線路可保持正常通信。
3、電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
光路上將3個(gè)光波長(zhǎng)分開后就進(jìn)行電路探測(cè)，由于1 490和1 550 nm的光信號(hào)是連續(xù)的，所以采用普通標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文重點(diǎn)介紹1 310 nm上行突發(fā)光信號(hào)功率的測(cè)試技術(shù)。圖3為突發(fā)光信號(hào)功率檢測(cè)的基本電路結(jié)構(gòu)圖。
圖中，U1為光探測(cè)器；U2是由寬帶運(yùn)算放大器組成的前置放大器電路；U3是信號(hào)整形電路；U4是由高速比較器組成的比較器電路；U5是由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的脈沖延時(shí)電路；U6是由D型上升沿觸發(fā)器組成的脈沖觸發(fā)電路；U7是由高速采樣保持器組成的采樣保持電路；U8是由帶模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的微處理器組成的信號(hào)處理控制顯示電路。
實(shí)現(xiàn)突發(fā)光信號(hào)功率檢測(cè)的基本思想是利用信號(hào)變換、信號(hào)整形、時(shí)序同步、延時(shí)觸發(fā)控制和信號(hào)采樣保持技術(shù)，將高頻率的突發(fā)式的光信號(hào)變?yōu)榈皖l率的可維持的電信號(hào)脈沖電平，結(jié)合檢測(cè)處理，從而實(shí)現(xiàn)PON系統(tǒng)中上行突發(fā)光信號(hào)功率的檢測(cè)。
具體實(shí)現(xiàn)過程：U2將U1接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有線性對(duì)應(yīng)關(guān)系的電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)經(jīng)過U3整形后分別送入U(xiǎn)7的輸入端和U4的比較器正端，此時(shí)U7處于信號(hào)采樣階段（通過信號(hào)處理控制電路對(duì)上升沿觸發(fā)器U6進(jìn)行初始化可使U7處于采樣階段）。U4的比較器負(fù)端接一參考電壓作為線路上有光元光的判斷電平，無光時(shí)正端電壓小于負(fù)端電壓，比較器輸出低電平，后續(xù)電路維持原始狀態(tài)。當(dāng)有光時(shí)正端電壓大于負(fù)端電壓，高速比較器的輸出迅速由低變高，產(chǎn)生一上升沿信號(hào)，此上升沿信號(hào)送入U(xiǎn)5的輸入端，經(jīng)過脈沖延時(shí)（根據(jù)信號(hào)的寬度確定延時(shí)時(shí)間）將此上升沿信號(hào)送入U(xiǎn)6的輸入端進(jìn)行觸發(fā)。電路觸發(fā)后U6的輸出端輸出低電平，U7進(jìn)入信號(hào)保持階段等待U8的采樣處理，經(jīng)過U8處理后得出突發(fā)光功率大小，并在顯示屏上進(jìn)行顯示，然后U8將U6強(qiáng)制復(fù)位（讓U7重新處于采樣階段）并保持一段時(shí)間（大于采樣保持放大器的最小采樣時(shí)間，避免復(fù)位信號(hào)撤除后馬上就有觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生，從而使采樣時(shí)間不足產(chǎn)生后續(xù)電路的采樣錯(cuò)誤）后開始下一個(gè)循環(huán)周期的采樣顯示。
電路的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于前端信號(hào)的處理，即前置放大器和整形電路部分，它將PIN管產(chǎn)生的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有一定線性對(duì)應(yīng)關(guān)系的電壓信號(hào)，電壓信號(hào)的質(zhì)量將直接影響到后續(xù)電路檢測(cè)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
信號(hào)的轉(zhuǎn)換質(zhì)量主要取決于以下3個(gè)方面：（1）放大器的帶寬、增益和噪聲；（2）PIN管的結(jié)電容、結(jié)電阻、暗電流和噪聲；（3）電源紋波和噪聲，電路噪聲。為此，應(yīng)選擇帶寬高、增益大和噪聲小的運(yùn)算放大器；PIN管也應(yīng)選擇帶寬高、結(jié)電容和噪聲小的，為了減小結(jié)電容和噪聲，應(yīng)給PIN加上反偏電壓；良好的信號(hào)整形電路能夠很好地改善電壓信號(hào)質(zhì)量。
4、結(jié)束語
實(shí)驗(yàn)證明：采用本文所設(shè)計(jì)的光路和電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了PON系統(tǒng)中光功率的測(cè)試要求，即實(shí)現(xiàn)了3種波長(zhǎng)光功率同時(shí)測(cè)試、在線測(cè)試和1 310 nm上行信號(hào)突發(fā)光功率的正確測(cè)試，能制作出性能優(yōu)良的PON系統(tǒng)測(cè)試用光功率計(jì)，方便PON系統(tǒng)的安裝、管理和維護(hù)。
