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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)必然會帶來新的測試問題，這就需要有新的測試手段。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)中上行信號采用1 310 nm波長，下行信號采用1 490和1 550 nm波長，分別以相反方向沿同一根光纖傳輸。G.983確保1 310 nm上行信號保持沉默，直到被1 490 nm下行信號輪詢并分配一個傳輸窗口，這意味著1 310 nm上行信號為被動發(fā)光，因?yàn)楸仨氃诠饩�路終端（OLT）（1 490 nm下行信號）和光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）（1 310 nm上行信號）之間建立通信鏈路才能測量1 310 nm上行信號。上行方向使用時分多址（TDMA）接入方式將多個ONU的上行信息組織成一個時分復(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，線路上的光信號即為突發(fā)光信號，正確檢測出突發(fā)光信號就是需要檢測出發(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)只能正確測試連續(xù)的光信號，這樣如果使用傳統(tǒng)的光功率計(jì)（記錄一個采樣周期內(nèi)的平均光功率）將不能得到正確的測試結(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)功率測試要求的新型光功率計(jì)。
由上述可知，PON系統(tǒng)測試用的光功率計(jì)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：（1）同時測量1 310、1 490和1 550 nm 3種波長的光功率；（2）實(shí)現(xiàn)光功率的在線測試；（3）能正確測試突發(fā)信號光功率。
2、光路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖2為PON系統(tǒng)測試用光功率計(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)，用雙向耦合器對測試線路進(jìn)行10%分光，對上行信號（1 310 nm）分光后直接接入探測器進(jìn)行功率探測。對下行信號（1 490和1 550 nm）分光后先用高隔離度的WDM將波長分開后再分別接入探測器進(jìn)行功率探測。這樣就能同時探測3個波長的光功率，并且在測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個光波長分開后就進(jìn)行電路探測，由于1 490和1 550 nm的光信號是連續(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)光信號功率的測試技術(shù)。圖3為突發(fā)光信號功率檢測的基本電路結(jié)構(gòu)圖。
圖中，U1為光探測器；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處理控制顯示電路。
實(shí)現(xiàn)突發(fā)光信號功率檢測的基本思想是利用信號變換、信號整形、時序同步、延時觸發(fā)控制和信號采樣保持技術(shù)，將高頻率的突發(fā)式的光信號變?yōu)榈皖l率的可維持的電信號脈沖電平，結(jié)合檢測處理，從而實(shí)現(xiàn)PON系統(tǒng)中上行突發(fā)光信號功率的檢測。
具體實(shí)現(xiàn)過程：U2將U1接收到的光信號轉(zhuǎn)換成具有線性對應(yīng)關(guān)系的電壓信號，此電壓信號經(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U7處于信號采樣階段（通過信號處理控制電路對上升沿觸發(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，此上升沿信號送入U(xiǎn)5的輸入端，經(jīng)過脈沖延時（根據(jù)信號的寬度確定延時時間）將此上升沿信號送入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）并保持一段時間（大于采樣保持放大器的最小采樣時間，避免復(fù)位信號撤除后馬上就有觸發(fā)信號產(chǎn)生，從而使采樣時間不足產(chǎn)生后續(xù)電路的采樣錯誤）后開始下一個循環(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)生的電流信號轉(zhuǎn)換成具有一定線性對應(yīng)關(guān)系的電壓信號，電壓信號的質(zhì)量將直接影響到后續(xù)電路檢測的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
信號的轉(zhuǎn)換質(zhì)量主要取決于以下3個方面：（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；良好的信號整形電路能夠很好地改善電壓信號質(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)中光功率的測試要求，即實(shí)現(xiàn)了3種波長光功率同時測試、在線測試和1 310 nm上行信號突發(fā)光功率的正確測試，能制作出性能優(yōu)良的PON系統(tǒng)測試用光功率計(jì)，方便PON系統(tǒng)的安裝、管理和維護(hù)。
