研发PON系统光功率预算工具成果报告一所江南班组Word格式.docx
《研发PON系统光功率预算工具成果报告一所江南班组Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《研发PON系统光功率预算工具成果报告一所江南班组Word格式.docx（27页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
创新型
活动时间
2013年3月-2013年11月
本次课题
1.2小组成员简介
表1.2-2小组成员概况（制表人：
姓名
性别
文化程度
职称
组内职务
小组活动分工
男
本科
高级工程师
组织协调、确认原因
崔北柱
工程师
副组长
原因分析
方曦
硕士
组员
制定对策、对策实施
刘军宏
现状调查、效果检查
2选题理由
2.1课题背景
电信业二次重组结束后，三大电信运营商全面进入全业务竞争格局，家庭固定宽带接入的发展已成为各运营商关注的重点，原本在该领域起步较早、发展较好的运营商正利用这个优势在全业务竞争中占据有利位置。
中国移动敏锐地捕捉到了市场竞争的新变化，有策略地协助中国铁通利用PON技术建设家庭宽带接入网。
家庭宽带接入网对长于基站接入网设计的移动设计院设计人员来说是个全新的事物，PON也是近年来才大规模商用的新技术，因此，家庭宽带、专线接入设计现场勘察时快捷性和准确性都不是很理想，影响了该类设计的进度，甚至因现场方案制定差错导致二次勘察。
2.2选定课题
为了弄清当前家庭宽带、专线接入设计现场勘察时存在什么样的问题会影响快捷性和准确性，小组对10名一线设计人员进行了问卷调查，参与问卷人被要求按顺序填写造成设计勘察差错排名前三的问题，小组人员试图根据问卷内容找出目前影响家庭宽带、专线接入勘察快捷性和准确性的主要问题，从而有针对性地选定课题进行研究。
勘察时存在问题的问卷结果如表2.2-1所示。
表2.2-1当前家庭宽带、专线接入设计勘察差错问题统计表（制表人：
崔北柱）
设计人\问题
小区绘图复杂
光功率计算慢造成方案比选出错
光功率计算差错导致二次勘察
现场资源不熟悉勘察效率低
楼道不易进入
楼道多媒体箱安装位置复杂
其它
设计人1
●
○
△
设计人2
设计人3
设计人4
设计人5
设计人6
设计人7
设计人8
设计人9
设计人10
综合评分
18
23
13
24
5
2
——5分
——3分
——1分
根据问卷结果，我们可以了解到，当前影响家庭宽带、专线接入设计勘察差错的主要问题有以下六个方面：
小区绘图复杂、光功率计算慢造成方案比选出错、光功率计算差错导致二次勘察、现场资源不熟悉勘察效率低、楼道不易进入、楼道多媒体箱安装位置复杂。
其中最主要的问题集中在现场资源熟悉度、光功率预算计算方面，分别占据了20%、40%的比例。
要想解决现场资源不熟悉导致效率低下的问题，需付出的代价较高，也不宜在短期内实现。
相比之下，能迅速见效的途径是研发一种计算工具去对PON口光功率预算值进行自动计算，这样的工具可提高现场计算光功率的快捷性，也可提高后期设计光功率计算的准确性。
因此，“研发PON系统光功率预算工具”成为小组研究课题。
2.3活动计划
为严格按照PDCA的步骤和时间进度完成课题成果，根据小组成员的忙闲情况，大家分别承接了不同阶段工作任务，制订了明确的活动计划表，具体活动计划如图2.3-1所示。
图2.3-1QC活动计划与实施甘特图（制图人：
3现状调查
PON技术较适合密集的家庭宽带接入建网使用，但其固有特点对于设备业务端口向下传输的光功率衰耗较为敏感。
因此，该类设计测算PON口下光功率预算成为家庭宽带接入工程设计的关键一环。
根据PON系统的这个特点，家庭宽带、专线接入设计现场勘察时，设计人员往往是需要现场快速计算PON口下光功率预算值来帮助选定归属OLT节点、光分路比、线路路由等方案，勘察回来设计时再准确验证计算PON口光功率，确定OLT设备PON口需要配置模块等设计要素。
因此，光功率预算现场计算时快捷性和准确性、后期设计计算的准确性都较为重要。
当前现场勘察主要还是通过手工计算确定或经验来判断，设计时通过手工详细计算，这种方法对勘察者责任心、能力、经验要求均较高，且有一定的随意性，效率也不高。
因此，光功率预算的计算常常对一线勘察人员造成一定困扰。
小组确定了“研发PON系统光功率预算工具”研究课题，那么工具将主要提供给什么样的设计人员使用，什么样的工具才能很好满足这部分人员的使用呢？
为了分析主要使用对象和工具应具备的能力和特点，小组对工具使用人综合信息进行了调查，调查结果如表3-1所示。
表3-1参与调研设计人员综合信息表（制表人：
刘军宏）
设计人
属性
光功率计算能力
从业时间（年）
调查小区设计（个）
勘察无差错概率
单小区（400户）勘察工日
合作单位
弱
1
3
0.00%
分院
较好
8
62.50%
2.5
较弱
1.5
40.00%
好
12
75.00%
2.25
37.50%
3.5
11
45.45%
50.00%
25.00%
9
44.44%
15
53.33%
3.25
综合人均
48.35%
根据调查结果，我们可以了解到不同属性、不同从业时间的设计人员的无差错概率和单小区勘察工日信息，信息如表3-2、表3-3所示。
表3-2根据从业时间来看使用人综合信息表（制表人：
从业时间
人数
勘察无差错率
单小区勘察工日
1~3年
37.84%
3.6
3年以上（含3年）
55.56%
2.9
表3-3根据人员属性来看使用人综合信息表（制表人：
人员属性
2.75
7
40.68%
3.46
通过表3-2、表3-3可知，通过手工计算这种方法对从业时间长、专业基础知识扎实的设计人员来说可做到较高的无差错率，且勘察工时消耗更少。
但是对于从业时间短、专业基础薄弱的设计人员来说，特别是合作单位的设计人员，无差错率和勘察工时消耗就不够理想了。
目前勘察设计占主导地位的恰恰是这类设计人员，因此，该类人员应为研发工具最主要的使用对象。
该类人员总体特点：
从业时间短，勘察经验不足，勘察过程不够熟练，专业基础知识不够扎实、工具操作能力弱等。
4确定目标
根据现状调查收集的数据，当前被调研对象家庭宽带、专线接入设计勘察平均无差错率仅为48.35%，单小区勘察工日为3.25工日。
根据表2.2-1问卷结果可知，当前家庭宽带、专线接入设计现场勘察差错问题占比如图4-1所示。
图4-1现场勘察差错问题占比图（制图人：
PON系统光功率预算工具顺利研发使用后，可解决现场勘查时的光功率计算问题，即可解决40%的问题，因此，通过本次课题研究，可将被调研对象家庭宽带、专线接入设计勘察平均无差错率从48.35%提升至约70%。
目标制定如图4-2所示。
图4-2目标设定图（制图人：
5提出方案并确定最佳方案
通过现状调查中对主要使用对象特点的分析，小组使用过程决策程序图（PDPC）进行现场使用工具需求分析，分析过程如图5-1所示。
图5-1PON系统光功率预算工具决策程序图（制图人：
根据分析可知：
我们需要研发的现场计算工具首先应为可自动计算的电子化工具，比如程序软件；
其次，工具的载体成本不应高昂，兼容性好；
然后，工具载体应小型化，便于勘察设计人员携带；
最后，工具操作简单，易于主要使用对象的使用。
勘察回来设计时需要使用的计算工具便携性要求就不是那么强了，但应便于使用。
根据工具所应具备的特点，小组经过认真讨论，集思广益，列举方案如下：
方案一：
制作纸质模板，将光功率预算公式印制在纸质模板上，设计勘察人员现场根据模板上的要求进行公式计算，得出结果；
方案二：
制作EXCEL表格计算工具，使用EXCEL中的公式功能去做公式和算法，设计勘察人员现场使用笔记本电脑打开EXCEL工具进行将光功率预算；
方案三：
制作基于Windows操作系统的计算软件，通过编程达到自动计算的效果，设计勘察人员现场使用笔记本电脑运行软件进行光功率预算；
方案四：
制作基于Android操作系统的计算软件，通过编程达到自动计算的效果，设计勘察人员现场使用便携终端（如手机/PAD）运行软件进行光功率预算。
综合以上四种方案，进行最佳方案评定，最佳方案评定见表5-1。
表5-1最佳方案评定表（制表人：
方案
技术可行性
效率
预期效果
经济性
不利影响
计分
是否选择
方案一
-●
不选
方案二
-○
可在设计阶段使用
方案三
方案四
16
可在全阶段使用
根据最佳方案评定表分析，最终建议选取方案四，制作一个基于Android操作系统的光功率预算工具，通过编程达到自动计算的效果，该工具安装在目前被广泛使用的Android智能手机上，易于携带，方便灵活使用。
方案二便携性较弱，不适宜于户外勘察使用，但是易于实现，可作为勘察后设计阶段电脑终端使用。
因此，考虑到手机工具使用的局限性和开发的不确定性，建议同时进行两个方案研发，降低开发风险。
6制定对策
小组成员针对选定的研发方案，大致梳理了下需要的流程，流程图如图6-1所示。
图6-1研发流程图（制图人：
根据研发流程，我们逐项列出各阶段的目标和对应措施，并将这些工作细化落实到各成员身上。
具体5W1H对策信息如表6-1、6-2、6-3所示。
表6-1对策表一（需求调研、总体设计）（制表人：
方曦）
序号
主要原因
对策
目标
措施
负责人
地点
完成时间
制作光功率预算工具
需求调研
确定工具输入输出需求
了解影响光功率预算要素及计算方法，熟悉各输入输出项关联
安徽分院
2013.8
总体设计
确定工具总体结构、模块划分等
根据光功率预算计算方案制定软件总体结构和组成模块
2013.9
表6-2对策表二（手机终端工具）（制表人：
制作手机终端工具软件
工具编程
根据设计说明完成工具编程
根据概要设计说明进行具体编程，实现工具软件的制作
2013.9~10
软件测试
测试工具，消除错误
内部（小组成员）全面测试，尽可能减少BUG的出现
全体
2013.10
使用说明
编写使用说明书，帮助使用
工具使用方法描述
试用
测试工具软件的可用性、易用性、实用性
通过各勘察设计人员现场使用，发现问题，反馈问题
表6-3对策表三（电脑终端表格计算工具）（制表人：
制作EXCEL表格计算工具
完成EXCEL工具编制
根据概要设计说明进行具体编程，实现EXCEL的制作
工具测试
测试工具软件，去除错误
通过内部（小组成员）全面测试，尽可能减少错误的出现
测试工具的可用性、易用性、实用性
通过各设计人员设计阶段使用，发现问题，反馈问题
7实施对策
7.1需求调研
（1）认识PON系统光功率预算
PON系统是构建于无源光分配网络上（ODN）的宽带接入技术，向上连接CMMET城域网、IMS、CATV等网络，向下连接各类用户终端，主要承载普通集团专线、家庭宽带接入和WLAN热点接入。
其典型特点就是向下的ODN链路无源和分光，无源和分光是其区别于其他宽带接入技术的优点。
下行ODN链路中均为无源光器件，系统引接客户的场景和条件将变得较为宽松；
光分路器的使用，为密集区域客户宽带接入节省了大量的主干光纤资源。
无源和分光为PON系统下行带来了独特的优点，同时也为PON系统的使用带来不利的因素。
ODN链路中均为无源光器件，其中传输的光信号功率得不到任何有源设备的放大和处理，其有效传输距离受限；
中间光分路器的使用，增大了光路衰耗。
因此，PON系统下行链路的光链路衰耗是否可满足设备端口使用要求，成为当前家庭宽带接入、专线接入设计中最为关注的因素。
那么下行链路哪些因素会导致光功率的衰耗呢，需要了解下行的ODN链路构成。
ODN光链路参考模型如图7.1-1所示。
图7.1-1ODN光链路参考模型（制图人：
通过该链路模型，我们可以了解到，影响PON系统下行光路衰耗指标的因素有：
①光缆自身传输衰耗
②光分路器自身传输衰耗
③ODF软光纤至适配器的活动连接器插接损耗
④光交接箱软光纤至适配器的活动连接器插接损耗
⑤光分路器与软光纤的活动连接器插接损耗
⑥分纤箱内软光纤至适配器的活动连接器插接损耗
⑦光缆热熔、冷接点衰耗
各类因素衰耗系数参考值如表7.1-1所示。
表7.1-1影响ODN光纤链路衰减各类因素衰耗系数参考值表（制表人：
损耗类型
单位
单位损耗系数参考值
备注
光缆与接续点分开计算衰耗
下行光纤传输
dB/km
0.22
下行1490nm波长
上行光纤传输
0.35
上行1310nm波长
光纤（尾纤）熔接
dB/个
0.06
光纤冷接
0.15
光缆与接续点综合估算衰耗
0.32
6
0.45
活动连接器
0.5
常用光分路器损耗
1:
dB
7.4
10.5
10
13.8
32
17.1
64
20.4
注:
1、当OLT至单个ONU/ONT之间链路中存在与模场直径不匹配的弯曲损耗不敏感单模光纤连接时会引入附加损耗；
2、实际测算中应该考虑一定的富余度，传输距离在5km以内时，ODN维护余量按2dB考虑，超过5km时，每超出1km增加0.2dB。
考虑这些因素的影响，即可得到PON口上下行链路的光功率衰耗：
光链路衰耗（dB）=光纤长度总和（km）×
光纤衰减系数（dB/km）+光纤（尾纤）熔接接头数（个）×
光纤熔接接头衰耗（dB/个）+光纤冷接接头数（个）×
光纤冷接接头衰耗（dB/个）+光分路器衰耗（dB）+活动连接器数量×
活动连接器的损耗+富余度（dB）。
最终应确保：
PON口上下行的光链路衰耗不超过设备端口正常使用最大允许值。
设备正常使用最大允许值应为多少呢？
PON设备允许的最大链路损耗主要与设备光口采用的光模块级别有关，PON设备常用光模块发送和接收光信号指标见表7.1-2、表7.1-3。
表7.1-2GPON设备常用光模块发送、接收光信号指标表（制表人：
类别
ClassB+
ClassC+
GPON
OLT
最小发送光功率（dBm）
接收灵敏度（dBm）
-28
-32
ONU/ONT
-27
-30
表7.1-3EPON设备常用光模块发送、接收光信号指标表（制表人：
PX-20
PX-20+
EPON
-1
-24
设备正常使用最大允许值：
上行光链路衰耗允许值（dB）=ONU/ONT最小发送光功率（dBm）-OLT接收灵敏度（dBm）
下行光链路衰耗允许值（dB）=OLT最小发送光功率（dBm）-ONU/ONT接收灵敏度（dBm）
（2）光功率预算公式
根据以上光功率预算过程分析，我们可推导光功率预算公式如下：
P≥Afb×
L+Afs×
Nfs+Afc×
Nfc+Ac×
Nc+AS+Mc（光缆与接续点分开计算衰耗）；
或P≥AFB×
L+Ac×
Nc+AS+Mc（光缆与接续点综合估算衰耗）；
式中：
P——设备允许的最大光链路损耗（单位：
dB）；
AS——OLT至单个ONU/ONT链路中所有光分路器的损耗（不含连接器损耗）之和（单位：
Mc——维护余量（单位：
Ac——单个活动连接器的损耗（单位：
dB/个）；
Nc——OLT至单个ONU/ONT光链路中的活动连接器的数量（单位：
个）；
AFB——光纤线路（含接头点）单位衰耗（单位：
dB/km）；
L——OLT至单个ONU/ONT的光链路距离（单位：
km）；
Afb——光纤线路（不含接头点）单位衰耗（单位：
Afs——单个熔接接续点的损耗（单位：
Afc——单个冷接接续点的损耗（单位：
Nfs——OLT至单个ONU/ONT光链路中的熔接接续点的数量（单位：
Nfc——OLT至单个ONU/ONT光链路中的冷接接续点的数量（单位：
个）。
其中：
Mc=2+max[（L-5）×
0.2,0]
（3）输入输出需求
光功率预算公式中一部分为常量，另一部分为与方案勘察息息相关的变量。
常量是可以直接调取数据或根据条件调取数据，常量主要有：
P、Ac、AFB、Afb、Afs、Afc等；
变量主要有：
Nc、L、Nfs、Nfc、AS等。
其应为光功率预算工具最主要的输入或输出需求。
最终我们的工具软件应具备输入光路距离、活接头数量、分光器类型，分别输出上行、下行光功率衰耗值。
在设计阶段工具里应能体现PON口光模块的选取建议。
7.2总体设计
根据光功率预算计算方法和输入输出需求分析，我们可知手机终端工具和电脑终端工具均应由数据（或条件）输入模块、核心计算模块、数据（或条件）输出模块三大部分构成。
总体结构如图7.2-1所示。
图7.2-1总体结构图（制图人：
7.3工具编程和制作
（1）手机终端工具软件
编程：
通过安装JDK、eclipse、androidSDK搭建安卓应用编程环境，建立AVD（安卓虚拟器）调测安卓程序。
编程过程如图7.3-1所示。
图7.3-1编程过程示意图（制图人：
手机终端工具软件最终运行于手机终端的界面如图7.3-2所示。
图7.3-2手机终端运行界面图（制图人：
测试：
对于工具小组内部进行了测试，期间暴露出不少问题，如因安卓系统版本问题无法安装、安装无法运行、运行时闪退等系统兼容性问题，输入变量不在正常取值范围无法响应、死机等等工具运算的错误。
在进行测试反馈修改完善后，解决了大部分的问题。
使用说明：
①在安卓系统手机安装终端软件；
②手机终端运行软件；
③运行的软件界面中输入条件变量，直接输出相应的结果。
工具软件运行与使用界面截图如图7.3-3、7.3-4所示。
图7.3-3工具软件运行与使用界面截图一（制图人：
图7.3-4工具软件运行与使用界面截图二（制图人：
（2）电脑终端表格计算工具制作
使用EXCEL表格中链接公式自动计算的功能，编制了相应的表格计算工具。
计算工具使用界面如图7.3-5所示。
图7.3-5表格计算工具运行界面图（制图人：
测试：
对于EXCEL工具小组内部进行了测试，期间根据使用需要，增加了不按规范使用光分路比时的提示信息输出。
直接在电脑终端运行EXCEL工具表格，输入输出会话sheet表中黄色区域内输入条件变量，本sheet表里绿色区域直接输出相应的结果。
工具运行与使用截图如图7.3-6、7.3-7所示。
图7.3-6表格计算工具使用界面截图一（制图人：
图7.3-7表格计算工具使用界面截图二（制图人：
8检查效果
通过对策的实施，小组研发了两种计算工具，一种可在现场便携使用的手机终端软件，另一种是基于EXCEL软件的表格计算工具，
升级会员 