JJF 1755-2019无源光网络(PON)功率计校准规范-（高清版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 7 5 52 0 1 9无源光网络(P O N)功率计校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rP a s s i v eO p t i c a lN e t w o r k(P O N)P o w e rM e t e r s 2 0 1 9-0 9-2 7发布2 0 1 9-1 2-2 7实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布无源光网络(P O N)功率计校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rP a s s i v eO p t i c a lN e t w o r k(P O N)P o w e rM e t e r sJ J F1 7 5 52 0 1 9 归 口 单 位:全国光学计量技术委员会 主要起草单位:国家通信计量站上海市计量测试技术研究院 参加起草单位:中国计量科学研究院北京邮电大学 本规范委托全国光学计量技术委员会负责解释J J F1 7 5 52 0 1 9本规范主要起草人:孙小强(国家通信计量站)傅栋博(国家通信计量站)詹志强(上海市计量测试技术研究院)参加起草人:张颖艳(国家通信计量站)徐 楠(中国计量科学研究院)忻向军(北京邮电大学)夏 铭(上海市计量测试技术研究院)J J F1 7 5 52 0 1 9目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语(1)4 概述(1)5 计量特性(3)6 校准条件(3)7 校准项目和校准方法(4)8 校准结果表达(6)9 复校时间间隔(6)附录A 校准原始记录格式(7)附录B 校准证书内页格式(1 0)附录C 无源光网络(P ON)功率计不确定度评定示例(1 2)J J F1 7 5 52 0 1 9引 言 J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则、J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义、J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示共同构成支撑本校准规范制定工作的基础性系列规范。本规范为首次发布。J J F1 7 5 52 0 1 9无源光网络(P O N)功率计校准规范1 范围本规范适用于无源光网络(P ON)功率计的校准。2 引用文件本规范引用了下列文件:J J G9 6 52 0 1 3 通信用光功率计Y D/T1 5 3 12 0 0 6 接 入 网 设 备 测 试 方 法 基 于 以 太 网 方 式 的 无 源 光 网 络(E P ON)凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语3.1 无源光网络 p a s s i v eo p t i c a l n e t w o r k,P ON光分配网采用无源光分路器的光接入网。3.2 光线路终端 o p t i c a l l i n e t e r m i n a l,O L T提供光接入网网络侧接口,并和一个或多个光分配网连接的设备。3.3 光网络单元 o p t i c a l n e t w o r ku n i t,ONU提供光接入网用户侧接口,并和光分配网连接的设备。3.4 突发光信号 b u r s to p t i c a l s i g n a l在P ON上行传输方向,ONU在所允许的时隙内以突发模式向O L T发送的光脉冲信号。3.5 突发光功率 b u r s to p t i c a l p o w e r在P ON上行传输方向,ONU发送的突发光信号中光脉冲的峰值功率。4 概述P ON系统结构主要由位于中心局的O L T、位于用户端的ONU,以及包含无源光器件的光分配网组成。该结构中下行传输链路的激光波长为14 9 0n m和15 5 0n m,上行传输链路的激光波长为13 1 0n m,传输链路的结构框图分别见图1和图2。上行传输链路中,传输带宽被划分为一序列时隙并按需分配给多个终端用户,ONU以时分多址接入的方式将上行信号发送至O L T,因此ONU发出的信号为突发光信号,以避免多个用户同时发出上行请求导致数据碰撞。1J J F1 7 5 52 0 1 9图1 下行传输链路的结构框图图2 上行传输链路的结构框图P ON功率计是光接入网建设和维护中常用的仪器,组成结构如图3所示,可在线同时测量上行链路中13 1 0n m波长的突发光功率和下行链路中14 9 0n m、15 5 0n m波长的连续光功率,该结构中的耦合器引入了上行和下行方向上的通道插入损耗(也称通过插入损耗)。图3 P ON功率计组成结构框图按Y D/T1 5 3 12 0 0 6中5.1的规定(与国际标准I E C6 2 1 5 0-2:2 0 0 4中7.3的方法相同),突发光功率可以由平均光功率、脉冲周期和脉冲宽度计算得到,图4给出了突发光信号的脉冲图形,突发光功率值Pa与平均光功率值P0(单位均为d B m)的数学关系如式(1)所示:Pa=P0+1 0 l gT1T2 (1)式中,T1为脉冲周期,T2为脉冲宽度。P ON功率计的测量原理是直接采集突发光信号中脉冲的峰值功率,该方式具有成本低的优点。然而从仪表校准方法的角度看,峰值功率无法直接进行溯源,需要采用式(1)将突发光功率的测量转换为平均光功率的测量。2J J F1 7 5 52 0 1 9图4 突发光信号的脉冲图形5 计量特性5.1 光功率测量范围:(-3 0+5)d B m。5.2 突发光功率示值误差:0.3d B。5.3 连续光功率示值误差:0.3d B。5.4 通道插入损耗:1.5d B。注:以上技术指标不适用于合格性判别,仅供参考。6 校准条件6.1 环境条件6.1.1 环境温度:(2 35)。6.1.2 相对湿度:8 0%。6.1.3 电源电压:A C(2 2 01 1)V,频率:(5 01)H z。6.1.4 校准地点周围无影响正常工作的机械振动和电磁干扰。6.2 测量标准及其他设备6.2.1 稳定激光源工作波长:(14 9 01 0)n m、(15 5 01 0)n m;输出功率:2d B m;输出功率稳定度:0.0 0 5d B(1 5m i n)。6.2.2 稳定脉冲光源工作波长:(13 1 01 0)n m;输出脉冲峰值功率:2d B m;输出平均功率稳定度:0.0 5d B(1 5m i n);脉冲周期:(1 0 06 0 0)s,占空比:1 0%2 0%。6.2.3 标准光功率计工作波长:(12 5 016 0 0)n m;光功率测量范围:(-5 0+2)d B m;测量不确定度:0.0 7d B(k=2)。6.2.4 可变光衰减器3J J F1 7 5 52 0 1 9工作波长:(12 5 016 0 0)n m;衰减范围:(05 0)d B,连续可调;插入损耗:3.5d B;衰减不确定度:0.2d B(k=2)。6.2.5 示波器频带宽度:D C5 0 0MH z;时间间隔测量不确定度:0.1%(k=2)。6.2.6 光电变换器工作波长:(12 5 014 0 0)n m;频带宽度:D C5 0 0MH z。6.2.7 光纤活动连接器:建议采用F C/P C型或F C/A P C型。6.2.8 法兰盘:建议采用F C型,插入损耗0.1d B,重复性0.0 5d B。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目校准项目包括:突发光功率示值、连续光功率示值、通道插入损耗。7.2 校准方法7.2.1 校准前外观及工作正常性检查a)被校P ON功率计应有型号、出厂编号、制造厂名及相应的警示标志等;b)被校P ON功率计应带有必要的附件、说明书;c)被校P ON功率计各部件应安装牢固,能确保工作正常;d)被校P ON功率计开机后显示功能、操作功能和测量功能等正常。7.2.2 所有校准用设备和被校仪表均置于平稳的工作平台上,并按说明书要求进行预热。各段连接光纤的位置在整个校准过程中应保持固定,光纤接头应保持清洁,光纤连接器应保持可靠连接。7.2.3 突发光功率示值校准图5 突发光功率示值校准设备连接图a)稳定脉冲光源的波长值设为13 1 0n m,按图5实线用光纤活动连接器连接各设备。b)按照实际应用中ONU的典型参数设置,脉冲光源输出光脉冲的脉冲周期为5 0 0s,脉冲宽度为6 2.5s,输出脉冲信号直接连接至可变光衰减器。c)可变光衰减器输出信号连接至光电变换器和示波器,测量脉冲周期T1和脉冲宽4J J F1 7 5 52 0 1 9度T2(若稳定脉冲光源校准证书中已给出脉冲周期和脉冲宽度的校准结果,可直接参考使用),并记录,原始记录格式见附录A。d)调整标准光功率计波长,使其与稳定脉冲光源的波长一致,断开示波器连接,按虚线连接至标准光功率计。读取标准光功率计读数P0,并记录到原始记录中。e)调整被校P ON功率计波长,使其与稳定脉冲光源波长一致,断开标准光功率计连接,按虚线连接至被校P ON功率计。读取被校P ON功率计读数Pb,并记录到原始记录中。f)重复步骤d)和e)n次,n3。分别计算标准光功率计与被校P ON功率计示值的n次测量算术平均值,分别得到P0和Pb。计算公式为P0=1nni=1P0i(2)Pb=1nni=1Pbi(3)根据P0、脉冲周期及脉冲宽度测量值,由Pa=P0+1 0 l gT1T2 计算出脉冲功率标准值Pa,计算修正值为C=Pa-Pb(4)g)调整可变光衰减器的示值,重复步骤d)至f)校准P ON功率计测量范围内其他挡位的突发功率点(建议调整间隔为1 0d B,覆盖整个待测量程),将测量值与计算值记录到原始记录中。7.2.4 连续光功率示值校准P ON系统下行传输链路中14 9 0n m和15 5 0n m波长的连续光功率示值校准按J J G9 6 52 0 1 3中6.3.2和6.3.3的规定进行。7.2.5 通道插入损耗校准图6 通道插入损耗校准设备连接图a)调整稳定激光源波长和标准光功率计波长的设定值,使其与被校P ON功率计的波长一致;b)按图6中虚线用光纤活动连接器和法兰盘将稳定激光源输出端直接连至标准光功率计,将此时标准光功率计读数设定为标准值,光功率计读数对应为0d B;c)按图6中实线用光纤活动连接器连接设备,连接时,当待校光波长为13 1 0n m时,稳定激光源与被测P ON功率计的ONU端口相连;当待校光波长为14 9 0n m和15 5 0n m时,稳定激光源与被测P ON功率计的O L T端口相连;5J J F1 7 5 52 0 1 9d)读出光功率计相对功率的绝对值,即通道插入损耗I Li值,记录到原始记录中,原始记录格式见附录A;e)重复7.2.5 b)至7.2.5 d)的测试步骤3次,将三次测量算术平均值作为测量结果;f)调整被测P O N功率计波长至其他待测波长,重复7.2.5 a)至7.2.5 e)的测试步骤。8 校准结果表达校准结束后应出具校准证书,推荐校准证书内页格式见附录B。校准证书应准确、客观地报告校准结果。校准结果用校准数据的形式给出,并给出测量不确定度,不确定度评定示例见附录C。校准证书应至少包括以下信息:a)标题,如“校准证书”或“校准报告”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)校准证书或校准报告测试人、审核人和签发人的签名,以及签发日期;n)校准结果仅对被校对象有效的声明;o)未经实验室书面批准,不得部分复制证书或报告的声明。9 复校时间间隔由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的,因此,送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。建议不超过1年。更换重要部件、维修或对仪器性能有怀疑时,应及时校准。6J J F1 7 5 52 0 1 9附录A校准原始记录格式证书编号:仪器名称型号规格制造厂家出厂编号插件型号资产编号插件编号送检单位名称送检单位地址 一、外观及工作正常性检查外观工作正常性检查 二、突发光功率示值工作波长:13 1 0n m(突发)Pa=P0+1 0 l gT1/T2()标准光功率计被校P ON功率计修正值ki功率值d B m平均值P0/d B m标准值Pa/d B mj功率值d B m平均示值Pb/d B mC=Pa-Pbd B扩展不确定度/d B(k=2)1123123212312331231234123123脉冲周期T1/s:脉冲宽度T2/s:7J J F1 7 5 52 0 1 9三、连续光功率示值工作波长:14 9 0n m(CW)标准光功率计被检P ON功率计修正值ki功率值d B m平均值d B m标准值Pa/d B mj功率值d B m平均示值Pb/d B mC=Pa-Pbd B扩展不确定度/d B(k=2)11231232123123312312341231235123123 工作波长:15 5 0n m(CW)标准光功率计被检P ON功率计修正值ki功率值d B m平均值d B m标准值Pa/d B mj功率值d B m平均示值Pb/d B mC=Pa-Pbd B扩展不确定度/d B(k=2)112312321231233123123412312351231238J J F1 7 5 52 0 1 9 四、通道插入损耗波长n m插入损耗I L/d B第一次第二次第三次平均值14 9 015 5 013 1 0温度 相对湿度%电源电压 V测试日期校准人(签名)核验人(签名)9J J F1 7 5 52 0 1 9附录B校准证书内页格式证书编号:共 页 第 页校 准 结 果一、外观二、工作正常性检查三、突发光功率示值工作波长:13 1 0n m(突发)通道插入损耗/d B:标准值Pad B m示值Pbd B m修正值(Pa-Pb)d B扩展不确定度d B 扩展不确定度的包含因子:k=2四、连续光功率示值工作波长:14 9 0n m(CW)通道插入损耗/d B:标准值Pad B m示值Pbd B m修正值(Pa-Pb)d B扩展不确定度d B 扩展不确定度的包含因子:k=201J J F1 7 5 52 0 1 9工作波长:15 5 0n m(CW)通道插入损耗/d B:标准值Pad B m示值Pbd B m修正值(Pa-Pb)d B扩展不确定度d B 扩展不确定度的包含因子:k=211J J F1 7 5 52 0 1 9附录C无源光网络(P O N)功率计不确定度评定示例依据无源光网络(P ON)功率计校准规范的各项计量特性及校准条件与校准项目的规定,对P ON功率计进行了校准。下面针对P ON功率计的13 1 0n m突发光功率示值测量结果的不确定度进行评定。C.1 突发光功率示值校准C.1.1 突发光功率的测量模型P=P0+1 0 l gT1-1 0 l gT2P P ON功率计测量值,d B m;P0 标准光功率计测量值,d B m;T1 脉冲周期,s;T2 脉冲宽度,s。依据该模型评定合成标准不确定度的表达式为:u2c=c12u2(P0)+c22u2(T1)T21+c32u2(T2)T22式中:c1=1,c2=1 0l n 1 0,c3=-1 0l n 1 0C.1.2 测量不确定度来源测量过程中主要的不确定度来源有:标准光功率计示值引入的不确定度u1、示波器测量时间间隔(脉冲周期和脉冲宽度)引入的不确定度u2、脉冲宽度引入的不确定度u3、脉冲光源功率不稳定度引入的不确定度分量u4、被校P ON功率计分辨力引入的不确定度分量u5、被校P ON功率计测量重复性引入的不确定度分量u6等。C.1.3 测量不确定度评定C.1.3.1 标准光功率计引入的不确定度分量标准光功率计采用A g i l e n t8 1 6 1 8 A(探头8 1 6 2 4 B),依据校准证书得到(-5 00)d B m范围内功率示值的不确定度为0.0 7d B,包含因子k1=2,则u1=a1k1=0.0 72=0.0 3 5(d B)(C.1)C.1.3.2 示波器测量时间间隔引入的不确定度分量示波器采用A g i l e n t 8 6 1 0 0 C,依据校准证书得到时间间隔大于1 0 0n s时测量时间间隔的不确定度为0.1%,换算成以d B为单位,则a2=0.0 0 4d B,包含因子k2=2,则测量脉冲周期引入的不确定分量为u2=a2k2=0.0 0 42=0.0 0 2(d B)(C.2)21J J F1 7 5 52 0 1 9同理测量脉冲宽度引入的不确定分量u3=0.0 0 2d B(C.3)c2=c3=1 0l n 1 0=4.3 4 3。C.1.3.3 被校P ON功率计测量时脉冲光源功率不稳定性引入的不确定度分量。由于标准光功率计测量对象为平均光功率,而P ON功率计直接测量脉冲光源的峰值功率,因此脉冲光源的功率不稳定性对P ON功率计测量值影响更大,主要考虑该因素对P ON功率计的影响。脉冲光源功率稳定度为0.0 5d B(1 5m i n),区间半宽度a4=0.0 5d B,按均匀分布,取包含因子k4=3,则u4=a4k4=0.0 53=0.0 2 9(d B)(C.4)C.1.3.4 被校P ON功率计分辨力引入的不确定度分量标准光功率计分辨力为0.0 0 1d B,其影响可以忽略不计,因此主要考虑被校P ON功率计分辨力引入的不确定度分量,采用E X F O公司的P PM-3 5 2 C型P ON功率计,分辨力为0.1d B,区间半宽度a5=0.0 5d B,按均匀分布,取包含因子k5=3,则u5=a5k5=0.0 53=0.0 2 9(d B)(C.5)C.1.3.5 被校P ON功率计测量重复性引入的不确定度分量由于标准光功率计的测量重复性约为0.0 0 1d B,可以忽略不计,因此主要考虑被校P ON功率计的测量重复性。功率值重复测量三次,采用极差法得到标准偏差为s=(xm a x-xm i n)/dn,查表得测量次数n=3时,dn=1.6 9。则:u6=(xm a x-xm i n)/1.6 9(C.6)-1 0d B m挡位处重复测量三次结果见表C.1,则u6=0.0 5 9d B。表C.1 突发光功率示值测量数据测量次数123测量值/d B m-1 0.6-1 0.6-1 0.7平均测量值/d B m-1 0.6C.1.4 标准不确定度的合成C.1.4.1 标准不确定度评定表表C.2 标准不确定度评定表序号不确定度来源标准不确定度分量ui/d B概率分布ci1标准光功率计示值0.0 3 5均匀12示波器测量时间间隔0.0 0 2均匀4.3 4 33示波器测量脉冲宽度0.0 0 2均匀4.3 4 3J J F1 7 5 52 0 1 9J J F1 7 5 52 0 1 9表C.2(续)序号不确定度来源标准不确定度分量ui/d B概率分布ci4脉冲光源功率不稳定度0.0 2 9均匀15被校P ON功率计分辨力0.0 2 9均匀16被校P ON功率计测量重复性0.0 5 9正态1C.1.4.2 以上各项标准不确定度分量之间不相关,合成标准不确定度为uc=c12u21+c22u22+c32u23+u24+u25+u26其中被校P ON功率计测量重复性和被校P ON功率计分辨力引入的标准不确定度分量(u5和u6)因重复计算,因此合成时取较大分量进行计算,则uc=u21+4.3 4 32u22+4.3 4 32u23+u24+u26=0.0 7 5d BC.1.5 扩展不确定度取包含因子k=2,则U=k uc=0.2d B。利用E X F O公司的P PM-3 5 2 C型P ON功率计作为被校仪表,结合实验结果进行测量不确定度评定,充分考虑六方面因素引入的不确定度分量,被校准P ON功率计的分辨力为0.1d B,在该条件下得到的突发光功率示值校准的不确定度为0.2d B(k=2)。