吉比特無源光纖網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)研究

摘要：簡要介紹了吉比特無源光纖網(wǎng)(GPON)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，詳細分析了GPON技術(shù)的技術(shù)特點、應(yīng)用模式，建立了GPON的工程建設(shè)原則。

關(guān)鍵詞：GPON；技術(shù)特點；應(yīng)用模式；建設(shè)原則

0 引言

PON(Passive Optical Network，無源光網(wǎng)絡(luò))一直被認為是光接入網(wǎng)中頗具應(yīng)用前景的技術(shù)，它打破了傳統(tǒng)的點到點解決方法，在解決寬帶接入問題上是一種經(jīng)濟的、面向未來多業(yè)務(wù)用戶的接入技術(shù)。GPON(Gigabit-Capable PON)技術(shù)是基于ITU-TG.984.x標準的最新一代寬帶無源光綜合接入標準，具有高帶寬、高效率、大覆蓋范圍、用戶接口豐富等眾多優(yōu)點，可以為用戶提供優(yōu)質(zhì)、可靠、安全的語音、數(shù)據(jù)、視頻三網(wǎng)合一的接入業(yè)務(wù)。

1 GPON系統(tǒng)組成及特點

1.1 GPON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

同所有PON系統(tǒng)一樣，GPON由ONU、OLT和無源光分配網(wǎng)組成。OLT為接入網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)側(cè)與核心網(wǎng)之間的接口，通過ODN與各ONU連接。作為PON系統(tǒng)的核心功能設(shè)備，OLT具有集中帶寬分配、控制各ONU、實時監(jiān)控、運行維護管理PON系統(tǒng)的功能。ONU為接入網(wǎng)提供用戶側(cè)的接口，提供話音、數(shù)據(jù)、視頻等多業(yè)務(wù)流與ODN的接入，受OLT集中控制。系統(tǒng)支持的分支比為1：16、1：32或1：64，隨著光收發(fā)模塊的發(fā)展演進，支持的分支比將達到1：128及1：256。在同一根光纖上，GPON可使用波分復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)信號的雙向傳輸。根據(jù)實際需要，還可以在傳統(tǒng)的樹型拓撲的基礎(chǔ)上采用相應(yīng)的PON保護結(jié)構(gòu)以來提高網(wǎng)絡(luò)的生存性。

1.2 GPON特點

(1)前所未有的高帶寬。GPON速率高達2.5Gb／s，能提供足夠大的帶寬以滿足未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展對高帶寬的需求，同時其非對稱特性更能適應(yīng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場。

(2)QoS保證的全業(yè)務(wù)接入。GPON能夠同時承載ATM信元和(或)GEM幀，有很好的提供服務(wù)等級、支持QoS保證和全業(yè)務(wù)接入的能力。目前，ATM承載話音、PDH、Ethernet等多業(yè)務(wù)的技術(shù)已經(jīng)非常成熟；使用GEM承載各種用戶業(yè)務(wù)的技術(shù)也得到大家的一致認可，已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

(3)很好地支持TDM業(yè)務(wù)。將TDM業(yè)務(wù)映射到GEM幀中，由于使用標準的8kHz(125μs)幀GPON能夠直接支持TDM業(yè)務(wù)；將TDM業(yè)務(wù)映射到ATM信元中也能提供有QoS保證的實時傳輸業(yè)務(wù)。

(4)簡單、高效的適配封裝。GPON的GEM提供了一種靈活的幀結(jié)構(gòu)封裝，支持定長和不定長幀的封裝，對多種業(yè)務(wù)實現(xiàn)通用映射，不需要進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)過程簡單，開銷小，協(xié)議封裝效率最高可達97％，實現(xiàn)了對帶寬資源的充分利用。

(5)強大的OAM能力。針對以太網(wǎng)系統(tǒng)在網(wǎng)路管理和性能監(jiān)測方面的不足，GPON從消費者需求和運營商運行維護管理的角度，提供了三種OAM通道：嵌入的OAM通道、PLOAM和OMCI。它們承擔不同的OAM任務(wù)，形成C／MPlane(控制／管理平面)，平面中的不同信息對各自的OAM功能進行管理。GPON還繼承了G.983中規(guī)定的OAM相關(guān)要求，具有豐富的業(yè)務(wù)管理和電信級的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測能力。

2 GPON在FTTn中的應(yīng)用模式

2.1 FTTB應(yīng)用模式

光纖到樓宇(FTTB：Fiber To The Building)是寬帶光接入網(wǎng)的典型應(yīng)用類型之一，其特征是：以光纖替換用戶引入點之前的銅線電纜，ONU布設(shè)在傳統(tǒng)的分線盒(用戶引入點)即DP(Distribution Point，分配點)，ONU下采用其他介質(zhì)接入用戶，如現(xiàn)有的金屬線或無線，每個ONU典型支持用戶數(shù)為十多戶到一百戶左右。

在FTTB系統(tǒng)中，OLT通常放置在局端，作為用戶業(yè)務(wù)的收發(fā)，上聯(lián)網(wǎng)絡(luò)側(cè)采用光纖接口，通過光纖網(wǎng)絡(luò)連接ONU沒備，在ONU處終結(jié)光信號，用戶側(cè)提供銅線或五類線接口，接口類型包括POTS、ISDN、ADSL／ADSL2+、VDSL／VDSL2、以太網(wǎng)等。

FITB網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在ONU點的供電問題，可采用本地供電或由位于局端的遠程供電系統(tǒng)，也可以區(qū)域集中供電，目前以本地供電為主。另外，由于MDU(Multiple Dwelling Unit，多住宅單元)提供較多VOIP語音業(yè)務(wù)的接入，需要考慮備用電源解決方案。

由于FITB網(wǎng)絡(luò)中，ONU布設(shè)到DP，使得ONU的數(shù)量較多，每個ONU接入的用戶數(shù)量不多，因此選擇光纖傳輸技術(shù)時，應(yīng)著重選擇支持較多ONU數(shù)量的、能夠節(jié)省光纖資源的傳輸技術(shù)?，F(xiàn)階段及以后一段時間內(nèi)，GPON是比較好的技術(shù)選擇。具體采用GPON承載的FTTB應(yīng)用模式有以下幾種，見圖1所示。

(1)FTTB+xDSL。將光纖端接點分布在樓層(高層樓宇)或樓道(多層建筑)，小型DSLAM設(shè)備網(wǎng)絡(luò)側(cè)采用GPON上聯(lián)口，用戶側(cè)提供xDSL接口通過雙絞線入戶。

(2)FTTB+LAN。將光纖端接點分布在樓層(高層樓宇)或樓道(多層建筑)，由ONU終結(jié)光信號，ONU提供多個以太網(wǎng)接口。

2.2 FTTH應(yīng)用模式

光纖到家庭用戶(FTTH：Fiber To The Home)是利用光纖傳輸媒質(zhì)連接通信局端和家庭住宅的接入方式，引入光纖由單個家庭住宅獨享。在物理網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成上，F(xiàn)FTH在OLT與ONU之間采用全程光纖的接入方式，將ONU光節(jié)點布設(shè)到居民用戶家中。此時ONU稱為ONT(Optical Network Terminal)，直接提供UNI接口連接居民家庭網(wǎng)絡(luò)。

采用GPON技術(shù)進行光纖入戶的組網(wǎng)圖如圖2所示。

在FFTH網(wǎng)絡(luò)中，無論是別墅區(qū)還是多層小區(qū)，ONU都是置于用戶家中，在OLT和ONU之間采用無源的光分配網(wǎng)絡(luò)。在GPON系統(tǒng)中，主要是光分路器和光纖構(gòu)成，OLT可以置于遠端機房或小區(qū)機房，具體可以依據(jù)實際條件而定。

語音業(yè)務(wù)采用VoIP是適合于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的選擇，實現(xiàn)方式有2種：ONU本身內(nèi)置lAD功能或通過外置lAD來實現(xiàn)。

OLT和ONU側(cè)都提供了高速接入的數(shù)據(jù)接口，這為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入提供了保障。由ONU的以太網(wǎng)接口提供用戶的寬帶上網(wǎng)接入，根據(jù)現(xiàn)階段的寬帶應(yīng)用實際，用戶認證和管理仍然可由BRAS來完成，以保持與現(xiàn)有用戶管理方式的一致性。對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入，主要是需要采用合適的Qos策略，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)提供不同的QoS保證，從而為不同的業(yè)務(wù)提供不同的帶寬和業(yè)務(wù)質(zhì)量的保證。

對于FTTH模式，比較適合社區(qū)信息化場合。社區(qū)信息化覆蓋目前已經(jīng)比較普遍，大多數(shù)社區(qū)采用ADSL接入技術(shù)實現(xiàn)。隨著IPTV和高清電視等高帶寬業(yè)務(wù)引入家庭，傳統(tǒng)社區(qū)接入網(wǎng)絡(luò)面臨改造。GPON光接入平臺立足高帶寬接入，根據(jù)高檔小區(qū)、別墅小區(qū)和普通小區(qū)的消費承受能力，分層次提供一步到位的FTTH。接入業(yè)務(wù)包括語音、數(shù)字家庭、寬帶上網(wǎng)(可選有線和無線方式)、IPTV視頻、CATV視頻業(yè)務(wù)等，提供系列化ONU／ONT終端，滿足家庭用戶有線方式、無線方式、廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)等各種業(yè)務(wù)接入需求。

3 GPON工程建設(shè)原則

(1)OLT設(shè)置原則

OLT的部署位置對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與層次、設(shè)備管理與維護、設(shè)備端口利用率、用戶實裝率、投資等影響較大，需要綜合考慮，同時要結(jié)合OLT設(shè)備的覆蓋能力，明確OLT的設(shè)置方式及位置。

OLT的服務(wù)覆蓋范圍根據(jù)ITU-TG.982定義的C類ODN網(wǎng)絡(luò)情況，即15-30db的光通道損耗，在采用1：64的情況下，如設(shè)置7個光活動連接器，OLT覆蓋的光通道距離在10公里以內(nèi)。

(2)ONU選擇類型

根據(jù)場景不同的需求，接入方式如表1所示。

(3)主干光纜及配光纜配套原則

目前，用戶光纜網(wǎng)基本拓撲結(jié)構(gòu)有三種，即星形、總線形和環(huán)形。各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都有其特點，在選擇時應(yīng)根據(jù)各相關(guān)點的地理位置、重要性、需要提供的業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)可靠性要求、經(jīng)濟性以及維護管理等綜合因素選擇合適的拓撲結(jié)構(gòu)。目前用戶主干光纜基本采用環(huán)形與總線形結(jié)構(gòu)，如用戶對通信業(yè)務(wù)需求量大或有特殊要求，并受到地理位置的限制時，也可以用星形結(jié)構(gòu)。用戶配光纜一般采用星形結(jié)構(gòu)，當用戶有特殊要求時，也可采用環(huán)形結(jié)構(gòu)。

(4)光分路器配置原則

一般情況下ODN采用一次分光集中放置，將光分路器集中安裝在光分路箱(室內(nèi)型或室外型)內(nèi)；當MDU分布較為分散或駐地網(wǎng)光纜纖芯數(shù)量不足時，可以采用二級分光方式。

光分路比應(yīng)綜合考慮GPON系統(tǒng)的傳輸距離、MDU帶的用戶數(shù)、PON系統(tǒng)內(nèi)帶寬分配來進行選擇。一般情況下，在采用FTTH(PON)模式時，光分路比宜按1：64設(shè)計；在采用FTTB(PON)+LAN模式時，光分路比宜按1：32設(shè)計，最終用戶數(shù)不超過512。

(5)光通道衰減核算

ODN光通道損耗所允許的衰減定義為S／R和R／S參考點之間的光損耗，OLT的傳輸距離應(yīng)通過ODN光通道損耗核算以及OLT、ONU設(shè)備的功率預(yù)算，采用最壞值法核算。

ODN光通道損耗=光分路器插入損耗+光活動連接器插入損耗值×數(shù)量+光纖衰耗系數(shù)×傳輸距離+光纜線路富余度。

相關(guān)參數(shù)取定：

光分路器捅入損耗：3.5×N(光分路器分光比=2N)

光活動連接器插入損耗值：0.5dB／個

光纖衰耗系數(shù)(含熔接損耗)：0.4dB／km

光纜線路富余度：采用1：64分光比時，取1.5dB；采用1：32分光比時，取2dB

對于GPON系統(tǒng)，在項目中需根據(jù)設(shè)備所支持的最大光通道衰減對無源光分配網(wǎng)絡(luò)中最遠用戶終端的光通道衰減進行核算。

(6)ODN光纜容量配置

光分路器與OLT之間的光纜一般為用戶主干光纜或用戶配光纜，光纜芯數(shù)將視需安裝的光分路器數(shù)量，并考慮未來升速的需要及適當考慮向FTTH演進的光纜纖芯需求，可采用1：2或1：4(光分路器數(shù)量：光纜纖芯數(shù))配置。

光分路器與ONU之間的光纜一般為駐地網(wǎng)光纜，光纜芯數(shù)將根據(jù)不同的接入模式分類配置：在采用FTTH(PON)模式時，駐地網(wǎng)光纜一般以光纜接頭盒作為光纜容量的遞減方式或采用光纜分支接頭箱的方式進行光纜網(wǎng)的設(shè)計。據(jù)此，光分路器至光纜接頭盒或光纜分支接頭箱間將使用大芯數(shù)光纜，大芯數(shù)光纜的纖芯數(shù)以每臺ONU配1芯；光纜接頭盒或光纜分支接頭箱至用戶宅內(nèi)ONU間的光纜在采用普通室外型光纜時按每臺ONU配1芯。

在采用FTTB(PON)模式時，光分路器至MDU間的光纜纖芯數(shù)建議按每臺MDU配2芯(用1芯、備1芯)。入戶光纜宜采用小彎曲半徑光纖制成的室內(nèi)型光纜，建議采用ITU-TG.657A建議的光纖，其余光纜采用符合ITU-T G.652D建議的光纖制成的普通室外型光纜。

4 結(jié)束語

使用GPON技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)接入層面上提供一個統(tǒng)一的接入平臺，節(jié)約了運營商維護和處理故障的成本，可以在現(xiàn)階段解決絕大部分FTTn的業(yè)務(wù)需求。同時，在運營商FTTn的應(yīng)用中可以充分體現(xiàn)其廣覆蓋、高帶寬、雙纖保護等特點，并且在位于室外的光分配網(wǎng)中只有物理介質(zhì)特性非常穩(wěn)定的光纖和無源分光器，沒有任何有源設(shè)備，使得網(wǎng)絡(luò)具有高可靠性。相信隨著設(shè)備成本的降低，GPON在接入網(wǎng)中的應(yīng)用會越來越廣泛。