GPON網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)和應(yīng)用

黃信禮

(鐵通上饒分公司，江西上饒334000)

1.引言

近年來(lái)，為滿(mǎn)足用戶(hù)日益增長(zhǎng)的帶寬需求，PON(無(wú)源光網(wǎng)絡(luò))已成為電信運(yùn)營(yíng)商寬帶接入的首選技術(shù)方案。其中，GPON技術(shù)因具有接入帶寬更寬、綜合業(yè)務(wù)提供能力更強(qiáng)、節(jié)省主干光纜、維護(hù)成本低、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)勢(shì)，已逐漸成為主流的PON標(biāo)準(zhǔn)。以下從GPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、場(chǎng)景應(yīng)用、建設(shè)原則等方面對(duì)該技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用進(jìn)行探討。

2.GPON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

同所有PON系統(tǒng)一樣，GPON由ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)、OLT(光線(xiàn)路終端)和ODN(無(wú)源光分配網(wǎng))組成。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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(guò)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(shí)時(shí)監(jiān)控、運(yùn)行維護(hù)管理PON系統(tǒng)的功能。ONU為接入網(wǎng)提供用戶(hù)側(cè)的接口，提供話(huà)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、32或64，最高可達(dá)到1：128。在同一根光纖上，GPON可使用波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的雙向傳輸。根據(jù)實(shí)際需要，還可以在傳統(tǒng)的樹(shù)型拓?fù)涞幕A(chǔ)上采用相應(yīng)的PON保護(hù)結(jié)構(gòu)以來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)的生存性。

3.GPON特點(diǎn)

(1)前所未有的高帶寬。GPON速率高達(dá)2.5Gb／s，能提供足夠大的帶寬以滿(mǎn)足未來(lái)網(wǎng)絡(luò)對(duì)高帶寬的日益增長(zhǎng)的需求，同時(shí)非對(duì)稱(chēng)特性更能適應(yīng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場(chǎng)。

(2)QoS保證的全業(yè)務(wù)接入。GPON能夠同時(shí)承載ATM信元和(或)GEM幀，有很好的提供服務(wù)等級(jí)、支持QoS保證和全業(yè)務(wù)接入的能力。目前，ATM承載話(huà)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(hù)業(yè)務(wù)的技術(shù)也得到大家的一致認(rèn)可，已經(jīng)開(kāi)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(biāo)準(zhǔn)的8kHz(125ps)幀能夠直接支持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(shí)時(shí)傳輸。GPON在這一點(diǎn)上有優(yōu)勢(shì)。

(4)簡(jiǎn)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(zhǎng)和不定長(zhǎng)幀的封裝，對(duì)多種業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)通用映射，不需要進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)單，開(kāi)銷(xiāo)小，協(xié)議封裝效率最高可達(dá)97%，充分利用了帶寬資源。

(5)強(qiáng)大的OAM能力。針對(duì)以太網(wǎng)系統(tǒng)在網(wǎng)路管理和性能監(jiān)測(cè)的不足，GPON從消費(fèi)者需求和運(yùn)營(yíng)商運(yùn)行維護(hù)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(dān)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(duì)各自的OAM功能進(jìn)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(jí)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)能力。

4.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及場(chǎng)景應(yīng)用

綜合考慮GPON技術(shù)特點(diǎn)、成熟度、投資成本、業(yè)務(wù)需求、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等多方面的因素，基于GPON的FTTx系統(tǒng)主要應(yīng)用于如下方面：

(1)商客、商務(wù)樓和工業(yè)園區(qū)的綜合接入。在商業(yè)客戶(hù)和商業(yè)客戶(hù)比較集中的寫(xiě)字樓、工業(yè)園區(qū)和網(wǎng)吧集中區(qū)，用戶(hù)分布較為分散，帶寬需求相對(duì)較高(典型需求為10M、100M甚至1000M)，除了基本的語(yǔ)音業(yè)務(wù)、高速I(mǎi)nternet專(zhuān)線(xiàn)接入等業(yè)務(wù)外，還存在TDM(E1)專(zhuān)線(xiàn)、視訊會(huì)議、視頻監(jiān)控、VPN、無(wú)線(xiàn)覆蓋等多樣化的業(yè)務(wù)需求，對(duì)系統(tǒng)的可用性、業(yè)務(wù)質(zhì)量和維護(hù)質(zhì)量要求較高。采用GPON系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)FTTB、FTTH，能夠很好地滿(mǎn)足這類(lèi)客戶(hù)的需求，為用戶(hù)提供長(zhǎng)距離、高帶寬、豐富業(yè)務(wù)類(lèi)型、高服務(wù)質(zhì)量的業(yè)務(wù)保證。

(2)部分新建高檔住宅小區(qū)(別墅或高檔公寓)的寬帶接入。相對(duì)于普通住宅用戶(hù)，高檔住宅小區(qū)的客戶(hù)群優(yōu)良，其電信業(yè)務(wù)消費(fèi)能力強(qiáng)、消費(fèi)層次高，對(duì)建設(shè)投資和業(yè)務(wù)資費(fèi)不敏感，業(yè)務(wù)的需求主要包括Internet專(zhuān)線(xiàn)接入、電話(huà)、IPTV甚至視頻會(huì)議等。因此可以鋪設(shè)光纖入戶(hù)，采用FTTH、FTTB+LAN／VDSL等靈活的寬帶接入方式，特別是針對(duì)缺乏銅纜資源的地區(qū)，在大城市和發(fā)達(dá)地區(qū)進(jìn)行一定的FTTH／B覆蓋，以提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

(3)新建小區(qū)的FTTB+DSL／LAN接入和舊網(wǎng)絡(luò)改造。隨著IPTV等新興業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，現(xiàn)有的DSL／LAN小區(qū)的升級(jí)改造刻不容緩?；贕PON的FTTB+DSL／LAN接入方式(采用多以太網(wǎng)接口的ONU或ONU內(nèi)置小型DSLAM)利用原有的入戶(hù)線(xiàn)，無(wú)需對(duì)現(xiàn)有樓內(nèi)布線(xiàn)和裝修進(jìn)行改造，綜合實(shí)施成本低、難度低，以較低的成本實(shí)現(xiàn)較高的用戶(hù)接入速率，是一種高性?xún)r(jià)比的接入方案，很適合進(jìn)行舊小區(qū)網(wǎng)絡(luò)改造。

5.GPON工程建設(shè)原則

(1)OLT設(shè)置原則

OLT的部署位置對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與層次、設(shè)備管理與維護(hù)、設(shè)備端口利用率、用戶(hù)實(shí)裝率、投資等影響較大，需要綜合考慮，同時(shí)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(lèi)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，按7個(gè)光活動(dòng)連接器，OLT覆蓋的光通道距離在10公里以?xún)?nèi)。

(2)ONU選擇類(lèi)型

根據(jù)場(chǎng)景不同的需求，接入方式可以參考表1：

表1 ONU接入方式

(3)主干光纜及配光纜配套原則

目前，用戶(hù)光纜網(wǎng)基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有三種，即星形、總線(xiàn)形和環(huán)形。各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都有其特點(diǎn)，在選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)各相關(guān)點(diǎn)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(jì)性以及維護(hù)管理等綜合因素選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。目前用戶(hù)主干光纜基本采用環(huán)形與總線(xiàn)形結(jié)構(gòu)，如用戶(hù)對(duì)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(shí)，也可以用星形結(jié)構(gòu)。用戶(hù)配光纜一般采用星形結(jié)構(gòu)，當(dāng)用戶(hù)有特殊要求時(shí)，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(dāng)MDU分布較為分散或駐地網(wǎng)光纜纖芯數(shù)量不足時(shí)，可以采用二級(jí)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(hù)數(shù)、PON系統(tǒng)內(nèi)帶寬分配來(lái)進(jìn)行選擇，一般情況下：

在采用FTTH(PON)模式時(shí)，光分路比宜按1：64設(shè)計(jì)；

在采用FTTB(PON)+LAN模式時(shí)，光分路比宜按1：32設(shè)計(jì)，最終用戶(hù)數(shù)不超過(guò)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(diǎn)之間的光損耗，OLT的傳輸距離應(yīng)通過(guò)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(dòng)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(xiàn)路富余度

相關(guān)參數(shù)取定：

光分路器插入損耗：3.5N(光分路器分光比＝2N)；

光活動(dòng)連接器插入損耗值：0.5dB／個(gè)；

光纖衰耗系數(shù)(含熔接損耗)：0.4dB／km；

光纜線(xiàn)路富余度：采用1：64分光比時(shí)，取1.5dB；

采用1：32分光比時(shí)，取2dB。

對(duì)于GPON系統(tǒng)，在項(xiàng)目中需根據(jù)設(shè)備所支持的最大光通道衰減對(duì)無(wú)源光分配網(wǎng)絡(luò)中最遠(yuǎn)用戶(hù)終端的光通道衰減進(jìn)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(hù)主干光纜或用戶(hù)配光纜，光纜芯數(shù)將視需安裝的光分路器數(shù)量而定，并考慮未來(lái)升速的需要及適當(dāng)考慮向FTTH演進(jìn)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(lèi)配置：

在采用FTTH(PON)模式時(shí)，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(jìn)行光纜網(wǎng)的設(shè)計(jì)。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(tái)ONU配1芯；光纜接頭盒或光纜分支接頭箱至用戶(hù)宅內(nèi)ONU間的光纜在采用普通室外型光纜時(shí)按每臺(tái)ONU配1芯。

在采用FTTB(PON)模式時(shí)，光分路器至MDU間的光纜纖芯數(shù)建議按每臺(tái)MDU配2芯(用1芯、備1芯)。

入戶(hù)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-TG.652D建議的光纖制成的普通室外型光纜。

6.結(jié)束語(yǔ)

PON技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是明顯的，目前GPON技術(shù)和設(shè)備已比較成熟，自2009年以來(lái)國(guó)際上已大規(guī)模商用，我們有理由相信GPON的未來(lái)應(yīng)該有非常好的發(fā)展前景，這是它的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)所決定的。