以太無源光網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王海波

（太原有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司，山西太原 030024）

1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)步驟

首先，選擇網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其次，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇。對需求進(jìn)行充分分析，全面了解用戶需求，分析需達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)和限制條件，就商業(yè)目標(biāo)和對其約束的條件進(jìn)行充分論證。在對網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在及未來通信以及需求特征了解的基礎(chǔ)上，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。需求來源于決策者的建設(shè)思路、國家/行業(yè)政策、用戶技術(shù)人員對技術(shù)細(xì)節(jié)的理解、用戶能提供的各種資料;而應(yīng)用需求則要考慮可靠性/可用率、響應(yīng)時(shí)間、安全性、可實(shí)現(xiàn)性、實(shí)時(shí)性等。

根據(jù)前面步驟的分析，選配好設(shè)備，確定網(wǎng)絡(luò)連接線纜和各層設(shè)備的數(shù)量便可制定整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D。無源光網(wǎng)絡(luò)采用對稱分光比分光器，保證每條鏈路在設(shè)備光接收靈敏度范圍內(nèi)，分光器最大光分支比為1∶32，適用于用戶比較集中的情況。

2 EPON系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 每戶帶寬設(shè)計(jì)

（1）若按標(biāo)清MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，要求每用戶點(diǎn)播視頻流為4 Mbps，若按標(biāo)清MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，要求每用戶點(diǎn)播視頻流為2 Mbps;

（2）交互數(shù)字電視正式運(yùn)營后，按總有線電視用戶的20%接入交互數(shù)字電視，且同時(shí)點(diǎn)播視頻節(jié)目的用戶按50%計(jì)算;

（3）其他業(yè)務(wù)按接入交互式數(shù)字電視用戶數(shù)的30%計(jì)算，且按30%在線，每戶平均在線流量按500 kbps計(jì)算。

按以上條件每100戶用戶將占用帶寬為:

100×20%×50%×4+100×20% ×30% ×30% ×0.5≈41 Mbps

100×20%×50%×2+100×20% ×30% ×30% ×0.5≈21 Mbps

每有線電視用戶平均接入帶寬為0.41/0.21 Mbps。

2.2 OLT每千兆光口可帶用戶數(shù)

OLT既是一個(gè)交換機(jī)或一個(gè)路由器，又是一個(gè)多業(yè)務(wù)提供平臺(tái)，它為PON提供光纖接口，根據(jù)以太網(wǎng)向城域網(wǎng)及廣域網(wǎng)發(fā)展的態(tài)勢，OLT在提供千兆光口的同時(shí)，還提供多個(gè)Gbit/s和10 Gbit/s的以太網(wǎng)口。

在目前的系統(tǒng)中，每個(gè)OLT提供2～4個(gè)千兆光口。每個(gè)千兆光口可帶的用戶數(shù)目計(jì)算如下:

（1）按每個(gè)交互數(shù)字電視用戶4 Mbps帶寬計(jì)算

OLT每個(gè)千兆光口可覆蓋的用戶數(shù)約為1 000/0.4=2 500。若一棟樓按50戶計(jì)算，則可覆蓋2 500/50=50棟樓。

（2）按每個(gè)交互數(shù)字電視用戶2 Mbps帶寬計(jì)算

OLT每千兆光口可覆蓋的用戶數(shù)約為1 000/0.2=5 000。若一棟樓按50戶計(jì)算，則可覆蓋5 000/50=100棟樓。

由于OLT每千兆光口可以由PON分為32/64個(gè)光分支，支持32/64個(gè)用戶終端ONU。如果EPON采用FTTBLAN接入方式，則OLT每千兆光口可以覆蓋32/64棟樓。

當(dāng)采用MPEG-2編碼標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，按常規(guī)32個(gè)ONU到樓，覆蓋1 600用戶，則每個(gè)ONU覆蓋1 600/32=50戶。每個(gè)ONU的平均帶寬為1 000/32=31.25 Mbps，按總有線電視用戶的40%接入交互數(shù)字電視，且同時(shí)點(diǎn)播視頻節(jié)目的用戶按40%計(jì)算，一棟樓的交互數(shù)字電視用戶的帶寬為31.25/50×40% ×40%≈4 Mbps。能滿足要求。

當(dāng)采用MPEG-4編碼標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，按64個(gè)ONU到樓，覆蓋3 200用戶，則每個(gè)ONU覆蓋仍為3 200/64=50戶。每個(gè)ONU的平均帶寬為1 000/64=15.63 Mbps，按總有線電視用戶的40%接入交互數(shù)字電視，且同時(shí)點(diǎn)播視頻節(jié)目的用戶按40%計(jì)算，一棟樓的交互數(shù)字電視用戶的帶寬為15.63/50×40% ×40%≈2 Mbps，能滿足要求。

2.3 光分配網(wǎng)（ODN）的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.3.1 光分配網(wǎng)設(shè)計(jì)的一般概念

EPON系統(tǒng)中ODN位于分布的光網(wǎng)絡(luò)中，包括單模光纖、光分路器等。OLT采用單纖波分復(fù)用技術(shù)，通過光纖與分光器與ONU連接，最大傳輸距離可達(dá)20 km。在ONU側(cè)通過光分路器分送給多達(dá)32～64棟樓的用戶。

在ODN的設(shè)計(jì)中主要涉及到光纜布線、安全保證、光分路器的級聯(lián)等問題。ODN系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要與城市居民小區(qū)的物理分布有關(guān)。常規(guī)結(jié)構(gòu)的ODN設(shè)計(jì)較為簡單，如下列舉了ODN設(shè)計(jì)中的一種光分路器級聯(lián)的方案供參考。

例:4個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)16棟樓，分前端機(jī)房距離第一個(gè)分光器5 km，第一個(gè)分光器距離各小區(qū)最遠(yuǎn)2 km。

可采用下列光分路器級聯(lián)的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于光分路器的級聯(lián)與其級數(shù)無關(guān)，只與整個(gè)ODN系統(tǒng)的損耗有關(guān)，4個(gè)小區(qū)，每個(gè)區(qū)16棟樓，可用2個(gè)PON口進(jìn)行覆蓋即可，如圖1所示:

圖1 二級分光光分路器級聯(lián)方式拓?fù)鋱D例

此設(shè)計(jì)方案可大量節(jié)省光纖，使布線更加靈活，減少了布線過程中所遇到的各種麻煩。其鏈路損耗如下:

1×2光分路器損耗:3.2 dB

1×16光分路器損耗:13.5 dB

光纖損耗:0.32 dB/km（1 310 nm波長）

鏈路總損耗為:

3.2+13.5+8.2×0.32+6×0.5=22.32

如OLT發(fā)射功率為PT=0 dBm，ONU接收光功率為PR=-26 dBm，這是由于下行為數(shù)字基帶信號，ONU的接收功率一般可達(dá)-26 dBm，則

這就保證了PT-PR＞22.32 dB的鏈路總損耗，才能達(dá)到IEEE802.3ah對EPON物理層規(guī)定數(shù)據(jù)通道誤碼率10-12要求。

2.3.2 ODN系統(tǒng)設(shè)計(jì)的光損耗計(jì)算

根據(jù)PON系統(tǒng)特點(diǎn)，覆蓋范圍從OLT到ONU的各條光鏈路總長度應(yīng)在20 km內(nèi)。ODN系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，光網(wǎng)絡(luò)的光損耗應(yīng)計(jì)算OLT到距OLT最遠(yuǎn)的ONU的光路損耗L:式中:α為光纖損耗系數(shù)（dB/km）;l1為OLT到第一個(gè)分光器的距離（km）;l2為第一個(gè)分光器到第二個(gè)分光器的距離（km）;l3為第二個(gè)分光器到第三個(gè)分光器的距離（km）;l4為第三個(gè)分光器到距離第三個(gè)分光器最遠(yuǎn)的ONU的距離（km）;LS1、LS2、LS3分別為第一級、第二級、第三級分光器的損耗（dB）;a×0.5為a個(gè)活動(dòng)光連接起的總損耗（dB）;PT為OLT/ONU的發(fā)射光功率（dBm）;PR為OLT/ONU的接收光功率（dBm）;α按1 310 nm波長取值，即α=0.30～0.35 dB/km，光纖融熔拉錐型分光器的損耗LS取值如下:

1∶2分光器LS=3.2 dB;1∶4 分光器LS=6.4 dB;1∶6 分光器LS=8.5 dB;1∶8分光器LS=9.7 dB;1∶16分光器LS=13.5 dB;1∶32分光器LS=18.3 dB。

可以看出，分光器的分支數(shù)越大，損耗也越大。因此，從OLT到ONU最多只能用三級分光器。

無源光網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，在設(shè)計(jì)光路結(jié)構(gòu)方面，不能按照設(shè)備的接收極限值設(shè)計(jì)，通常需要留出至少3 dB的余量。即:

由于不同廠家選用的光模塊不同，所以，PT-PR的值也不同。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)所選用的設(shè)備參數(shù)來確定PT-PR的值，并由此確定L的最終dB值。如本例所選設(shè)備其PT-PR=26 dB，則光路損耗上限L=（PT-PR）-3=23 dB。倘若L超過此值，則不能滿足BER≤1×10-12的要求，須重新設(shè)計(jì)。

3 EPON技術(shù)的優(yōu)勢

（1）與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性:以太網(wǎng)技術(shù)是迄今為止最成功和成熟的局域網(wǎng)技術(shù)。EPON只是對現(xiàn)有IEEE802.3協(xié)議作一定補(bǔ)充，基本上是與其兼容的。EPON與以太網(wǎng)的兼容性是其最大的優(yōu)勢之一。

（2）高帶寬:EPON的下行信道為百兆/千兆的廣播方式，而上行信道為用戶共享的百兆/千兆信道。這比目前的接入方式，如Mode、ISDN、ADSL都要高得多。

（3）低成本:首先，由于采用PON的結(jié)構(gòu)，EPON網(wǎng)絡(luò)中減少了大量的光纖和光器件以及維護(hù)成本。其次，以太網(wǎng)本身的價(jià)格優(yōu)勢使EPON具有無法比擬的低成本。EPON技術(shù)目前還處在研究討論階段，還有一些問題有待解決，包括上行信道復(fù)用技術(shù)、測距和時(shí)延補(bǔ)償技術(shù)、光器件和突發(fā)信號快速同步等方面。