基于GPON網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的移動系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)改造研究

黃永志

【摘 要】高層建筑中進行移動業(yè)務(wù)覆蓋是現(xiàn)今全球運營商需要解決的系統(tǒng)性問題，目前最有效的方法就是建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)，而千兆無源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）憑借著諸多優(yōu)勢而廣泛應(yīng)用于這一領(lǐng)域。本文結(jié)合千兆無源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）的工作機理，詳細介紹了在高層建筑的室分系統(tǒng)中的傳輸網(wǎng)絡(luò)改造中引入千兆無源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）技術(shù)，可供參考。

【關(guān)鍵詞】千兆無源光網(wǎng)絡(luò)；移動通信；傳輸網(wǎng)絡(luò)；技術(shù)改造

千兆無源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）是一種面向下一代網(wǎng)絡(luò)的接入技術(shù)，它具有速率高、傳輸距離長、效率高和可伸縮性強等關(guān)鍵優(yōu)勢。同時，GPON支持引入更高帶寬的以太網(wǎng)新業(yè)務(wù)，并能低成本提供傳統(tǒng)的語音服務(wù)。該技術(shù)正被大多數(shù)運營商視為實現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)寬帶化，綜合化改造的理想技術(shù)。隨著城市化進程的加快，城市高層建筑數(shù)量也不斷上升，城市人口越來越密集。如何在高層建筑中進行移動業(yè)務(wù)覆蓋是現(xiàn)今全球運營商需要解決的系統(tǒng)性問題。下面，文章就基于千兆無源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）技術(shù)的移動系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)改造進行探究。

1.GPON網(wǎng)絡(luò)的工作原理

1.1 GPON 網(wǎng)絡(luò)參考模型

PON 網(wǎng)絡(luò)是一種點到多點（P2MP）結(jié)構(gòu)的無源光網(wǎng)絡(luò)；由光線路終端OLT、光網(wǎng)絡(luò)單元ONU光分配網(wǎng)絡(luò)ODN組成。

1.2 數(shù)據(jù)復(fù)用

GPON 系統(tǒng)采用WDM 技術(shù)，實現(xiàn)單纖雙向傳輸。為了分離同一根光纖上多個用戶的來去方向的信號，采用以下兩種復(fù)用技術(shù)：下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術(shù)；上行數(shù)據(jù)流采用TDMA 技術(shù)。

1.3 GPON 網(wǎng)絡(luò)的保護倒換方式

（1）光纖備份方式特點；

（2）OLT 端口備份方式特點；

（3）全備份方式特點；

（4）混和備份方式特點。

2.帶寬需求

GPON系統(tǒng)最高支持下行速率2.488Gbit/s，上行速率1.244Gbit/s，這是當(dāng)前已商用接入網(wǎng)技術(shù)所能達到的最高速率，根據(jù)統(tǒng)計和查找，表1顯示各業(yè)務(wù)在不同的環(huán)境下對帶寬的需求情況。

下面按照上表的數(shù)據(jù)來進行一個計算：

假設(shè)一棟30層的電梯公寓住戶數(shù)量為n戶，每10層安裝一套室分系統(tǒng)，則全樓需要3套室分設(shè)備。以上所有的業(yè)務(wù)只分配1個GPON接口，提供的有效帶寬2Gbit/s。

3.多業(yè)務(wù)支持和安全

GPON采用GEM對多業(yè)務(wù)流實現(xiàn)簡單、高效的適配封裝。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94%，實現(xiàn)了帶寬資源的充分利用。

室分系統(tǒng)部署以后，原有寬帶業(yè)務(wù)和移動業(yè)務(wù)將并存。通過流分類、VLAN劃分等把各種業(yè)務(wù)進行區(qū)分和隔離，提供不同的優(yōu)先級，對不同的業(yè)務(wù)分別進行運營管理。根據(jù)優(yōu)先級、VLANID、業(yè)務(wù)類型等標記各種業(yè)務(wù)類型。按VLAN進行業(yè)務(wù)流分類，實現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)與移動業(yè)務(wù)的隔離，不同的業(yè)務(wù)通知設(shè)置不同的優(yōu)先級來滿足不同類型的QoS保證。

對于下行采用廣播方式的數(shù)據(jù)，為了防止被未授權(quán)的ONU獲取，可以采用AES加密算法，對數(shù)據(jù)幀加密和加擾，確保GPON下行數(shù)據(jù)傳輸安全，防止數(shù)據(jù)竊聽。

4.同步

由于各移動基站的覆蓋范圍都是有限的，特別是用于室內(nèi)系統(tǒng)，更要控制其覆蓋范圍，那么當(dāng)用戶從大樓內(nèi)向大樓外的移動過程中，業(yè)務(wù)要能及時切換到室外的宏基站上去，這個過程叫做切換。切換時要求各基站之間的頻率和相位必須同步在一定范圍之內(nèi)，所以移動技術(shù)對于同步都有嚴格的要求。

在以GSM為代表的2G中，網(wǎng)絡(luò)只需要頻率同步，不需要時間同步。到了3G時代，出現(xiàn)了三種制式：WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。其中，WCDMA也是只需要頻率同步，不需要時間同步。而另外兩種3G技術(shù)以及LTE不僅需要頻率同步，也需要較高精度的時間同步。

對于同步一般可采用2種方法：

（1）可以采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）實現(xiàn)同步。但GPS系統(tǒng)由美國軍方開發(fā)和控制，存在一定的政治風(fēng)險?，F(xiàn)在，我國自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“北斗”衛(wèi)星系統(tǒng)，目前已經(jīng)開始上線運營，如果使用“北斗”衛(wèi)星系統(tǒng)則不會出現(xiàn)上述政治風(fēng)險。所以，可以使用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)進行授時和同步。

（2）采用類似SDH的同步原理，定時信息從OLT經(jīng)過PON的光物理層傳遞到ONU；網(wǎng)絡(luò)參考時鐘從OLT側(cè)輸入，作為該PON網(wǎng)絡(luò)的公共時鐘源，ONU與該時鐘源保持頻率同步。此方案的時鐘同步精度優(yōu)于0.01×10-6，可以滿足承載基站業(yè)務(wù)的頻率同步要求。

5.自愈保護

在對PON進行工程部署時，一個值得考慮的問題就是如何對PON進行保護。眾所周知，PON存在的意義和價值就是在解決高密度接入需求的同時保證低廉的建設(shè)成本。如果以類似SDH網(wǎng)絡(luò)對PON進行深度1∶1或1∶1的保護，則從光纜資源角度PON就已經(jīng)失去了其根本的特點和優(yōu)勢。那么如何在發(fā)揮PON網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢的同時，也能兼顧到業(yè)務(wù)的自愈保護呢？圖4～6中列舉了現(xiàn)網(wǎng)中所使用的3種拓撲結(jié)構(gòu)方式。

（1）樹型結(jié)構(gòu)使用范圍最為廣泛，適用于接入用戶密集分布的住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)等高密度接入?yún)^(qū)域。對于新建PON以及需要大規(guī)模改造的區(qū)域，樹型結(jié)構(gòu)便于建設(shè)與維護，同時也方便網(wǎng)絡(luò)的擴容。

（2）總線型結(jié)構(gòu)使用的場景主要是城市交通監(jiān)控攝像系統(tǒng)使用。其特點如電路中的串聯(lián)電路，隨著距離的延長，信號衰減會增長。并且一個光分鏡的損壞會影響后面設(shè)備的正常工作。

（3）環(huán)形結(jié)構(gòu)可以看成特殊的總線結(jié)構(gòu)，其中光信號的傳輸方向可以分為順時針和逆時針。環(huán)網(wǎng)主要使用場景為SDH接入環(huán)的改造，它能較好地兼容現(xiàn)有SDH光纜敷設(shè)特點。對于網(wǎng)絡(luò)擴容，新增同級別的ONU將涉及到光纜割接問題，因此擴容投資成本較大，適合一次性大規(guī)模建設(shè)。

由于樹型結(jié)構(gòu)是現(xiàn)網(wǎng)寬帶接入中使用最主要的一種方式。基于資源共用的目的，室分系統(tǒng)也只能使用這種以樹形結(jié)構(gòu)為主的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在具體使用中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際需求進行適當(dāng)改造，增強結(jié)構(gòu)自愈保護的能力。

對于樹型結(jié)構(gòu)組網(wǎng)模式而言，網(wǎng)絡(luò)最薄弱的環(huán)節(jié)在于其單一的分光器，OLT以及主干光纜的主干保護方式就是對主干部分的組成部分進行1+1的冗余，通過業(yè)務(wù)切換達到容錯的目的。同時，對于連接移動基站設(shè)備的支路光纖以及分光器也要做到1∶1備份，所以可采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來進行改造。

在以上兩種優(yōu)化結(jié)構(gòu)中，對于原有的寬帶接入用戶，不需進行冗余改造。只是對于連接室分系統(tǒng)的ONU，才進行冗余改造，改造的拓撲結(jié)構(gòu)圖可以采用其中的一種進行。這樣在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中既控制了成本，也提供了足夠的業(yè)務(wù)保護。

6.結(jié)束語

綜上所述，千兆無源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）技術(shù)的優(yōu)勢是明顯的。通過對千兆無源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）在業(yè)務(wù)帶寬、多業(yè)務(wù)支持、同步以及自愈保護等幾方面的分析，在高層建筑的室分系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸通路引入PON網(wǎng)絡(luò)，是完全可行的。通過改造，運營商可以充分利用以后的寬帶接入的資源，避免了傳輸資源重復(fù)投資，快速高效、高質(zhì)量部署好室分系統(tǒng)，效益十分明顯，因此，我們有理由相信千兆無源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）技術(shù)的未來應(yīng)該有很好的發(fā)展。

參考文獻：

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