基于EPON網(wǎng)絡(luò)的光纖到戶接入技術(shù)分析

摘 要：寬帶技術(shù)的發(fā)展，使得大眾對通信網(wǎng)絡(luò)有了越來越大的要求，對網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度以及交換能力也提出了新的挑戰(zhàn)。而如何提高骨干網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度和交換能力，成為目前通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸。本文通過對寬帶接入網(wǎng)目前的情況及問題入手，通過分析基于以太網(wǎng)無光源網(wǎng)絡(luò)（EPON），分析目前光纖安裝的技術(shù)原理。FTTH是目前被認為一個理想的綜合接入解決方案，將在未來幾年內(nèi)，成為我國光纖到戶發(fā)展的一個新階段。

關(guān)鍵詞：EPON；光纖到戶；接入；網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TN943.6

南方電信和北方聯(lián)通這一類傳統(tǒng)的主導(dǎo)運行商，尤其早期就已經(jīng)建成一張覆蓋全國的固話網(wǎng)絡(luò)，一般采用大量的銅纜方式。目前，個人用戶采用的是ADSL撥號上網(wǎng)的方式，但是由于銅纜價格過高，寬帶無法得到更大的提高，銅纜方式勢必會被社會所拋棄。一些新型網(wǎng)絡(luò)提供商和運營商提供有源的光纖到小區(qū)。由于新型網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商沒有PSTN網(wǎng)，所以對已經(jīng)銅纜覆蓋的小區(qū)不予以考慮。這種有源光纜接入網(wǎng)主要提供光纖到小區(qū)，然后再結(jié)合小區(qū)局域網(wǎng)，最終為用戶提供寬帶接入。這種網(wǎng)絡(luò)接入方式，雖然會提供比銅纜更高的帶寬，但是浪費接入機房設(shè)備端口，而且網(wǎng)絡(luò)的帶寬還會受到小區(qū)局域網(wǎng)的限制。

1 國內(nèi)小區(qū)寬帶入網(wǎng)的現(xiàn)狀

近幾年，以EPON/GPON為技術(shù)基礎(chǔ)的無源網(wǎng)絡(luò)得到了迅猛的發(fā)展，被大部分運營商接受。這種接入方式，不僅可以有效節(jié)省接入機房局端設(shè)備端口的數(shù)目，還可以提供光纖到戶這樣的最終解決方案，提供更高的帶寬空間。

2 對傳統(tǒng)接入方式的分析

2.1 銅纜為主的小區(qū)的寬帶接入

早期，在PSTN上提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)曾經(jīng)走過窄帶和寬帶的過程。為用戶提供窄帶接入互聯(lián)網(wǎng)，這種方式需要電腦安裝窄帶modem終端，卻只能為用戶提供56kb/s的接入帶寬。雖然后來隨著技術(shù)的進步，在PSTN上提供了ISDN一線通的業(yè)務(wù)，將接入帶寬提高了原來的一倍，但還不是真正意義上的寬帶接入。然而xDSL技術(shù)的出現(xiàn)，使得銅纜的效率發(fā)揮到了極限。ADSL技術(shù)為用戶提供多個檔次的接入帶寬，HDSL技術(shù)為企業(yè)提供對稱接入，VDSL可以為用戶提供更高的用戶要求，但是卻有一個限制因素，銅纜的長度要在800米內(nèi)。

2.2 以有源光纜為主的小區(qū)寬帶接入

雖然xDSL技術(shù)的出現(xiàn)，使得銅纜效能發(fā)揮到極限，但是隨著超高視頻等應(yīng)用的出現(xiàn)，顯然xDSL技術(shù)不能滿足人們不斷增長的帶寬需求。銅纜的價錢比光纜貴，同時提供的帶寬也比光纜窄，因此新型的運營商首選還是光纜接入方式。光纖接入到小區(qū)方式，主要是為了節(jié)約主干銅纜，綜合利用小區(qū)原有的銅纜資源。這種方式可以為用戶提供穩(wěn)定和較高上網(wǎng)帶寬的同時，卻不能突破更高的接入帶寬。如果一些新小區(qū)采用光纖到樓宇的方式，在樓宇安裝樓道交換機，為用戶提供LAN接入方式。這種方式在理論上可以為用戶提供10M獨享帶或者100M共享帶寬。

2.3 無源網(wǎng)絡(luò)小區(qū)接入帶寬

傳統(tǒng)有源光纖到樓宇采用的是從接入機房布放光纜的方式，一個小區(qū)有多少個樓宇，那么便需要多少對從機房接入到樓宇的纖芯，而如果采用無源光網(wǎng)絡(luò)，只需要在光纖交接箱中安裝一臺無源分路器。在帶寬方面，傳統(tǒng)有源接入光纖到樓方式如果100M到樓宇，那么無源光網(wǎng)絡(luò)方式則是1000M到樓宇，也就是說可以為用戶提供更寬的帶寬。同時也不必為樓宇設(shè)備的供電而煩惱。

3 EPON技術(shù)和幾種PON技術(shù)的分析

在選擇銅纜還是光纜方面，已經(jīng)不是問題，光纜肯定是運營商的首選。在無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面，先后出現(xiàn)了APON/BPON、EPON和GPON。

3.1 從APON/BPON、EPON到EPON

APON是在二十世紀九十年代，被國際電信聯(lián)盟和全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)論壇標準化的技術(shù)。在2001年，全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)論壇標準化將APON改名為BPON。BPON在二層采用ATM封裝和傳送技術(shù)，但是同時BPON存在帶寬不足、技術(shù)復(fù)雜、價格高等問題，隨著ATM技術(shù)的沒落，也沒有在市場上獲得成功。

EPON由第一英里以太網(wǎng)聯(lián)盟在2001年提出，主要在二層采用全雙工以太網(wǎng)技術(shù)。由于EPON技術(shù)與以太網(wǎng)的完美結(jié)合，使得EPON成為廣泛使用的無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。EPON采用時分復(fù)用技術(shù)，不會產(chǎn)生碰撞，因此有效地提供了帶寬。

GPON是由全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)論壇在2002年提出，在二層采用ITU-T定義的GFP協(xié)議對多種業(yè)務(wù)進行封裝映射，具有較強的操作、管理和維護功能。GPON的優(yōu)點在于高速率和支持多業(yè)務(wù)，劣勢在于技術(shù)復(fù)雜成本高于EPON，以及產(chǎn)品成熟性不高。

APON/BPON、EPON以及GPON都是采用時分復(fù)用技術(shù)，而下一代PON系統(tǒng)技術(shù)中有波分復(fù)用技術(shù)、正交頻分復(fù)用技術(shù)、碼分多址技術(shù)。

3.2 EPON技術(shù)的簡介

與其他的PON技術(shù)相似，EPON技術(shù)采用的也是點到多點的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，利用光線實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音等全業(yè)務(wù)接入的目的。一個典型的EPON系統(tǒng)有三部分構(gòu)成：OLT、POS、ONU。OLT放在接入機房，POS是無源光纖分路器，只要用于分發(fā)下行數(shù)據(jù)并集中上行數(shù)據(jù)。ONU光網(wǎng)絡(luò)單元用來提供最終業(yè)務(wù)接口。

4 EPON的傳輸原理

4.1 EPON上行復(fù)用技術(shù)

根據(jù)EPON是一個點對多點的結(jié)構(gòu)，因此EPON的上行是多址接入。這樣便可以使用時分多址技術(shù)和波分多址復(fù)用技術(shù)。波分多址技術(shù)的主要問題是提供Gbit/s以上的帶寬，但是波分復(fù)用的光器件的價格較貴，因此采用波分多址技術(shù)的EPON系統(tǒng)價格高，本文主要講述基于時分多址復(fù)用技術(shù)的EPON。時分多址復(fù)用技術(shù)具有16個或者32個ONU，只需要一個OLT轉(zhuǎn)發(fā)和單一波長上行，而且提供的帶寬也能夠滿足需要，因此得到廣泛應(yīng)用。

4.2 EPON下行技術(shù)

根據(jù)上行時分復(fù)用多址技術(shù)，相應(yīng)的下行技術(shù)采用廣播方式，OLT通過無源分路器將Ethernet幀發(fā)送到每個ONU。這種方式類似于共享媒質(zhì)網(wǎng)絡(luò)。EPON的下行方向是廣播式的發(fā)送以太幀，每個ONU根據(jù)各自的LLID提取自己的數(shù)據(jù)信息。

4.3 EPON技術(shù)的優(yōu)勢

由于PON結(jié)構(gòu)在傳輸途中沒有電源和電子部件，因此易于鋪設(shè)，易于維護，長期的運行和管理成本開銷很小。無源光網(wǎng)絡(luò)是純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，不會受到電磁干擾和雷電的影響，在極端惡劣的環(huán)境下也能夠使用。對局端資源占用比較少，前期投資小，回報率高，同時也能提供比較寬的帶寬。作為EPON一種一個點對多點的網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)建扇形拓撲網(wǎng)絡(luò)，用戶共享局端設(shè)備和光纖，減少投資。

5 FTTH光纖到戶的研究

5.1 FTTH建設(shè)的目標

在成本方面，F(xiàn)TTH的建設(shè)成本比xDSL成本要高，設(shè)備價格以及光纜價格都比較高，因此造價較高。在維護方面，F(xiàn)TTH因為是直接面向用戶，所以維護起來比較容易。在光功率方面，EPON因為覆蓋范圍在0-20公里，對光通路的功率衰耗有一定的限制，所以分光器盡量選用一級分光。

5.2 光纜匯聚點設(shè)置

FTTH建設(shè)方案使用光交接箱、光分纖盒。將光交接箱置于大樓的旁邊，那么一個光交接箱便可以覆蓋周圍幾棟樓，這就作為光接入網(wǎng)絡(luò)中的一級匯聚點。光分纖盒設(shè)置在樓層內(nèi)，每個分纖盒可以覆蓋2到3個樓層，這就作為光接入網(wǎng)絡(luò)中的二級匯聚點。

5.3 OLT的設(shè)置

OLT設(shè)置在接入網(wǎng)基站內(nèi)，通過OLT的接口接入交換系統(tǒng)，然后通過GE光纖經(jīng)過光跳纖接至機房的IP城域網(wǎng)節(jié)點。如果用戶附近沒有基站，但是電信用戶主干光纜經(jīng)過，便可以將OLT設(shè)置在機房內(nèi)，但是，一般機房設(shè)備多，因此OLT選址首先是接入網(wǎng)基站，然后是機房。根據(jù)“大容量、少局所”的原則，OLT基本采取原點擴容的方式，不在增加OLT下沉點。

5.4 光分路器的設(shè)置

如果從資源利用的角度看，為了減少光纖的占用，光分路器應(yīng)該盡可能靠近用戶端，采用多級分光。如果從維護的難度看，光分路器應(yīng)該靠近用戶，別太零散，但這樣會帶來很大的工作量。綜合考慮以上兩個因素，光分路器最好統(tǒng)一放置在光交接箱內(nèi)。因為分光器對光的損耗比較大，進行多級分光后光的信號質(zhì)量難以保證，因此一般在工程上采用一級分光，這樣也可以減少多級分光后的維護難度。

5.5 ONU的設(shè)置

一般ONU單元安裝在用戶智能盒中，是有源器件。電源供電首先考慮由用戶自己供電，最后考慮由大樓統(tǒng)一供電。用戶智能盒一般有三種安裝方式，一種是在舊式樓宇的家門口安裝，一種是在樓宇豎井內(nèi)安裝，另一種是在室內(nèi)安裝。

6 FTTH光纜建設(shè)方案

6.1 主干光纜建設(shè)方案

OLT節(jié)點作為光纜的匯聚點，采用“樹形”和“環(huán)型/樹型+公共纖”方式對主干光纜進行建設(shè)，在原有的光交主纖上，進行“樹形”光纜建設(shè)增補。主干層光纜一般選用144芯光纜。對于明確有大容量用纖的小區(qū)、樓宇等成片的開發(fā)區(qū)域，首先選擇新建主干光纜設(shè)置光纜分支點直接分纖接入方式，以免造成現(xiàn)有光纜資源緊張，同時也可以減少光交內(nèi)成端及跳纖衰耗，因此可以增加光纜傳輸距離。

路邊光交設(shè)置主要是以576芯為主，設(shè)置點也主要是單位區(qū)域中心的附近。城區(qū)范圍內(nèi)的光交間距控制在五六百米左右，用戶接入配纖光纜縮短在300米左右。對于不明確的地方，首期接入24芯，余纖預(yù)留在光纜接頭內(nèi)。

6.2 政企客戶等零星用戶、住宅小區(qū)等密集FTTH用戶光纜建設(shè)方案

政企客戶等零星的用戶通過現(xiàn)網(wǎng)型主干光纜環(huán)網(wǎng)上聯(lián)至端局，提供雙路由保護。住宅小區(qū)等密集FTTH用戶因為受到光交容量限制，沿用傳統(tǒng)電纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)，即“樹型”。最好不采用從主干光纜環(huán)上的光交引出的方法。

7 不同場景下的FTTH接入的建設(shè)方案

7.1 新建多層、小高層FTTH接入的建設(shè)方案

因為FTTH對分光器和PON口的需求比較大，所以采用分光器在機房或者光交集中的方式?？梢蕴岣吖饨桓采w住戶數(shù)，增加分光器的使用效率。高密度的高層的分光器可以下沉到單元分纖箱。小區(qū)機房或者光交內(nèi)分光器按著住戶的30%配置。光交至單元布放普通光纜到單元分纖箱，預(yù)留出2-4芯障礙調(diào)纖。

因為皮線光纖不能夠在樓道垂直長距離布放，因此，小高層和高層樓宇一般每6-8層設(shè)置1個光纜分纖箱，接入普通12-48芯光纜，從而縮短了皮線光纜的垂直布放的長度。如果在單元內(nèi)設(shè)置多個光纖分纖箱，那么接入光纜可根據(jù)光交或者機房出線的長度選擇接入多條12-48芯或者在第一個分纖箱分一條大芯數(shù)光纜。

普通光纜與單芯皮線光纜在光纖分類器上采用熱熔的方式一一對接。單芯皮線光纜接入每戶的FTTH箱內(nèi)底板熔纖盤采用熱熔管與0.5米尾纖成端，也可以選擇機械接續(xù)直插頭與皮線光纜直接成端。

7.2 現(xiàn)有多層、小高層FTTH接入的建設(shè)方案

住宅樓樓道安裝線槽的LAN的小區(qū)，可以利用現(xiàn)有的線槽設(shè)皮線光纜，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)箱安裝熔纖盤完成光纜和皮線光纜的熱熔，借用住戶門口的86明盒完成皮線光纜成端。如果整個大樓外墻全程明裝線槽，而線槽卻被膠水封死，無法開啟，需要在墻外搭腳手架，布放難度比較大。因此在樓道內(nèi)暗管暗線，底樓為網(wǎng)絡(luò)箱或者分線盒。

7.3 新建與現(xiàn)有別墅小區(qū)FTTH接入的建設(shè)方案

將分光器布置在小區(qū)機房或者室外光交，ODN一次建成，ONU按發(fā)展業(yè)務(wù)放裝和割接。考慮到別墅小區(qū)的用戶比較少，避免后續(xù)分光器預(yù)警增補等，別墅小區(qū)分光器按著用戶數(shù)100%滿配。

7.4 新建商務(wù)樓宇FTTH接入的建設(shè)方案

商務(wù)樓宇因為用戶集中，為了提高保障，樓宇機房按著雙路由光纜接入，接入光纜容量按著樓宇規(guī)模采用12-48芯。分割好辦公間的樓宇，將小規(guī)模樓宇分光器集中安裝在樓宇機房，然后從機房到各個樓層布放光纜，并通過樓層光纜配纖箱分配2-4芯皮線光纜到每一個辦公間。

對于沒有分割空間的樓層，由于用戶的接入位置及數(shù)目不確定，將分光器在機房內(nèi)集中放置，從機房到每個樓層布放6-24芯光纜。商務(wù)樓存在二次裝修，會拆分和合并房間，因此樓道內(nèi)建議光配線箱便于調(diào)纖。分割好的辦公室的分光器F光路采用“FTTH/O標準地址覆蓋表”導(dǎo)入BSS實現(xiàn)自動配纖。未分割的樓層辦公區(qū)域，提供樓層、水平布線CAD施工圖，便于人工配纖定位參考。

7.5 現(xiàn)有商務(wù)樓宇FTTH接入的建設(shè)方案

現(xiàn)有商務(wù)樓宇內(nèi)部有機房，在機房內(nèi)設(shè)置ODF架，在樓層或者間隔3-4層樓層設(shè)置光纜配纖箱，從機房到樓層布放光纜，配線光纜熱熔上成端，按需布放水平皮線，兩頭采用機械快速成端。

老商務(wù)樓內(nèi)部沒有機房，那么在靠近大樓側(cè)做室外光交或者在豎井內(nèi)部ODF架。在樓層或者間隔2-3個樓層設(shè)置光纜配纖箱，布放1-2條光纜通過樓層熔纖遞減分配至樓層，配線光纜熱熔上成端，按需布放水平皮線光纜，兩頭采用快速機械成端。

8 結(jié)束語

光纖到戶（FTTH）是目前網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展目標，但是因為技術(shù)、需求、政策等各種因素的制約，一直不能大規(guī)模的建設(shè)和推廣。隨著普通用戶對寬帶需求的增加，光纖到戶的成本進一步降低，各個運營商之間的競爭加劇，使得FTTH成為關(guān)注的熱點和焦點，吸引了許多研究者的目光。光纖通信容量大、保密性能好、抗干擾能力強等優(yōu)點，使其成為現(xiàn)代通信網(wǎng)的主流。為了適應(yīng)FTTH大規(guī)模發(fā)展的趨勢，國內(nèi)的三大運營商已經(jīng)開始在各個小區(qū)進行FTTH建設(shè)，雖然目前這項技術(shù)在一些方面還有一些制約性，但長遠來看，F(xiàn)TTH必將會在我國得到大規(guī)模的發(fā)展。本文針對光纖到戶業(yè)務(wù)發(fā)展過程中涉及的技術(shù)、市場、維護等方面進行了研究，并分別提出了不同小區(qū)，不同的實施方案，闡述了EPON作為FTTH理想的接入手段的優(yōu)點。

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作者簡介：朱淑英（1978.01-），女，吉林松原人，經(jīng)理，通信工程師，本科，研究方向：通信工程；石峰（1971.07-），女，吉林遼源人，主管，通信工程師，本科，研究方向：通信工程。

作者單位：中國鐵通集團有限公司長春分公司，長春 130000