EPON與GPON光功率的研究

徐璐++張?jiān)孪?+王聰聰

摘要：由于PON（無源光纖網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)具有投資少建效快的特點(diǎn)，目前在通信傳輸領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。主流的PON標(biāo)準(zhǔn)有EPON（以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)）和GPON（吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)）兩種。針對(duì)工程上應(yīng)用PON技術(shù)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題，本文提出了有關(guān)光功率最優(yōu)解的概念，以高層樓宇中的光纖接入為例進(jìn)行具體分析計(jì)算，求出了不同分光模式下的損耗特性，為工程實(shí)施的選擇提出了建議。

關(guān)鍵詞：光功率；以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)；吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)；光模塊；損耗計(jì)算

0.引言

隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，光纖接入技術(shù)作為新一代寬帶解決方案被廣泛應(yīng)用，為用戶提供高帶寬、全業(yè)務(wù)的接入平臺(tái)。PON作為新一代光纖接入技術(shù)，在抗干擾性、帶寬特性、接入距離、維護(hù)管理等方面均具有巨大優(yōu)勢，其應(yīng)用得到了全球運(yùn)營商的高度關(guān)注。目前PON中比較成熟的是EPON和GPON。為了更好的建設(shè)寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合，對(duì)于PON技術(shù)特點(diǎn)的研究是迫切需要的，它為FTTx（光纖接入）快速發(fā)展提供了技術(shù)保障。對(duì)于XPON中各項(xiàng)指標(biāo)如帶寬、成本、多業(yè)務(wù)接入能力等方面國內(nèi)外均已有了成熟的研究，本文將著重于具體工程上的光功率損耗問題就行研究，為工程實(shí)施提供一些建議。

1.XPON概述

1.1EPON

EPON，顧名思義，是基于以太網(wǎng)的PON技術(shù)。它采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。EPON 由光纖線路終端、光分配網(wǎng)絡(luò)和光網(wǎng)絡(luò)單元組成，采用的是樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

目前，EPON技術(shù)已經(jīng)成熟，主要體現(xiàn)在以下方面：經(jīng)過各標(biāo)準(zhǔn)化組織、設(shè)備和芯片制造商、運(yùn)營商的共同努力，EPON商用芯片和光模塊已經(jīng)成熟。在中國電信的主導(dǎo)下，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了EPON芯片級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的互通測試，EPON產(chǎn)業(yè)鏈也在進(jìn)一步成熟，形成了良性的市場競爭格局，設(shè)備成本進(jìn)一步下降，已達(dá)到規(guī)模商用水平。

1.2GPON

GPON 技術(shù)是基于ITU-TG.984.x標(biāo)準(zhǔn)的最新一代寬帶無源光綜合接入標(biāo)準(zhǔn)，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(diǎn)，被大多數(shù)運(yùn)營商視為實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)寬帶化，綜合化改造的理想技術(shù)?；?GPON 技術(shù)的設(shè)備基本結(jié)構(gòu)與已有的 PON類似，也是由局端的 OLT （光線路終端）、用戶端的ONT/ONU （光網(wǎng)絡(luò)終端或稱作光網(wǎng)絡(luò)單元），連接前兩種設(shè)備由單模光纖和無源分光器組成的 ODN （光分配網(wǎng)絡(luò)） 以及網(wǎng)管系統(tǒng)組成。

GPON和EPON的主要區(qū)別在于采用完全不同的標(biāo)準(zhǔn)。在應(yīng)用上，GPON比EPON帶寬更大，它的業(yè)務(wù)承載更高效、分光能力更強(qiáng)，可以傳輸更大帶寬業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)更多用戶接入，更注重多業(yè)務(wù)和QoS保證，但實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜，這樣就是導(dǎo)致其成本相對(duì)EPON也較高，但隨著GPON技術(shù)的大規(guī)模部署，GPON和EPON成本差異在逐步縮小。

2. 光模塊概述

光模塊（optical module）由光電子器件、功能電路和光接口等組成，光電子器件包括發(fā)射和接收兩部分。

簡單的說，光模塊的作用就是光電轉(zhuǎn)換，發(fā)送端把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過光纖傳送后，接收端再把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

EPON在用的光模塊主要有：

圖1光模塊及光路損耗特性1

1000BASE-PX20，允許通道插損24dB，支持最高光分路比為1：32，EPON網(wǎng)絡(luò)部署早期配置，新采購設(shè)備已不再配置PX20光模塊；

1000BASE-PX20+，允許通道插損28dB，支持最高光分路比為1：64，當(dāng)前采購EPON設(shè)備均配置PX20+光模塊。

GPON在用的光模塊主要有：

Class B+，允許通道插損28dB，支持最高光分路比為1：64，現(xiàn)網(wǎng)GPON設(shè)備普遍配置Class B+光模塊。

Class C+，允許通道插損32dB，支持最高光分路比為1：128，Class C+光模塊已成熟，應(yīng)主要采用。

圖1和圖2體現(xiàn)了EPON與GPON中的光模塊及光路損耗特性。

圖2光模塊及光路損耗特性2

3.EPON中光功率的分析

EPON一般采用樹形拓?fù)鋱D，主要由OLT，分光器，ONU組成。

一般有三種方法計(jì)算通道的損耗：最壞值法、統(tǒng)計(jì)法和聯(lián)合設(shè)計(jì)法。由于接入網(wǎng)環(huán)境傳輸距離較短，所以采用最壞值法。最壞值法：將光線路中每一部分會(huì)出現(xiàn)損耗的部分的最大損耗值分別羅列，然后將其取和值即為最大損耗。

根據(jù)光模塊的性質(zhì)可以得到一個(gè)固定的發(fā)射功率，減去最大損耗和線路維護(hù)余量，可得出用于傳輸?shù)膿p耗，并可以計(jì)算出傳輸距離。根據(jù)用于傳輸距離的損耗可以比較出在損耗方面的優(yōu)劣。

采用EPON組網(wǎng)，光模塊為PX20+（支持最大插損30dB）按上行方向（1310nm）光纖衰減系數(shù)（含固定接續(xù)）0.4dB/km測算線路維護(hù)余量：2.5dB。

目前EPON不支持1：128分光，支持的最大分光比為1：64。

本文以高層樓宇場景做為一個(gè)實(shí)例進(jìn)行分析，以一組64分光為例介紹一級(jí)二級(jí)分光兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的損耗預(yù)算。

3.1一級(jí)分光

基于EPON一級(jí)分光拓?fù)鋱D：

目前EPON不支持1：128分光，支持最大分光比為1：64，損耗為20.1db；光纖跳纖、尾纖插入及光纜熔接點(diǎn)總損耗：0.5db，法蘭盤熔接頭損耗：0.5db，線路維護(hù)余量2.5db。

合計(jì)21.1db，剩余8.9db用于傳輸損耗。

在實(shí)際工程中，可能增加一些施工時(shí)需要附加的光中繼設(shè)備等，會(huì)有一些額外的損耗，視具體工程需要而定。

3.2二級(jí)分光

基于EPON二級(jí)分光拓?fù)鋱D：

使用1：4分光器（損耗7.2db）及1：16分光器（損耗13.8db），其余值不變，合計(jì)損耗22db，剩余8db用于傳輸損耗。

由上述實(shí)例可知，一級(jí)分光損耗優(yōu)于二級(jí)分光，但是差距并不大。在實(shí)際案例中，應(yīng)根據(jù)具體的需求設(shè)計(jì)拓?fù)?。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮線路終端的安排，用戶的分布情況以及維護(hù)難度等方面綜合考慮。

額外的，對(duì)于FTTH來說，GPON有大分光比，高帶寬等特性，更適合組網(wǎng)中使用。

4.GPON中光功率的分析

由于不同的需求會(huì)有不同的設(shè)計(jì)方案，在此，本文同樣以高層樓宇場景做為一個(gè)實(shí)例進(jìn)行分析。功率計(jì)算方法依然采用最壞值法。

光模塊選擇：普遍使用classB+，但classC+光模塊現(xiàn)已成熟，應(yīng)主要采用。

允許最大損耗：已知classC+允許通道插損為32dB，支持最高分光比1：128，則ODN網(wǎng)絡(luò)光功率全程應(yīng)控制在32dB之內(nèi)。

4.1一級(jí)分光

基于GPON一級(jí)分光拓?fù)鋱D：

對(duì)每一路而言，其中有4個(gè)活接頭，2個(gè)光分路器，故總活接頭連接損耗為：0.5*4+0.25*2=2.5dB。

主干、配線光纖纖芯為G.652D，引入光纖纖芯為G.657A，按1310nm光纖衰耗0.4dB/km計(jì)算；1：128分光器插損為23.7dB，光纖冷接子衰耗小于0.1dB，可忽略不計(jì)。

總衰耗是：2.5+23.7=26.2dB；再有留出冗余度2.5dB的線路維護(hù)余量，所以：26.2+2.5=28.7dB；則傳輸距離L=（32-28.2）/0.4=8.25km。

在高層樓宇中，局部OLT可放置在樓內(nèi)，這樣最長線路將遠(yuǎn)小于8.25km；也可以放置在接入點(diǎn)機(jī)房，機(jī)房至大樓的距離在8km之內(nèi)都是可以接受，但這樣一來，由于布線時(shí)光交至分纖箱這段中光纖芯數(shù)很大，且根數(shù)多，就導(dǎo)致了成本提高。

4.2二級(jí)分光

基于GPON二級(jí)分光拓?fù)鋱D：

采用二級(jí)分光，一級(jí)分光點(diǎn)為1：16，二級(jí)分光點(diǎn)1：8（16*8=128）

插損、光纖類型同一級(jí)分光。

對(duì)每一路而言，4個(gè)活接頭，4個(gè)光分路器連接頭，總活接頭插損：4*0.25+4*0.5=3dB

1：16分光器插損13.8dB，1：8分光器插損10.5dB，忽略冷接子衰耗。

計(jì)算：總衰耗=3+13.8+10.5=27.3dB，加上2.5dB維護(hù)余量：27.3+2.5=29.8dB，L=（32-29.8）/0.4=5.5km

即：從OLT出發(fā)，經(jīng)二次分光到達(dá)用戶所走路程<=5.5km即可?？蓪⒁患?jí)分光器放置于室外，二級(jí)分光器放置于樓道內(nèi)。

分析：從上述結(jié)果可以看到，二次分光時(shí)一級(jí)分光點(diǎn)至二級(jí)分光點(diǎn)時(shí)光纜芯數(shù)會(huì)大大減少，可以節(jié)約成本；但由于二級(jí)分光點(diǎn)多為分散設(shè)置，容易造成1：128的分光中只有幾十戶在用的情況，導(dǎo)致PON利用率低。所以，采用二級(jí)分光前，要先對(duì)用戶帶寬使用率做一調(diào)查；其次，由于分光器數(shù)量多，二級(jí)分光比一次分光更難維護(hù)。

由上面的實(shí)例可知，在GPON中一級(jí)分光和二級(jí)分光并不能直接判斷哪種分光性能較優(yōu)。在設(shè)計(jì)不同的項(xiàng)目時(shí)，GPON拓?fù)湟?guī)劃圖和分光級(jí)數(shù)的選擇都要考慮以下幾個(gè)問題：用戶分布，OLT到ONU之間的距離，所允許的最大傳輸損耗，線路維護(hù)等。這說明GPON的規(guī)劃具有很大的靈活性和多樣性。

5.結(jié)論

單就光功率的損耗預(yù)算而言，EPON和GPON的區(qū)別并不大，它們的主要不同在于GPON所能容忍的損耗比EPON稍大。而EPON和GPON在其它方面各有各的優(yōu)點(diǎn)，EPON的優(yōu)勢在于研究起步早，技術(shù)更加成熟，但是在我們的實(shí)例中可以看到，GPON的大分光比特點(diǎn)在很多情況下都優(yōu)于EPON，更深層次的區(qū)別就不在本文討論范圍之內(nèi)了。

在工程的實(shí)施中，應(yīng)根據(jù)具體的要求來確定選擇GPON還是EPON；另外，如何分光和光纖傳輸損耗也應(yīng)在考慮范圍之內(nèi)。比如類似多用戶的高層樓宇這種地點(diǎn)，支持大分光比的GPON可能會(huì)更適合應(yīng)用于FTTH。而EPON由于誕生較早，技術(shù)比較成熟，相比于GPON目前的成本是比較低的。

綜上，可以看出GPON是未來的發(fā)展趨勢。在GPON的技術(shù)成熟后，其成本必然會(huì)下降；同時(shí)，它所擁有的大分光比和高帶寬等特性更能滿足社會(huì)的發(fā)展需求。

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