采用PON技術(shù)實(shí)現(xiàn)FTTH的設(shè)計(jì)方法

趙勇+周東方

摘要：隨著光接入網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用，F(xiàn)TTH接入方式占比逐漸提高。本文主要討論采用PON技術(shù)實(shí)現(xiàn)光纖到戶（FTTH）的設(shè)計(jì)中的相關(guān)問(wèn)題，例如：PON網(wǎng)絡(luò)傳輸距離的測(cè)算、帶寬的測(cè)算、OLT節(jié)點(diǎn)的設(shè)置、ODN組網(wǎng)設(shè)計(jì)等。

關(guān)鍵詞：PON；FTTH；OLT；ODN

中圖分類號(hào)：TN929.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）05-0018-02

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)一步激烈，寬帶流量劇增和業(yè)務(wù)收入緩增的矛盾逼迫運(yùn)營(yíng)商在不斷升級(jí)用戶帶寬的同時(shí)必須不斷降低接入網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。隨著三網(wǎng)融合的發(fā)展，未來(lái)PON技術(shù)還會(huì)獲得更大規(guī)模的部署，因此當(dāng)前階段深入研究PON技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)方法是非常重要的。

1 PON的基礎(chǔ)知識(shí)

1.1 PON的定義與構(gòu)成

PON：即無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)。PON 由局側(cè)的光線路終端、用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元和光配線網(wǎng)絡(luò)組成[1]。無(wú)源是指光配線網(wǎng)絡(luò)均由無(wú)源器件組成，其中主要是分光器（一般為1：4至1：64）、外線光纜和皮線尾纖，不需要考慮供電保障。

1.2 PON的基本原理

PON系統(tǒng)使用粗波分技術(shù)，通過(guò)不同方向、不同業(yè)務(wù)使用不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)單纖雙向多業(yè)務(wù)傳輸。分離同一根光纖上多個(gè)用戶的上行、下行方向的信號(hào)，采用兩種復(fù)用技術(shù)：（1）PON下行業(yè)務(wù)：下行業(yè)務(wù)采用的是廣播技術(shù)，OLT連續(xù)廣播發(fā)送，每幀業(yè)務(wù)都攜帶相應(yīng)的LLID，ONU側(cè)設(shè)備則根據(jù)自己LLID，只接收符合自己LLID的幀，拋棄其他用戶的幀。（2）PON上行業(yè)務(wù)：上行業(yè)務(wù)采用時(shí)分多址技術(shù)，可以靈活區(qū)分不同的ONU數(shù)據(jù)。

1.3 PON系統(tǒng)的特點(diǎn)

PON系統(tǒng)具有高帶寬、多業(yè)務(wù)承載、建設(shè)及維護(hù)成本低、接入距離長(zhǎng)、良好QoS保證等特點(diǎn)。

2 PON網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算

2.1 PON網(wǎng)絡(luò)主要技術(shù)指標(biāo)

基于PON 的全業(yè)務(wù)接入的傳輸距離受限于最長(zhǎng)鏈路的光衰耗，因此在建設(shè)前期，必須進(jìn)行最長(zhǎng)鏈路衰耗核算，用于確定OLT 覆蓋區(qū)域和半徑。PON 網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路的衰耗包含了S/R 和R/S參考點(diǎn)之間所有光纖和無(wú)源器件（包括但不限于分光器、活動(dòng)連接器和光接頭）所引起的損耗。PON 系統(tǒng)的最長(zhǎng)鏈路傳輸距離應(yīng)采用最值計(jì)算法，分別計(jì)算PON口到ONU 之間上行和下行的傳輸距離，PON系統(tǒng)的最長(zhǎng)鏈路傳輸距離應(yīng)小于兩者中較小值。PON網(wǎng)絡(luò)光鏈路的示意圖1所示。

如圖1所示PON網(wǎng)絡(luò)光鏈路最大傳輸距離，按公式：

計(jì)算即可，其中L為OLT-ONU傳輸距離，P為PON系統(tǒng)R/S和S/R最大允許通道插損，IL為OLT至單個(gè)ONU之間所有分光器插損之和，Ac為單個(gè)活動(dòng)連接器的損耗，N為OLT至單個(gè)ONU之間活接頭數(shù)量，AWDM為WDM模塊的插損，M為WDM模塊的數(shù)量，MC為線路維護(hù)余量，β為不匹配光纜連接等引入的附加損耗，AF為光纖線路（含固定接頭）衰減系數(shù)。其中PON系統(tǒng)最大允許通路插損由PON系統(tǒng)技術(shù)類型及光模塊類型確定，常見(jiàn)最大允許插損（dB）如表1所示。

2.2 OLT部署的基本原則

確定OLT局址的關(guān)鍵因素是接入網(wǎng)分區(qū)內(nèi)用戶分布，根據(jù)對(duì)全業(yè)務(wù)區(qū)接入用戶數(shù)的預(yù)測(cè)，按照用戶密度，確定全業(yè)務(wù)區(qū)的覆蓋范圍，并在全業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)選擇合適的節(jié)點(diǎn)機(jī)房部署OLT設(shè)備，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)覆蓋[2]。

OLT節(jié)點(diǎn)部署規(guī)劃應(yīng)遵循的原則：（1）OLT設(shè)備屬于成本較低的多業(yè)務(wù)接入平臺(tái)，不應(yīng)作為接入設(shè)備，應(yīng)作為匯聚以上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使用。（2）應(yīng)根據(jù)用戶數(shù)預(yù)測(cè)、ODN最長(zhǎng)鏈路距離及現(xiàn)網(wǎng)管道、光纜情況進(jìn)行分析，選擇OLT設(shè)備的部署方案。（3）OLT節(jié)點(diǎn)機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)級(jí)別不高于現(xiàn)有的一般機(jī)樓，不允許占用中繼光纜纖芯的情況發(fā)生。（4）城市地區(qū)全業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)OLT設(shè)備容量應(yīng)根據(jù)預(yù)期發(fā)展的用戶數(shù)來(lái)考慮，覆蓋范圍不大于3公里；農(nóng)村地區(qū)全業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)建設(shè)OLT設(shè)備時(shí)，主要受限在鏈路的光衰值，應(yīng)按照PON系統(tǒng)的最大傳輸距離來(lái)規(guī)劃，并保留適當(dāng)?shù)墓饫|衰耗冗余。

3 PON系統(tǒng)帶寬的測(cè)試

3.1 PON系統(tǒng)內(nèi)帶寬的分配原則

（1）根據(jù)客戶對(duì)業(yè)務(wù)的需求差異分配相應(yīng)的帶寬；（2）高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的帶寬得到優(yōu)先保障；（3）實(shí)現(xiàn)不同用戶的基本可用帶寬的保障；（4）在IPTV組播業(yè)務(wù)中，組播復(fù)制點(diǎn)為該業(yè)務(wù)區(qū)的OLT設(shè)備；（5）合理規(guī)劃系統(tǒng)接入的用戶數(shù)，保證每個(gè)PON樹(shù)的規(guī)劃帶寬有一定的冗余；（6）限制用戶的最大可用帶寬。

3.2 PON系統(tǒng)內(nèi)帶寬測(cè)試公式

3.3 單個(gè)PON口可用帶寬指標(biāo)

從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，單個(gè)PON樹(shù)可用帶寬分為線路速率和可用帶寬兩部分，表2為單個(gè)PON口指標(biāo)。

3.4 OLT上聯(lián)帶寬測(cè)試

BTV業(yè)務(wù)組播復(fù)制點(diǎn)在OLT時(shí)，OLT上聯(lián)帶寬計(jì)算公式：

BTV業(yè)務(wù)組播復(fù)制點(diǎn)在BRAS時(shí)，OLT上聯(lián)帶寬計(jì)算公式：

當(dāng)OLT側(cè)不同以太網(wǎng)/IP類業(yè)務(wù)上聯(lián)基于物理鏈路隔離時(shí)，應(yīng)該分別計(jì)算不同業(yè)務(wù)中的上聯(lián)帶寬。

根據(jù)所采用的上聯(lián)鏈路端口可用帶寬（需考慮冗余），計(jì)算所需的上聯(lián)端口數(shù)為

4 ODN組網(wǎng)設(shè)計(jì)

4.1 ODN組網(wǎng)原則

（1）綜合分析機(jī)房、管道、光纜等現(xiàn)狀，結(jié)合城市建設(shè)規(guī)劃及業(yè)務(wù)發(fā)展預(yù)期，選擇不同的光纜路由、組網(wǎng)模式及纖芯數(shù)量等；（2）不同的分光方式具有不同的適宜范圍，其中一級(jí)分光方式適用于如幾種情況：1）用戶高且集中的區(qū)域。2）用戶極為分散的區(qū)域；二級(jí)分光方式適用于用戶密度適中且覆蓋范圍較大的區(qū)域，同時(shí)也宜用于管道等基礎(chǔ)資源比較缺乏的區(qū)域；（3）整個(gè)ODN系統(tǒng)中，分光器級(jí)聯(lián)不應(yīng)超過(guò)兩級(jí)，每一條鏈路總的光分路比不得大于PON系統(tǒng)最大光分路比的要求；（4）光纜的配纖方式應(yīng)利于減少光纖鏈路中的活動(dòng)連接器數(shù)量，公客和一般商客宜采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)遞減的方式，接入對(duì)可靠性要求較高的用戶，如專線或商務(wù)樓宇等應(yīng)采用環(huán)形或總線形結(jié)構(gòu)無(wú)遞減的方式；（5）入戶光纜一般采用星形結(jié)構(gòu)，一般客戶按1芯配置，重要用戶或有特殊需求的用戶可按2芯配置。

4.2 一級(jí)分光和二級(jí)分光的優(yōu)劣

（1）一級(jí)分光。優(yōu)點(diǎn)是故障點(diǎn)少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與二級(jí)分光方式相比，減少了二級(jí)分光器位置的插損，缺點(diǎn)是組網(wǎng)占用較多光纜芯數(shù)，需敷設(shè)的光纜容量較大。通常將分光器設(shè)置在住宅小區(qū)或商務(wù)樓內(nèi)的光纜匯聚點(diǎn)；對(duì)區(qū)域內(nèi)管道等基礎(chǔ)設(shè)施的壓力增加，建設(shè)成本也相對(duì)較高。（2）二級(jí)分光。適用于用戶較為分散或在一定區(qū)域內(nèi)集中，用戶需求較為明確的場(chǎng)合；一級(jí)分光器置于ODN覆蓋范圍的光纜匯聚點(diǎn)附近，比如商業(yè)樓宇、居民小區(qū)等，二級(jí)分光器置于該分光器覆蓋范圍的中心位置。這樣光纜資源利用率高，減少對(duì)光纜的占用，節(jié)省管道等基礎(chǔ)設(shè)施，投資相對(duì)較少。相對(duì)而言結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障點(diǎn)多、衰耗較大。

4.3 ODN網(wǎng)絡(luò)分光比控制

目前，受限于PON系統(tǒng)性能、光器件發(fā)光功率及全光網(wǎng)絡(luò)接入規(guī)劃的因素，為了保證在規(guī)劃期內(nèi)單個(gè)ODN網(wǎng)絡(luò)覆蓋用戶的全業(yè)務(wù)接入需求，建議ODN總光分路比（一級(jí)分光比×二級(jí)分光比）小于等于1：64，并控制ONU與OLT之間的光纜距離。在光信號(hào)衰減值超出PON系統(tǒng)要求控制范圍的情況下，一般采用如下2種方式解決：方案一、OLT設(shè)備下移，在距離用戶更近的位置選擇適合作為全業(yè)務(wù)機(jī)房的節(jié)點(diǎn)，新增OLT設(shè)備；方案二、降低分光比，采用更小的分光比，可有效的降低由分光器帶來(lái)的光衰，從而實(shí)現(xiàn)更大的覆蓋范圍。但該方案存在對(duì)光纜纖芯需求大幅增加的缺點(diǎn)。在具備適合作為全業(yè)務(wù)機(jī)房節(jié)點(diǎn)的情況下，建議采用方案一。

5 結(jié)語(yǔ)

在采用PON技術(shù)實(shí)現(xiàn)FTTH的設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及PON技術(shù)本身的特性，合理、經(jīng)濟(jì)、安全的實(shí)現(xiàn)光纖到戶。

參考文獻(xiàn)

[1]孫維平.FTTx與PON系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)例[M].人民郵電出版社，2013.

[2]張鵬，閻闊.FTTx PON技術(shù)與應(yīng)用[M].人民郵電出版社，2010.endprint