基于PON技術(shù)的電信光纖接入網(wǎng)設(shè)計(jì)研究

湖北郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 彭 捷

一、前言

接入網(wǎng)是由業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口、用戶網(wǎng)絡(luò)接口及其之間的傳送實(shí)體組成的電信業(yè)務(wù)傳輸承載系統(tǒng)。光纖接入網(wǎng)（OAN）以光纖為媒介，利用光載波信號(hào)進(jìn)行信息傳輸，根據(jù)光纖接入（FTTx）光網(wǎng)絡(luò)單元位置的不同，可將其分為光纖到戶、光纖到樓、光纖到辦公室、光纖到駐地等幾種情況。FTTx大體可分為兩類(lèi)，即有源接入與無(wú)源接入方式。PON是無(wú)源光網(wǎng)技術(shù)，利用分工器實(shí)現(xiàn)光信號(hào)分配，實(shí)現(xiàn)一根光纖為多用戶服務(wù)。由于該技術(shù)有穩(wěn)定性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為電信光纖接入網(wǎng)的主要形式。

二、PON技術(shù)概述

PON（Passive Optical Network）即無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具體是指在光配線網(wǎng)絡(luò)中不含有電子電源和電子器件，光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）完全由光分路器等無(wú)源器件組成。在一個(gè)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中，主要包含一個(gè)位于中心控制站的光線路中斷（OLT）和一批安裝在用戶端的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONUs）組成。在兩者之間采用光纖和無(wú)源分光器、耦合器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊，其中OLT是上層骨干網(wǎng)的接口，ONT是用戶服務(wù)接口，無(wú)源器件可以將一路光信號(hào)分解成多路光信號(hào)，并傳輸?shù)礁鱾€(gè)終端單元。PON技術(shù)主要具備以下幾方面特點(diǎn)：

（1）從OLT到ONU的下行方向?yàn)門(mén)DM廣播方式，OLT發(fā)送信息和ONU接受信息都可以連續(xù)工作；

（2）從ONU到OLT的上行方向?yàn)門(mén)DMA時(shí)分多址傳播方式，OLT接受和ONU發(fā)送都處于突發(fā)模式狀態(tài)；

（3）OLT光接收機(jī)要適應(yīng)不同ONU信號(hào)光功率，具有一個(gè)較大的動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)具備較快的判決速度。在接收不同節(jié)點(diǎn)發(fā)送的突發(fā)信號(hào)時(shí)，能夠迅速恢復(fù)正確時(shí)鐘，并在上行信元到達(dá)前幾個(gè)bits內(nèi)，完成快速突發(fā)比特同步；

（4）ONU光發(fā)送機(jī)要實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)關(guān)控制，在無(wú)信息發(fā)送狀態(tài)下，只泄露極小光功率，并低于接受靈敏度10dB以上[1]。

三、PON電信光纖接入網(wǎng)設(shè)計(jì)流程

（一）總體設(shè)計(jì)

PON網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計(jì)包括ODN設(shè)計(jì)、配套光纖接入和設(shè)備設(shè)計(jì)三大部分，在設(shè)計(jì)時(shí)需要通過(guò)合理的總體布局，實(shí)現(xiàn)三者之間的協(xié)調(diào)性，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下的用戶接入網(wǎng)需求。首先應(yīng)對(duì)接入網(wǎng)實(shí)際場(chǎng)景進(jìn)行考察，確定整體架構(gòu)，并與區(qū)域平面圖、樓面平面圖等相適應(yīng)。應(yīng)重點(diǎn)考察目標(biāo)場(chǎng)景的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)布置狀況和路由器資源狀況，充分利用已有資源，確定OLT最近節(jié)點(diǎn)位置，通過(guò)合理設(shè)計(jì)路由器方案，降低建設(shè)成本。綜合考慮接入用戶數(shù)量、傳輸距離、光纖承載能力、已有設(shè)備資源、技術(shù)成熟度和運(yùn)營(yíng)成本等因素，選擇技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建合理的應(yīng)用模式。

在此基礎(chǔ)上，確定組網(wǎng)方案，在各類(lèi)資源和技術(shù)條件限制下，優(yōu)先采用光纖到戶（FTTH）接入方案，從而減少后續(xù)升級(jí)改造工程量。在光纖到戶方案設(shè)計(jì)難度較大、成本過(guò)高的情況下，則應(yīng)選擇光纖到樓（FTTB）接入方案?？紤]到電信接入網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)盡可能在GPON（千兆比特PON）技術(shù)下采取FTTH/0接入方式。確定組網(wǎng)方案后，設(shè)計(jì)接入網(wǎng)圖紙，詳細(xì)制定接入層光纜布放、光纜路由、光交設(shè)備穿方等設(shè)計(jì)圖紙，并完成投資預(yù)算編制等工作。通過(guò)采用合理的總體設(shè)計(jì)方案，確保接入網(wǎng)方式的先進(jìn)性，同時(shí)獲得最高的綜合效益[2]。

（二）參數(shù)選擇

確定總體設(shè)計(jì)方案后，根據(jù)組網(wǎng)模式，合理選擇設(shè)備參數(shù)，充分考慮接入層技術(shù)要求和設(shè)備損耗等問(wèn)題，對(duì)接入網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)分析。電信光纖接入網(wǎng)設(shè)計(jì)的參數(shù)選擇主要包括兩大類(lèi)，一是光纖參數(shù)，二是設(shè)備位置。在光纖參數(shù)設(shè)計(jì)方面，需要根據(jù)運(yùn)營(yíng)商需求和設(shè)備規(guī)格，選擇單模、多模光纖，目前選擇單模光纖較多。在設(shè)備位置設(shè)計(jì)方面，需要根據(jù)綜合光纜交接箱、光分路器的位置合理選擇ONU設(shè)備安裝位置，確保網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量。一般可以將ONU設(shè)備安裝在樓梯間或用戶房間。

（三）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在PON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，需要充分考慮用戶群密度問(wèn)題，包括潛在用戶。OLT覆蓋半徑為5～15km，在確定PON接口數(shù)量時(shí)，需要根據(jù)ODN組網(wǎng)方案和ONU設(shè)備規(guī)模進(jìn)行合理選擇，設(shè)置一定冗余量，方便系統(tǒng)維護(hù)。對(duì)于同一個(gè)PON板，不應(yīng)連接FTTH或FTTB等不同接入網(wǎng)設(shè)備。在OLT設(shè)備安裝過(guò)程中，應(yīng)盡量在具體場(chǎng)景中集中放置，從而確保接入層光纜集中性，保證接入網(wǎng)的穩(wěn)定性。如果用戶群密度較高，可以采取主干光纜匯聚層機(jī)房接入方式。

在ONU設(shè)計(jì)方面，主要根據(jù)工程規(guī)模和用戶需求選擇ONU類(lèi)型，同時(shí)避免多型號(hào)設(shè)備的同時(shí)接入。在此方面，應(yīng)確保設(shè)備廠家、OLT廠家要求的一致性。一般采取FTTH接入方案時(shí)，可采用e8-C終端，滿足用戶的VOIP/IPTV和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求。在ONU設(shè)備部署時(shí)，應(yīng)盡量放置在具體應(yīng)用場(chǎng)景，比如辦公室或家中。此外，F(xiàn)TTB組網(wǎng)還要預(yù)留出安裝位置。

在ODN設(shè)計(jì)方面，一般采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)或環(huán)形結(jié)構(gòu)，如果目標(biāo)場(chǎng)景的管線資源不足，可以采用樹(shù)形遞減或無(wú)遞減結(jié)構(gòu)。如果目標(biāo)場(chǎng)景的用戶結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，則應(yīng)采取樹(shù)形遞減結(jié)構(gòu)方式。對(duì)于有重要業(yè)務(wù)承載需求的接入場(chǎng)景，應(yīng)優(yōu)先采用環(huán)形不遞減組網(wǎng)方式。根據(jù)具體網(wǎng)絡(luò)用途、樓宇弱電情況和管道布置情況等選擇分光器。一般商用網(wǎng)絡(luò)主要采用平面波導(dǎo)型分光器。

此外，在光纜線路設(shè)計(jì)方面，應(yīng)合理選擇光纜芯數(shù)，其中主干線設(shè)計(jì)需要考慮后期的業(yè)務(wù)擴(kuò)展需求，根據(jù)光分配點(diǎn)大小等因素確定光纜規(guī)格。在配線設(shè)計(jì)中也要考慮擴(kuò)展需求，根據(jù)收斂比選擇光纜規(guī)格。一般用戶無(wú)特殊需求情況下，用戶級(jí)線路可采用1芯光纜，如有特殊要求，則應(yīng)按照實(shí)際需求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)[3]。

四、PON技術(shù)在典型電信光纖接入場(chǎng)景中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

（一）在高層住宅建筑場(chǎng)景中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

在某高層模即單體樓宇場(chǎng)景下的光纖接入網(wǎng)設(shè)計(jì)中，建筑高度為18層，每層6戶，共計(jì)108戶。其特點(diǎn)是單棟樓宇內(nèi)的用戶較多，分布較為集中。高場(chǎng)景組網(wǎng)類(lèi)型可采取二級(jí)分纖、端接分光組網(wǎng)方式。在樓宇內(nèi)共設(shè)置3個(gè)OTB，其中一個(gè)作為一級(jí)光節(jié)點(diǎn)，安裝1:2分光器，其余作為二級(jí)光節(jié)點(diǎn)，覆蓋范圍為4～5層。小區(qū)外的光纜網(wǎng)采用6芯光纜，接入到一級(jí)光節(jié)點(diǎn)并成端。一級(jí)光節(jié)點(diǎn)和二級(jí)光節(jié)點(diǎn)之間采用3條4芯光纜進(jìn)行垂直連接，從一級(jí)光節(jié)點(diǎn)處接入到二級(jí)光節(jié)點(diǎn)并成端。在二級(jí)光節(jié)點(diǎn)處安置1:32分光器，從垂直光纜拉出水平皮纜入戶。所有光纜指標(biāo)設(shè)計(jì)要符合GB/T13993等標(biāo)準(zhǔn)要求。單個(gè)PON系統(tǒng)帶寬測(cè)算結(jié)果為（2M×100%×0.5×0.5）×108/0.9=60M。傳輸距離為3km，活動(dòng)接頭數(shù)量為6個(gè)，光功率測(cè)算結(jié)果為0.36×3+3.6+17.7+6×0.5+1=26.38dB，小于29.5dB，符合設(shè)計(jì)要求。該設(shè)計(jì)方案適用于普通密集型高層住宅建筑，一個(gè)OTB覆蓋24～32個(gè)用戶，每個(gè)光節(jié)點(diǎn)可覆蓋3～8層。

（二）在商務(wù)寫(xiě)字樓場(chǎng)景中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

在某商務(wù)寫(xiě)字樓應(yīng)用場(chǎng)景中，單棟建筑為30層，由于商務(wù)寫(xiě)字樓的業(yè)務(wù)需求不固定，在該設(shè)計(jì)案例中，1～15層設(shè)計(jì)需求不明確，每層用戶數(shù)量不均衡。16～30層的用戶需求相對(duì)明確，可以按每層10戶進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于用戶需求相對(duì)明確的16～30層區(qū)域，單個(gè)分光器可覆蓋2～3層，應(yīng)采用分散分光設(shè)計(jì)方式。對(duì)于用戶需求不明確的1～15層，則應(yīng)采用集中分光方式，每5層共用一個(gè)OTB。在樓宇內(nèi)設(shè)置1個(gè)光纜交接箱，設(shè)置在公共區(qū)域，作為一級(jí)光節(jié)點(diǎn)。建筑外光纜網(wǎng)采用1條24芯光纜，接入到一級(jí)光節(jié)點(diǎn)。1～15層每5層設(shè)置一個(gè)OTB，16～30層每3層設(shè)置一個(gè)OTB，作為二級(jí)光節(jié)點(diǎn)。一級(jí)、二級(jí)光節(jié)點(diǎn)之間采用1條108芯、1條36芯和1條24芯光纜連接。二級(jí)光節(jié)點(diǎn)內(nèi)分散安裝1:32分光器，拉出水平皮纜入戶。經(jīng)帶寬和光功率測(cè)算，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。該設(shè)計(jì)方案適用于復(fù)雜商務(wù)樓宇光線接入網(wǎng)設(shè)計(jì)，可以根據(jù)用戶需求情況，選擇集中、分散或互補(bǔ)分光方案。

（三）在企業(yè)廠區(qū)場(chǎng)景中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

某企業(yè)廠區(qū)應(yīng)用場(chǎng)景內(nèi)分布有多個(gè)低矮建筑物，用戶總數(shù)約為800戶。該場(chǎng)景特點(diǎn)是用戶較為分散，但局部集中，接入網(wǎng)覆蓋范圍廣，每棟建筑的用戶數(shù)量較多?？傮w采用分散分光接入方案，在廠區(qū)內(nèi)設(shè)置1個(gè)光交換箱作為一級(jí)光節(jié)點(diǎn)。在一級(jí)光節(jié)點(diǎn)處沿道路管道敷設(shè)配線光纜，主干線路采用放大芯數(shù)光纜，并在沿途利用光纜接頭割接小芯數(shù)光纜，接入到各個(gè)建筑中，可幾個(gè)樓宇公用1個(gè)光纜接頭。在樓宇內(nèi)設(shè)置OTB作為二級(jí)光節(jié)點(diǎn)，并安裝1:32分光器，分光拉出水平皮纜入戶。各項(xiàng)光學(xué)指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)注你要求，經(jīng)測(cè)算，帶寬和光功率也能夠滿足設(shè)計(jì)要求。傳輸距離為8km，活動(dòng)接頭數(shù)量為6個(gè)，采用2級(jí)分光器，光功率測(cè)算結(jié)構(gòu)為22.78dB，小于28.98dB，符合設(shè)計(jì)要求。該設(shè)計(jì)方案適用于覆蓋范圍較為廣泛的企業(yè)廠區(qū)、園區(qū)、學(xué)校等場(chǎng)景，可以滿足總體分散、局部集中的用戶接入網(wǎng)需求。通過(guò)采用合理的接入網(wǎng)方案設(shè)計(jì)，確保接入網(wǎng)通信質(zhì)量，同時(shí)降低建設(shè)成本。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)PON技術(shù)及光纖接入網(wǎng)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行分析，可以明確PON光纖接入網(wǎng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，確保設(shè)計(jì)方案的合理性。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，采用有針對(duì)性的PON光纖接入網(wǎng)設(shè)計(jì)方案，可以最大化的滿足不同場(chǎng)景中用戶的接入需求，確保網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量，提高工程總體效益。