PON聚合拉遠(yuǎn)技術(shù)與測試

1 引言

2013年國務(wù)院發(fā)布了“寬帶中國”戰(zhàn)略實施方案，部署了未來寬帶發(fā)展目標(biāo)及路徑，“寬帶戰(zhàn)略”從部門行動上升為國家戰(zhàn)略，寬帶首次成為國家戰(zhàn)略性公共基礎(chǔ)設(shè)施。目前，各大運營商都加快了光纖網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和覆蓋，在光纖到戶及基站回傳業(yè)務(wù)中需要鋪設(shè)大量的無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）設(shè)備，光纖資源緊缺成為制約寬帶光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的一大關(guān)鍵因素。此外，無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）設(shè)備受限于光功率及邏輯時延距離，部分地區(qū)無法實現(xiàn)業(yè)務(wù)的覆蓋。為了解決此類FTTH光纜資源緊缺和覆蓋距離的問題，各大運營商開始部署PON光纖聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備。

2 PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)特征

2.1 PON拉遠(yuǎn)設(shè)備介紹

PON光纖聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備定位于OLT和分光器（或者ONU）之間的接入光纜層，通過光電中繼的方式，提升光功率的預(yù)算，實現(xiàn)多路OLT和分光器之間同路由的多芯光纜的聚合傳輸，實現(xiàn)OLT和ONU之間傳輸光纖的復(fù)用和PON信號的延伸。通過PON光纖聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備的引入，運營商可以進(jìn)行OLT集中化建設(shè)，提高FTTH網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍及光纖的使用效率。

PON網(wǎng)絡(luò)由OLT、ODN和ONU組成。PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備作為PON的一個擴(kuò)展節(jié)點，部署在OLT與ONU之間。通常PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備的拓?fù)鋱D如圖1所示。

PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備主要滿足以下需求：

●擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力：由于我國城市擴(kuò)張速度非?？?，造成實裝率低，因此需要擴(kuò)大覆蓋范圍降低成本。隨著OLT設(shè)備下掛用戶數(shù)增加，光纖使用數(shù)量大大增加，OLT與ONU之間的距離必定要采用拉遠(yuǎn)技術(shù)來節(jié)約光纖成本。

●OLT二層匯聚功能：隨著OLT設(shè)備覆蓋用戶數(shù)的逐漸增加，以及OLT設(shè)備數(shù)量的減少，未來OLT的部署將更加靠近寬帶接入服務(wù)器，需要更大的傳輸距離和分光比。

圖1 PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備拓?fù)鋱D

●增大光功率預(yù)算，提高網(wǎng)絡(luò)部署的靈活性：目前各種技術(shù)體制下的通道損耗最大均為30dB左右，加上更靈活的ODN規(guī)劃和部署，都要求有更大的光功率預(yù)算。

●其他業(yè)務(wù)需求：PON也適合于其他領(lǐng)域的應(yīng)用，比如視頻監(jiān)控、交通安防、電力配網(wǎng)自動化、傳感網(wǎng)等。這些應(yīng)用環(huán)境中一個OLT端口下的ONU往往數(shù)量不多但較為分散，某些ONU與OLT端口的距離過長，此時可以使用PON的光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)解決問題。

2.2 PON拉遠(yuǎn)設(shè)備主要技術(shù)

目前PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備主要有兩種技術(shù)形態(tài)，第一種是通過波分復(fù)用的方式，將多路OLT和分光器之間的光纖路由調(diào)制在不同的波長上進(jìn)行波分復(fù)用，達(dá)到光纖復(fù)用和提高光功率預(yù)算的目的；第二種是通過封裝的方式，將多路OLT和分光器之間的傳輸信號分插復(fù)用并重新打包為更高速率的傳輸信號進(jìn)行傳輸，并在接入端解封裝，分成多路OLT和分光器之間的傳輸信號，達(dá)到光纖復(fù)用和提高光功率預(yù)算的目的。當(dāng)然，這兩種方式也可以同時使用，使得光纖復(fù)用效率進(jìn)一步成倍的提升。下面就這兩種工作方式分別進(jìn)行介紹。

（1）波分復(fù)用的PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備技術(shù)特征

波分復(fù)用的PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

PON系統(tǒng)的工作波長為下行1490nm、上行1310nm，波分復(fù)用的PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備首先需要將上下行波長分別轉(zhuǎn)換。例如8端口的PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備，需要16個波分通道進(jìn)行波分復(fù)用。通常設(shè)備使用的波長范圍為1270～1610nm，波長通道間隔為20nm。波分復(fù)用方式只對PON系統(tǒng)上下行的傳輸信號進(jìn)行光電光轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換和信號再生，達(dá)到光纖聚合及提高PON系統(tǒng)光功率預(yù)算的目的。

（2）封裝模式的PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備技術(shù)特征

封裝模式的PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

封裝模式的PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備通過將多路OLT的傳輸信號進(jìn)行分插復(fù)用，封裝為更高速率的傳輸信號，通過光模塊輸出，并在遠(yuǎn)端解復(fù)用出OLT的傳輸信號，實現(xiàn)多路OLT傳輸信號的復(fù)用及提高PON系統(tǒng)光功率預(yù)算的目的?，F(xiàn)在通常的復(fù)用模式是將4路GPON信號或者8路EPON信號復(fù)用到一路OTU2（10G）信號。OTU2的幀結(jié)構(gòu)具備豐富的告警及性能的開銷管理字節(jié)，所以該類設(shè)備具備類似于OTN光傳輸設(shè)備的可控可管的維護(hù)能力。此類設(shè)備通常都是點到點應(yīng)用，個別廠家在線路側(cè)沒有采用OTU2的信號結(jié)構(gòu)，也可以達(dá)到相同的目的。

（3）兩種封裝模式特點對比

圖2 波分復(fù)用模式聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

圖3 封裝模式聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

這兩種模式都是為了提高PON系統(tǒng)的光纖復(fù)用效率，提高PON系統(tǒng)光功率預(yù)算，但是由于實現(xiàn)原理不同，所以特點也各不相同，運營商在部署的時候，也需要根據(jù)自己的實際網(wǎng)絡(luò)特點進(jìn)行選擇。

由表1可以看到兩種模式的技術(shù)特征具有諸多不同，在實際的網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)中，運營商可以根據(jù)自己的網(wǎng)絡(luò)狀況和需求進(jìn)行選擇。

表1 兩種模式的技術(shù)特征

3 PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備測試

由于在現(xiàn)有PON系統(tǒng)中增加了一套設(shè)備，是否會對原有系統(tǒng)產(chǎn)生影響，是運營商最關(guān)心的問題。如果在引入一套新系統(tǒng)的同時，對原有系統(tǒng)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致了新問題，引起客戶投訴率的上升，這個結(jié)果是運營商無法接受的。所以必須要對PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備進(jìn)行檢測，為該類設(shè)備的部署提供必要的驗證。根據(jù)PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備的技術(shù)特點，可以分為以下幾類測試：

（1）光模塊參數(shù)測試

PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備具有以下幾種光模塊：

●和OLT側(cè)接口對接的ONU光模塊。

●和ONU側(cè)接口對接的OLT光模塊。

●波長轉(zhuǎn)換后的彩光模塊（波分模式的聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備使用）。

●10G速率的OTN光傳輸模塊（封裝模式的聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備使用）。

這些模塊都是可插拔的，在部署前需要測試光模塊的光功率和接收靈敏度，可以計算光線路允許的最大損耗。

波分模式的聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備還需要使用合波/分波器件，對合波分波器插損的測試也是有必要的。

合波/分波器件的主要測試指標(biāo)是插損，測試不同波長的局端和遠(yuǎn)端的插入損耗。使用合波/分波器前測試每個波長的功率，使用合波/分波器后測試每個波長的功率，兩者功率的差值就是波長對應(yīng)的插入損耗，即每個波長的衰減值。插入損耗對傳輸距離會有一定影響。

（2）兼容性測試

需要將PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備和現(xiàn)有的PON系統(tǒng)進(jìn)行對接，查看PON系統(tǒng)是否能正常工作。需要對ONU進(jìn)行斷纖、重啟等操作，查看ONU是否能正常重新上線。

目前國內(nèi)四大OLT廠家是華為、中興、上海貝爾和武漢烽火，常用的兼容性測試是用這四家的OLT和ONU進(jìn)行測試，查看鏈路的連通性，確認(rèn)ONU是否能正常上線工作。

（3）誤碼率測試

需要將PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備和現(xiàn)有的PON系統(tǒng)進(jìn)行連接，并檢測一段時間的線路誤碼情況。需要確認(rèn)該設(shè)備的引入不會額外引入更多的線路誤碼及丟包事件。雙向吞吐量90%的負(fù)載運行24h，不丟包。

（4）長距離傳輸

PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備的主要目的就是聚合光纖和增加傳輸距離。需要驗證PON設(shè)備在長距離光纖下是否能正常工作。由于PON系統(tǒng)同時是功率受限和邏輯距離時延受限，所以PON設(shè)備在長距離光纖條件下是否能正常工作和OLT測距能力也有關(guān)系，進(jìn)行該項測試時，需要同時考慮長距離光纖的衰耗情況和OLT的測距能力。

（5）帶寬測試

在PON系統(tǒng)下增加聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備，需要檢驗聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備是否對PON系統(tǒng)的業(yè)務(wù)帶寬產(chǎn)生影響。尤其是封裝模式的PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備，封裝和解封裝是否會造成PON系統(tǒng)業(yè)務(wù)帶寬的下降需要進(jìn)行驗證。由于該項目需要在PON系統(tǒng)滿配的情況下才能驗證PON系統(tǒng)帶寬是否有下降，該項測試對于PON系統(tǒng)的資源要求比較高。

4 結(jié)束語

PON聚合拉遠(yuǎn)技術(shù)的引入使得PON可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行一級或多級的光功率放大，從而增大PON的覆蓋范圍和分光比。解決了PON中傳輸距離和分光比受限的難題，是PON未來一個很好的演進(jìn)方向，特別是對于我國這種地域遼闊、城市農(nóng)村擴(kuò)張快速的模式具有誘人的應(yīng)用前景。該技術(shù)的引入不會改變PON系統(tǒng)的基本架構(gòu)，保持了對現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的兼容性，一定程度上緩解了光網(wǎng)絡(luò)的部署問題，降低了成本，同時對于提高ODN靈活性和覆蓋范圍具有重大意義。PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備的光接口易損壞，需要妥善保管，使用后要小心擦拭，它僅僅提供距離鏈接的問題，沒有自己的協(xié)議和功能。綜上所述，PON聚合拉遠(yuǎn)技術(shù)對運營商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本的影響主要有3個方面：

（1）增加PON系統(tǒng)覆蓋范圍后，使得PON系統(tǒng)實裝率的提高可以使整個PON的建網(wǎng)成本相應(yīng)降低。

（2）增加PON系統(tǒng)工作距離后，OLT部署位置的上升可以節(jié)省一批交換網(wǎng)絡(luò)的建網(wǎng)成本。

（3）PON聚合拉遠(yuǎn)技術(shù)的引入，會增加對聚合設(shè)備的管理維護(hù)支出，對全程全網(wǎng)的運營維護(hù)會產(chǎn)生一定的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]張小琴.PON拉遠(yuǎn)技術(shù)應(yīng)用探析[J].中國科技博覽,2013(21):267-267.

[2]龍函,胡毅.無源光網(wǎng)絡(luò)光纖復(fù)用拉遠(yuǎn)的技術(shù)方案分析[J].光通信研究,2016(5):32-34.

[3]ITU- T G.984.6. Gigabit- capable passive optical networks(GPON):reach extension[S],2008(3).

[4]ITU- T G.984.7. Gigabit- capable passive optical networks(GPON):long reach[S],2010(7).

[5]ITU-T G.987.4. 10-Gigabit-capable passive optical networks(XG-PON):reach extension[S],2012(6).