光纖聚合拉遠設備在xPON中的應用

張谷泉，盧 雄

（1.湖南省郵電規(guī)劃設計院有限公司，湖南 長沙 410000；2.75841部隊，湖南 長沙 410000）

0 引 言

隨著“寬帶中國”和“互聯(lián)網+”等國家戰(zhàn)略的實施，對家庭寬帶建設提出高速、高帶寬的要求，同時要求實現(xiàn)家庭寬帶的普遍覆蓋[1]。在此發(fā)展背景下，各大運營商均加快了光纖網絡和移動網絡的建設速度，寬帶覆蓋范圍快速擴大，而大規(guī)模的寬帶光纖網絡建設導致國內光纖資源緊缺，光纖價格持續(xù)攀升[2]。為解決這個問題，使用PON聚合拉遠設備來進行長距離光纖場景的OLT全覆蓋。對于偏遠地區(qū)的家庭寬帶覆蓋和城區(qū)纖芯不足且無法新建光纜的場景，各大運營商開始部署WDM PON光纖聚合拉遠設備，這也是本文的主要研究方向。

1 光纖聚合拉遠設備基本原理

光纖聚合拉遠設備屬于WDM PON設備，其采用波長作為用戶端ONU的標識，利用波分復用技術實現(xiàn)多址接入，能夠充分利用光纖的巨大傳輸帶寬，是光纖接入未來重要的發(fā)展方向[3]。WDM PON有3種方案：一是每個ONU分配一對波長，分別用于上行和下行傳輸，提供了OLT到各ONU固定的虛擬點對點雙向連接；二是ONU采用可調諧激光器，根據(jù)需要為ONU動態(tài)分配波長，各ONU能夠共享波長，網絡具有可重構性；三是采用無色ONU，即ONU與波長無關方案。此外，還有一種是下行使用WDMPON、上行使用TDM-PON的混合PON。典型的WDM-PON框架如圖1所示。

圖1 典型的WDM-PON框架

2 WDM PON的主要特點

（1）傳輸距離遠。WDM PON的插入損耗比TDM PON的分路損耗小，并且WDM PON接收機具有極高的靈敏度。在激光器輸出功率相等的情況下，WDM PON傳輸距離更遠，網絡覆蓋范圍更廣[4]。

（2）傳輸效率高。WDM PON在上行傳輸時，每個ONU使用一個特定的波長，不需要專門的MAC協(xié)議，降低了系統(tǒng)復雜度，提高了傳輸效率[5]。

（3）高帶寬。WDM PON是典型的點對點的網絡架構，用戶獨享帶寬，每個用戶都有連接到OLT的點到點光通道，不需要動態(tài)帶寬分配。WDM PON能夠在相對低的速率下為每個用戶提供高帶寬，還可減少PON中用戶所引起的附加損耗，這種方式也可降低ONU的成本。

（4）安全可靠。每個ONU獨享各自的波長通道帶寬，用戶之間是不相互聯(lián)系的，安全性更有保障。

（5）對業(yè)務完全透明。將數(shù)據(jù)分組直接映射至波長信道，對各種協(xié)議和速率透明，這將使網管、保護等任務相對簡單，可以提供更強大的OAM&P功能。

（6）低成本。采用無色光源技術，且所使用的ONU光模塊完全相同，解決器件存儲問題的同時，也減少了OPEX和CAPEX的數(shù)量。同時，節(jié)省了大量OLT設備和主干光纖的投入，大大降低建設成本。

（7）易升級、易維護。不需對底層結構進行重大改變就能充分利用光纖的巨大容量，升級和點對點網絡一樣容易。采用無源器件，維護方便。

（8）業(yè)務特性好。在業(yè)務層面上，未來網絡必須具有通用性以適應各種增值業(yè)務，如VoIP、HDTV、IPTV等。不同用戶及不同業(yè)務對吞吐量、時延、時延偏差以及誤比特率等有不同的要求，難以對QoS作統(tǒng)一要求。WDM技術可以分配不同的波長信道，即專用的點到點連接，有助于解決這些難題。

3 FTTH覆蓋中的光纜資源分析

運營商網絡扁平化趨勢下，為了節(jié)約機房和運維等成本，OLT逐漸集中化建設。而隨著FTTH大規(guī)模建設覆蓋，光纖需求量劇增。在一般城區(qū)，一個局所機房覆蓋范圍2～5 km2，用戶容量1～2萬，那么FTTH建設中的光纜需求如表1所示。

表1 光纜需求估算

在城區(qū)，運營商每個局站機房下均會有公眾接入、移動RRU接入以及專線接入等需求[6]。在基站RRU接入中，每RRU均占用2芯，4G基站（如15個RRU）則需要30芯。FTTH建設中，一個OLT覆蓋2萬～5萬用戶需要100～300芯光纜。專線接入項目直接消耗大量光纖，難以預測和規(guī)劃。部分城區(qū)管孔資源嚴重不足、新建管道受當?shù)叵嚓P管理部分的制約且審批流程復雜，再加上現(xiàn)場施工不確定因素過多等導致建設周期過長。同時，行業(yè)之間激烈競爭，導致建設成本不斷增加。

在鄉(xiāng)鎮(zhèn)，運營商面臨跳接點比較多[7]。部分省份A運營商鄉(xiāng)鎮(zhèn)光纜網主要還是由B運營商劃轉纖芯組成，主要承載3G網絡基站傳輸。隨著基站數(shù)量的增加及鄉(xiāng)鎮(zhèn)FTTH布局建設，又新增了少許自建光纜，總體上縣以下鄉(xiāng)鎮(zhèn)光纜網資源（桿路、纖芯）比較匱乏。鄉(xiāng)鎮(zhèn)接入光纜網為混合承載家庭、基站接入業(yè)務，少數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)光纜網存在如下問題。

（1）劃轉光纜纖芯數(shù)量少，以劃轉2—4芯居多，部分段落已全部占用，無法滿足新增業(yè)務的接入；

（2）劃轉光纜纖芯在網時間長、纖芯機械性能指標差，且B運營商已將其業(yè)務逐步割接，不再負責共有光纜進行維護，無法保障光纜網的安全性，維護難度較大；

（3）部分重點鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域尚未具備自建直達光纜的條件，一定程度上制約了家庭寬帶、政企專線等數(shù)據(jù)業(yè)務的開展，在未來業(yè)務承載時存在巨大的資源缺口；

（4）每個縣域一般只有一個匯聚機房，傳輸匯聚節(jié)點比較少，光纜資源不充足，個別鄉(xiāng)鎮(zhèn)接入鏈較長，網絡安全風險較高。

合理規(guī)劃利用光網絡是長期戰(zhàn)略，針對FTTH覆蓋中的問題，xPON光纖聚合拉遠方案借用OTN封裝幀結構對PON的信號進行復用和解復用，可有效實現(xiàn)多路光纜的聚合，滿足運營商FTTH規(guī)模覆蓋和網絡扁平化發(fā)展需求。xPON光纖聚合拉遠組網如圖2所示。

圖2 xPON光纖聚合拉遠組網

4 光纖聚合拉遠設備在xPON中的應用

4.1 下沉OLT或集中放置方案

鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村PON覆蓋采用下沉OLT或集中放置兩種方式，主要存在以下問題[8]。一是傳輸距離遠；二是用戶量少，需面臨下沉OLT設備利用率考核；三是采用下沉OLT方式項目投資大，需大量建設OLT設備及城域網配套設備等；四是建設周期長；五是OLT集中放置可解決上述問題，但對光纖消耗較大，長距離傳輸要求明顯。

4.2 xPON光纖聚合拉遠方案

采用xPON聚合拉遠組網如圖3所示。

圖3 采用xPON聚合拉遠組網

OLT部署在全業(yè)務機房或在原全業(yè)務機房的OLT設備上擴展PON板，通過聚合設備對多個PON口進行收斂，線路側使用一芯光纖傳送到原OLT下沉基站或鄉(xiāng)鎮(zhèn)/行政村機房。由末端聚合設備引出多個PON口（根據(jù)業(yè)務發(fā)展實際需求擴PON口數(shù)量），再接入到分光器，通過分光后接入到各家各戶，實現(xiàn)寬帶接入[9]。xPON光纖聚合拉遠測試組圖如圖4所示，拉遠測試結果如圖5所示。

圖4 xPON光纖聚合拉遠測試組圖

圖5 xPON光纖聚合拉遠測試結果

4.3 光纖聚合拉遠設備應用優(yōu)勢

一是建設周期短，可實現(xiàn)快速建設；二是根據(jù)業(yè)務發(fā)展需求，按需接入PON端口數(shù)量，避免大量投資浪費；三是高度聚合可節(jié)約光纜，實現(xiàn)網絡扁平化，減少網絡運維成本和機房建設成本；四是GPON最大拉遠距離約50 km，EPON最大拉遠距離35 km，完全滿足長距離覆蓋要求[10]；五是每路都實現(xiàn)物理隔離、透明傳輸，業(yè)務無損傷，具有高可靠性；六是傻瓜式點對點應用，設備即連即通、即插即用、即插即管且易裝易維；七是節(jié)約主干光纜纖芯，同時減少管道管孔資源占用。

5 結 論

綜上所述，通過光纖聚合拉遠設備的應用可有效解決地廣人稀的偏遠山區(qū)分光比和PON口利用率低等問題，同時也提高了FTTH覆蓋率，實現(xiàn)高效投資，有利于提升市場競爭力。值得注意的是，聚合拉遠設備光接口易損壞，必須妥善保管，使用后需仔細擦拭。此外，PON聚合拉遠技術在一定程度上會增加相關管理維護支出，這是后期運營維護必須關注的問題。