采用PON技術實現FTTH的設計方法

趙勇+周東方

摘要：隨著光接入網的大規模應用，FTTH接入方式占比逐漸提高。本文主要討論采用PON技術實現光纖到戶（FTTH）的設計中的相關問題，例如：PON網絡傳輸距離的測算、帶寬的測算、OLT節點的設置、ODN組網設計等。

關鍵詞：PON；FTTH；OLT；ODN

中圖分類號：TN929.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0018-02

隨著市場競爭進一步激烈，寬帶流量劇增和業務收入緩增的矛盾逼迫運營商在不斷升級用戶帶寬的同時必須不斷降低接入網建設和運營成本。隨著三網融合的發展，未來PON技術還會獲得更大規模的部署，因此當前階段深入研究PON技術的技術特點、設計方法是非常重要的。

1 PON的基礎知識

1.1 PON的定義與構成

PON：即無源光網絡。PON 由局側的光線路終端、用戶側的光網絡單元和光配線網絡組成[1]。無源是指光配線網絡均由無源器件組成，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系統使用粗波分技術，通過不同方向、不同業務使用不同波長的光信號，實現單纖雙向多業務傳輸。分離同一根光纖上多個用戶的上行、下行方向的信號，采用兩種復用技術：（1）PON下行業務：下行業務采用的是廣播技術，OLT連續廣播發送，每幀業務都攜帶相應的LLID，ONU側設備則根據自己LLID，只接收符合自己LLID的幀，拋棄其他用戶的幀。（2）PON上行業務：上行業務采用時分多址技術，可以靈活區分不同的ONU數據。

1.3 PON系統的特點

PON系統具有高帶寬、多業務承載、建設及維護成本低、接入距離長、良好QoS保證等特點。

2 PON網絡基礎數據計算

2.1 PON網絡主要技術指標

基于PON 的全業務接入的傳輸距離受限于最長鏈路的光衰耗，因此在建設前期，必須進行最長鏈路衰耗核算，用于確定OLT 覆蓋區域和半徑。PON 網絡光纖鏈路的衰耗包含了S/R 和R/S參考點之間所有光纖和無源器件（包括但不限于分光器、活動連接器和光接頭）所引起的損耗。PON 系統的最長鏈路傳輸距離應采用最值計算法，分別計算PON口到ONU 之間上行和下行的傳輸距離，PON系統的最長鏈路傳輸距離應小于兩者中較小值。PON網絡光鏈路的示意圖1所示。

如圖1所示PON網絡光鏈路最大傳輸距離，按公式：

計算即可，其中L為OLT-ONU傳輸距離，P為PON系統R/S和S/R最大允許通道插損，IL為OLT至單個ONU之間所有分光器插損之和，Ac為單個活動連接器的損耗，N為OLT至單個ONU之間活接頭數量，AWDM為WDM模塊的插損，M為WDM模塊的數量，MC為線路維護余量，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。其中PON系統最大允許通路插損由PON系統技術類型及光模塊類型確定，常見最大允許插損（dB）如表1所示。

2.2 OLT部署的基本原則

確定OLT局址的關鍵因素是接入網分區內用戶分布，根據對全業務區接入用戶數的預測，按照用戶密度，確定全業務區的覆蓋范圍，并在全業務區內選擇合適的節點機房部署OLT設備，實現經濟覆蓋[2]。

OLT節點部署規劃應遵循的原則：（1）OLT設備屬于成本較低的多業務接入平臺，不應作為接入設備，應作為匯聚以上的網絡節點使用。（2）應根據用戶數預測、ODN最長鏈路距離及現網管道、光纜情況進行分析，選擇OLT設備的部署方案。（3）OLT節點機房的網絡級別不高于現有的一般機樓，不允許占用中繼光纜纖芯的情況發生。（4）城市地區全業務節點OLT設備容量應根據預期發展的用戶數來考慮，覆蓋范圍不大于3公里；農村地區全業務節點建設OLT設備時，主要受限在鏈路的光衰值，應按照PON系統的最大傳輸距離來規劃，并保留適當的光纜衰耗冗余。

3 PON系統帶寬的測試

3.1 PON系統內帶寬的分配原則

（1）根據客戶對業務的需求差異分配相應的帶寬；（2）高優先級業務的帶寬得到優先保障；（3）實現不同用戶的基本可用帶寬的保障；（4）在IPTV組播業務中，組播復制點為該業務區的OLT設備；（5）合理規劃系統接入的用戶數，保證每個PON樹的規劃帶寬有一定的冗余；（6）限制用戶的最大可用帶寬。

3.2 PON系統內帶寬測試公式

3.3 單個PON口可用帶寬指標

從技術上來說，單個PON樹可用帶寬分為線路速率和可用帶寬兩部分，表2為單個PON口指標。

3.4 OLT上聯帶寬測試

BTV業務組播復制點在OLT時，OLT上聯帶寬計算公式：

BTV業務組播復制點在BRAS時，OLT上聯帶寬計算公式：

當OLT側不同以太網/IP類業務上聯基于物理鏈路隔離時，應該分別計算不同業務中的上聯帶寬。

根據所采用的上聯鏈路端口可用帶寬（需考慮冗余），計算所需的上聯端口數為

4 ODN組網設計

4.1 ODN組網原則

（1）綜合分析機房、管道、光纜等現狀，結合城市建設規劃及業務發展預期，選擇不同的光纜路由、組網模式及纖芯數量等；（2）不同的分光方式具有不同的適宜范圍，其中一級分光方式適用于如幾種情況：1）用戶高且集中的區域。2）用戶極為分散的區域；二級分光方式適用于用戶密度適中且覆蓋范圍較大的區域，同時也宜用于管道等基礎資源比較缺乏的區域；（3）整個ODN系統中，分光器級聯不應超過兩級，每一條鏈路總的光分路比不得大于PON系統最大光分路比的要求；（4）光纜的配纖方式應利于減少光纖鏈路中的活動連接器數量，公客和一般商客宜采用樹形結構遞減的方式，接入對可靠性要求較高的用戶，如專線或商務樓宇等應采用環形或總線形結構無遞減的方式；（5）入戶光纜一般采用星形結構，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 一級分光和二級分光的優劣

（1）一級分光。優點是故障點少，結構簡單，與二級分光方式相比，減少了二級分光器位置的插損，缺點是組網占用較多光纜芯數，需敷設的光纜容量較大。通常將分光器設置在住宅小區或商務樓內的光纜匯聚點；對區域內管道等基礎設施的壓力增加，建設成本也相對較高。（2）二級分光。適用于用戶較為分散或在一定區域內集中，用戶需求較為明確的場合；一級分光器置于ODN覆蓋范圍的光纜匯聚點附近，比如商業樓宇、居民小區等，二級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，減少對光纜的占用，節省管道等基礎設施，投資相對較少。相對而言結構復雜、故障點多、衰耗較大。

4.3 ODN網絡分光比控制

目前，受限于PON系統性能、光器件發光功率及全光網絡接入規劃的因素，為了保證在規劃期內單個ODN網絡覆蓋用戶的全業務接入需求，建議ODN總光分路比（一級分光比×二級分光比）小于等于1：64，并控制ONU與OLT之間的光纜距離。在光信號衰減值超出PON系統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設備下移，在距離用戶更近的位置選擇適合作為全業務機房的節點，新增OLT設備；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的光衰，從而實現更大的覆蓋范圍。但該方案存在對光纜纖芯需求大幅增加的缺點。在具備適合作為全業務機房節點的情況下，建議采用方案一。

5 結語

在采用PON技術實現FTTH的設計時，依據相關行業標準及PON技術本身的特性，合理、經濟、安全的實現光纖到戶。

參考文獻

[1]孫維平.FTTx與PON系統工程設計與實例[M].人民郵電出版社，2013.

[2]張鵬，閻闊.FTTx PON技術與應用[M].人民郵電出版社，2010.endprint