基于PON技術的電信光纖接入網設計研究

湖北郵電規劃設計有限公司 彭 捷

一、前言

接入網是由業務節點接口、用戶網絡接口及其之間的傳送實體組成的電信業務傳輸承載系統。光纖接入網（OAN）以光纖為媒介，利用光載波信號進行信息傳輸，根據光纖接入（FTTx）光網絡單元位置的不同，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，即有源接入與無源接入方式。PON是無源光網技術，利用分工器實現光信號分配，實現一根光纖為多用戶服務。由于該技術有穩定性高、成本低等優點，已經成為電信光纖接入網的主要形式。

二、PON技術概述

PON（Passive Optical Network）即無源光纖網絡技術，具體是指在光配線網絡中不含有電子電源和電子器件，光分配網絡（ODN）完全由光分路器等無源器件組成。在一個無源光網絡中，主要包含一個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絡單元（ONUs）組成。在兩者之間采用光纖和無源分光器、耦合器實現網絡通訊，其中OLT是上層骨干網的接口，ONT是用戶服務接口，無源器件可以將一路光信號分解成多路光信號，并傳輸到各個終端單元。PON技術主要具備以下幾方面特點：

（1）從OLT到ONU的下行方向為TDM廣播方式，OLT發送信息和ONU接受信息都可以連續工作；

（2）從ONU到OLT的上行方向為TDMA時分多址傳播方式，OLT接受和ONU發送都處于突發模式狀態；

（3）OLT光接收機要適應不同ONU信號光功率，具有一個較大的動態范圍，同時具備較快的判決速度。在接收不同節點發送的突發信號時，能夠迅速恢復正確時鐘，并在上行信元到達前幾個bits內，完成快速突發比特同步；

（4）ONU光發送機要實現快速開關控制，在無信息發送狀態下，只泄露極小光功率，并低于接受靈敏度10dB以上[1]。

三、PON電信光纖接入網設計流程

（一）總體設計

PON網絡總體設計包括ODN設計、配套光纖接入和設備設計三大部分，在設計時需要通過合理的總體布局，實現三者之間的協調性，滿足不同應用場景下的用戶接入網需求。首先應對接入網實際場景進行考察，確定整體架構，并與區域平面圖、樓面平面圖等相適應。應重點考察目標場景的區域網絡布置狀況和路由器資源狀況，充分利用已有資源，確定OLT最近節點位置，通過合理設計路由器方案，降低建設成本。綜合考慮接入用戶數量、傳輸距離、光纖承載能力、已有設備資源、技術成熟度和運營成本等因素，選擇技術和標準，構建合理的應用模式。

在此基礎上，確定組網方案，在各類資源和技術條件限制下，優先采用光纖到戶（FTTH）接入方案，從而減少后續升級改造工程量。在光纖到戶方案設計難度較大、成本過高的情況下，則應選擇光纖到樓（FTTB）接入方案。考慮到電信接入網發展趨勢，應盡可能在GPON（千兆比特PON）技術下采取FTTH/0接入方式。確定組網方案后，設計接入網圖紙，詳細制定接入層光纜布放、光纜路由、光交設備穿方等設計圖紙，并完成投資預算編制等工作。通過采用合理的總體設計方案，確保接入網方式的先進性，同時獲得最高的綜合效益[2]。

（二）參數選擇

確定總體設計方案后，根據組網模式，合理選擇設備參數，充分考慮接入層技術要求和設備損耗等問題，對接入網參數進行精準分析。電信光纖接入網設計的參數選擇主要包括兩大類，一是光纖參數，二是設備位置。在光纖參數設計方面，需要根據運營商需求和設備規格，選擇單模、多模光纖，目前選擇單模光纖較多。在設備位置設計方面，需要根據綜合光纜交接箱、光分路器的位置合理選擇ONU設備安裝位置，確保網絡通信質量。一般可以將ONU設備安裝在樓梯間或用戶房間。

（三）網絡結構設計

在PON網絡結構設計方面，需要充分考慮用戶群密度問題，包括潛在用戶。OLT覆蓋半徑為5～15km，在確定PON接口數量時，需要根據ODN組網方案和ONU設備規模進行合理選擇，設置一定冗余量，方便系統維護。對于同一個PON板，不應連接FTTH或FTTB等不同接入網設備。在OLT設備安裝過程中，應盡量在具體場景中集中放置，從而確保接入層光纜集中性，保證接入網的穩定性。如果用戶群密度較高，可以采取主干光纜匯聚層機房接入方式。

在ONU設計方面，主要根據工程規模和用戶需求選擇ONU類型，同時避免多型號設備的同時接入。在此方面，應確保設備廠家、OLT廠家要求的一致性。一般采取FTTH接入方案時，可采用e8-C終端，滿足用戶的VOIP/IPTV和網絡服務需求。在ONU設備部署時，應盡量放置在具體應用場景，比如辦公室或家中。此外，FTTB組網還要預留出安裝位置。

在ODN設計方面，一般采用樹形結構或環形結構，如果目標場景的管線資源不足，可以采用樹形遞減或無遞減結構。如果目標場景的用戶結構相對穩定，則應采取樹形遞減結構方式。對于有重要業務承載需求的接入場景，應優先采用環形不遞減組網方式。根據具體網絡用途、樓宇弱電情況和管道布置情況等選擇分光器。一般商用網絡主要采用平面波導型分光器。

此外，在光纜線路設計方面，應合理選擇光纜芯數，其中主干線設計需要考慮后期的業務擴展需求，根據光分配點大小等因素確定光纜規格。在配線設計中也要考慮擴展需求，根據收斂比選擇光纜規格。一般用戶無特殊需求情況下，用戶級線路可采用1芯光纜，如有特殊要求，則應按照實際需求進行合理設計[3]。

四、PON技術在典型電信光纖接入場景中的設計應用

（一）在高層住宅建筑場景中的設計應用

在某高層模即單體樓宇場景下的光纖接入網設計中，建筑高度為18層，每層6戶，共計108戶。其特點是單棟樓宇內的用戶較多，分布較為集中。高場景組網類型可采取二級分纖、端接分光組網方式。在樓宇內共設置3個OTB，其中一個作為一級光節點，安裝1:2分光器，其余作為二級光節點，覆蓋范圍為4～5層。小區外的光纜網采用6芯光纜，接入到一級光節點并成端。一級光節點和二級光節點之間采用3條4芯光纜進行垂直連接，從一級光節點處接入到二級光節點并成端。在二級光節點處安置1:32分光器，從垂直光纜拉出水平皮纜入戶。所有光纜指標設計要符合GB/T13993等標準要求。單個PON系統帶寬測算結果為（2M×100%×0.5×0.5）×108/0.9=60M。傳輸距離為3km，活動接頭數量為6個，光功率測算結果為0.36×3+3.6+17.7+6×0.5+1=26.38dB，小于29.5dB，符合設計要求。該設計方案適用于普通密集型高層住宅建筑，一個OTB覆蓋24～32個用戶，每個光節點可覆蓋3～8層。

（二）在商務寫字樓場景中的設計應用

在某商務寫字樓應用場景中，單棟建筑為30層，由于商務寫字樓的業務需求不固定，在該設計案例中，1～15層設計需求不明確，每層用戶數量不均衡。16～30層的用戶需求相對明確，可以按每層10戶進行設計。對于用戶需求相對明確的16～30層區域，單個分光器可覆蓋2～3層，應采用分散分光設計方式。對于用戶需求不明確的1～15層，則應采用集中分光方式，每5層共用一個OTB。在樓宇內設置1個光纜交接箱，設置在公共區域，作為一級光節點。建筑外光纜網采用1條24芯光纜，接入到一級光節點。1～15層每5層設置一個OTB，16～30層每3層設置一個OTB，作為二級光節點。一級、二級光節點之間采用1條108芯、1條36芯和1條24芯光纜連接。二級光節點內分散安裝1:32分光器，拉出水平皮纜入戶。經帶寬和光功率測算，能夠滿足設計要求。該設計方案適用于復雜商務樓宇光線接入網設計，可以根據用戶需求情況，選擇集中、分散或互補分光方案。

（三）在企業廠區場景中的設計應用

某企業廠區應用場景內分布有多個低矮建筑物，用戶總數約為800戶。該場景特點是用戶較為分散，但局部集中，接入網覆蓋范圍廣，每棟建筑的用戶數量較多。總體采用分散分光接入方案，在廠區內設置1個光交換箱作為一級光節點。在一級光節點處沿道路管道敷設配線光纜，主干線路采用放大芯數光纜，并在沿途利用光纜接頭割接小芯數光纜，接入到各個建筑中，可幾個樓宇公用1個光纜接頭。在樓宇內設置OTB作為二級光節點，并安裝1:32分光器，分光拉出水平皮纜入戶。各項光學指標符合相關標注你要求，經測算，帶寬和光功率也能夠滿足設計要求。傳輸距離為8km，活動接頭數量為6個，采用2級分光器，光功率測算結構為22.78dB，小于28.98dB，符合設計要求。該設計方案適用于覆蓋范圍較為廣泛的企業廠區、園區、學校等場景，可以滿足總體分散、局部集中的用戶接入網需求。通過采用合理的接入網方案設計，確保接入網通信質量，同時降低建設成本。

五、結束語

綜上所述，通過對PON技術及光纖接入網設計流程進行分析，可以明確PON光纖接入網的設計重點，確保設計方案的合理性。在此基礎上，根據不同的應用場景，采用有針對性的PON光纖接入網設計方案，可以最大化的滿足不同場景中用戶的接入需求，確保網絡通信質量，提高工程總體效益。