淺談光纖到戶在農村廣電網絡改造中的應用

郭文輝

（作者單位：廣州市增城區融媒體中心）

現階段，大部分地區的廣電網絡改造工作仍局限在拓寬雙向網的覆蓋作業面方面，盡管相關工作的實施已經取得了初步成效，但根據目前工作的執行進展可以看出，國內廣電網的建設與發展工作還處在初期階段[1]。為實現對廣電網絡改造工作的深化，提高廣電網絡的開發、建設、經營、管理和維修等綜合能力，有關單位提出了將光纖到戶（Fiber To The Home，FTTH）技術應用到試點工程的舉措。FTTH技術屬于一種基于光纖的全新通信傳輸方式。現如今，無源光網絡（Passive Optical Network，PON）技術是目前國際上廣泛應用的研究熱點，也是目前國際上普遍采用的FTTH實現技術[2]。但由于FTTH技術在應用中受到成本和需求等原因的限制，一直未能在國內普及，尤其在一些經濟發展較為落后的農村地區，更是尚未涉及。然而，隨著科學技術的進步，FTTH的實現成本降低，加之農村用戶的需求不斷增加與國家政策的持續扶持，相關FTTH技術的研究又得到了重視。為實現在農村地區推進FTTH技術，本文針對農村廣電網絡的FTTH全新改造方法進行探討。

1 選擇農村廣電FTTH網絡模式

為滿足農村廣電網絡的改造建設需求，應在開展相關研究前，合理選擇廣電FTTH網絡模式。通常情況下，廣電FTTH網絡的入戶方式有4種，分別為雙線同軸入戶、三波雙光纖入戶、三波單光纖入戶與雙波單光纖入戶，根據早期建設經驗與大量實踐，結合所改造地區的實際情況，選擇三波雙光纖入戶的FTTH網絡模式。相比其他的網絡接入模式，此種網絡模式更加適用于居住較為分散的用戶場景。

根據實際需求，選用單線在用戶端進行全光纖接入，在用戶居住區的戶外環境中，采用同軸網絡進行光纖的承載設計，通過數字電視信號、光節點（Optical Network Unit，ONU）終端與接收機，進行廣電信號的接收[3]。此種方式下的FTTH網絡主要包括兩個部分，分別為數字電視傳輸光網和IP光網。前者屬于一種簡單的點對多點主站（Point 2 Multiple Point，P2MP）結構，可以實現對廣播信號在用戶區間內的單向傳輸，網絡大多呈現星型結構，后者的接入方式與雙線同軸入戶的接入方式相同，采用EPON作為接入過程中的無源信號傳輸即可。

2 網絡拓撲結構規劃

完成上述設計后，考慮到光電組網模式為三波雙光纖入戶網絡模式，設計如圖1所示的網絡拓撲結構。

圖1 網絡拓撲結構

根據圖1網絡拓撲結構，在廣電網絡前端（機房）使用一芯進行1500 nm波長的電波，此時另一芯將在傳輸鏈路中進行1310 nm波長的反饋。為確保信號傳輸的穩定性與安全性，需要在信號傳輸前端部署一個1500 nm的信號調制器，通過此種方式，對接入的信號進行實時調制，確保光信號可以通過FTTH網絡傳輸到用戶端[4]。在傳輸過程中，為避免信號出現失真和丟失等方面的問題，還應對傳輸中的信號進行放大處理，并使用1∶32光路的分路器進行光纖的調配。當信號經過第一個分路器達到第二個分路器時，信號將經過1∶16光路對其進行繼續放大處理。放大后的信號將通過光纖配線架（Optical Distribution Frame，ODF）進行跳纖的傳輸[5]。此時，廣電網絡可使用二級分光模式，將用戶的分纖箱放置在一個相同的鏈路中，對其進行廣電網絡業務的全接入。與此同時，用戶端將在安裝了家用信號接收裝置后，通過同軸傳輸電纜將光纖鏈路完全接入機頂盒，按照上述方式，即可實現對廣電網絡業務在用戶中的接入使用。

3 光纖通信鏈路設計

在完成網絡拓撲結構設計后，進行廣電網絡中光纖通信鏈路的設計，設計此鏈路主要用于傳輸廣電網絡在運行過程中的業務信號。通常情況下，可以將光線路終端（EPON OLT）設備，采用下沉式安裝方法，集成在FTTH機房中。同時，在機房中設置聯結卡板，將接收的信號進行匯聚，匯聚后的信號可以通過光纖通信接口和業務接口等，進行信號的匯聚，匯聚后的信號將通過多個PON端口進行光纖網絡的調節。調節過程如下計算公式所示。

公式（1）中：χ表示光纖網絡的調節處理系數；δ表示信號輸入特征；K表示接收信號；β表示信號匯聚方式；ω表示信號放大倍數；M表示信號分路。在上述內容的基礎上，考慮到光纖通信鏈路在傳輸廣電網絡信號時可能存在損耗，對應的損耗包括鏈路自身損耗、活動接頭轉接傳輸損耗、線路熔接行為發生的損耗、預留傳輸損耗以及分光器插入損耗等。上述損耗中，除了預留傳輸損耗屬于不可控損耗，其他損耗均為可控損耗，可以在設計鏈路中結合網絡光纖傳輸的實際情況，進行不同節點損耗量的計算，分析損耗量對應的損耗類型，通過此種方式，降低信號在傳輸中的損耗。

4 光纖敷設與分光器綜合部署

上述設計完成后，就進行農村廣電網絡改造工作中的光纖敷設與分光器綜合部署。在進行光纖敷設時，應明確光纖接入模式的選取是FTTH技術改造中的一個重要環節，在用戶接入地區，可以根據區域內的整體網絡條件與網線規劃條件，直接將光纖進行接入設計。按照有關技術標準，網絡接入中可按照現有的光纖到大樓/光纖到路邊（FTTB/FTTC）服務模式，通過交互上聯與分前端交互網關，將其與接入交換機進行相連，通過光傳送網（optical transport network，OTN）對接入到廣電中心的交互核心路由進行集群處理。通過此種方式接入的光纖，可以確保所有撥號和上連業務都被集中在一個寬帶接入交換機中，在此基礎上通過萬兆鏈路連接到廣播中心的寬帶核心匯流交換器與寬帶接入服務器（Broadband Remote Access Server，BRAS），執行對應的廣播信號傳輸與通信業務。

完成光纖敷設后，進行分光器的綜合部署，在此過程中應明確分光器是無源光網中的被動設備，在部署時無須考慮電力供應問題。但在改造工程中，為了控制成本和方便后續維護，盡量將不同的網絡節點置于同一物理空間或箱體中（通常置于光纜交接盒和纖維分離盒內），分光器的分光比例由設計用戶數量和負荷容量來決定。

考慮到廣電網絡的互動點播服務僅作為信號傳輸功能，并不占用帶寬，因此，在進行分光器綜合部署時，首要問題是寬帶用戶帶寬處理。當前工程中PON最大帶寬理論上是1.25 G，為此在100 M帶寬范圍內的用戶，使用一級光分器，便可以有效保證用戶的使用體驗。按照上述方式，進行光纖敷設與分光器綜合部署，以此完成對農村廣電網絡的集中改造設計。

5 改造效果

本文通過上述研究，完成了基于FTTH的農村廣電網絡改造方法設計，為實現對試點地區改造效果的檢驗，下述從多個角度對改造后綜合效果的分析。

為助力農村地區經濟的建設與發展，所選的試點地區在2021年便開展了三網融合工作，有關單位也在此次工作中提出了針對試點地區的“光纖通信網絡改造建議方案”，為落實此項工作，廣電公司進行了FTTH的大規模部署，在一段時間后，FTTH的建設達到了一個龐大的規模。同時，隨著雙向接入方面政策的落實，交互式網絡電視（IPTV）和互聯網應用服務（OTT）等全新的業務模式也在市場內逐步推廣，特別是IPTV，聯通和電信公司已經基本完成了對廣電網絡建設中相關設備的集中采購工作，并開始了全面的農村用戶普及推廣。但根據階段性工作的實施進展可知，現有的工作在實施中并未能取得顯著性的成果，即現行的廣電網絡改造方案在實施中的效果較差。為解決此方面問題，優化廣電網絡改造效果，以某農村試點地區為例，對此項工作的實施展開詳細的設計研究。改造前，需要根據改造地區的實際情況，進行設備的設計優化選型，為改造工作的實施提供全面的支撐。為確保部署的FTTH箱可以在實際應用中發揮預期的效能，可在布置過程中，在箱內增設插片式光分路器，使用4個5孔的插座進行電源的連通設計。如果設計中出現終端用戶數量增加的現象，可以在插座上增加供電裝置的方式，解決端口不足的問題。通過上述方式，完成廣電網絡改造前的準備工作。在上述內容的基礎上，使用本文設計的方法進行廣電網絡改造。改造過程中，先進行農村廣電FTTH網絡模式的優選，結合用戶在地區的分布情況進行網絡拓撲結構規劃，設計光纖通信鏈路，按照標準進行光纖敷設與分光器綜合部署。

完成上述設計后，將改造后的農村廣電網絡帶寬作為評價本文設計方法可行性的關鍵指標之一，帶寬是用于標識或描述信號傳輸能力、單位時間內鏈路安全通過數據量的指標。對帶寬的計算可用下述計算公式表示。

公式（2）中：k表示農村廣電網絡帶寬，計算單位為Mbps；c表示光纖通信過程中總線端數據的有效傳輸頻率；h表示光纖通信數據的總線位數。按照上述公式，進行農村廣電網絡在傳輸信號時的帶寬，對比改造前與改造后帶寬的變化情況，將對比實驗結果繪制成曲線，如圖3所示。

在圖2中，實線表示改造后農村廣電網絡帶寬；虛線表示改造前農村廣電網絡帶寬。從上述圖2中兩條曲線的變化趨勢可以看出，改造后，農村廣電網絡帶寬的變化穩定在100 Mbps以上，而改造前農村廣電網絡帶寬的變化穩定在50～90 Mbps，證明在完成廣電網絡改造后，網絡帶寬顯著提升。

圖2 改造前與改造后農村廣電網絡帶寬

在上述內容的基礎上，將改造后的廣電網絡投入試點農村地區推廣使用，經過半年的時間，該地區內約有800個用戶安裝了設計推廣成果，安裝率達到全地區的36%以上，預期在后續時間內，將有更多的用戶安裝此次設計成果。同時，根據已安裝用戶的反饋可知，寬帶的故障率極低，幾乎未在使用中出現異常掉線或斷線的問題。綜上所述，此次設計的基于FTTH的廣電網絡改造方法在實際應用中的效果良好，可以有效解決由于帶寬不足造成的網絡延時和運行效率低等方面的問題。

6 結語

本文通過選擇農村廣電FTTH網絡模式、網絡拓撲結構規劃、光纖通信鏈路設計、光纖敷設與分光器綜合部署，完成了基于FTTH的農村廣電網絡改造方法設計。該方法在經過檢驗后，證明可以起到提高廣電網絡帶寬的作用，可以提高廣電網絡服務品質與綜合水平。