基于無源光網絡技術的廣電光纖入戶設計方案

陳周廷，陸 挺

（諸暨市融媒體中心，浙江 紹興 311800）

0 引 言

光纖到戶（Fiber To The Home，FTTH）作為未來家庭寬帶發展的主要方向，得益于無源光纖網絡（Passive Optical Network，PON）技術的成熟和完善和用戶端光網絡單元（Optical Network Unit，ONU）的價格不斷降低。在FTTH 建設方面，中國廣播電視網絡有限公司應充分結合自身條件，綜合考慮價格、技術以及性能等多方面的因素，合理選擇建設模式。從現階段光纖網絡接入的以太數據通過同軸電纜傳輸（Ethernet over Coax，EoC）和電纜調制解調器終端系統（Cable Modem Terminal Systems，CMTS）技術來看，FTTH 仍存在技術演進路線不明確和無法滿足用戶需求等缺陷，為進一步推動光纖網絡建設，研究光纖入戶方案。

1 PON 技術概述

基于PON 技術的光纖接入示意如圖1 所示。

圖1 基于PON 的光纖接入網絡

由圖1 可知，光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）可以結合具體業務類型，通過不同的設備將業務數據發送至終端用戶和將終端用戶所反饋的數據信息傳輸至業務網；而光配線網絡（Optical Distribution Network，ODN）主要用于鏈接核心網和用戶之間的

傳輸任務，傳輸數據信息。由于ODN 網絡使用的無源器件具有使用成本低、對安裝環境沒有特殊要求等優點，能大大降低光纖網絡的架設成本和運維支出[1]。在OLT 和ONU 之間進行傳輸的便是PON，PON 技術并不是單純的點對點之間的傳輸，因此數據上行和數據下行有著很大的不同。

2 FTTH 系統雙平面架構

2.1 A 平面拓撲結構

A 平面架構設計依據國際電信聯盟標準（International Telecommunication Union，ITU），具體波長為1 550 nm。該波長主要由廣播波長和點播波長構成，這2 種信號會在A 平面架構中進行耦合。2 種波長耦合的原理如圖2 所示。

圖2 A 平面架構廣播信號和點播信號波長耦合

光纖雙纖4 波系統可以在業務分配點上放大和分配經過耦合的波長信號。光傳送網（Optical Transport Network，OTN）位于用戶端，可以將系統輸出的射頻信號傳輸至用戶端[2]。而同軸光纖雙纜系統能夠將OTN 所輸出的射頻信號輸至用戶端。

2.2 B 平面拓撲結構

B 平面架構的下行波長為1 490 nm，上行波長為1 310 nm。在B 平面架構中，以太網無源光網絡（Ethernet Passive Optical Network，EPON）通常采用星型結構或樹形結構來完成單纖雙向的光纖入網，主要由ODN、OLT 這2 部分組成，具體的結構如圖3所示。

圖3 EPON 單纖雙向的光纖入網

3 FTTH 網元設置

3.1 OLT 設置

光纖用戶的數量越少，相應的接入層光纜資源富裕度越高，此時可以將OLT 設置在網絡運營商機房中；相反，如果光纖用戶數量較多，接入層的光纜資源富裕度不足，OLT 設置應優先考慮下沉至住宅樓的通信機房。

3.2 ONT、ONU 設置

對于用戶來講，其所使用到的終端設備主要是光網絡終端和家用型光網絡設備（Optical Network Terminal，ONT）2 種。采取雙纖入戶時，通常會將用戶多網絡終端安裝在用戶側的多媒體終端箱內[3]。而在采取雙纜入戶時，通常ONU 會安裝在用戶端的多媒體終端箱內，ONT 則被放置于樓道的弱電井中。

4 EPON 光纖鏈路衰減計算

設計FTTH 方案的過程中，需要分析和計算EPON 系統的光纖鏈路損耗情況，光鏈路的具體模型如圖4 所示。

圖4 光鏈路模型

設計雙纖入戶的A 平面架構時，如果采用獨立式的摻鉺光纖放大器（Erbium-Doped optical Fiber Amplifier，EDFA），則EDFA 在小區機房接32 分路器。設計B 平面架構時，采用EPON 組網，光模塊采用PX20+，其能支持光鏈路的最大損耗計算過程如下。

PON 接口光纖鏈路所能夠允許的最大衰減為

式中：Li為光衰減；Si為光纖鏈路中的熔接接頭和冷接頭衰減，但并不包括戶外手控中的熔接頭衰減；Ki為光纖鏈路中的活動鏈接器插入衰減；Di為光纖鏈路中的光分路器插入衰減；Mc為光纖富余度。

那么FTTH 光纖設計方案中全程n段光纖的衰減總和可以表示為

式中：Ln為光纖的長度；Af為光纖衰減指標。

插入二級分光器后，光纖鏈路中分光器插入會發生衰減，常見的光分路器典型插入衰減參數如表1所示。

表1 光分路器插入衰減參數 單位：dB

光纖富余度可以依照下列條件進行取值：在光纖鏈路長度小于5 km 的情況下，取值應大于1 dB；在光纖鏈路長度大于等于5 km 且小于10 km 的情況下，取值應大于2 dB；在光纖鏈路長度大于等于10 km的情況下，取值應大于3 dB。從現實應用情況來看，工程計算通常取值為2 dB。

A 平面架構主要包含光功率放大器、家用光接收機等設備。通常情況下，A 平面架構采用的光功率放大器是獨立式的EDFA，大小為22 dB，其輸入光功率范圍為-3 ～+10 dBm。對于家用光接收機來講，其標稱功率為-15 dBm。通過計算可以得出EPON 光纖鏈路廣播通道的最大插損為37 dB。

考慮B 平面架構采用的為EPON 技術，OLT 的發射光功率范圍為2.5 ～7 dBm[4]。使用PX20+光模塊時，OLT 和ONU 鏈路間的損耗28 dB，在進行FTTH 光纖分配時采用4×16 的二級分光模式，經過計算可以得出小區機房的光信號覆蓋范圍最大為5 km。

5 FTTH 網絡建設模型

以用戶密度較大的高層住宅小區為例，在進行FTTH 建設時需要遵循以下原則：將小區內外包數據中心（Outsourcing Data Center，ODC）設置為一級分光點，并結合制定的網絡規劃，將綜合業務接入點下沉至該小區[5]。將每棟樓設置為二級分光點，綜合考慮雙向業務和寬帶業務的滲透率。為減少占用EPON 接口資源，應設置每個二級分光點所覆蓋用戶大于二級分光比的2 倍。FTTH 網絡覆蓋用戶數據帶寬，如表2所示。假設小區內ODN 分光比按照4×16 進行設計，依據用戶分布的具體情況和使用密度，設計最優的ODN 安裝位置和光分路器組合方式。

表2 FTTH 網絡覆蓋用戶數據帶寬

以ODN 分光比4×16 為例，在該模式下，系統的二級分光點到用戶終端的線路應使用2 芯光纜；系統一級分光點到二級分光點的線路應使用4 芯光纜；系統一級分光點到光站的線路應使用4 芯光纜；一級分光點到綜合業務接入點的線路連接應依據不同的情況來使用不同的線纜。待所有設計方案確定之后，即可計算纖芯冗余設計量，該方案中冗余量為30%。

對于小區內高層建筑，選擇同軸光纖雙纜建設方案，將FTTB 光機安裝在樓頂。而采用雙口光機方案進行設計時，每個端口需要覆蓋的用戶數量為64。

6 結 論

在我國三網融合戰略實施的背景下，傳統的有線電視寬帶已經無法滿足人們的使用需求，而以光纖為主的雙向網絡改造已經成為光纖入戶的一種重要方式，文章基于PON 技術設計廣電光纖網絡入戶的具體方案。在實際的方案選擇時，需要依據循序漸進的原則，在確保滿足現有用戶使用需求的基礎上，選擇最為經濟、簡潔的方案，同時應注意預留一定的光纖的纖芯數，以便做到即便增加使用用戶數量，也能保證方案的靈活性。