有線電視FTTH 數(shù)字光纖分配網(wǎng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃

朱寶榮

（中國廣電山東網(wǎng)絡(luò)有限公司臨沂市分公司，山東 臨沂 276000）

0 引 言

近年來，全國各地（市）有線電視網(wǎng)已經(jīng)逐步完成數(shù)字化改造，即利用頻分復(fù)用技術(shù)完成混合光纖同軸電纜（Hybrid Fiber Coax，HFC）寬帶接入網(wǎng)的搭建，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視信號傳輸。但基于HFC 技術(shù)的有線電視網(wǎng)建設(shè)成本過高，用戶端的實(shí)際普及率較低。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和相關(guān)設(shè)備成本的逐漸降低，為實(shí)現(xiàn)有線電視網(wǎng)光纖入戶（Fibre To The Home，F(xiàn)TTH）創(chuàng)造有利條件[1]。相對于HFC，F(xiàn)TTH 技術(shù)具有成本低、易維護(hù)等特點(diǎn)。因此，在全國大力開展“三網(wǎng)融合”的背景下，有線電視網(wǎng)必須不斷進(jìn)行技術(shù)升級和改造，為多數(shù)用戶提供多樣化、個(gè)性化的信息服務(wù)。基于FTTH 的有線電視數(shù)字光纖分配網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)劃能夠有效解決此問題，并逐步完善有線電視網(wǎng)絡(luò)建設(shè)體系，為廣播電視行業(yè)帶來新機(jī)遇和新發(fā)展。

1 有線電視數(shù)字光纖分配網(wǎng)的組織架構(gòu)

建設(shè)符合國家相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《有線電視網(wǎng)絡(luò)FTTH(光纖入戶)IP 廣播系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，且適用于有線電視業(yè)務(wù)開展的數(shù)字光纖分配網(wǎng)，是全國各地（市）廣電分公司重點(diǎn)關(guān)注的問題之一[2]。文章重點(diǎn)從技術(shù)性、實(shí)用性維度分析2 種具有代表性網(wǎng)絡(luò)的組織架構(gòu)。

1.1 設(shè)計(jì)原則

選擇的是“GPON+IPON”網(wǎng)絡(luò)模型，即以千兆比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（Gigabit-Capable PON，GPON）為基礎(chǔ)架構(gòu)，利用IP 無源光網(wǎng)絡(luò)（IP Passive Optical Network，IPON），形成一個(gè)全I(xiàn)P 且超千兆的光纖接入網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計(jì)1 路光芯，主要用于提供GPON 底層網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)某休d能力；另設(shè)計(jì)1 路光芯，主要完成電視信號入戶[3]。根據(jù)任務(wù)區(qū)分，每個(gè)二級分纖箱需要保證有相互獨(dú)立的2 路光芯分別連接至一級分纖箱，并預(yù)留2 路作為備用光芯。

考慮到備用纖芯的使用率較低，為有效降低成本，提高網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的實(shí)用性，可以將二級分纖箱相互獨(dú)立的4 路光芯分別連接至一級分纖箱，將其中2 路作為主傳輸通道，另2 路保證端-端不連接。

1.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.2.1 星型設(shè)計(jì)

前端機(jī)房輻射有線電視信號后，以JWGJ01 型光纖交接箱為節(jié)點(diǎn)，一級分纖箱JWGJ01-GFF01 和JWGJ01-GFF02 主要放置在JWGJ01 中，并通過光纖逐步向下延伸至下級分纖箱GFF1#/GF02/GF03/GF04/GF05/GF06 等，在同一條傳輸通路中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)（如GF02 →GF02/GF03 →GF02/GF03/GF04）均采用接續(xù)方式實(shí)現(xiàn)全域覆蓋，有效降低實(shí)際鋪設(shè)的光纜長度[4]。星型設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 星型設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.2.2 樹型+星型設(shè)計(jì)

前端機(jī)房輻射有線電視信號后，以JWGJ01 型光纖交接箱為節(jié)點(diǎn)，根據(jù)用戶分布情況，可以將一級分纖箱JWGJ01-GFF01 和JWGJ01-GFF02 分別放置在各支線的匯聚節(jié)點(diǎn)上，由該節(jié)點(diǎn)逐步向下延伸至各下級分纖箱，支線的連接方式和傳輸方式與星型設(shè)計(jì)的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)保持一致。樹型+星型設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 樹型+星型設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2 有線電視FTTH 數(shù)字光纖分配網(wǎng)的設(shè)計(jì)

2.1 FTTH 接入網(wǎng)的規(guī)劃點(diǎn)位

為實(shí)現(xiàn)光纖接入使用效率的最大化，F(xiàn)TTH 接入網(wǎng)的規(guī)劃點(diǎn)位通常設(shè)置在設(shè)備機(jī)柜至用戶端的這一段距離內(nèi)（通常小于10 km）。例如，在城區(qū)某中心機(jī)房采用的是64QAM 射頻調(diào)制方式，輻射1 550 nm 光調(diào)制信號，如圖3 所示，該信號經(jīng)長距離傳輸后首先經(jīng)過作為中繼點(diǎn)的城區(qū)/鄉(xiāng)鎮(zhèn)分中心機(jī)房，利用1 550 nm摻鉺光纖放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier，EDFA）對信號進(jìn)行功率放大，其次由第二中繼點(diǎn)小區(qū)/村組機(jī)柜中的1 550 nm EDFA 光放大器輻射信號進(jìn)行二次功率放大，最后由光分路器直接傳輸至用戶端。值得注意的是，新接入的光纖可以直接替換掉之前的同軸電纜[5]。

圖3 基于數(shù)字光纖分配網(wǎng)的FTTH 信號傳輸鏈路

2.2 FTTH 接入網(wǎng)的入戶方案

2.2.1 組網(wǎng)方案

采取雙纖三波方案，即在2 條主光纖傳輸線路中分別獨(dú)立傳輸有線電視信號和相關(guān)業(yè)務(wù)信號。由于信號傳輸鏈路的分離，可以直接規(guī)避信號間的串?dāng)_，對于網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性提升具有重要意義。組網(wǎng)方案如圖4 所示。

圖4 FTTH 接入網(wǎng)的雙纖三波組網(wǎng)方案

2.2.2 實(shí)踐案例

以城區(qū)內(nèi)某新建小區(qū)進(jìn)行FTTH接入網(wǎng)設(shè)計(jì)為例，其中該小區(qū)的樓棟數(shù)為24，每棟樓只有1 個(gè)單元，2梯4 戶的布局，層數(shù)為16，合計(jì)1 536 戶，需要全部完成有線電視信號和廣電相關(guān)業(yè)務(wù)全覆蓋。

結(jié)合FTTH 接入網(wǎng)的規(guī)劃點(diǎn)位設(shè)置，并考慮全覆蓋的要求，在小區(qū)機(jī)柜中將1 550 nm EDFA 光放大器的輸出功率設(shè)為+28 dBm，利用IPON 實(shí)現(xiàn)每1 組無源光網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON）網(wǎng)端接入單獨(dú)1 棟樓（覆蓋64 戶），具體組網(wǎng)方案如圖5 所示。

圖5 FTTH 接入網(wǎng)的入戶設(shè)計(jì)

具體實(shí)施步驟可以分為2 個(gè)部分，即硬件配置和參數(shù)計(jì)算。其中，硬件配置主要包括小區(qū)機(jī)柜的主設(shè)備、光纖設(shè)計(jì)、光分路器配置；參數(shù)計(jì)算主要包括電視信號光功率、業(yè)務(wù)信號光功率[6]。

（1）主設(shè)備，每臺EDFA 光放大器能夠全面覆蓋512 戶，該小區(qū)需要配置3 臺EDFA 光放大器，每個(gè)光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）的PON口可以直連64 戶，則口光模塊配置24 個(gè)即可。

（2）光纖設(shè)計(jì)，單個(gè)分纖箱能夠覆蓋4 個(gè)單元層合計(jì)16 戶的光纖信號，分纖箱直連小區(qū)機(jī)柜，小區(qū)機(jī)柜至單元樓的接續(xù)盒采用的是16 芯，樓內(nèi)分纖箱采用的是4 芯，能夠?qū)崿F(xiàn)主用+備用傳輸模式。光纖入戶時(shí)配置的是FSS 型金屬光纖入戶箱，其中核心的數(shù)據(jù)光纖模塊是由機(jī)架式24 位光纖配線架、SC 光纖適配器以及單模SC-SC 跳線（雙芯）組成。

（3）光分配置，主要由1 個(gè)PON 口和1 個(gè)4 路光分路器組成，每1 路的光分路器連接1 個(gè)分纖箱，而后繼續(xù)拆分4 路光信號，即1 個(gè)分纖箱通過16 路光分路器輸出16 路光纖信號。

（4）電視信號光功率的計(jì)算，先計(jì)算各個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)的有線電視信號功率之和，再計(jì)算傳輸路徑中存在的損耗，兩者之和為FTTH 電視信號光功率。

（5）業(yè)務(wù)信號光功率的計(jì)算，先計(jì)算各個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)信號功率之和，再計(jì)算光損耗，兩者之和為FTTH 的業(yè)務(wù)信號光功率。

3 FTTH 數(shù)字光纖分配網(wǎng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題

3.1 雙纖三波組網(wǎng)的問題

該組網(wǎng)方案雖然能夠有效降低業(yè)務(wù)信號與電視信號之間的串?dāng)_，但要求波分復(fù)用器的波長隔離度必須達(dá)到35 dB 以上，否則抗干擾的效果不明顯，需要提高光接收機(jī)的性能配置。此外，雙纖方案會(huì)增加傳輸鏈路的建設(shè)成本，如纖芯和光分路器的數(shù)量會(huì)呈現(xiàn)幾何倍數(shù)增長，且硬件配置和參數(shù)計(jì)算的復(fù)雜度也會(huì)隨之增加。

3.2 多級光分的問題

根據(jù)FTTH 技術(shù)規(guī)范，光分路器的設(shè)置通常不會(huì)超過3 級，分級數(shù)的增加將導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)數(shù)成倍數(shù)增加，網(wǎng)絡(luò)更容易出現(xiàn)故障，且維護(hù)管理難度也更大。此外，多級光分也會(huì)帶來功率分配不合理的問題，使得獲得高光功率的終端接收的信號閾值溢出，引起電視信號的非線性失真[7]。

3.3 入纖光功率的問題

為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的信號傳輸，通常的做法是提高發(fā)射機(jī)輻射端的入纖光功率，使得接收端能夠獲得更高的光功率。但入纖光功率過高會(huì)引起信號的非線性失真，直接降低信號質(zhì)量。仍以以城區(qū)內(nèi)某新建小區(qū)實(shí)踐案例的配置參數(shù)為例，當(dāng)有線FTTH 數(shù)字光纖分配網(wǎng)需要實(shí)現(xiàn)超過20 km 的遠(yuǎn)距傳輸時(shí)，入纖光功率應(yīng)當(dāng)≤17 dBm，否則會(huì)導(dǎo)致輸出端的信號非線性失真。

4 結(jié) 論

隨著數(shù)字設(shè)備推動(dòng)有線電視行業(yè)的不斷發(fā)展，有線電視網(wǎng)FTTH 是必然選擇。通過基于FTTH 的有線電視數(shù)字光纖分配網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)劃，為終端用戶提供多樣化、個(gè)性化的信息資源，有效提升技術(shù)水平和服務(wù)質(zhì)量。通過逐步完善有線電視網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)體系，為廣播電視行業(yè)帶來新機(jī)遇和新發(fā)展。