廣電FTTH 建設方案探討

鄧海力

（江蘇有線蘇州分公司公眾客戶部，江蘇 蘇州 215031）

0 引言

廣播電視網絡公司作為“黨媒、政網、民屏”，是國家重要的信息基礎設施，是構建數字中國和網絡強國的重要戰(zhàn)略性資源。近年來，各地廣電網絡公司加強“智慧廣電”探索，主動融入地方經濟社會文化建設，拓展行業(yè)綜合信息服務和智能化應用等新業(yè)態(tài)，不斷提升廣電網絡傳播能力、服務能力和創(chuàng)新能力。從技術層面看，廣電網絡不僅要開展基本的數字電視業(yè)務、寬帶上網業(yè)務，還要能承載高清、4K 超高清、8K 超高清、高清視頻監(jiān)控及在線游戲等大流量業(yè)務。因此，構建更大承載能力網絡、為用戶提供更大帶寬，是鞏固用戶、保證用戶體驗的必須手段。

傳統(tǒng)電信運營商通過采用光纖到戶（Fibre To The Home，FTTH）技術方案，打出“電視免費看”的宣傳口號，以捆綁銷售模式爭奪有線視頻用戶，鞏固其數據寬帶市場、增加數據業(yè)務營收。對此，有線運營商必須大力發(fā)展和推動雙向業(yè)務，尤其是數據寬帶業(yè)務，以此滿足用戶日益增長的數據寬帶需求，最終達到留住和擴大有線電視用戶的目的。

相對傳統(tǒng)的同軸電纜而言，光纜網絡造價已大幅度降低，故障低、使用壽命長，且沒有電纜傳輸的諸多問題和不足，如戶外網絡設備供電問題，均衡、干擾問題，長距離傳輸問題等，并且光纖傳輸具有高帶寬的特點。因此，采用以光纜為主體的FTTH技術方案進行網絡建設，成為廣電運營商的必然選擇。

1 廣電FTTH 系統(tǒng)架構及組網方案

廣電FTTH 系統(tǒng)主要分為廣播電視通道[數字視頻廣播（Digital Video Broadcast，DVB）網絡]和數據通道[網際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）網絡]兩個部分。

1.1 廣播電視通道（DVB）部分

廣電FTTH 系統(tǒng)的電視通道（用于傳輸DVB 數字電視信號）采用1 550 nm 傳輸技術組建。

1 550 nm 傳輸系統(tǒng)是廣電網絡支持點對多點廣播式覆蓋、實現光纖進家庭的根本基礎，是DVB數字廣播電視信號的載體。相對于1 310 nm 而言，1 550 nm 射頻光傳輸系統(tǒng)具有以下幾方面的優(yōu)勢。第一，1 550 nm 光信號傳輸損耗小，其在普通G.652光纖的傳輸損耗小于0.25 dBm·km-1，適合較長距離的傳輸。第二，1 550 nm 光信號易于放大。現有的光放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier，EDFA）可輕松將源于1 550 nm 光發(fā)射器的光信號放大，而且可以多級放大。光放大器對有線電視傳統(tǒng)的組合三次差拍比和組合二次差拍比指標影響很小，適合我國有線網絡的發(fā)展特點。第三，目前投入商用的1 550 nm 光發(fā)、光放器件均已實現國產替代，單位光功率的成本已經大大降低。結合光分路器的使用，可以實現光信號的靈活分配，從而實現覆蓋千家萬戶。第四，有線電視FTTH 網絡一般只需配置少量的1 550 nm 光發(fā)射機[1]，因此機房的配線管理系統(tǒng)非常簡單，系統(tǒng)備份簡單可靠，易于達到廣電級別的安全播出要求，也可以省下一筆電費。

在新形勢下，隨著“光進銅退”趨勢不斷發(fā)展，每個光節(jié)點覆蓋用戶數愈來愈少，光節(jié)點數量成倍增加。目前成熟的1 550 nm 設備具有成本低、網絡維護方便、組網靈活等諸多優(yōu)點，使得用1 550 nm技術建設有線廣播電視網絡的思路日益清晰，逐漸成為國際、國內建網趨勢。

1.2 數據通道（IP 網）部分

廣電FTTH系統(tǒng)的數據通道（IP網部分）采用以太網無源光網絡（Ethernet Passive Optical Network，EPON）技術進行組網。EPON 因具備以下優(yōu)點而被廣電FTTH 所首選。

EPON 與以太網的兼容性高，這是EPON 最主要的優(yōu)勢。眾所周知，以太網技術是當前最為成熟的寬帶網組網技術，采用的標準是電氣與電子工程師協(xié)會（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE） 802.3 標準；而EPON 的標準是IEEE 802.3 ah，該標準將以太網和物理層的無源光網絡（Passive Optical Network，PON）技術相結合，定義了一種新的光接口規(guī)范和擴展的以太網數據鏈路層協(xié)議，以實現點到多點的以太網幀時分復用（Time Division Multiplex，TDM）接入[2]。由此可見，后者只是對前者做了一定補充，因而是完全兼容的。

EPON 網絡覆蓋能力強，適合高帶寬、較長距離的雙向傳輸，適合構建屬地（如鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道）接入網。EPON 的下行信道采用百兆/千兆的廣播方式，上行信道采用時分復用的百兆/千兆信道，由用戶共享，目前最高可以提供上下行對稱的1.25 Gb·s-1帶寬，帶寬利用率很高[3]。

EPON 網絡層次簡潔，組網成本低。EPON 是一種點到多點網絡，與傳統(tǒng)的有線電視網絡結構天然契合，組網十分靈活、擴展性強。EPON 相關的設備器材均已完全實現國產替代，核心技術不受限制。另外，EPON 屬于無源網絡，從局端到終端之間的傳輸網絡無須供電，網絡可靠性好，故障少，用戶體驗好，也意味著網絡維護成本的降低（相對于傳統(tǒng)的電纜網）。

1.3 典型的廣電FTTH 網絡架構

以下介紹兩類典型的廣電FTTH 組網方案，即單纖三波FTTH 組網方案和雙纖三波FTTH 組網方案。

1.3.1 單纖三波FTTH 組網方案

圖1 為采用單纖三波模式的廣電FTTH 組網方案框圖。這種組網方案的要點是：采用波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM） 技術，在分前端或小區(qū)機房將EPON 數據信號（下行1 490 nm、上行1 310 nm）和1 550 nm 電視信號通過合波器進行合波、在光網絡終端（Optical Network Terminal，ONT）中加入分波器進行分波，使單向電視信號和雙向數據信號在光分配網絡（Optical Distribution Network，ODN）中只需用單芯光纖進行傳輸，ODN 只有一套[4]。

圖1 廣電單纖三波FTTH 接入方案框圖

1.3.2 雙纖三波FTTH 組網方案

圖2 為采用雙纖三波模式的廣電FTTH 組網方案框圖。這種組網方案的要點是：在ODN 網絡中，1 550 nm 電視信號和EPON 數據信號在兩根不同的光纜纖芯中傳輸，物理通道相互獨立，互不影響，需要兩套獨立的ODN。

圖2 廣電雙纖三波FTTH 接入方案框圖

1.4 組網方案的選擇

對于第一種方案（單纖三波方式），ONT 中需增加隔離度在35 dB 以上的三窗口分波器，導致每個終端的成本明顯高于雙纖三波方案終端設備[5]；光纜材料成本及相應增加的施工成本差別已經很小，光纖資源已不再非常緊張，主干光纜使用壽命遠長于業(yè)務終端設備，故廣電建設資金應轉化為“資產”即纖芯和干路資源，而不是變成“流動資產”的業(yè)務端設備。

綜上，目前廣電網絡建設以雙纖三波FTTH 組網方案為主。

2 FTTH 網絡設計與部署

2.1 FTTH 網絡承載業(yè)務類型分析

廣電FTTH 網絡需要承載的業(yè)務大致可以分為以下六大類。不同業(yè)務類型采用不同的虛擬局域網（Virtual Local Area Network，VLAN）為用戶提供服務。第一類是直（廣）播類電視業(yè)務，包括標清電視、高清電視；第二類是視頻點播業(yè)務，用戶按照各自需要進行視音頻流點對點的播放，由用戶決定節(jié)目的開始和結束，視頻點播支持快進、快退、暫停等操作；第三類是時移回看電視業(yè)務，用戶通過電子節(jié)目單選擇播放某一時段的電視節(jié)目，同時能實現視頻流的暫停、后退，也能快進追趕到直播信號。第四類是數據業(yè)務，即寬帶互聯(lián)網；第五類是語音業(yè)務，包括可視電話、基本語音；第六類是其他增值業(yè)務，如智慧城市、智能社區(qū)、智能家居、視頻監(jiān)控、視頻會議以及遠程抄表（水、電、氣等）等。

2.2 FTTH 網元設置

2.2.1 OLT 及EDFA 部署

光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）的部署應充分利用現有機房設施，設置在分機房或小區(qū)設備機房。實施FTTH 項目時，應根據用戶覆蓋分布各管道路由情況，靈活掌握，城市服務半徑宜在2 ～5 km，鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農村網絡的服務半徑在8 ～10 km。

2.2.2 入戶終端設備的設置

光纖入戶后，應安裝包含入戶光機和光網絡單元（Optical Network Unit，ONU）在內的二合一ONU設備。考慮到家庭戶內分配箱對無線信號的屏蔽，一般不建議使用附帶Wi-Fi 功能的光終端設備。終端設備的安裝應根據住宅內部的安裝條件和用戶要求，選擇合適的安裝位置，盡量安裝在與用戶家庭布線系統(tǒng)匯聚點處，應避免安裝在潮濕、高溫、有強磁場干擾源的地方。

終端設備安裝位置應有220 V 交流電源，電源應有接地保護，電源插座應選用三眼插座。如果有預埋箱體（綜合信息箱），則箱內必須引入220 V 電源，保證有足夠的空間進行光纖熔接和安裝，且有光終端、分配器等器件的安裝位置。

2.3 ODN 網絡設計

2.3.1 廣電FTTH 光網絡結構分析

圖3 為典型的廣電FTTH 網絡結構（雙纖三波）示意圖。以下重點對ODN 分光結構進行分析。

圖3 廣電FTTH 網絡結構（雙纖三波）示意圖

初期廣覆蓋時，EPON 系統(tǒng)采用二級分光、偶數光分路（1 ∶4 ∶16，總分光比為1 ∶64）模式設計，分散安裝。OLT 設備的每個無源光網絡（Passive Optical Network，PON）口帶寬均為1 Gb·s-1，每戶靜態(tài)帶寬約15 Mb·s-1。EPON 系統(tǒng)第一級光分比為1 ∶4，第二級光分比為1 ∶16。1 550 nm 采用三級分光，1 550 nm 系統(tǒng)第一級分光比為1 ∶2，第二級分光比為1 ∶8，第三級分光比為1 ∶16。1 550 nm 系統(tǒng)總分路比為1 ∶256，1 ∶2 光分路器部署在分機房或小區(qū)機房中，1 ∶8 光分路器部署在小區(qū)光交接箱中，1 ∶16 光分路器部署在分纖箱中。用戶終端為光接收機和ONU。用戶級光放大器輸出功率為22 dBmW。

隨著業(yè)務的開展，每個PON 口的數據流量達到80%負荷的時候則需要進行拆分，可按總分比為1 ∶32 和1 ∶16 等方式進行收斂。1 ∶2 和1 ∶4 光分路器采用19 英寸機架式，固定安裝在標準機柜中，輸入輸出采用活動式連接頭（1 550 nm系統(tǒng)采用優(yōu)質SC/APC 型接頭，EPON 系統(tǒng)采用優(yōu)質SC/PC 型）；1 ∶8 或1 ∶16 光分路器采用盒式或插片式光分路器，輸入輸出采用活動式連接頭FC/APC 或SC/APC。

2.3.2 FTTH 光鏈路損耗與光功率設計

FTTH 光鏈路總損耗主要包括光纖損耗、活動連接器（法蘭）插入衰減以及光分路器的分光損耗（或稱插入損耗）。設計時必須控制總損耗，使其符合FTTH 系統(tǒng)傳輸設備OLT、1 550 nm 光放大器和光終端（ONU+光接收機）的光功率預算要求。

FTTH 光鏈路總損耗計算公式為光鏈路損耗=纖芯長度損耗+熔接損耗+活動接頭損耗+設備插損+系統(tǒng)預留損耗。

不同波長的光纖損耗數據如下：1 310 nm 波長時0.35 dB·km-1，1 490 nm 波長時0.30 dB·km-1，1 550 nm 波長時0.25 dB·km-1；光活動連接器（法蘭）插入衰減為每個0.5 dB；光分路器插入損耗如表1所示。光鏈路富余度（預留）按1 dB 考慮。

表1 光分路器插入衰減等參考值

2.3.2.1 廣播電視鏈路的光功率設計

用于傳輸電視信號的EDFA 一般設置在靠近用戶區(qū)域的分機房中。EDFA 的輸出光功率一般選擇性價比最高的22 dBmW 規(guī)格。光節(jié)點光接收機最低輸入光功率設計要求控制在-12 dBmW 以上。EDFA 至用戶終端之間的光路總損耗應控制在33 dB 內，其中分光損耗應控制在28 dB 以內，光纜損耗2 dB、活動連接器損耗2 dB，系統(tǒng)預留1 dB。

2.3.2.2 EPON 鏈路的光功率設計

EPON 前 端OLT 發(fā) 射 功 率（1 490 nm）范圍為+2 ～+7 dBmW，中間值為4.5 dBmW；OLT 接收光功率控制在-26 ～-22 dBmW，中間值為-24 dBmW。

EPON 終端ONU 上行發(fā)射（1 310 nm）光功率范圍為0 ～+4 dBmW，中間值為+2 dBmW；ONU接收光功率應控制在-25 ～-19 dBmW，中間值為-22 dBmW。

根據以上數據，可以推算出EPON 通道的光鏈路損耗應在27 dB 左右，其中分光損耗控制在21 dB以內，光纖損耗控制在3 dB 以內、活動連接器損耗2 dB，預留1 dB。

2.4 FTTH 入戶線路設計

FTTH 線路入戶時，單元樓道分纖箱應設置在中間樓層或覆蓋用戶的中間位置，每個單元樓道分纖箱覆蓋用戶數不應超過16 戶（常規(guī)用法有8 戶和16 戶兩種）。

入戶光纜應采用蝶形光纜（2 芯），設計時根據現場環(huán)境條件選擇合適的光纜。為了方便施工和節(jié)約投資，多層住宅、高層住宅、商業(yè)樓宇應采用室內型蝶形光纜，別墅小區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農網應采用室外型自承式蝶形光纜。

工程設計時入戶皮線光纜顏色可考慮選用白色、黑色或黃色，宜與布放環(huán)境的顏色相近。室外皮線光纜顏色應盡量選擇黑色。為避免入戶光纜過長引起斷纖，樓內入戶光纜跨度設計原則上不超過50 m，鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農網等野外環(huán)境原則上不超過150 m，個別特殊情況不超過200 m。

入戶光纜進入用戶住宅，應盡量終結在家庭綜合信息箱內。箱內的220 V 電源線布放應盡量靠邊，電源線不得做接頭，電源線纜的金屬部分不得外露，通電前必須檢查線路是否安裝完畢，以防發(fā)生觸電等事故。

3 結語

當前，廣播電視行業(yè)已經進入有線+5G、4K、8K 一體化融合發(fā)展時代，智慧廣電產業(yè)方興未艾。如何鞏固存量優(yōu)勢，突破發(fā)展瓶頸，是每一個廣電網絡從業(yè)人員需要深度思考的問題。做好FTTH 接入網改造和建設，全面提升廣電基礎網絡品質，是廣電網絡行業(yè)不忘初心、堅持社會效益和經濟效益兩手抓、兩手都要硬的必由之路。