基于无源光网络技术的广电光纤入户设计方案.pdf

Telecom Power Technology 147 Sep.10,2023,Vol.40 No.17 2023 年 9 月 10 日第 40 卷第 17 期通信网络技术DOI：10.19399/ki.tpt.2023.17.048基于无源光网络技术的广电光纤入户设计方案陈周廷，陆 挺（诸暨市融媒体中心，浙江 绍兴 311800）摘要：在当今我国实行“宽带中国”战略下，光纤入户逐渐取代有线接入，成为人们的新选择。相较于传统的有线接入，光纤接入技术具有抗干扰能力强、传输容量大以及无限宽带等优点，能大大提升网络传输的稳定性。以无源光纤网络（Passive Optical Network，PON）技术为基础，设计广电网络光纤入户的技术方案。关键词：无源光网络（PON）技术；广电网络；光纤入户Design Scheme for Radio and Television Fiber Optic Home Access Based on Passive Optical Network TechnologyCHEN Zhouting,LU Ting(Zhuji RongMedia Center,Shaoxing 311800,China)Abstract:In todays China,under the strategy of“broadband China”,light enters the household has gradually replaced the wired access to become peoples new choice.Compared with traditional wired access,optical fiber access technology has many advantages such as strong anti-interference ability,large transmission capacity and unlimited broadband,which can greatly improve the stability of network transmission.Based on the technology of Passive Optical Network(PON),this paper designs the technical scheme of broadcasting network optical fiber into households.Keywords:Passive Optical Network(PON)technology;radio and television network;optical fiber access0 引 言光纤到户（Fiber To The Home，FTTH）作为未来家庭宽带发展的主要方向，得益于无源光纤网络（Passive Optical Network，PON）技术的成熟和完善和用户端光网络单元（Optical Network Unit，ONU）的价格不断降低。在 FTTH 建设方面，中国广播电视网络有限公司应充分结合自身条件，综合考虑价格、技术以及性能等多方面的因素，合理选择建设模式。从现阶段光纤网络接入的以太数据通过同轴电缆传输（Ethernet over Coax，EoC）和电缆调制解调器终端系统（Cable Modem Terminal Systems，CMTS）技术来看，FTTH 仍存在技术演进路线不明确和无法满足用户需求等缺陷，为进一步推动光纤网络建设，研究光纤入户方案。1 PON 技术概述基于 PON 技术的光纤接入示意如图 1 所示。由图 1 可知，光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）可以结合具体业务类型，通过不同的设备将业务数据发送至终端用户和将终端用户所反馈的数据信息传输至业务网；而光配线网络（Optical Distribution Network，ODN）主要用于链接核心网和用户之间的传输任务，传输数据信息。由于 ODN 网络使用的无源器件具有使用成本低、对安装环境没有特殊要求等优点，能大大降低光纤网络的架设成本和运维支出1。在 OLT 和 ONU 之间进行传输的便是 PON，PON 技术并不是单纯的点对点之间的传输，因此数据上行和数据下行有着很大的不同。2 FTTH 系统双平面架构2.1 A 平面拓扑结构A平面架构设计依据国际电信联盟标准（International Telecommunication Union，ITU），具体波长为1 550 nm。该波长主要由广播波长和点播波长构成，这 2 种信号会在 A 平面架构中进行耦合。2 种波长耦合的原理如图 2 所示。光纤双纤4波系统可以在业务分配点上放大和分配经过耦合的波长信号。光传送网（Optical Transport Network，OTN）位于用户端，可以将系统输出的射频信号传输至用户端2。而同轴光纤双缆系统能够将 OTN 所输出的射频信号输至用户端。2.2 B 平面拓扑结构B 平面架构的下行波长为 1 490 nm，上行波长为 1 310 nm。在 B 平面架构中，以太网无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON）通常采用星型结构或树形结构来完成单纤双向的光纤入网，主要由 ODN、OLT 这 2 部分组成，具体的结构如图 3所示。收稿日期：2023-07-22作者简介：陈周廷（1975），男，浙江诸暨人，本科，工程师，主要研究方向为工程技术。2023 年 9 月 10 日第 40 卷第 17 期Sep.10,2023,Vol.40 No.17Telecom Power Technology 148 用户侧接口UNI网络侧接口SNIR/SS/RODNOLTONU1ONU2ONUn无源光分路器图 3 EPON 单纤双向的光纤入网3 FTTH 网元设置3.1 OLT 设置光纤用户的数量越少，相应的接入层光缆资源富裕度越高，此时可以将 OLT 设置在网络运营商机房中；相反，如果光纤用户数量较多，接入层的光缆资源富裕度不足，OLT 设置应优先考虑下沉至住宅楼的通信机房。3.2 ONT、ONU 设置对于用户来讲，其所使用到的终端设备主要是光网络终端和家用型光网络设备（Optical Network Terminal，ONT）2 种。采取双纤入户时，通常会将用户多网络终端安装在用户侧的多媒体终端箱内3。而在采取双缆入户时，通常 ONU 会安装在用户端的多媒体终端箱内，ONT 则被放置于楼道的弱电井中。4 EPON 光纤链路衰减计算设计 FTTH 方案的过程中，需要分析和计算EPON 系统的光纤链路损耗情况，光链路的具体模型如图 4 所示。设计双纤入户的 A 平面架构时，如果采用独立式的掺铒光纤放大器（Erbium-Doped optical Fiber Amplifier，EDFA），则EDFA在小区机房接32分路器。设计 B 平面架构时，采用 EPON 组网，光模块采用PX20+，其能支持光链路的最大损耗计算过程如下。PON 接口光纤链路所能够允许的最大衰减为 maxiiiic1111inf11nnnniiiiLLSKDM=+（1）式中：Li为光衰减；Si为光纤链路中的熔接接头和冷接头衰减，但并不包括户外手控中的熔接头衰减；Ki为光纤链路中的活动链接器插入衰减；Di为光纤链路中的光分路器插入衰减；Mc为光纤富余度。那么 FTTH 光纤设计方案中全程 n 段光纤的衰减总和可以表示为 inf11nnnniiiinniiLL A=（2）式中：Ln为光纤的长度；Af为光纤衰减指标。插入二级分光器后，光纤链路中分光器插入会发生衰减，常见的光分路器典型插入衰减参数如表 1所示。光纤富余度可以依照下列条件进行取值：在光纤链路长度小于 5 km 的情况下，取值应大于 1 dB；IP/以太 业务网络SNIUNI家庭楼宇用户公司/办公室OLTODNONUONUONUFTTHFTTOFTTBTDM业务网络基于 PON 的光纤接入网络CATV业务网络核心网图 1 基于 PON 的光纤接入网络网络侧接口用户侧接口传输层BC：ITU31EDFAONTNC：ITU27图 2 A 平面架构广播信号和点播信号波长耦合 表 1 光分路器插入衰减参数 单位：dB分路器类型1 21 41 8 或 2 81 16 或 2 161 32 或 2 32FBT 或 PLC 3.6 7.3 10.7 14.0 17.7 2023 年 9 月 10 日第 40 卷第 17 期 149 Telecom Power TechnologySep.10,2023,Vol.40 No.17 陈周廷，等：基于无源光网络技术的 广电光纤入户设计方案在光纤链路长度大于等于 5 km 且小于 10 km 的情况下，取值应大于2 dB；在光纤链路长度大于等于10 km的情况下，取值应大于 3 dB。从现实应用情况来看，工程计算通常取值为 2 dB。A 平面架构主要包含光功率放大器、家用光接收机等设备。通常情况下，A 平面架构采用的光功率放大器是独立式的 EDFA，大小为 22 dB，其输入光功率范围为-3 +10 dBm。对于家用光接收机来讲，其标称功率为-15 dBm。通过计算可以得出 EPON 光纤链路广播通道的最大插损为 37 dB。考虑 B 平面架构采用的为 EPON 技术，OLT 的发射光功率范围为 2.5 7 dBm4。使用 PX20+光模块时，OLT 和 ONU 链路间的损耗 28 dB，在进行FTTH 光纤分配时采用 416 的二级分光模式，经过计算可以得出小区机房的光信号覆盖范围最大为5 km。5 FTTH 网络建设模型以用户密度较大的高层住宅小区为例，在进行FTTH 建设时需要遵循以下原则：将小区内外包数据中心（Outsourcing Data Center，ODC）设置为一级分光点，并结合制定的网络规划，将综合业务接入点下沉至该小区5。将每栋楼设置为二级分光点，综合考虑双向业务和宽带业务的渗透率。为减少占用 EPON 接口资源，应设置每个二级分光点所覆盖用户大于二级分光比的 2 倍。FTTH 网络覆盖用户数据带宽，如表 2所示。假设小区内 ODN 分光比按照 416 进行设计，依据用户分布的具体情况和使用密度，设计最优的ODN 安装位置和光分路器组合方式。表 2 FTTH 网络覆盖用户数据带宽类别PON 口容量/（Gb/s）覆盖户数/个 每户带宽/（Mb/s）GEPON16415.62510G EPON106415.625以 ODN 分光比 416 为例，在该模式下，系统的二级分光点到用户终端的线路应使用 2 芯光缆；系统一级分光点到二级分光点的线路应使用 4 芯光缆；系统一级分光点到光站的线路应使用 4 芯光缆；一级分光点到综合业务接入点的线路连接应依据不同的情况来使用不同的线缆。待所有设计方案确定之后，即可计算纤芯冗余设计量，该方案中冗余量 为 30%。对于小区内高层建筑，选择同轴光纤双缆建设方案，将 FTTB 光机安装在楼顶。而采用双口光机方案进行设计时，每个端口需要覆盖的用户数量为 64。6 结 论在我国三网融合战略实施的背景下，传统的有线电视宽带已经无法满足人们的使用需求，而以光纤为主的双向网络改造已经成为光纤入户的一种重要方式，文章基于 PON 技术设计广电光纤网络入户的具体方案。在实际的方案选择时，需要依据循序渐进的原则，在确保满足现有用户使用需求的基础上，选择最为经济、简洁的方案，同时应注意预留一定的光纤的纤芯数，以便做到即便增加使用用户数量，也能保证方案的灵活性。参考文献：1 肖 锋，杨木伟.基于 I-PON 方式的有线电视网络升级改造方案研究 J.广播与电视技术，2021，48（8）：84-89.2 田 歌，田 野.助力 4K 超高清/VR 视频普及，广电双光纤入户网的设计与实践J.科技风，2019（14）：2.3 叶 楠.光纤入户万兆 IP 广播方案探讨 J.唐山师范学院学报，2018，40（3）：77-80.4 陈红华.浅谈东莞广电针对自身实际在光纤入户方面的技术应用 J.通讯世界，2018（1）：18-19.5 俞立勋.广电网络新业务的技术支撑：光纤入户的设计与实现 J.新媒体研究，2017，3（23）：12-13.OLTR/SONUS/R光链路MODF2 个2 个主干 光交接箱（免跳接）2 个（光分路器）（免跳接）2 个（光分路器）光配线点 一级分光点光用户节点 二级分光点局端OLT终端ONUOLT活接头数量图 4 光链路模型