适用于FTTH的用户光缆建设方案初探

2011-05-24上海邮电设计咨询研究院有限公司上海200093

邮电设计技术 2011年6期

刘健，贾明（上海邮电设计咨询研究院有限公司，上海 200093）

0 前言

2009年我国是全球光纤接入（FTTx）用户数增长最多的国家，在基于无源光网络（PON）的FTTx技术应用方面已走在世界前列。我国各大电信运营商正在进一步推行“光进铜退”战略，上海、天津、北京、武汉等地相继出台了“城市光网”、“光城”等建设规划，FTTx将在全国范围内得到广泛部署。光纤接入需求的快速增长，用户光缆网建设规模和覆盖范围的扩大，必将对用户光缆网的结构和配线方式提出新要求。

1 PON概述

PON是指由光纤、分光器、光连接器等无源光构件组成的点对多点（P2MP）的网络。相较有源光接入技术，PON消除了局端与用户端间的有源设备，不仅维护简单、可靠性高、成本低，还能大量节约光纤资源，使之成为光纤到户（FTTH）的主要解决方案。

PON 是由光线路终端（OLT）、光分配网（ODN）及光网络单元（ONU）组成的信号传输系统。不同信号传输格式的PON系统统称为xPON。目前，常用的xPON有以太网无源光网络（EPON）及千兆无源光网络（GPON）等。

PON系统的典型拓扑结构是树形或星形。在下行（OLT→ONU）方向上，OLT发送的信号会传送到各ONU；在上行（ONU→OLT）方向上，各ONU根据OLT指定的时间发送信息，其信息只会传送到OLT而不会传送到其他ONU。PON系统的参考模型见图1。

图1 PON系统参考模型

2 传统用户光缆网的适用性分析

2.1 传统用户光缆网简介

用户光缆网由用户主干光缆、用户配线光缆、用户引入光缆、光灵活点（FP）及光分配点（DP）等部分组成。用户光缆网的物理参考模型见图2。

2.1.1 主干光缆部分

用户主干光缆是指从局所的ODF到FP间的光缆部分。用户主干光缆常见的拓扑结构有环形、总线型及树形。

a）环形拓扑结构。主干光缆物理路由闭合成环，终结在同一局点上，在环路上主干光缆纤芯无递减，进入每个光缆交接箱的主干光缆属同一局向，但有2个不同的物理路由。

b）总线型拓扑结构。主干光缆A、B端分别终结在2个不同的局点上，在路由上主干光缆纤芯无递减，进入每个光缆交接箱的主干光缆分属2个局向，具有2个不同的物理路由。

c）树形拓扑结构。主干光缆起于局端、终于用户侧，芯数从局端起向用户端逐级减少，进入每个光缆交接箱的主干光缆只有1个局向和1个物理路由。

2.1.2 其他部分

a）用户配线光缆。用户配线光缆是指从FP到一级DP间及从一级DP到二级DP间的光缆部分（前者为一级配线光缆，后者为二级配线光缆）。

b）用户引入光缆。用户引入光缆是指从DP到用户侧光缆终端盒间的光缆部分，属用户光缆网的末端。用户端设备通过光跳纤/尾纤与光缆终端盒连接。

c）FP。用户主干光缆与用户配线光缆的交汇点称为FP（相当于传统用户电缆网的交接箱所在位置）。

d）DP。配线光缆与配线光缆或配线光缆与引入光缆的交汇点称为DP（相当于传统用户电缆网的分线盒所在位置）。

2.2 ODN与传统光缆接入网的对应关系

图2 用户光缆网物理参考模型

ODN是在已有传统光缆接入网基础上建设起来的，二者结构既有交集也有区别。ODN由馈线、分光器和支线组成。分光器安装在不同地点时，ODN各部分与传统光缆接入网的对应关系见图3。

2.3 拓扑结构分析

2.3.1 主干光缆网的拓扑结构

传统用户光缆网主要提供点对点（P2P）业务，为用户侧提供点到点直联光纤，并连接至局端汇聚设备。其主要服务对象是对网络安全性要求较高的政府部门、金融、学校、商务办公等政企客户和专线用户。其主干光缆有环形、总线型及树形等3种拓扑结构。

a）环形拓扑结构。环形拓扑的优点是：物理路由成环，可为用户至局间提供双路由，网络安全性高，通过交接箱间的联光缆可在一定程度上实现主干光纤资源的灵活调度；缺点是：光缆全程无递减，敷设量比较大，为兼顾用户接入和路由成环，敷设路由往往较长，不但占用较多的管孔资源，建设成本也相对较高。

b）总线型拓扑结构。总线型拓扑的主要优点与环形拓扑类似，可为用户提供双路由上联至2个局向，网络安全性高，通过交接箱间的联光缆可在一定程度上实现光纤资源的灵活调度；缺点是：主干光缆跨分局区域敷设，光缆全程无递减，路由较长，成本相对较高，用户可归属至2个局向，有跨分局接入现象，运维管理较困难。

c）树形拓扑结构。树形拓扑结构在传统用户主干光缆网中应用的优先级不高。主干光缆为单一路由，安全性相对较差，主干光纤资源难以灵活调度，用户预测的偏差有可能造成部分节点纤芯过剩而新节点无剩余纤芯可用现象。因此，在以政企客户为主或用户需求较难准确预测区域，不适宜采用树形拓扑结构，仅在个别的用户分散或有明确需求区域，考虑投资、建设周期、快速部署等因素时才会予以应用。

图3 ODN与传统光缆接入网的对应关系

2.3.2 FTTH的拓扑结构

FTTH的主要服务对象是广大的普通住宅用户。这些用户对网络安全性的要求较政企客户低，在覆盖区域明确的情况下可较为准确地预测光纤需求。FTTH建设所关注的主要是如何方便、快捷地实现光纤接入，并尽可能以最低的建设成本实现普遍覆盖目标。

鉴于以上原因，当环形与总线型拓扑结构应用于FTTH时缺点是比较明显的：一是它们对光缆路由要求较高，无论用户多少，主干光缆都需一次性建成，建设规模较大，建设工期较长，不便于及时快速地满足用户接入需求，并占用较多的管孔资源；二是主干光缆接头较多（1个交接箱1个接头），增加了传输衰耗；三是全程光缆容量无递减，造成了纤芯及资金浪费。

树形拓扑结构应用于FTTH时可充分发挥其优势：首先，主干光缆可根据用户需求分期分批建设，及时为用户提供接入；其次，光缆出局后可根据用户分布递减敷设，总的光缆路由也最为短捷，能减少大芯数光缆敷设长度、节省建设资金。虽然树形拓扑的网络安全性相对于环形和总线型拓扑稍差些，但对于安全性要求较高的重要用户，可通过不同的树形主干光缆引出配缆，从而实现其节点的双路由保护。

综上所述，树形拓扑结构明显地较传统环形及总线型拓扑结构更加适合于FTTH的大规模部署。

2.4 光缆交接箱的适用性分析

在建设基于P2P业务的传统用户光缆网时，由于用户的需求及用户分布难以预测，因此宜采用灵活性较高的交接配线制。光缆交接箱通常安装在路边或需求较为集中的商务楼宇内，市区交接区一般为0.3~0.9 km2，郊区交接区一般为0.8~1.5 km2，农村地区一般为1.5~3.5 km2。配线光缆容量一般为主干光缆容量的1.5~3倍，主干光缆与配线光缆在交接箱内全部以尾纤成端上适配器，通过跳纤为用户分配主干光纤。

在建设基于PON的FTTH光缆网时，传统跳纤型光交接箱容量不足的问题会十分突出。由于采用了分路器，主干光纤（或分路器上联光纤）的数量得以减少，而配线光纤（或分路器下联光纤）的数量根据不同分路比可以是主干或上联光纤的几倍甚至几十倍，传统光交接箱没有足够的空间供所有主干和配线光缆成端，更没有空间安装光分路器。而采用无跳纤光交接箱则可较好地解决上述问题。其主要特点是配线光缆与尾纤熔接后，尾纤不再上适配器，而是盘留在储纤盒内。当需要开通用户业务时，在储纤盒内找到对应的尾纤后，直接插入分路器对应的下行端口即可。其主要优点是：省去了用于成端配线光缆的适配器安装位置，不仅节省了箱体空间，且腾出的空间还可用于安装光分路器；与传统跳纤型光交接箱相比，无跳纤光交接箱在配线光缆侧减少了1个跳接点，不仅减少了故障点，还减少了0.5 dB的传输损耗，这意味着光缆传输距离可增加近2.5 km。PON建设初期，在OLT部署相对较少、部分接入节点距离OLT较远的情况下，为满足PON口的光功率预算要求，减少跳接点对于部署FTTH网络来说尤其具有积极意义。

综上所述，基于PON的FTTH光缆网建设，传统跳纤型交接箱已无法满足使用要求，改用新型的无跳纤光交接箱是非常必要的。

2.5 FP配纤方式的适用性分析

由于对用户需求及用户分布较难预测，因此传统光缆网采用交接配线制，在FP设置光缆交接箱来收容交接区内的用户。光交接箱往往安装在用户相对集中易于分纤的路边。若要实现FTTH用户接入，需在住宅小区内设置1个DP来安装光分路器，通过配线光缆接入FP的光缆交接箱，主干光缆通过光缆交接箱实现分路器上联。

基于PON的FTTH光缆网面对的是住宅区内的普通用户，其覆盖范围和用户数比较明确。根据目标用户数和选定的分路比，可较为准确地测算出小区配线光缆及上联主干光缆的容量。在这种情况下，用户主干光缆往往采用树形结构，在FP再设置交接箱意义就不大了，可采用直接配线方式，在位于路边的FP上以接头盒取代交接箱，而在小区内的DP设置用于安装光分路器的无跳纤光交接箱。FP采用直接配线的优点：一是接头盒体积小，安装方便，较设置光缆交接箱大大降低了工程实施难度；二是接头盒单价远低于光缆交接箱，可显著地降低建设成本；三是接头盒内光纤以热熔接方式连接，熔接损耗小于0.1 dB，远低于光交接箱内光活动连接器的损耗（无跳纤光交损耗为0.5 dB，传统光交损耗为1 dB）。可见，在FP采用直接配线方式更适用于FTTH用户光缆网建设。

3 适用于FTTH的用户光缆建设方案

3.1 建设思路的变革

综上所述，鉴于传统用户光缆方案无论是拓扑结构还是配纤方式均已不适宜FTTH的规模化部署，因此应根据FTTH特点改变传统的建设思路，以寻求适用于FTTH的用户光缆建设方案。

首先，在主干光缆拓扑结构方面参照铜缆网设计思路，采用树形拓扑结构更适宜于FTTH发展。主要优点是路由灵活、节约投资、可扩展性强、实施相对容易。

其次，以无跳纤光交接设备取代传统光交接箱。主要优点是：减少跳纤和适配器，提高箱内空间利用率，降低光功率损耗，减少故障点，可内置分路器。

第三，以直接配线制代替交接配线制，在FP上以接头盒代替原光交接设备。主要优点是：降低建设成本，减少活接头降低光功率损耗，降低实施难度。

3.2 FTTH工程用户主干光缆建设方案的对比示例

图4为FTTH工程2种用户主干光缆建设方案对比示例。其中：红色虚线为传统建设方案，主干光缆采用环形拓扑结构，在FP上设置光缆交接箱；黑色实线为适用于FTTH的改进方案，主干光缆采用树形拓扑结构，在FP上以接头盒代替光缆交接箱，采用直接配线制分配光缆容量。由图4可知，在覆盖范围相同的情况下，传统方案中大容量光缆建设规模明显大于改进方案，总的建设成本明显高于后者。

4 结束语

随着FTTH规模化部署进程的不断加快，接入网的光纤化速度也日益提高。鉴于用户光缆网的接入对象已不再仅仅局限于政企大客户，而是要面向所有用户，因此建设方案应针对不同用户需求作相应改变。笔者根据多年来的FTTH建设工程规划设计实践经验，针对目前常用的用户光缆建设方案略作探讨，旨在“抛砖引玉”、开拓思路，与同仁共同探寻适用于FTTH的用户光缆建设方案。