宽带接入新技术——GPON的原理和解决方案

中国铁通集团有限公司重庆分公司 田 海

GPON是光接入网中颇具应用前景的技术，它打破了运营商传统的宽带接入方案，在解决宽带接入问题上是一种经济的、面向未来多业务的用户接入技术。GPON技术是基于最新一代宽带无源光网络接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，完美解决电信运营商“最后一公里”的瓶颈。

随着互联网、云计算、新一代移动通信（3G/4G）、三网融合、物联网的广泛应用、高带宽的光通信网络不仅成为实现信息高速公路的重要方式，而且成为信息产业快速发展的基础。

在国内，随着运营商和生产厂家的共同推动，以GPON技术为代表的FTTH/FTTB/FTTC应用已从试验阶段进入到商用阶段。GPON宽带接入技术，未来几年内将为电信运营商提供更强有力的支撑。

一、GPON技术原理

PON(Passive Optic Network)是一种单纤双向的光接入网络，它主要由光线路终端OLT、光网络单元ONU、无源分光器POS三部分组成。为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，PON采用WDM技术，下行采用1490nm波长，上行采用1310nm波长实现单纤双向数据传输。GPON下行采用广播技术，同一PON口下的主干光纤和分光后的数据都是一样的，每个ONU收到的数据也是一样的，ONU通过Gemport ID来识别、区分和过滤属于自己的数据。GPON的上行方向采用TDMA的方式工作，每个ONU必须在许可的时隙才能发送数据，不属于自己的时隙必须关闭光模块的发送信号，才不至于影响其他的ONU的正常工作，所以OLT给每个ONU分配一定的授权时间窗口，ONU在OLT分配的时间窗口内发送数据，占用上行带宽，因此实现上行带宽的动态分配。

二、GPON系统组成及技术特点

（一）GPON系统组成

GPON系统主要由OLT(光线路终端)、ODN(光分配网络)、ONU(光网络单元)组成，其中ODN由无源分光器和光纤线路等组成。OLT放置于业务接入中心节点，为接入网提供网络侧与城域网之间的接口，通过多个GE/FE接口上联不同的业务网络；ONU放置于小区或楼内机房，为接入网提供用户侧的接口，提供语音、数据、视频等多业务流的接入，通过GE光口经ODN上联至OLT。

（二）GPON技术特点

1.较高的带宽和传输效率，下行速率高达2.5Gbit/s，上行为1.25Gbit/s，可以满足运营商对未来大部分业务的带宽需求，协议采用GEM的封装方式可以更好的提升数据的传输效率。

2.传输距离大，支持大于20KM的接入距离。GPON系统中OLT到ONU的最远接入距离可以达到60KM以上，但要注意的是ONU之间的距离不能超过20KM。

3.GPON与ONU之间采用单纤接入，使用一根光纤就可以满足的用户的接入需求，可以大量节省运营商在接入层的光纤资源。

4.室外的光分配网络中使用物理特性非常稳定的光纤和无源分光器，没有任何带电设备，使得网络可靠性更高，不易受到外界干扰。

三、GPON在FTTX中的技术应用

1.FTTB和FTTC解决方案

FTTB（光纤到楼）、FTTC（光纤到路边）它是利用GPON技术，光纤直接到小区或楼道里，再通过电缆或超五类双绞线（非屏蔽双绞线）到各个用户。每个ONU根据不同型号能够为用户提供端口为8户、16户、或者128户。

FTTB/FTTC组网如图1。

图1 FTTB/FTTC组网

OLT放置在运营商端局机房，作为用户业务的收敛及分发，通过光纤上联至汇聚交换机，通过光纤网络连接ONU设备，在ONU处终结光信号，用户侧提供铜线或五类线接口。

具体的实现方案又有如下几种：

（1）FTTB+xDSL

这种方式是将ONU设备布置在小区机房，采用ONU上联口和局端的OLT设备相连，用户侧提供xDSL接口通过双绞线入户，用户通过MODEM拨号上网。这种方式利用现有的双绞线资源，充分利用小区现有的线路，为用户提供目前非常成熟的ADSL服务。

（2）FTTB+LAN

这种方式使用以太网接口（如8个或者16个），由于UTP五类线具有距离限制，需要保证ONU到最终用户的走线距离不超过100米，因此将ONU设备布置在楼层或楼道，尽量缩短到用户的距离。

2.FTTH解决方案。

FTTH(Fiber To The Home)，顾名思义就是光纤到户。具体说，FTTH是指将光网络单元(ONU)安装在用户家中或企业用户处，是光接入系列中最靠近用户的光接入网应用类型。FTTH的显著技术特点是不但提供更大的带宽，而且简化了维护和安装。

FTTH组网如图2。

图2 FTTH组网

在FTTH网络中，无论是别墅区还是多层小区，ONU都是置于用户家中，在OLT和ONT之间采用无源的光分配网络（主要由光分设备和光纤构成）。OLT可以置于远端的端局机房，也可以置于小区机房，具体可以依据实际条件而定。FTTH网络结构在ONU点可以采用家庭220V交流供电或通过UPS供电。

OLT和ONU侧都提供了高速的数据接口，ONU的以太网接口提供用户的宽带上网接入，目前用户认证和管理仍然由BRAS来完成，以保持与现有用户管理方式的一致性。对语音业务采用VoIP技术，通过软交换平台实现用户语音需求。

在FTTH模式下，维护投入最少，故障点相对较少，维护最便利，运营投入方面耗电主要来自于对应端口数的OLT设备，电费最少。

四、GPON在某住宅项目中的工程案例

1.项目概况

某还建房住宅项目，共有楼房25栋，目前入住用户为1000户。开发商采用的是光纤到户的缆线布局，需要为社区内用户的业务包括语音、宽带等。

2.解决方案

针对项目特点，并考虑到今后扩容、升级等因素和该小区的楼层内缆线的规划设计，采用GPON光纤到户(FTTH)的整体解决方案。OLT就近部署在接入机房内，通过光分配网络GE链路上联到中心机房核心交换设备，分光器按楼布放，ONU放置在每用户屋内的综合信息箱内，由用户提供ONU设备供电。

五、结束语

随着现代信息技术发展，广播电视网、电信业务网、计算机网的融合已成为必然趋势。通过三网融合，不仅可实现资源共享，还可直接减少不必要的重复建设和资源浪费，产生较大的经济效益。作为PON技术中有明显优势的GPON技术，是一种能真正支持语音、数据和视频的全业务的接入技术。GPON技术具有丰富的业务管理能力，具有面向未来、可升级的多业务环境。随着人们对GPON的进一步认识及产品价格的降低，GPON将发挥其更大的优势，在今后网络建设中占据重要地位。

[1]强云鹏.GPON技术原理与设计[J].科技资讯,2009.

[2]季伟,刘永辉,刘剑,等.实现三网融合的FTTH工程设计[J].光通信技,2010.