配合FTTH及LTE建设的光纤接入网设计

2015-04-13上海邮电设计咨询研究院有限公司上海200092

邮电设计技术 2015年9期

夏渊，刘健（上海邮电设计咨询研究院有限公司，上海200092）

0 前言

光纤接入网作为综合业务承载网的传输通道，承载了无线基站、重要大客户、IDC 业务、家庭客户、WLAN、综合业务等多种电信业务的接入，是电信网重要的基础资源。随着城市规模的不断扩大，人口密度的不断提高，用户流动性的不断增加，以及各种电信业务的快速发展，光纤接入网的负载日益加重，需要不断优化以提高承载能力，及时满足需求。而为了控制成本，运营商在通信基础设施建设方面的投入逐年递减，越来越关注现有资源的挖潜。受这2 方面因素的制约，要做好光纤接入网的规划设计，其难度越来越高。在此背景下，以接入网用户的具体需求为规划依据，自下而上地规划光纤接入网的建设，通过数据推导，得出光纤接入网的最佳建设方案可在指导或者影响通信网络架构的建设方面起到重要作用，已越来越受到运营商的重视。

笔者长期从事城域光纤网的规划设计工作，积累了些许经验，本文将就光纤接入网的规划设计方法进行探讨，并分享一些在实际中遇到的问题及其应对方案，旨在抛砖引玉，供大家参考。

1 光纤接入网规划设计的重要性

对北京、上海这类人口密度极高的特大型城市而言，光纤接入网的合理规划设计对节省建设投资、优化资源配置、减少维护量而言显得尤其重要，这是由传输线路网的特殊性决定的。一是因为光缆线路网络作为通信基础设施运营年限长，建成后进行大规模改动的成本极高，而传输、数据等业务设备则可通过更新或升级来及时适应用户需求；二是光缆网络一次性投资很大，在综合建设成本中占有较高的比重，例如在城市光网建设中，ODN的投资约占总投资额的40%。与建设后期的控制施工、材料成本相比，作为建设的龙头——前期规划、设计方案的优化在有效节省投资方面可以发挥事半功倍的效果。上述光缆线路网络的特殊性要求线路网的规划设计需有足够前瞻性及准确的预见性，以适应其较长的服务年限内用户的需求变化。

2 用户光缆网设计经验总结

用户光缆网从结构上可以分为馈线（即用户主干光缆）、配线（即配线光缆）和引入线（即用户引入光缆）3 部分。通常配线光缆按实际用户需求建设，比较分散，而用户主干光缆的建设往往相对集中地批量进行建设，故在需求预测方面需要适度超前。

用户光缆网中，常用的主干拓扑结构有环形、总线形和树形3 种（见图1）。在用户主干光缆的规划设计中，笔者总结了以下一些设计经验。

a）环形、总线形结构安全性较高，适用于重要商业客户的接入；树形结构灵活性强，安全性相对差，适用于对安全性要求不高的公众客户的接入。

b）通常用户主干光缆的资源分配应该与该光缆覆盖区域的网格划分相匹配，减少重复覆盖，提高主干资源利用率。

c）用户主干光缆的方案设计宜在现有需求基础上适度超前，通过设置一些光缆预留点为未来3～5 年可能出现的需求提供纤芯资源。需要注意的是，采用此种方式时，设计人员必须做好这些预留点资源的记录，做到心中有数，以便于今后预留资源的统一管理和有针对性地启用。主干资源管理表如表1所示。

图1 光缆网架构

d）主干光缆覆盖范围需根据EPON设备端口对传输指标的要求而确定。

e）采用环形、总线形的主干光缆，且交接箱在室外时，室外光交接箱宜安装监控信号采集器，主干光缆宜选用带信号线的光电混合缆，以便于将光交的监控信号回传至局内，实现对室外光交状态的实时监控。

f）为了便于统一维护和管理，环形、总线形光缆的光交主干配纤容量可考虑采用平均分配的方式，通过调节光交密度来满足实际需求的不均衡。树形光缆则可根据所覆盖网格的具体需求灵活配置主干光纤容量。

g）配线光缆作为“最后一公里”其需求较为分散，建设方式多样，设计人员需根据各种不同的物理环境，因地制宜地设计合理的配线光缆敷设方式和路由。另外配线光缆设计也应注意管孔节约的问题，对于预留接头的配线光缆也应做好相应的记录，便于今后使用。

3 FTTH 设计经验

FTTH 的规划设计是一个系统工程，小区ODN 布线、主干光缆资源布局以及OLT 的布局需通盘考虑，且宜遵循自下而上的原则进行整体规划，具体项目的设计和施工可依具体需求分步实施。笔者参与FTTH规划设计并协调建设过程多年，积累了些许经验和教训。

表1 ××局用户主干光缆主干资源管理表（局部）

早在2010年上海率先大规模进行住宅小区FTTH建设之初，某区局因初期投资有限，经验不足，又急着赶进度，OLT节点的设置与用户光缆网的建设各自为政，没有充分考虑两者的关联性，导致不少用户无法就近连接到局端OLT。某些小区虽然建好了ODN，且利用已建的主干光缆资源就近上联至所属端局，但该局的OLT PON 端口资源不足或因设备安装进度滞后以至于无法及时开通，在业务开通、占领用户市场指标的压力下不得不通过占用宝贵的中继光缆资源转接到其他有空余PON口的端局，如此不仅拉高了整个ODN的平均造价，而且因光链路过长、转接点过多，导致传输衰耗较高，显著影响传输质量，今后带宽需求提升到50 Mbit/s以上时可能又将面临二次改造。这种缺乏全局观念的应急措施如果不及时修正，随着绕道开通FTTH 小区的增加，用户光缆和中继光缆网将面临难以收拾的混乱局面。

面对以上情况，规划设计人员在针对该区局用户光缆资源以及PON端口资源进行深入调研的基础上，一改线路配合设备布局的传统做法，提出“自下而上”的新思路，即以用户主干光缆的建设方案指导OLT、IPMAN布局，同时快速编制该区局的用户光缆网建设规划，用以指导该区局城市光网的有序建设。规划除了依据上文所述主要原则之外，还依据以下情况确定了OLT 分步建设的计划，并结合用户需求、小区ODN建设进度、端局近期（3～6 个月）的PON 口需求数确定了OLT的建设计划。

a）规划拟建的树形主干光缆覆盖的公众客户用户数。

b）该树形主干光缆建设进度及其所覆盖小区的配线光缆建设进度。

c）该区局前端发展用户进度。

d）各端局在近期（3～6个月）的PON口需求数。

同时，规划设计人员还通过OLT 建设的具体上联需求，指导了IPMAN 相关汇聚配套设备的规划布局，极具针对性，大大提高了资源利用率。由于以上重要原则在城市光网建设中得到了充分贯彻执行，该区局在随后几年的城市光网建设各项考核一直名列前茅。

在FTTH 光纤接入网的规划设计过程中，设计人员不仅应在宏观上提出条理清晰、层次分明、极具针对性、个性化而又灵活的城市光网建设指导意见，在具体的设计施工细微之处还需解决一揽子实际难题。例如，运营商为了加快FTTH建设进度，往往采用主干光缆和小区ODN工程同步进行的方式，该方式虽然能显著缩短FTTH 业务开通周期，但两者很难真正合拍。为了解决该问题，设计人员（通常是项目总负责人）采用编制上联光缆资源表的方式，将小区ODN上联至主干光缆的工程单独列出来，根据主干光缆规划结合实际各配套环节建设进度情况编制FTTH小区主干上联资源管理表，有效调配主干光缆资源，集中有限资源快速开通FTTH小区；再比如针对工程中楼道光分路箱、光缆交接箱安装位置、施工盘缆等是否影响环境和居民日常生活等细节问题，设计人员总结出一系列细致的指导意见，针对新建小区多运营商共享小区配线资源的建设方式进行了探索和实践。

若主干光缆、小区上联光缆、小区ODN 的建设均在同一时期进行，各单项配套的有效衔接是快速开通FTTH小区的关键。

4 配合LTE 基站建设的接入光缆网设计经验

在目前LTE 系统中，大量采用了基于射频拉远技术的分布式基站设备（BBU+RRU）。其中BBU 是基带单元，安装在基站机房内；RRU是射频拉远模块，通过CPRI 接口借助光纤与BBU 相连（为节约光纤资源，BBU 与RRU 的接口光模块应采用单纤双向工作方式），拉远模块可以根据建设需要设置在远端。采用射频拉远技术带来了一种新型的分布式网络覆盖模式，即BBU集中放置模式，它将大容量宏蜂窝基站集中放置在可获得的中心机房内，基带部分集中处理，采用光纤将射频模块拉到远端RRU，分置于网络规划所确定的站点（也即天面平台）上，从而节省了常规解决方案所需要的大量分散的基站机房。该方案最大的优势在于能大大降低基站寻址难度，节约基站机房投资，降低维护工作量，还能充分利用运营商已建的光缆接入网资源，可谓一举多得。但其前提条件是运营商需要有一定的局房资源和充沛的接入光缆资源。

4.1 BBU 集中设置的LTE 快速组网设计经验

在具体实施过程中最大的难点是如何使BBU 建设需求和现有光缆资源迅速匹配。以上海某局LTE一期建设为例，该局一期规划近700个LTE基站，BBU集中安装在自有端局内，通过用户光缆连接RRU，其RRU—基站—核心网上联链路基本架构为：RRU—BBU—A路由器—B路由器—IPMAN（见图2）。

当时该局在LTE网络规划建设时面临的一大难题是：“什么时候、在哪个端局、需安装多少台BBU？需要占用多少主干光缆资源？”。规划设计人员在获悉了700 多个规划LTE 基站位置后，设计了一张光缆专业要素排摸表（见表2），对这些基站周围的光交接箱及主干光缆情况进行梳理排摸，将基站与现有主干光缆资源进行匹配，从而确定基站上联的端局局向，由此可知哪些端局需要安装多少台BBU。再结合基站建设进度安排BBU 的动态建设计划。小小一张表格推出的成果使得LTE网络主体及配套部分的建设计划得以有效衔接，为决策部门提供了最切实可行的决策依据。该方法显著提高了该局LTE 的建设进度，提升了建设资金的使用效率。

4.2 BBU —R R U 间光纤组网的设计经验

BBU—RRU间光纤的组网方式可有以下2种。

方式一：采用1 个天面的3 个RRU 分别连接至所属BBU。

图2 BBU集中设置的系统架构

表2 配合LTE基站建设城域网光缆专业排摸要素

方式二：采用1个天面的3个RRU采用级联方式，与BBU间形成环保护。

方式一对光纤资源的需求相对更高，但是对RRU设备的可靠性要求较低，技术成熟度较高；方式二对光纤资源的需求度相对较低，但是若其中一个RRU故障会中断其他2个RRU与BBU的连接，对RRU设备的可靠性要求高，而且目前技术成熟度还较低。总体而言，方式二的设计思想更先进，更切合特大型城市组网的大部分场景需求。

图3示出的是BBU-RRU间的组网方式。

图3 BBU-RRU间的组网方式

4.3 基于光缆网的LTE 网络建设的某些费效经验

上海某运营商强大的接入网光缆资源为BBU 池的建设创造了良好的条件。而试验表明BBU 池组化可增加扇区边缘性能，提高网络质量；可实现站内的载波聚合，提高速率；可实现多个无线站点基带资源共享，灵活配置基带资源，提高资源利用率。另一方面，采用BBU 集中设置可显著节省建设及运维成本。由于采用BBU集中设置原则，2013—2014年该运营商的LTE网络建设经过初步估算节约建设资金约10亿元。

4.4 未来需要考虑的问题

LTE-A 需要通过载波聚合技术来实现带宽提速，但会导致基站小区边缘同频干扰严重。而基站协同（CoMP）是LTE-A 提升频谱利用效率的关键技术，同时对网络提出高时延要求。跨机房单BBU 协同需要带宽为15 Mbit/s，允许时延要求为4 ms，因此研究如何建设现有的光纤接入网从而缩短达到临近BBU 池的传送距离和跳数，是近期光纤接入网规划所需重点考虑的问题。

总之，BBU 集中放置的前提是运营商具备强大的光纤接入网资源优势，而这必将成为今后移动通信网络建设、网络质量、运维竞争的核心优势。

5 结束语

光纤接入网的设计是一个长期、繁琐、复杂的过程，需要设计人员丰富的设计经验和灵活应变的能力，而耐心、坚持、有责任心则是设计人员最重要的品格和素质。一个条理清晰、层次分明、资源利用率高的光缆接入网不是一朝一夕能够建成的，需要设计团队不断地付出努力，与时俱进地不断创新才会取得明显的效果。在当今大数据时代，可考虑将GIS 系统与综资系统有效融合，引入一些数据挖掘的概念也必将为今后光纤接入网的规划建设提供更精准的数据依据，从而为通信网络全网架构的建设提供更有效支撑。

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