采用PON技术实现FTTH的设计方法

赵勇+周东方

摘要：随着光接入网的大规模应用，FTTH接入方式占比逐渐提高。本文主要讨论采用PON技术实现光纤到户（FTTH）的设计中的相关问题，例如：PON网络传输距离的测算、带宽的测算、OLT节点的设置、ODN组网设计等。

关键词：PON；FTTH；OLT；ODN

中图分类号：TN929.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）05-0018-02

随着市场竞争进一步激烈，宽带流量剧增和业务收入缓增的矛盾逼迫运营商在不断升级用户带宽的同时必须不断降低接入网建设和运营成本。随着三网融合的发展，未来PON技术还会获得更大规模的部署，因此当前阶段深入研究PON技术的技术特点、设计方法是非常重要的。

1 PON的基础知识

1.1 PON的定义与构成

PON：即无源光网络。PON 由局侧的光线路终端、用户侧的光网络单元和光配线网络组成[1]。无源是指光配线网络均由无源器件组成，其中主要是分光器（一般为1：4至1：64）、外线光缆和皮线尾纤，不需要考虑供电保障。

1.2 PON的基本原理

PON系统使用粗波分技术，通过不同方向、不同业务使用不同波长的光信号，实现单纤双向多业务传输。分离同一根光纤上多个用户的上行、下行方向的信号，采用两种复用技术：（1）PON下行业务：下行业务采用的是广播技术，OLT连续广播发送，每帧业务都携带相应的LLID，ONU侧设备则根据自己LLID，只接收符合自己LLID的帧，抛弃其他用户的帧。（2）PON上行业务：上行业务采用时分多址技术，可以灵活区分不同的ONU数据。

1.3 PON系統的特点

PON系统具有高带宽、多业务承载、建设及维护成本低、接入距离长、良好QoS保证等特点。

2 PON网络基础数据计算

2.1 PON网络主要技术指标

基于PON 的全业务接入的传输距离受限于最长链路的光衰耗，因此在建设前期，必须进行最长链路衰耗核算，用于确定OLT 覆盖区域和半径。PON 网络光纤链路的衰耗包含了S/R 和R/S参考点之间所有光纤和无源器件（包括但不限于分光器、活动连接器和光接头）所引起的损耗。PON 系统的最长链路传输距离应采用最值计算法，分别计算PON口到ONU 之间上行和下行的传输距离，PON系统的最长链路传输距离应小于两者中较小值。PON网络光链路的示意图1所示。

如图1所示PON网络光链路最大传输距离，按公式：

计算即可，其中L为OLT-ONU传输距离，P为PON系统R/S和S/R最大允许通道插损，IL为OLT至单个ONU之间所有分光器插损之和，Ac为单个活动连接器的损耗，N为OLT至单个ONU之间活接头数量，AWDM为WDM模块的插损，M为WDM模块的数量，MC为线路维护余量，β为不匹配光缆连接等引入的附加损耗，AF为光纤线路（含固定接头）衰减系数。其中PON系统最大允许通路插损由PON系统技术类型及光模块类型确定，常见最大允许插损（dB）如表1所示。

2.2 OLT部署的基本原则

确定OLT局址的关键因素是接入网分区内用户分布，根据对全业务区接入用户数的预测，按照用户密度，确定全业务区的覆盖范围，并在全业务区内选择合适的节点机房部署OLT设备，实现经济覆盖[2]。

OLT节点部署规划应遵循的原则：（1）OLT设备属于成本较低的多业务接入平台，不应作为接入设备，应作为汇聚以上的网络节点使用。（2）应根据用户数预测、ODN最长链路距离及现网管道、光缆情况进行分析，选择OLT设备的部署方案。（3）OLT节点机房的网络级别不高于现有的一般机楼，不允许占用中继光缆纤芯的情况发生。（4）城市地区全业务节点OLT设备容量应根据预期发展的用户数来考虑，覆盖范围不大于3公里；农村地区全业务节点建设OLT设备时，主要受限在链路的光衰值，应按照PON系统的最大传输距离来规划，并保留适当的光缆衰耗冗余。

3 PON系统带宽的测试

3.1 PON系统内带宽的分配原则

（1）根据客户对业务的需求差异分配相应的带宽；（2）高优先级业务的带宽得到优先保障；（3）实现不同用户的基本可用带宽的保障；（4）在IPTV组播业务中，组播复制点为该业务区的OLT设备；（5）合理规划系统接入的用户数，保证每个PON树的规划带宽有一定的冗余；（6）限制用户的最大可用带宽。

3.2 PON系统内带宽测试公式

3.3 单个PON口可用带宽指标

从技术上来说，单个PON树可用带宽分为线路速率和可用带宽两部分，表2为单个PON口指标。

3.4 OLT上联带宽测试

BTV业务组播复制点在OLT时，OLT上联带宽计算公式：

BTV业务组播复制点在BRAS时，OLT上联带宽计算公式：

当OLT侧不同以太网/IP类业务上联基于物理链路隔离时，应该分别计算不同业务中的上联带宽。

根据所采用的上联链路端口可用带宽（需考虑冗余），计算所需的上联端口数为

4 ODN组网设计

4.1 ODN组网原则

（1）综合分析机房、管道、光缆等现状，结合城市建设规划及业务发展预期，选择不同的光缆路由、组网模式及纤芯数量等；（2）不同的分光方式具有不同的适宜范围，其中一级分光方式适用于如几种情况：1）用户高且集中的区域。2）用户极为分散的区域；二级分光方式适用于用户密度适中且覆盖范围较大的区域，同时也宜用于管道等基础资源比较缺乏的区域；（3）整个ODN系统中，分光器级联不应超过两级，每一条链路总的光分路比不得大于PON系统最大光分路比的要求；（4）光缆的配纤方式应利于减少光纤链路中的活动连接器数量，公客和一般商客宜采用树形结构递减的方式，接入对可靠性要求较高的用户，如专线或商务楼宇等应采用环形或总线形结构无递减的方式；（5）入户光缆一般采用星形结构，一般客户按1芯配置，重要用户或有特殊需求的用户可按2芯配置。

4.2 一级分光和二级分光的优劣

（1）一级分光。优点是故障点少，结构简单，与二级分光方式相比，减少了二级分光器位置的插损，缺点是组网占用较多光缆芯数，需敷设的光缆容量较大。通常将分光器设置在住宅小区或商务楼内的光缆汇聚点；对区域内管道等基础设施的压力增加，建设成本也相对较高。（2）二级分光。适用于用户较为分散或在一定区域内集中，用户需求较为明确的场合；一级分光器置于ODN覆盖范围的光缆汇聚点附近，比如商业楼宇、居民小区等，二级分光器置于该分光器覆盖范围的中心位置。这样光缆资源利用率高，减少对光缆的占用，节省管道等基础设施，投资相对较少。相对而言结构复杂、故障点多、衰耗较大。

4.3 ODN网络分光比控制

目前，受限于PON系统性能、光器件发光功率及全光网络接入规划的因素，为了保证在规划期内单个ODN网络覆盖用户的全业务接入需求，建议ODN总光分路比（一级分光比×二级分光比）小于等于1：64，并控制ONU与OLT之间的光缆距离。在光信号衰减值超出PON系统要求控制范围的情况下，一般采用如下2种方式解决：方案一、OLT设备下移，在距离用户更近的位置选择适合作为全业务机房的节点，新增OLT设备；方案二、降低分光比，采用更小的分光比，可有效的降低由分光器带来的光衰，从而实现更大的覆盖范围。但该方案存在对光缆纤芯需求大幅增加的缺点。在具备适合作为全业务机房节点的情况下，建议采用方案一。

5 结语

在采用PON技术实现FTTH的设计时，依据相关行业标准及PON技术本身的特性，合理、经济、安全的实现光纤到户。

参考文献

[1]孙维平.FTTx与PON系统工程设计与实例[M].人民邮电出版社，2013.

[2]张鹏，阎阔.FTTx PON技术与应用[M].人民邮电出版社，2010.endprint