基于PON技术的电信光纤接入网设计研究

2018-04-15湖北邮电规划设计有限公司

电子世界 2018年14期

湖北邮电规划设计有限公司彭捷

一、前言

接入网是由业务节点接口、用户网络接口及其之间的传送实体组成的电信业务传输承载系统。光纤接入网（OAN）以光纤为媒介，利用光载波信号进行信息传输，根据光纤接入（FTTx）光网络单元位置的不同，可将其分为光纤到户、光纤到楼、光纤到办公室、光纤到驻地等几种情况。FTTx大体可分为两类，即有源接入与无源接入方式。PON是无源光网技术，利用分工器实现光信号分配，实现一根光纤为多用户服务。由于该技术有稳定性高、成本低等优点，已经成为电信光纤接入网的主要形式。

二、PON技术概述

PON（Passive Optical Network）即无源光纤网络技术，具体是指在光配线网络中不含有电子电源和电子器件，光分配网络（ODN）完全由光分路器等无源器件组成。在一个无源光网络中，主要包含一个位于中心控制站的光线路中断（OLT）和一批安装在用户端的光网络单元（ONUs）组成。在两者之间采用光纤和无源分光器、耦合器实现网络通讯，其中OLT是上层骨干网的接口，ONT是用户服务接口，无源器件可以将一路光信号分解成多路光信号，并传输到各个终端单元。PON技术主要具备以下几方面特点：

（1）从OLT到ONU的下行方向为TDM广播方式，OLT发送信息和ONU接受信息都可以连续工作；

（2）从ONU到OLT的上行方向为TDMA时分多址传播方式，OLT接受和ONU发送都处于突发模式状态；

（3）OLT光接收机要适应不同ONU信号光功率，具有一个较大的动态范围，同时具备较快的判决速度。在接收不同节点发送的突发信号时，能够迅速恢复正确时钟，并在上行信元到达前几个bits内，完成快速突发比特同步；

（4）ONU光发送机要实现快速开关控制，在无信息发送状态下，只泄露极小光功率，并低于接受灵敏度10dB以上[1]。

三、PON电信光纤接入网设计流程

（一）总体设计

PON网络总体设计包括ODN设计、配套光纤接入和设备设计三大部分，在设计时需要通过合理的总体布局，实现三者之间的协调性，满足不同应用场景下的用户接入网需求。首先应对接入网实际场景进行考察，确定整体架构，并与区域平面图、楼面平面图等相适应。应重点考察目标场景的区域网络布置状况和路由器资源状况，充分利用已有资源，确定OLT最近节点位置，通过合理设计路由器方案，降低建设成本。综合考虑接入用户数量、传输距离、光纤承载能力、已有设备资源、技术成熟度和运营成本等因素，选择技术和标准，构建合理的应用模式。

在此基础上，确定组网方案，在各类资源和技术条件限制下，优先采用光纤到户（FTTH）接入方案，从而减少后续升级改造工程量。在光纤到户方案设计难度较大、成本过高的情况下，则应选择光纤到楼（FTTB）接入方案。考虑到电信接入网发展趋势，应尽可能在GPON（千兆比特PON）技术下采取FTTH/0接入方式。确定组网方案后，设计接入网图纸，详细制定接入层光缆布放、光缆路由、光交设备穿方等设计图纸，并完成投资预算编制等工作。通过采用合理的总体设计方案，确保接入网方式的先进性，同时获得最高的综合效益[2]。

（二）参数选择

确定总体设计方案后，根据组网模式，合理选择设备参数，充分考虑接入层技术要求和设备损耗等问题，对接入网参数进行精准分析。电信光纤接入网设计的参数选择主要包括两大类，一是光纤参数，二是设备位置。在光纤参数设计方面，需要根据运营商需求和设备规格，选择单模、多模光纤，目前选择单模光纤较多。在设备位置设计方面，需要根据综合光缆交接箱、光分路器的位置合理选择ONU设备安装位置，确保网络通信质量。一般可以将ONU设备安装在楼梯间或用户房间。

（三）网络结构设计

在PON网络结构设计方面，需要充分考虑用户群密度问题，包括潜在用户。OLT覆盖半径为5～15km，在确定PON接口数量时，需要根据ODN组网方案和ONU设备规模进行合理选择，设置一定冗余量，方便系统维护。对于同一个PON板，不应连接FTTH或FTTB等不同接入网设备。在OLT设备安装过程中，应尽量在具体场景中集中放置，从而确保接入层光缆集中性，保证接入网的稳定性。如果用户群密度较高，可以采取主干光缆汇聚层机房接入方式。

在ONU设计方面，主要根据工程规模和用户需求选择ONU类型，同时避免多型号设备的同时接入。在此方面，应确保设备厂家、OLT厂家要求的一致性。一般采取FTTH接入方案时，可采用e8-C终端，满足用户的VOIP/IPTV和网络服务需求。在ONU设备部署时，应尽量放置在具体应用场景，比如办公室或家中。此外，FTTB组网还要预留出安装位置。

在ODN设计方面，一般采用树形结构或环形结构，如果目标场景的管线资源不足，可以采用树形递减或无递减结构。如果目标场景的用户结构相对稳定，则应采取树形递减结构方式。对于有重要业务承载需求的接入场景，应优先采用环形不递减组网方式。根据具体网络用途、楼宇弱电情况和管道布置情况等选择分光器。一般商用网络主要采用平面波导型分光器。

此外，在光缆线路设计方面，应合理选择光缆芯数，其中主干线设计需要考虑后期的业务扩展需求，根据光分配点大小等因素确定光缆规格。在配线设计中也要考虑扩展需求，根据收敛比选择光缆规格。一般用户无特殊需求情况下，用户级线路可采用1芯光缆，如有特殊要求，则应按照实际需求进行合理设计[3]。

四、PON技术在典型电信光纤接入场景中的设计应用

（一）在高层住宅建筑场景中的设计应用

在某高层模即单体楼宇场景下的光纤接入网设计中，建筑高度为18层，每层6户，共计108户。其特点是单栋楼宇内的用户较多，分布较为集中。高场景组网类型可采取二级分纤、端接分光组网方式。在楼宇内共设置3个OTB，其中一个作为一级光节点，安装1:2分光器，其余作为二级光节点，覆盖范围为4～5层。小区外的光缆网采用6芯光缆，接入到一级光节点并成端。一级光节点和二级光节点之间采用3条4芯光缆进行垂直连接，从一级光节点处接入到二级光节点并成端。在二级光节点处安置1:32分光器，从垂直光缆拉出水平皮缆入户。所有光缆指标设计要符合GB/T13993等标准要求。单个PON系统带宽测算结果为（2M×100%×0.5×0.5）×108/0.9=60M。传输距离为3km，活动接头数量为6个，光功率测算结果为0.36×3+3.6+17.7+6×0.5+1=26.38dB，小于29.5dB，符合设计要求。该设计方案适用于普通密集型高层住宅建筑，一个OTB覆盖24～32个用户，每个光节点可覆盖3～8层。

（二）在商务写字楼场景中的设计应用

在某商务写字楼应用场景中，单栋建筑为30层，由于商务写字楼的业务需求不固定，在该设计案例中，1～15层设计需求不明确，每层用户数量不均衡。16～30层的用户需求相对明确，可以按每层10户进行设计。对于用户需求相对明确的16～30层区域，单个分光器可覆盖2～3层，应采用分散分光设计方式。对于用户需求不明确的1～15层，则应采用集中分光方式，每5层共用一个OTB。在楼宇内设置1个光缆交接箱，设置在公共区域，作为一级光节点。建筑外光缆网采用1条24芯光缆，接入到一级光节点。1～15层每5层设置一个OTB，16～30层每3层设置一个OTB，作为二级光节点。一级、二级光节点之间采用1条108芯、1条36芯和1条24芯光缆连接。二级光节点内分散安装1:32分光器，拉出水平皮缆入户。经带宽和光功率测算，能够满足设计要求。该设计方案适用于复杂商务楼宇光线接入网设计，可以根据用户需求情况，选择集中、分散或互补分光方案。

（三）在企业厂区场景中的设计应用

某企业厂区应用场景内分布有多个低矮建筑物，用户总数约为800户。该场景特点是用户较为分散，但局部集中，接入网覆盖范围广，每栋建筑的用户数量较多。总体采用分散分光接入方案，在厂区内设置1个光交换箱作为一级光节点。在一级光节点处沿道路管道敷设配线光缆，主干线路采用放大芯数光缆，并在沿途利用光缆接头割接小芯数光缆，接入到各个建筑中，可几个楼宇公用1个光缆接头。在楼宇内设置OTB作为二级光节点，并安装1:32分光器，分光拉出水平皮缆入户。各项光学指标符合相关标注你要求，经测算，带宽和光功率也能够满足设计要求。传输距离为8km，活动接头数量为6个，采用2级分光器，光功率测算结构为22.78dB，小于28.98dB，符合设计要求。该设计方案适用于覆盖范围较为广泛的企业厂区、园区、学校等场景，可以满足总体分散、局部集中的用户接入网需求。通过采用合理的接入网方案设计，确保接入网通信质量，同时降低建设成本。