光纤聚合拉远设备在xPON中的应用

张谷泉，卢 雄

（1.湖南省邮电规划设计院有限公司，湖南 长沙 410000；2.75841部队，湖南 长沙 410000）

0 引 言

随着“宽带中国”和“互联网+”等国家战略的实施，对家庭宽带建设提出高速、高带宽的要求，同时要求实现家庭宽带的普遍覆盖[1]。在此发展背景下，各大运营商均加快了光纤网络和移动网络的建设速度，宽带覆盖范围快速扩大，而大规模的宽带光纤网络建设导致国内光纤资源紧缺，光纤价格持续攀升[2]。为解决这个问题，使用PON聚合拉远设备来进行长距离光纤场景的OLT全覆盖。对于偏远地区的家庭宽带覆盖和城区纤芯不足且无法新建光缆的场景，各大运营商开始部署WDM PON光纤聚合拉远设备，这也是本文的主要研究方向。

1 光纤聚合拉远设备基本原理

光纤聚合拉远设备属于WDM PON设备，其采用波长作为用户端ONU的标识，利用波分复用技术实现多址接入，能够充分利用光纤的巨大传输带宽，是光纤接入未来重要的发展方向[3]。WDM PON有3种方案：一是每个ONU分配一对波长，分别用于上行和下行传输，提供了OLT到各ONU固定的虚拟点对点双向连接；二是ONU采用可调谐激光器，根据需要为ONU动态分配波长，各ONU能够共享波长，网络具有可重构性；三是采用无色ONU，即ONU与波长无关方案。此外，还有一种是下行使用WDMPON、上行使用TDM-PON的混合PON。典型的WDM-PON框架如图1所示。

图1 典型的WDM-PON框架

2 WDM PON的主要特点

（1）传输距离远。WDM PON的插入损耗比TDM PON的分路损耗小，并且WDM PON接收机具有极高的灵敏度。在激光器输出功率相等的情况下，WDM PON传输距离更远，网络覆盖范围更广[4]。

（2）传输效率高。WDM PON在上行传输时，每个ONU使用一个特定的波长，不需要专门的MAC协议，降低了系统复杂度，提高了传输效率[5]。

（3）高带宽。WDM PON是典型的点对点的网络架构，用户独享带宽，每个用户都有连接到OLT的点到点光通道，不需要动态带宽分配。WDM PON能够在相对低的速率下为每个用户提供高带宽，还可减少PON中用户所引起的附加损耗，这种方式也可降低ONU的成本。

（4）安全可靠。每个ONU独享各自的波长通道带宽，用户之间是不相互联系的，安全性更有保障。

（5）对业务完全透明。将数据分组直接映射至波长信道，对各种协议和速率透明，这将使网管、保护等任务相对简单，可以提供更强大的OAM&P功能。

（6）低成本。采用无色光源技术，且所使用的ONU光模块完全相同，解决器件存储问题的同时，也减少了OPEX和CAPEX的数量。同时，节省了大量OLT设备和主干光纤的投入，大大降低建设成本。

（7）易升级、易维护。不需对底层结构进行重大改变就能充分利用光纤的巨大容量，升级和点对点网络一样容易。采用无源器件，维护方便。

（8）业务特性好。在业务层面上，未来网络必须具有通用性以适应各种增值业务，如VoIP、HDTV、IPTV等。不同用户及不同业务对吞吐量、时延、时延偏差以及误比特率等有不同的要求，难以对QoS作统一要求。WDM技术可以分配不同的波长信道，即专用的点到点连接，有助于解决这些难题。

3 FTTH覆盖中的光缆资源分析

运营商网络扁平化趋势下，为了节约机房和运维等成本，OLT逐渐集中化建设。而随着FTTH大规模建设覆盖，光纤需求量剧增。在一般城区，一个局所机房覆盖范围2～5 km2，用户容量1～2万，那么FTTH建设中的光缆需求如表1所示。

表1 光缆需求估算

在城区，运营商每个局站机房下均会有公众接入、移动RRU接入以及专线接入等需求[6]。在基站RRU接入中，每RRU均占用2芯，4G基站（如15个RRU）则需要30芯。FTTH建设中，一个OLT覆盖2万～5万用户需要100～300芯光缆。专线接入项目直接消耗大量光纤，难以预测和规划。部分城区管孔资源严重不足、新建管道受当地相关管理部分的制约且审批流程复杂，再加上现场施工不确定因素过多等导致建设周期过长。同时，行业之间激烈竞争，导致建设成本不断增加。

在乡镇，运营商面临跳接点比较多[7]。部分省份A运营商乡镇光缆网主要还是由B运营商划转纤芯组成，主要承载3G网络基站传输。随着基站数量的增加及乡镇FTTH布局建设，又新增了少许自建光缆，总体上县以下乡镇光缆网资源（杆路、纤芯）比较匮乏。乡镇接入光缆网为混合承载家庭、基站接入业务，少数乡镇光缆网存在如下问题。

（1）划转光缆纤芯数量少，以划转2—4芯居多，部分段落已全部占用，无法满足新增业务的接入；

（2）划转光缆纤芯在网时间长、纤芯机械性能指标差，且B运营商已将其业务逐步割接，不再负责共有光缆进行维护，无法保障光缆网的安全性，维护难度较大；

（3）部分重点乡镇区域尚未具备自建直达光缆的条件，一定程度上制约了家庭宽带、政企专线等数据业务的开展，在未来业务承载时存在巨大的资源缺口；

（4）每个县域一般只有一个汇聚机房，传输汇聚节点比较少，光缆资源不充足，个别乡镇接入链较长，网络安全风险较高。

合理规划利用光网络是长期战略，针对FTTH覆盖中的问题，xPON光纤聚合拉远方案借用OTN封装帧结构对PON的信号进行复用和解复用，可有效实现多路光缆的聚合，满足运营商FTTH规模覆盖和网络扁平化发展需求。xPON光纤聚合拉远组网如图2所示。

图2 xPON光纤聚合拉远组网

4 光纤聚合拉远设备在xPON中的应用

4.1 下沉OLT或集中放置方案

乡镇、行政村PON覆盖采用下沉OLT或集中放置两种方式，主要存在以下问题[8]。一是传输距离远；二是用户量少，需面临下沉OLT设备利用率考核；三是采用下沉OLT方式项目投资大，需大量建设OLT设备及城域网配套设备等；四是建设周期长；五是OLT集中放置可解决上述问题，但对光纤消耗较大，长距离传输要求明显。

4.2 xPON光纤聚合拉远方案

采用xPON聚合拉远组网如图3所示。

图3 采用xPON聚合拉远组网

OLT部署在全业务机房或在原全业务机房的OLT设备上扩展PON板，通过聚合设备对多个PON口进行收敛，线路侧使用一芯光纤传送到原OLT下沉基站或乡镇/行政村机房。由末端聚合设备引出多个PON口（根据业务发展实际需求扩PON口数量），再接入到分光器，通过分光后接入到各家各户，实现宽带接入[9]。xPON光纤聚合拉远测试组图如图4所示，拉远测试结果如图5所示。

图4 xPON光纤聚合拉远测试组图

图5 xPON光纤聚合拉远测试结果

4.3 光纤聚合拉远设备应用优势

一是建设周期短，可实现快速建设；二是根据业务发展需求，按需接入PON端口数量，避免大量投资浪费；三是高度聚合可节约光缆，实现网络扁平化，减少网络运维成本和机房建设成本；四是GPON最大拉远距离约50 km，EPON最大拉远距离35 km，完全满足长距离覆盖要求[10]；五是每路都实现物理隔离、透明传输，业务无损伤，具有高可靠性；六是傻瓜式点对点应用，设备即连即通、即插即用、即插即管且易装易维；七是节约主干光缆纤芯，同时减少管道管孔资源占用。

5 结 论

综上所述，通过光纤聚合拉远设备的应用可有效解决地广人稀的偏远山区分光比和PON口利用率低等问题，同时也提高了FTTH覆盖率，实现高效投资，有利于提升市场竞争力。值得注意的是，聚合拉远设备光接口易损坏，必须妥善保管，使用后需仔细擦拭。此外，PON聚合拉远技术在一定程度上会增加相关管理维护支出，这是后期运营维护必须关注的问题。