周 偉（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司陜西分公司，陜西 西安 710077）

0 前言

隨著寬帶業(yè)務(wù)應(yīng)用多元化及帶寬需求的不斷提升，近年來全球已掀起了光纖接入（FTTx）熱潮。美國、日本等的一些著名運(yùn)營商已開始大規(guī)模建設(shè)光纖接入網(wǎng)。隨著國內(nèi)運(yùn)營商和設(shè)備廠家共同推進(jìn)的FTTH試點(diǎn)項(xiàng)目在武漢、杭州、北京等地的展開，以千兆無源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）技術(shù)為代表的FTTH/FTTB應(yīng)用已從試驗(yàn)階段進(jìn)入了試商用階段。作為寬帶接入的最新技術(shù)，GPON將為運(yùn)營商的全面轉(zhuǎn)型提供有力的支撐。

1 PON簡介

1.1 基本概念

PON起始于前端的光線路終端（OLT），終止于光節(jié)點(diǎn)的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）。PON采用樹形、星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，多個ONU共享1路光纖和前端OLT的回傳光模塊。下行采用TDM方式，信號以廣播式下發(fā)（即一發(fā)多收）；上行采用TDMA方式，各個ONU或光節(jié)點(diǎn)共用1根光纖回傳，前端只有1個回傳光模塊，各個ONU單元輪流發(fā)送（即多發(fā)一收），以實(shí)現(xiàn)光纖和回傳光模塊資源的共享。

1.2 組網(wǎng)模式與選擇

目前PON有2種組網(wǎng)模式，一是由IEEE 802.3ah工作組制定的以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）標(biāo)準(zhǔn)，二是由ITU/FSAN制定的GPON標(biāo)準(zhǔn)。

GPON和EPON模式有如下共同特點(diǎn)。

a）高接入帶寬。GPON下/上行速率為 2.5/1.25 Gbit/s，EPON 下/上行速率均為 1.25 Gbit/s，都能滿足未來各種寬帶業(yè)務(wù)的接入帶寬需求。

b）節(jié)省光纖資源。都采用點(diǎn)到多點(diǎn)（P2MP）廣播式的樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，局端1根光纖可分支到32/64個ONU設(shè)備，極大地節(jié)省了光纖資源。特別是在地域廣闊或光纖資源受限地區(qū)，采用PON技術(shù)組網(wǎng)可大大提高光纖資源的利用率。

c）運(yùn)維管理成本低。只有局端的OLT和用戶側(cè)的ONU為有源設(shè)備，其間的光分布網(wǎng)絡(luò)是性能穩(wěn)定、體積小巧、成本低廉的無源分光器。分光器無需電源、空調(diào)，不占用機(jī)房空間，只需安裝在光交接箱或光纜配線架的適當(dāng)位置即可，符合節(jié)能減排的指導(dǎo)思想。

GPON和EPON的技術(shù)比較見表1。

相對于EPON技術(shù)來說，GPON標(biāo)準(zhǔn)更加完善，更注重于對多業(yè)務(wù)的支持能力 （如TDM、IP、CATV等），上聯(lián)業(yè)務(wù)接口及下聯(lián)用戶接口更為豐富 （如10GE、GE、FE、STM-1、E1、POTS 等）， 可提供 FTTH、FTTB、FTTO、FTTC+LAN（DSLAM）等多種接入方式，具有“源模式TDM”支持能力，能支持傳統(tǒng)的TDM E1業(yè)務(wù)，可提供移動基站互聯(lián)、PBX接入及大客戶E1專線接入，能支持IEEE 1588 v2協(xié)議，可提供TD基站時鐘同步及電信級QoS保證。

從應(yīng)用場景來看，EPON較適合于以IP為主而對TDM業(yè)務(wù)要求不高的家庭及個人用戶，建設(shè)模式以FTTC/FTTB+DSL為主；GPON較適合于對技術(shù)要求高的企業(yè)及集團(tuán)用戶。在中國移動機(jī)房少、光纖資源緊張的現(xiàn)實(shí)條件下，采用以FTTO/FTTH為主的建設(shè)模式更能滿足扁平化接入網(wǎng)的建設(shè)要求。因此，GPON非常適合于中國移動全業(yè)務(wù)運(yùn)營對高端用戶的快速部署要求。移動用戶基站回傳見圖1。

圖1 移動用戶基站回傳

2 GPON的結(jié)構(gòu)與部署

2.1 GPON的結(jié)構(gòu)

GPON的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與PON類似，也是由局端OLT、用戶端ONU、連接這2種設(shè)備的由單模光纖和分光器構(gòu)成的光分配網(wǎng)絡(luò) （ODN）及網(wǎng)管系統(tǒng)組成。GPON結(jié)構(gòu)示意見圖2。

2.2 GPON的部署

2.2.1 OLT

OLT的覆蓋范圍一般為5~10 km2。OLT通常采用以下3種安裝方式。

a）安裝在中心機(jī)房。該方式的優(yōu)點(diǎn)是覆蓋范圍大、便于操作管理，較適合于用戶較少或需集中管理的應(yīng)用場景。

b）安裝在現(xiàn)城域網(wǎng)匯聚機(jī)房。該方式的優(yōu)點(diǎn)是覆蓋范圍適中、便于操作管理，能同時兼顧容量和資源。

表1 GPON和EPON的技術(shù)比較

圖2 GPON結(jié)構(gòu)示意

c）安裝在戶外機(jī)房或小區(qū)機(jī)房。該方式的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省光纖，缺點(diǎn)是覆蓋范圍較小、管理維護(hù)困難、需解決供電問題。一般不建議采用該方式。

OLT安裝位置的選擇主要取決于實(shí)際應(yīng)用場景：采用FTTB組網(wǎng)方式時，每個ONU覆蓋8~16個用戶，每個PON口至少可帶512個用戶。鑒于每個PON口覆蓋用戶較多，因此OLT的安裝位置應(yīng)首選中心機(jī)房或城域網(wǎng)匯聚交換機(jī)房，以充分發(fā)揮GPON傳輸距離遠(yuǎn)和集中維護(hù)的優(yōu)勢，減少機(jī)房建設(shè)、維護(hù)及設(shè)備費(fèi)用；采用FTTH/FTTO組網(wǎng)方式時，每個PON口覆蓋64~128個用戶。鑒于每個PON口覆蓋用戶較少，因此OLT的安裝位置應(yīng)首選基站機(jī)房，可為用戶提供百兆到桌面的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，但應(yīng)避免安裝在搬遷頻繁的基站機(jī)房內(nèi)，以減少機(jī)房建設(shè)投資；對于用戶密度高、數(shù)量在千戶以上的大型住宅小區(qū)，則建議將OLT安裝在小區(qū)綜合機(jī)房內(nèi)。

2.2.2 ONU

根據(jù)不同業(yè)務(wù)場景，ONU部署有FTTB（ONU安裝在樓道）+DSL、FTTB+WLAN、FTTH （ONU 安裝在用戶家庭）和FTTO（ONU安裝在辦公室）等模式。

a）FTTB+DSL、FTTB+LAN。該模式主要適用于已有駐地網(wǎng)銅線資源，需重新布放光纜和布放電纜困難的小區(qū)場景。因中國移動在這方面不具備和原傳統(tǒng)固網(wǎng)運(yùn)營商的競爭優(yōu)勢，故原則上不建議采用該模式。

b）FTTB+LAN。該模式主要適用于新建個人用戶有線寬帶接入和語音接入，但其建設(shè)和運(yùn)營成本較高。

c）FTTB+WLAN。隨著WLAN的不斷發(fā)展，用布放AP來實(shí)現(xiàn)Wi-Fi接入已成為城市商業(yè)區(qū)等公眾場合寬帶接入的重要手段。該模式不受限于固網(wǎng)銅線或五類線資源的可用性，且易實(shí)現(xiàn)、低成本、快速部署。隨時隨地的無縫接入已成為用戶普遍的寬帶接入訴求，符合于中國移動切入寬帶接入領(lǐng)域的建設(shè)思路。

d）FTTH。該模式主要適用于高檔別墅及公寓，可支持VoIP語音、寬帶上網(wǎng)、高清電視、CATV、可視通信等綜合業(yè)務(wù)接入，入戶成本較高。但因該區(qū)域用戶對建設(shè)投資和業(yè)務(wù)資費(fèi)的可承受度相對較高，故該模式符合于中國移動重點(diǎn)發(fā)展高端家庭市場的建設(shè)策略。

e）FTTO。該模式主要適用于單個或多個商業(yè)集團(tuán)客戶共享1套ONU的應(yīng)用場景，用于各種類型的辦公室，可支持VoIP、寬帶上網(wǎng)、高清電視、可視通信、TDM專線等綜合業(yè)務(wù)接入。企業(yè)用戶的ARPU值遠(yuǎn)高于家庭及個人用戶，屬價值客戶。作為中國移動的長遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略，可以以企業(yè)用戶接入作為切入市場的“敲門磚”，再逐步滲透到一般家庭市場，以作為固定移動融合的建設(shè)策略。

2.2.3 系統(tǒng)光鏈路的ODN設(shè)計

在GPON規(guī)劃中，ODN屬光纜線路部分，包括大芯數(shù)主干光纜和配線光纜環(huán)及環(huán)上所帶的光交接箱。ODN一般采用1級（不超過2級）分光，分光器可安裝在基站、光交接箱、小區(qū)機(jī)房或樓宇設(shè)備間。ODN應(yīng)按FTTH/光纖到樓層（FTTF）的長遠(yuǎn)目標(biāo)來規(guī)劃，并同時滿足近期FTTO、FTTB的建設(shè)需要。

分光器是GPON不可缺少的無源光纖分支器件。作為連接局端OLT和用戶端ONU的無源設(shè)備，分光器把由饋線光纖輸入的光信號按功率分配到若干輸出的用戶線光纖上。GPON的最大邏輯距離為69 km，分光器一般有 1∶16、1∶32 及 1∶64 等 3 種分支比，GPON應(yīng)支持的最大光纖距離差最少應(yīng)為20 km。

分光器不需外部能源，僅需要入射光束，但會增加光功率損耗。這主要是由其對入射光進(jìn)行分光，分割了輸入（下行）功率造成的。光路損耗的理論計算公式為：ONU接收側(cè)光功率＝OLT發(fā)射光功率-光路損耗；光路損耗=所有分光器插損值之和+光纖長度×0.4+熔纖點(diǎn)數(shù)目×0.1+法蘭盤個數(shù)×0.2。

3 建設(shè)案例

西安市高新花園別墅區(qū)利用GPON技術(shù)為用戶實(shí)現(xiàn)寬帶接入。該區(qū)分為7個小區(qū)，共有各型別墅56套，其中:A型11套、B型6套、C型7套、D型8套、E型9套、F型8套、G型7套，另有高層及多層樓盤13棟，單元住戶380戶。

3.1 設(shè)計方案

高層及多層用戶采用FTTB+LAN接入方式，業(yè)務(wù)模型為組播TV+VOD+高速寬帶+VoIP，下行效率為94%，經(jīng)計算單個PON口即可滿足用戶接入。單個PON口高速率用戶數(shù)計算見表2。

表2 單個PON口高速率用戶數(shù)計算

在滿足1 939 Mbit/s-3.47 Mbit/s×用戶數(shù)≥0的條件下，單個PON最大接入用戶數(shù)=（2 339-300-100）/（4×33%+（3×50%+10×50%）×30%+0.2×100%）=558（個用戶）。

別墅小區(qū)用戶采用FTTH接入方式，分光比按1∶64考慮，每個用戶實(shí)際下行帶寬可達(dá)36 Mbit/s。

3.2 設(shè)備配置方案

a）OLT設(shè)備。OLT安裝在高新移動樞紐樓中心機(jī)房，光纜線路長度為5 km，在小區(qū)物業(yè)信息機(jī)房的ODF上進(jìn)行光纖跳接后到達(dá)小區(qū)內(nèi)的各個光纖終端盒。初期設(shè)計2個PON光接口，配置1個1∶64分光器和2個1∶32分光器。其中：1∶64分光器用于別墅區(qū)用戶接入，1∶32分光器用于覆蓋高層及多層樓盤用戶。

b）ONU設(shè)備。在13棟高層及多層樓盤地下車庫的綜合管理機(jī)房內(nèi)各設(shè)置1臺ONU（共13臺），通過FE電接口接入小區(qū)內(nèi)局域網(wǎng)，完成用戶寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的共享接入；在別墅區(qū)每戶安裝1臺ONU（共56臺），為每個用戶提供4×FE+2×POTS接入。高新花園GPON示意見圖3。

圖3 高新花園GPON示意

4 結(jié)束語

全球各大運(yùn)營商正在將PON作為一種提升高速寬帶技術(shù)的應(yīng)用和一種長期基礎(chǔ)設(shè)施的選擇。中國移動必須盡快部署固定寬帶接入網(wǎng)絡(luò)。GPON技術(shù)無疑能使缺少固網(wǎng)資源的中國移動具備寬帶市場的競爭實(shí)力，可以更好地滿足開展全業(yè)務(wù)的運(yùn)營需求，為集團(tuán)客戶和家庭用戶提供高質(zhì)量的寬帶接入。