浅析光纤到户(FTTH)GPON的关键技术与应用

摘要：文章结合分析了GPON技术的特点、关键技术、建设原则及应用进行了论述，以供同仁参考。

关键词：FTTH；GPON；关键技术；建设原则；应用

Abstract: based on the analysis the characteristics of the technology GPON, key technology, construction principle and application are discussed, in order to offer reference to colleagues.

Keywords: FTTH; GPON; The key technology; Construction principle; application

中图分类号：TN929.11文献标识码：A 文章编号：

一、GPON技术特点

基于GPON技术的设备基本结构与已有的PON类似，也是由局端的 OLT，用户端的ONT/ONU，连接前两种设备由单模光纤(SM fiber)和无源分光器(Splitter)组成的 ODN(光分配网络)以及网管系统组成。对于其他的PON标准而言，GPON标准提供了前所未有的高带宽，下行速率高达 2.5Gbit/s，其非对称特性更能适应宽带数据业务市场。提供QoS的全业务保障，同时承载ATM 信元和(或)GEM帧，有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力。承载 GEM帧时，可以将TDM业务映射到GEM帧中，使用标准的 8kHz(125μs)帧能够直接支持TDM业务。作为电信级的技术标准，GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能。在GPON标准中，明确规定需要支持的业务类型包括数据业务(Ethernet业务，包括IP业务和MPEG视频流)、 PSTN业务(POTS，ISDN业务) 、专用线(T1，E1，DS3， E3和ATM业务)和视频业务( 数字视频)。GPON中的多业务映射到ATM 信元或GEM帧中进行传送，对各种业务类型都能提供相应的QoS保证。

二、GPON的关键技术

GPON技术具备向10G EPON技术和10G GPON技术演进的能力。自2007年以来，FSAN制定了分两步研究NG-PON技术的计划NGA1和NGA2。NGA1主要研究与GPON共存的下一代光接入技术；在充分考虑当前波长和未来波长的可持续演进能力方面，NGA1确定采用波分方式实现当前GPON和下一代10G GPON的演进，10G GPON的上下行波长与当前GPON的波长独立，并且和10G EPON的波长划分保持一致，下行中心波长为1577nm，上行为1270nm。因此采用波分复用技术WDM能够实现当前GPON与下一代的10G EPON和10G GPON的平滑演进。如下图所示

图1 GPON和10G EPON以及10G GPON平滑演进图

解决了平滑演进的问题，运营商在GPON建设方面就免除了后顾之忧，一方面能够完全保护当前的建设投资，另一方面能够实现网络演进和带宽持续增长的平滑切换。

三、GPON的建设原则

(1)OLT设置原则。OLT的部署位置对网络结构与层次、设备管理与维护、设备端口利用率、用户实装率、投资等影响较大，需要综合考虑，同时结合OLT设备的覆盖能力，明确OLT的设置方式及位置。OLT的服务覆盖范围根据ITU—TG.982定义的C类ODN网络情况，即15－30db的光通道损耗，在采用1:64的情况下，按7个光活动连接器，OLT覆盖的光通道距离在10公里以内。 (2)主干光缆及配光缆配套原则。目前，用户光缆网基本拓扑结构有三种，即星形、总线形和环形。各种网络结构都有其特点，在选择时应根据各相关点的地理位置、重要性、需要提供的业务、网络可靠性要求、经济性以及维护管理等综合因素选择合适的拓扑结构。目前用户主干光缆基本采用环形与总线形结构，如用户对通信业务需求量大或有特殊要求，并受到地理位置的限制时，也可以用星形结构。用户配光缆一般采用星形结构，当用户有特殊要求时。也可采用环形结构。 (3)光分路器配置原则。一般情况下ODN采用一次分光集中放置，将光分路器集中安装在光分路箱(室内型或室外型)内；当MDU分布较为分散或驻地网光缆纤芯数量不足时，可以采用二级分光方式。光分路比应综合考虑GPON系统的传输距离、MDU带的用户数、PON系统内带宽分配来进行选择，一般情况下：在采用FTTH(PON)模式时，光分路比宜按1:64设计；在采用FTTB(PON)+LAN模式时，光分路比宜按1：32设计，最终用户数不超过512。 (4)光通道衰减核算。ODN光通道损耗所允许的衰减定义为S/R和R/S参考点之间的光损耗，OLT的传输距离应通过ODN光通道损耗核算以及OLT、ONU设备的功率预算，采用最坏值法核算。ODN光通道损耗=光分路器插入损耗+光活动连接器插入损耗值×数量+光纤衰耗系数×传输距离+光缆线路富余度相关参数取定： 光分路器插入损耗：3.5×N(光分路器分光比＝2N)；光活动连接器插入损耗值：0.5dB/个；光纤衰耗系数(含熔接损耗)：0.4dB/km；光缆线路富余度：采用1:64分光比时，取1.5dB；采用1:32分光比时，取2dB。对于GPON系统，在项目中需根据设备所支持的最大光通道衰减对无源光分配网络中最远用户终端的光通道衰减进行核算。 (5)ODN光缆容量配置。光分路器与OLT之间的光缆一般为用户主干光缆或用户配光缆，光缆芯数将视需安装的光分路器数量，并考虑未来升速的需要及适当考虑向FTTH演进的光缆纤芯需求，可采用1:2或1:4(光分路器数量；光缆纤芯数)配置。光分路器与ONU之间的光缆一般为驻地网光缆，光缆芯数将根据不同的接入模式分类配置：在采用FTTH(PON)模式时，驻地网光缆一般以光缆接头盒作为光缆容量的递减方式或采用光缆分支接头箱的方式进行光缆网的设计。据此，光分路器至光缆接头盒或光缆分支接头箱间将使用大芯数光缆，大芯数光缆的纤芯数以每台ONU配1芯；光缆接头盒或光缆分支接头箱至用户宅内ONU间的光缆在采用普通室外型光缆时按每台ONU配1芯。在采用FTTB(PON)模式时，光分路器至MDU间的光缆纤芯数建议按每台MDU配2芯(用1芯、备1芯)。入户光缆宜采用小弯曲半径光纤制成的室内型光缆，建议采用ITU—TG.657A建议的光纤，其余光缆采用符合ITU-TG.652D建议的光纤制成的普通室外型光缆。

四、GPON在FTTH中的应用光纤到家庭用户(FTTH)是利用光纤传输媒质连接通信局端和家庭住宅的接入方式，引入光纤由单个家庭住宅独享。在物理网络构成上，FTTH在OLT与ONU之间采用全程光纤的接入方式，将ONU光节点部署到居民用户家中，此时ONU称为ONT,直接提供UNI接口连接居民家庭网络。在FTTH网络中,无论是别墅区还是多层小区，ONU都是置于用户家中，在OLT和ONU之间采用无源的光分配网络，在GPON系统中，主要是光分路器和光纤构成，OLT可以置于远端的端局机房，也可以置于小区机房，具体可以依据实际条件而定。FTTB网络结构在ONU点需要解决供电问题，可以采用家庭220V直接供电或通过UPS供电。 语音业务采用VoIP将是适合于网络的选择，实现方式有两种：ONU本身内置IAD功能或通过外置IAD来实现。 OLT和ONU侧都提供了高速接入的数据接口，对于数据业务具备有天然的接入。由ONU的以太网接口提供用户的宽带上网接入，根据现阶段的宽带应用实际，用户认证和管理仍然可以由BRAS来完成，以保持与现有用户管理方式的一致性。对数据业务的接入，主要是需要采用合适的QoS策略，根据不同的业务提供不同的QoS保证，从而为不同的业务提供不同的带宽保证和业务质量。 对于FTTH模式，比较适合社区信息化场合。社区信息化覆盖目前已经比较普遍，大多数社区采用ADSL接入技术实现，随着IPTV和高清电视等高带宽业务引入家庭，传统社区接入网络面临改造。GPON光接入平台立足高带宽接入，根据高档小区、别墅小区和普通小区的消费承受能力，分层次提供一步到位的FTTH。接入业务包括语音、数字家庭、宽带上网(有线和无线方式可选)、IPTV视频、CATV视频业务等,提供系列化ONU/ONT终端，满足家庭用户有线方式、无线方式、广域网和局域网等各种业务接入需求。

结语

从技术上看，GPON拥有更大带宽、更远传输距离、更高分路比，更加满足扁平化接入网建设需求；从产业链看，GPON的系统、芯片和光模块厂家规模及实力均超过EPON，所有大的系统厂家都支持GPON，7家芯片厂家支持GPON，只有3家支持EPON，并且GPON芯片厂家的规模和实力更强；从运营商选择来看，大部分运营商选择GPON；从成本来看，单用户接入成本GPON和EPON相当，单位带宽成本GPON较低；从技术演进来看，10GEPON规模商用至少需要3年时间，10GGPON的研究与开发已经提上日程。GPON因为速度更快、性价比更高，具有广阔的应用前景。