浅谈GPON网络建设及应用

[摘要] 本文主要介绍GPON技术原理、系统结构、特点、网络建设原则及应用模式。

[关键词]  GPON 系统结构 应用模式 网络建设

一、PON技术概述 

当前主要应用的宽带接入技术有xDSL、LAN、MSTP以及传统专线接入等。进入21世纪以来,全球宽带接入网进入了高速发展阶段，传统专线接入技术已逐渐不能满足需求，需要接入设备具有统一网络承载多业务的能力,并满足不断增长的带宽需求。进行宽带接入网络改造以及多业务转型势在必行。PON(无源光网络)宽带技术具有高带宽、广覆盖、单纤接入、接口丰富以及综合业务接入能力等优势。PON系统的引入,不但可以大大提升商业用户的接入速度以及语音、视频和数据等综合业务提供能力,并且能够提供足够的业务质量保证。同时由于光纤本身的高度稳定性,可有效降低运行维护成本,从而成为运营商实现接入网建设的首选方案。

二、GPON技术系统结构和特点

GPON(千兆无源光网络)由ONU(光网络单元)、OLT(光线路终端)和ODN(无源光分配网)组成。其网络结构如图所示。 

GPON系统的主要特点：

1.高接入带宽:

GPON下行速率高达2.5Gbit/s,上行速率高达1.25Gbit/s可以满足现在和未来各种宽带业务的需要。

2.节省光纤资源:

点到多点(P2MP)的树状广播形网络拓扑结构,从局端的一芯光纤,最后可以分支到32/个终端ONU设备,极大节省了馈线段的光纤资源,可以大大提高光纤资源的使用效率。 

3.设备运维、管理成本低:

PON光纤接入技术,只有局端(OLT)和用户侧设备(ONU)为有源设备,其中间的光分布网络采用稳定性高、体积小巧、成本低的无源分光器,无需提供电源、空调等机房设备,也不占用机房空间,只需安装在光交接箱或光缆配线架的适当位置即可,易于维护。

4.对多业务的支持能力：

除传统的语音、数据业务外,GPON标准中还定义了第3波长。在OLT上接入数字电视、IPTV的电视信号,在不影响电信业务的情况下,可以传送到末端的ONU设备,并支持RF电接口接入到用户有线电视分配网,从而提供三网合一的业务。

5.完善的OAM功能：

作为PON系统的核心功能设备,OLT具有集中带宽分配、控制各ONU、实时监控、运行维护管理PON系统的功能。ONU为接入网提供用户侧的接口,提供话音、数据、视频等多业务流与ODN的接入,受OLT集中控制。

三、GPON技术的应用模式

PON技术运用于接入网中，具有多种接入模式，常用的有FTTB、FTTC和FTTH（FTTO）。

1.FTTB应用模式

光纤到楼宇(FTTB:Fiber To The Building)是宽带光接入网的典型应用类型之一,其特征是,以光纤替换用户引入点之前的铜线电缆,ONU部署在传统的分线盒(用户引入点)即DP,ONU下采用其他介质接入用户,如现有的金属线或无线,每个ONU典型支持用户数为十多户到一百户左右。

在FTTB系统中,OLT通常放置在端局,作为用户业务的收敛及分发,上联网络侧采用光纤接口,通过光纤网络连接ONU设备,在ONU处终结光信号,用户侧提供铜线或五类线接口,接口类型包括POTS、ISDN、ADSL/ADSL2+、VDSL/VDSL2、以太网等。

FTTB网络结构在ONU点需要解决供电问题,可以采用本地供电,或者由位于局端的远程供电系统,也可以区域集中供电,目前以本地供电为主。对于特殊情况,需要考虑备用电源解决方案;备用电源解决方案包括:交流UPS;一次电源+蓄电池;楼道应急电等。

根据网络拓扑的实际情况，FTTB具体的应用模式又有如下几种:

FTTB+xDSL

将光纤端接点分布在楼层(高层楼宇)或楼道(多层建筑),小型DSLAM设备网络侧采用GPON上联口,用户侧提供xDSL接口通过双绞线入户。这种方式利用现有的双绞线资源,采用成熟的ADSL2+、VDSL相关技术,可以充分利用现有的线路投资。 提供中小容量的DSL MDU,并且有适合室外恶劣环境的一体化机柜。

FTTB+LAN

将光纤端接点分布在楼层(高层楼宇)或楼道(多层建筑),由ONU终结光信号,ONU提供多个以太网接口。由于以太网五类线具有的距离,这种实现需要保证ONU到最终用户的走线距离不超过100米。

2.FTTC应用模式

此种方式光网络单元ONU通常放在室外、路边或者目标小区中便出线的楼道中，1个ONU通常为多个住宅楼提供服务，用户端为双绞线，铜缆距离在500米左右；分光器布放在几个小区间的光交接箱内。这种方式比较适合用户密度低且比较分散的场合。

3.FTTH应用模式

光纤到家庭用户，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, ,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。FTTH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。

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。 

四、网络建设原则

综合考虑GPON技术特点、成熟度、投资成本、业务需求、市场竞争等多方面的因素GPON网络建设需注意以下几点

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。

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ONU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、ONU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: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。 

3.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，并考虑未来升级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ONU间的光缆纤芯数建议按每台ONU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。

五、 结束语 

GPON技术在实际应用中具有其广覆盖、高带宽、双纤保护等特点,并且由于PON接入系统具有无源性, 位于室外的光分配网中只有物理介质特性非常稳定的光纤和无源分光器,没有任何有源设备,使得网络具有高可靠性。同时具有不受带宽,速度快,安装简便和成本较低的优势，节约了运营商维护和处理故障的成本。总的来说，GPON方案为运营商的宽带接入网提供了全新的建设思路，它以更宽的带宽、更低的建设成本和运维成本、综合业务接入能力、快速业务部署能力赢得了越来越多的运营商的认可，并得到了越来越广泛的部署。