广电光纤入户技术方案江西瑞光实业有限公司
一、FTTH需求分析
目前中国的宽带网络接入方式主要仍然是以DSL为主。
DSL(Digital Subscriber Line)是数字用户线技术的简称，简单地说就是利用数字技术来扩大现有电话线(双绞铜线)传输频带宽度的技术，也就是利用电话线进行宽带高频信号传输的技术。据统计我国的宽带用户中有超过80%的用户是采用DSL技术接入Internet。
由于DSL采用的是双绞铜线，铜质双绞线的传输特性决定了DSL 技术将是在传输距离和传输速率方面的平衡，也就是说，当DSL传输速率在不断提高的同时，其传输距离将不可避免地缩短。如果希望其传输距离增加，则将以牺牲传输速率为代价，因而DSL技术存在技术理论上的容量瓶颈。
但光纤基本没有这问题，光纤上信号可以跑很远。从技术角度来看，光接入将是宽带接入技术的发展方向，光进铜退是通信发展的必然趋势，FTTx作为新兴力量不可忽视。FTTx是在十多年的发展历程中，不断推陈出新，从有源接入方式到无源接入方式，从点到点(P2P)方式的MC(媒体转换器)发展到点到多点方式的APON、EPON和GPON
等PON(无源光网络)技术。
PON技术已经成为当前实现FTTH技术的首选方案。PON系统由光线路终端(OLT)、光网络单元(ONU)、光网络终端(ONT)和光分配网
(ODN)组成，所谓“无源”，是指ODN全部由无源光分路器和光纤等无源光器件组成，不包括任何有源节点。PON技术采用了点到多点拓扑结构，OLT发出的下行光信号通过一根光纤经由无源光分路器广播给各ONU／ONT。不同的数据链路层技术和物理层PON技术结合形成了不同的PON技术，例如：Ethernet＋PON形成了EPON，ATM／GEM
＋PON则形成了GPON。
FTTH技术的大势所趋
从网络运营的角度看，从光纤到路边(FTTC)发展到光纤到楼(FTTB)
乃至最后实现光纤到家(FTTH技术)。其最大问题是成本太高，而根据市场调研预测2010年左右，我国高端用户带宽需求约20～
30Mbit/s，市场对传输速率的需求还不那么高，成为发展FTTx的门槛。
日益增强的外部驱动力
随着宽带中国的进一步实施及三网融合进入全面推广阶段，来自电信运营商的竞争压力将越来越大。目前，各大电信运营商正逐步推进光纤入户、IPTV 等业务开展进度，其中，与广电主营的视频业务相竞争的IPTV 业务发展迅猛。截止2012 年底，全国IPTV 用户已超过2300 万，其中，用户规模最大的江苏IPTV用户数达到416 万户。从上述数据可以看出，电信运营商在不断提高宽带接入水平的同时，也在觊觎广电传统业务领域，通过不断完善平台内容、优化网络结构，提供基于新增值业务的良好用户体验。面对电信运营商的竞争，广电需要在保持内容优势的基础上，积极推进基于传统单向网络的宽带网
络建设，在全面竞争到来之前做好应对的准备。
FTTH技术方案一(同轴+单纤入户)
同轴+光纤入户示意图如下：
同轴+光纤实现入的FTTH入户覆盖为一种特殊的混合模式下的覆盖，也是目前很多广电运营商在做FTTH时候的首要选择。在此种接入方式中，有线电视光信号传输到达FTTB的楼栋光节点，在楼栋光节点通过接收机完成光信号向射频电信号的转变，然后再通过同轴分配网络将射频电信号发送到用户家庭实现有线电视业务的呈现。而数据双向信号则直接跨越FTTB的楼栋光节点，实现FTTH 光纤入户，然后在用户家庭通过ONU设备将数据信号接收并转发到用户家庭内的其他网络设备实现业务的呈现。
同轴+光纤接入方案的优势如下：
1、无波长干扰：在同轴+光纤接入的FTTH方案中，广播光信
号和数据双向光信号的传输通道为物理独立的通道，这样就避免了EPON传输过程中下行1490nm的数据IDLE 码对下行1550nm的CATV
信号在62.5MHz及倍频处造成单频干扰，及下行方向1550nm的CATV
信号对1490nm数据信号的非线性干扰。
2、成本低：在一纤三波的FTTH接入用户方案中，用户终端的设备需要内嵌DWDM 分波设备，以分离在同一个物理通道中传输的有线电视广播光信号和EPON的数字双向光信号，而在同轴+光纤方案中，因为有线电视广播信号和EPON的数据双向光信号传输的物理通道独立，所以在用户家庭就不再需要使用DWDM分波设备，因此相比较一纤三波方案，同轴+光纤可节省大量的用户终端设备成本。而相比较双纤三波入户的接入方式，同轴+光纤的入户方式仅实现了有线电视广播光信号的光纤到楼（FTTB），从而节省了从楼栋光节点到用户家庭的ODN网络建网及用户终端接收机费用。
因此，同轴+光纤的FTTH入户覆盖方式成为目前广播平台已经
实现FTTB的广电运营商首要的FTTH入户选择。
缺点：可靠性不及双纤三波及单纤三波方式，室外存在有源设备，FTTB光接收机实现网管比较复杂，且同轴电缆的可靠性远远低于光缆，同时网络规划不统一，运维复杂。
FTTH技术方案二(一纤三波)
XX广电采用DVB+IPQAM的FTTH接入方式。基于EPON平台实现internet接入和VOD信号回传，基于IPQAM方式实现VOD 下行和机顶盒直播信号接入。利用合波设备，把三种不同波长1550/1490/1310的光信号合并成一条光纤信号，经过ODN分配网，接入用户综合接收终端。
如图所示
2）IPQAM的插入方法
法1----IPQAM RF信号+CATV RF 信号插入1550直调光发
这种构造与传统的1550＋1310nm二级光电转换结构完全相同。总前端至各分前端的一级光网中，也是采用1550nm技术构建，而在分前端至小区光节点二级光网中，也采用了二级光电转换方式。只是将1310nm光发送机更换为1550nm直调式光发送机，这样既可以充分运用EDFA光纤放大技术实现大功率的光中继覆盖，又可以将分前端的本地节目、边缘QAM调制器的并发流或CMTS的下行信号，通过RF射频方式混合送入二级光网络中。全1550nm有线网，同1310nm结构一样，也可根据光节点数目的增加或下行带宽的增加逐步增加EDFA光放大器或1550nm光送机。
这种构造能有效地降低成本，既满足了未来网络的发展，又完全继承了1550＋1310nm二级光电转换结构的灵活性和下行带宽的可扩展性，方便实用。
法2 IPQAM 光信号+CATV 光信号合波插入大功率光放
将要插播的信号用一台1550nm直调式光发送机输出，与广播光波经光复用器混合后入射到同一条光纤线路，用同一个光纤放大器分配传送给各个光节点。同理，可根据并发流覆盖用户的大小，用多台1550nm直调式光发送机插播IP QAM数字信号，非常方便灵活。
被插播的信号可以是数字电视信号，也可以是模拟电视信号。对VOD数字电视，载波频段一般取在550-860MHz，调制方式为
64QAM(或256QAM)。而对本地数字电视，一般在广播信号的频段（50-550MHz）中留出一段空白，供本地的窄播节目占用。这种叠加传输方式既适合当前的模拟电视广播，也适合将来的数字电视广播，两者都工作于副载波复用光纤传输体制，只是副载波频段和调制方式不同。
注意点：
由于每个光节点都是用同一个光接收机接收广播信号和插播信号。 1）当广播信号频道数远大于插播信号频道数时，为了使插播光波所产生的散弹噪声较少影响广播信道的载噪比，窄播光波的接收光功率应比广播光波的接收光功率低8-10dB。当插播光波的接收光功率为-10～-6dBm时，广播信道的载噪比可以维持在50dB以上（注意广播光波的光功率通常为-1～0dBm）。如图3.3所示。
图3.3 广播光功率与窄播光功率的关系
同时，为了使插播信道也有足够的载噪比，必须在发送端使插播光波有较大的光调制度。此时，广播信号的非线性和CNR指标都不会有劣化。
2）当广播信号和窄播信号频道数相同或相近时，比如32个频点的数字QAM广播和32个频点的边缘QAM并发流时，应使两者进入
光接收机的接收光功率应当基本相同，此时，同二级光电转换一样，CNR有3dB的劣化，但广播信号的非线性指标不会有劣化，整体的系统指标仍好于二级光电转换模式。
但在1550nm（外调）＋1550nm（直调）相对于1550nm（外调）＋1550nm（直调）二级级联网络构造，有如下复杂性：
(1) 调试要复杂些，要注意光功率和光调制度的相互间的调整。
(2) 对EDFA有光谱谱宽平坦性的要求，要有很好的平坦性。否则，在多级光放级联后，广播和插播信号接收光功率很难控制，以致两个信号的输出电平不一致。
FTTH技术方案三(两纤三波)
双纤三波入户示意图如下：
双纤三波即EPON数据光信号与CATV光信号分别在不同的纤芯中传输，各自经过不同的物理传输通道到达用户家庭，入户后，CATV 光信号经过FTTH入户型光接收机接收后转变为射频电信号发送到数字机顶盒完成业务的呈现，EPON数据双向信号经过FTTH入户型ONU后再转发到计算机等网络设备实现业务的呈现。
双纤三波接入方案的优势如下：
1、无波长干扰：与同轴+光纤接入方式相同，在双纤三波接入的FTTH方案中，广播光信号和数据双向光信号的传输通道为物理独立的光纤通道，同样避免了波长干扰问题。
2、用户终端成本低：相比较一纤三波方案，双纤三波可节省大量
的用户终端DWDM设备成本。
3、可靠性高：相比于同轴+光纤接入方式，完全消除了室外有
源设备，可靠性高，可节省大量的运维及室外设备取电的费用。
缺点：相比较同轴+单纤及单纤三波方式，ODN建设成本最高。
三、设计原则
1.入户采用光纤到户，每户开通带宽约20M。
2.每PON口按照1：32规划，开通率按照XX%。
3.光纤传输采用FTTH（光纤到户）方式。
4.能承载标清数字电视、高清电视、互动点播、IPTV、公共信息、政务及资讯信息和其它数据综合业务。
4. ONU的接收光功率为 -18dBm — -25dBm
5．光接收机的光功率为 -1dBm — -12dBm
3.1机房设计
根据XX广电目前的用户规模和业务开展情况，以节约干线光纤资源，下沉接入设备的原则，IPQAM设备和1550直调光发暂时架设于一级分机房，OLT和光放大器，架设与二级分机房。
以一个PON口64个终端，每台OLT8个PON口计算，每台OLT和光纤放大器，覆盖512户用户。
以1550直调光发+5DB的信号输出计算，进入二级机房后，保证光纤放大器>=2DB的信号接入,以此计算，每个IPQAM和1550直调光发，可以覆盖约4000户用户。
根据VOD业务的开展，当IPQAM并发率过高时，下沉
IPQAM和1550直调光发到二级机房。
3.2OND分配
1），ODN总体规划
FTTH的ODN网络是针对FTTH场景下全光网络的组织。
从网络结构上划分，ODN从局端到用户端一般可分为主干光缆子系统，配线光缆子系统，引入光缆子系统和用户光缆子系统四个部分。相应的无源器件包括ODF配线架、光缆交接箱、光分路器、光分纤箱、光熔纤盒、家庭信息综合箱、光纤信息插座等。如下图所示：
2）ODN光分模式
1，分光比一般应为1:64，在光功率受限或需提供高带宽业务时，总分光比可采用1:32或以下。在同一PON口下，如采用二级分光方式，第一级光分路器不应直挂用户，第二级光分路器应采用相同分光比。采用二级分光且总分光比为1:64时，光分路器宜选用1:4+1:16或1:8+1:8组合
2，光分路器应靠近用户侧设置。用户规模较明确且分布密度相对较高时，采用分散分光方式；用户规模不明确或分布密度较低时，采用集中分光方式。
3，根据XX广电实际情况，机房混合输出信号应该直送原光节点（一级分路器节点），在光节点处安装1:4分路器或1:8分路器。以16户用户或8户用户为单位，附近设置二级分路器节点，汇聚于一级光分路器节点。
四、典型组网方案
光分路器在用户光缆网中的位置有如下情况：
1）当采用一级分光方式，光分路器设在驻地网时，光分路器可安装在室内或室外，室内安装位置包括电信交接间、小区中心机房、楼内弱电井、楼层壁龛箱等位置。光分路器上连光缆可分别来自一级光交接箱、二级光交接箱或光分纤箱三种形式，如图10所示。此种方式主要适用于已建成的用户光缆网、小区规模较大且用户密度较高而集中、如高层住宅或商务楼等，也适用于用户驻地有条件设置光分路器、并有足够的管道资源的小区，例如高档别墅区等。
2、当采用二级分光方式，一、二级光分路器均设在驻地网时，第一级光分路器可安装在小区中心机房、电信交接间或室外，第二级光分
路器可安装在楼内弱电井、楼层壁龛箱等位置，光分路器上连光缆可分别来自一级光交接箱、二级光交接箱或光分纤三种形式，如图12所示。此种方式比较适合于多层或小高层公寓楼等。
五、容量计算:
OLT上联端口配置根据用户需求带宽
＝Σ所有业务（业务分配带宽×业务用户比率×集中比×流量占空比）×总用户数/带宽冗余系数。
业务用户比率：某种类业务的渗透率
总用户数： OLT上联带宽规划时对应OLT带的所有用户；
集中比：又称并发率，一般设定，可取50%。对于FTTH用户，集中比算在OLT上；对于FTTB/C/Cab用户，集中比算在LAN交换机上或EOC 局端上；
流量占空比：一般可取50％；带宽冗余系数：OLT上联取65％。
例某小区住户数2000户，宽带用户800户，采用FTTH接入,每单位时间同时有400人上网.带宽为20M
宽带业务渗透率：宽带业务渗透率为800/2000＝0.4
宽带业务并发比为： 400/800＝0.5
流量占空比：设定为50%，比如说1个小时内，用户是保持上网状态，但是没有操作，那么占空比为0，那么在实际进行网络冲浪的时候才会发生流量.
则OLT上联带宽需求：20*（0.4）*（0.5)*50%*2000/95%=4210M 2000户全覆盖共计2000/32=63个PON口，8台OLT每台OLT8个PON 口，4210/8=527M，每个OLT上联1个千兆口即可。
六、工程施工
施工是实现设计方案的关键环节。主要包括：设备的选取、线缆的选取、线缆的敷设三个部分。
设备的选取：考虑PON的发展趋势，考虑到万兆上联。
线缆的选取：室内光缆应选择室内悬挂式布线光缆。
线缆的敷设：线缆敷设应按相关光缆施工规范和标准进行施工。
6.1设备环境需求
局端OLT：
工作湿度：10%～90%
工作温度：0°C～40°C
电源需求：交流：200-240VAC，50/60 Hz
直流：-48V
用户端ONU：
工作湿度：10%～85%
工作温度：0℃～60℃
电源需求：110~240VAC，宽电源适配
6.2 光配网络设计
整个EPON网络是由多个分光器、室外光配箱、主干光
缆以及配线光缆组成的无源光网络。
光线路损耗：
ONU（1310/1490）接收侧光功率＝ OLT发射光功率- 光路损耗 ONU（1550）接收侧光功率= 光放输出功率-光路损耗光路损耗=所有分光器插损值之和+光纤长度（KM）*0.4+熔纤点数目*0.1+法兰盘个数*0.2
高事达OLT发射功率为2-5dB,接收灵敏度为-27dB
分光器插损值，可参见下表：
一般分光器插损表
EPON光路是否合格，是否满足传输需要只有一条规则，实际工程结束后，所有ONU接收侧的光功率在-8dBm到-29dBm之间。由此，据上表及线路设计图，可计算出所有点的光损耗。