FTTH宽带基础原理

一、FTTH及PON基础知识1.1 PON系统基本原理PON（无源光网络）是指OLT（光线路终端）和ONU（光网络单元）之间的ODN（光分配网络）全部采用无源设备的光接入网络。PON是一种点对多点（P2MP）的光接入系统，它能够节省光纤资源、ODN无需供电、用户接入方便和支持多业务接入，是运营商目前大力推行的宽带光纤接入技术，主要有EPON和GPON两种技术。PON系统采用WDM（密集波分复用）技术，实现单纤双向传输。为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术：下行数据流采用广播技术；上行数据流采用TDMA技术；每PON口可以实现最大上行1.25G，下行2.5G传输速度。1.1.1 PON典型网络结构PON系统主要由OLT、ODN和ONU三部分组成，其中ODN不包含有源设备，OLT至ONU之间通过光分路器连接形成P2MP（点到多点）的结构。1.1.2 PON系统传输方式上行方向为TDMA方式各ONU上行数据分时发送，各ONU的发送时间与长度由OLT集中控制。下行方向为广播方式下行数据广播发送，每个ONU根据下行数据的标识信息接收属于自己的数据，丢弃其他用户的数据。1.2 PON系统组成PON系统的基本组成有：局端的光线路终端（OLT）设备ODN，指用于连接局端OLT设备和远端ONU设备之间的光分配网络，ODN只包含无源器件或设施光网络单元（ONU/ONT）。1.2.1 OLT设备介绍OLT是PON的核心功能模块，OLT在物理上一般以机架的形式呈现。机架式OLT（大型）采用插板式结构，功能复杂、容量大，实现难度高。包括如下板卡:接口板（或者称为线卡）主交换板主控板（主控和主交换板可能合在一个板卡）上联板（GE/10GE）盒式OLT（小型）：1U高一体化小设备：24个PON口，12个上联GE口.功能简单，容量小，实现容易1.2.2 ONU设备介绍ONU位于用户终端和ODN之间，提供用户接口和多业务接入，ONU上联口（PON口）为光口，用户侧接口有：以太网接口（FE GE）POTS接口（RJ11）E1接口CATV接口ONU设备框图如图所示，其中PON接口模块是核心部分，语音处理模块以VoIP的方式提供语音业务，CPU负责整个ONU的控制和管理（包括与OLT及网管的通信）。1.2.3 FTTH ONU设备分类ONU设备根据用户端的应用方式不同，可分为下列几种类型：（1）SFU（单住户单元）型ONU ：主要用于单独家庭用户，仅支持宽带接入终端功能，具有1或4个以太网接口，提供以太网/IP业务，可以支持VoIP业务（内置IAD）或CATV业务，主要应用于FTTH的场合（可与家庭网关配合使用，以提供更强的业务能力）。（2）HGU（家庭网关单元）型ONU：主要用于单独家庭用户，具有家庭网关功能，相当于带EPON上联接口的家庭网关，具有4个以太网接口、1个WLAN接口和至少1个USB接口，提供以太网/IP业务，可以支持VoIP业务（内置IAD）或CATV业务，支持TR-069远程管理。主要应用于FTTH的场合。（3）SBU（单商户单元）型ONU：主要用于单独企业用户和企业里的单个办公室，支持宽带接入终端功能，具有以太网接口和E1接口，提供以太网/IP业务和TDM业务。主要应用于FTTO的场合。1.3 ODN简介ODN位于ONU和OLT之间，为OLT与ONU提供光传输手段，完成光信号的传输和功率分配任务。ODN通常呈树型分支结构，主要包含下列设备：局端配线设施：光配线架等。光分配点设施：光配线架、光交接箱、光分线盒、光分路器、光分歧接头盒等。光用户接入点设施：光分路器、光分线盒、光分歧接头盒等。用户端接设施：用户智能终端盒、光纤信息面板。其他基本器材：光缆、光纤连接器、尾纤等。1.4 FTTH在PON中的实现根据光纤到达用户侧的位置不同,宽带光接入网的应用方式（建设模式）包括以下几种,这些模式统称为FTTx，主要包含：（1）FTTN ：Fiber To The Node，光纤到节点（2）FTTZ ：Fiber To The Zone，光纤到小区（3）FTTCab：Fiber To The Cabinet，光纤到交接箱（4）FTTC ：Fiber To The Curb，光纤到路边（5）FTTB： Fiber To The Building，光纤到楼（6）FTTP： Fiber To The Premise，光纤到用户驻地（7）FTTH： Fiber To The Home，光纤到户（8）FTTO： Fiber To The Office，光纤到办公室其中最主要的应用方式有FTTH、FTTB/C、FTTCab，FTTH、FTTO、FTTP 以全程光纤的方式实现最终用户的接入，是最为理想的宽带光纤接入方式。1.5 FTTH典型组网结构FTTH的典型组网结构如图所示，根据用户的不同业务需求及家庭布线情况，家庭网络可采用不同的家庭组网方式，既可采用有线也可采用有线+无线AP的接入方式，可方便灵活地接入语音、宽带数据、IPTV、WLAN等业务。1.6 EPON和GPON技术比较下图展示了EPON和GPON技术未来发展的方向、各自的协议栈及支持的业务类型。GPON和EPON的主要技术指标对比：1.7 10G-EPONIEEE 802.3 av 规定了10Gb/s 下行、1Gb / s 上行的非对称模式(10/1GBASE -PRX )和10Gb/s 上下行对称模式(10 GBASE - PR ) 两种速率模式。10G-EPON标准标准EEE802.3av，2009.9发布在1G EPON标准基础上增补主要改进定义了新的PMD子层（光接口）对MPCP协议进行增补，扩展了ONU的发现方式，支持不同速率ONU的共存采用了新的编码方式和FEC10G-EPON工作波长10Gb/s下行：15751580nm（1577nm）10Gb/s上行：12601280nm（1270nm）1Gb/s上行： 12601360nm（1310nm）不同速率信号的共存（物理层）下行：10G与1G信号以WDM方式共存上行： 10G与1G信号以TDM方式共存多点控制协议增补（数据链路层）OLT为不同类型的ONU打开不同的发现窗口10G、1G注册采用不同的广播LLID2、 FTTH线路要求及传输指标2.1 PON系统光链路损耗计算光路损耗=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*0.5ONU接收侧光功率 OLT发射光功率- 光路损耗只有当ONU接收侧光功率 ONU最小接收光功率时，ONU才能正常工作。光链路中还要有一定的富余度：当传输距离5公里时，光纤富余度不少于1dB；当传输距离10公里时，光纤富余度不少于2dB；当传输距离10公里时，光纤富余度不少于3dB。2.2 影响光通道衰耗的几个因素以上图为例进行全径路光功率计算，红色点表示法兰盘，光通道全长3KM，光缆共有4个熔接点。2.3 各种分光器衰耗情况（实测）2.4 两种分光比的对比2.5 盒式分光器采用小盒子封装，可根据需求引出SCFCLC等不同的尾纤。2.6 分光器的选择目前FTTH小区一级分光一般采用1：32的分光器，二级分光一般采用1：2+1：32/1：4+1：16/1：8+1：8 的分光器组合方式。在机房机柜中，为了便于固定，选用机架式分光器。在FTTH光交箱、光分线箱内，为了节约托盘的位置，一般选用盒式分光器。对于新建小区，在计算分光器端口时，要有一定的余量，1个1：64的分光器只能覆盖6062户，1：32 的分光器只能覆盖30户。3、 FTTH装维标准3.1 FTTH开通必备工具FTTH装机必备工具：1、设备类：ONT（光猫）、FTTH光缆热熔机、光源光功率计、红光笔、手电筒、电钻、插排2、线路类：皮线光缆（根据装机环境不同携带室内或室外皮线光缆）、尾纤（FC-FCFC-SC）、法兰（适配器）3、工具类：光缆切割刀、螺丝刀（一字/十字）、斜口钳、米勒钳子、皮线光缆开拨器、酒精、脱脂棉、热缩管、扎带、魔术粘扣、钢丝（穿线使用）、开孔器、锤子、梯子4、标记类：圆珠笔（非水性/油性笔）、标签纸3.2 FTTH 一级分光组网FTTH一级分光：用户与汇聚设备OLT之间只有1个分光器的组网方式被称为一级分光。一般将大分光比分光器（1：32/1：64）安装于FTTH覆盖区域光缆交接箱中，通过束状尾纤（光缆）延伸至用户楼宇安装的光纤分线箱中。至用户家中的皮线光缆通过与束状尾纤连接（法兰盘），再通过安装于光交箱中的分光器汇聚后上联至机房OLT设备。FTTH一级分光组网方式光衰耗相对较小，一般用于密集覆盖区域，该分光方式网络节点较少易于维护，用户端口受限于光交箱至楼宇光缆数量。机房-光交箱（分光器）-楼宇分线箱-用户一级分光方式示意图:3.3 FTTH 二级分光组网FTTH二级分光：用户与汇聚设备OLT之间存在2个及以上（非特殊情况下不建议存在两个以上分光器）分光器的组网方式被称为二级分光。一般将小分光比分光器（1：2/1：4/1：8）安装于FTTH覆盖区域光缆交接箱中，通过光缆延伸至用户楼宇安装的光纤分线箱中，于光纤分线箱中安装级联分光器（1：32/1：16）。至用户家中的皮线光缆通过与二级分光器相连，再通过安装于光交箱中的一级分光器汇聚后上联至机房OLT设备。FTTH二级分光组网方式光衰耗相对较大，一般用于全光覆盖小区，该分光方式光缆敷设少，易于扩容，用户端口受限于楼宇内分光器分光比。机房-光交箱（分光器）-楼宇分线箱（分光器）-用户二级分光方式示意图: