FTTH网络建设纵横谈

　　1 前言

　　FTTH（光纤到户）在我国已开始进入市场启动阶段，在“中国光谷”和湖北省政府的大力支持下，为了增强湖北网通的差异化业务提供能力和改善服务质量，同时也进一步加快武汉家庭数字化建设的进程，2005年初湖北网通与武汉市桥建集团合作在南湖都市桃园小区进行了FTTH网络建设，该工程容量713户，建成后可为用户综合提供数字语音、高速上网、CATV、IPTV等多种服务。

　　鉴于EPON相对于BPON、GPON、MC（光纤收发器）在技术复杂度、设备成本上的优势，更重要的是与湖北网通武汉城域网的天然融合性，湖北网通最终选择EPON技术建设武汉南湖都市桃园FTTH项目。此项目中OLT（光线路终端）放置在小区机房，光分路器采用1:32的分路比，一次分支，再通过室外光缆经光缆交接箱连接到用户家中。考虑整体解决方案的性价比，CATV业务采用一个独立的EPON系统来实现。

　　2 系统总体方案

　　本项目的EPON系统OLT主设备单子框具有16个线卡槽位，每个EPON卡提供2个EPON接口，故单子框满配能够提供32个EPON接口。武汉南湖都市桃源小区共计有用户713户，按照1:32的分路比计算共需23个EPON接口，因此采用1台EPON主系统设备即可。在首期4栋共计192户的情况下，只需要6个EPON接口（6×32＝192），故初期仅需在主系统设备上插3块EPON接口卡。

　　根据CATV业务承载方式不同，有单纤和双纤两种方案可以满足此项工程“三网合一”的业务需求，下面就两种方式做简单比较

　　单纤方案：EPON主系统设备通过GE、V5接口与武汉城域IP网和本地语音交换网互联，EPON接口的光纤连接到EDFA（掺铒光纤放大器）中的1:8分路合波器中，将1550 nm的CATV信号与语音、数据业务合波到一根光纤上后，跳接到ODF架，再传输到室外光交接箱，经过1:32的分路器分支后，连接最终用户。

　　双纤方案：EPON主系统设备的EPON接口的光纤直接跳接到ODF架，传输到室外光交接箱中，经过1:32的分路器分支后，连接到最终用户。CATV信号经过EDFA放大后，经过1:8分路器分支，跳接到ODF架，经光缆传输到室外光交接箱，经1:32分路器分支后连接最终用户。在此方案中，用户采用2根光纤进行连接，1根传输数据和语音，另1根传输CATV电视信号，1:32分路器的数量要加倍。

　　上述2种方案都能实现光纤入户、三网融合，单纤方案能够在一根光纤上传送所有业务；双纤方案减少了合波分波器件，降低了项目总体投资，且CATV信号单独单纤传输，便于未来运行维护，所以本项目决定采用双纤方案。

　　EPON主系统设备采用V5接口连接到C&C08程控交换机，由于用户数为713户，按照1:4的集线比，故仅需要6个E1接口上连即可。EPON主系统设备网络侧数据接口提供4个GE接口（光/电可选），且该设备支持级联、端口汇聚和STP（生成树协议）。考虑到FTTH应用的带宽以及网络安全，本次工程采用2个GE接口汇聚连接到网通武汉城域网。网管信息采用带外传输（经过协议转换器转换为G.703接口通过SDH上传）到湖北网通省网管中心，由省网管中心进行统一管理。

　　3 光功率预算

　　3.1 语音数据光通道损耗预算

　　光通道的损耗计算方法有最坏值法、统计法和联合设计法。鉴于接入网环境传输距离很短，通常无须使用联合设计法, 本项目采用最坏值法进行计算。最坏值法是将所有光通道中的光元件损耗值迭加起来即为ODN光通道的光损耗，这些损耗值都应该是系统寿命终了前处于允许工作范围内任意点的数值。这样设计的系统显然是十分安全的。

　　对于FTTH工程, 可根据下列光接入网常用的工程数据估算本工程ODN的传输损耗：

　　·OLT光发送电平：－4～2 dBm(1550 nm)；

　　·OLT光接收电平：－30~－8 dBm(1310 nm)；

　　·ONU光发送电平：－4~2 dBm（1310 nm）；

　　·ONU光接收电平：－30~－8 dBm（1550 nm）；

　　·建议的ODN衰耗：10～26dB ，取22 dB；

　　·G.652单模光纤衰耗：≤0.34 dB/km（1310nm）；

　　·光纤跳纤、尾纤插入损耗：0.1~0.3 dB；

　　·法兰盘插入损耗：≤0.4 dB；：

　　·1:4双窗口单模光纤树型耦合器的插入衰耗：≤7 dB；

　　·1:8双窗口单模光纤树型耦合器的插入衰耗：≤10 dB；

　　·1:32双窗口单模光纤树型耦合器的插入衰耗：≤16.5 dB。

　　本工程用最坏值法在G.652光纤衰耗较大的1310 nm窗口估算光通道损耗：最长片区主干光缆按照0.5 km计算，从室外光交接箱到用户最长配线光缆按照0.5 km计算；从OLT的EPON口到ONU的EPON口，光通道经过一个1:32光分路器、5个法兰盘，涉及的损耗如表1所示。

　　表1 光通道损耗

　　将表1所列损耗累计起来可得到光通道的最大损耗为18.94 dB, 在建议的ODN衰耗范围之内，可以保证数据和语音光信号可靠传输。

　　3.2 CATV信号光功率预算

　　EDFA的发射光功率>22 dBm，经过1:8分路合波器和ODN网络后，接收光功率为22－10－18.94＝－6.94 dBm，ONU的CATV光信号接收范围是－5～－10 dBm，可以保证可靠接收。

　　需要注意的是，由于EDFA的光信号接收范围为0～10 dBm，建议取3 dBm，1:4光分路器的衰耗为7 dB，因此小区机房接收的1550 nm光信号功率要求在10 dBm左右。

　　4 认证与计费

　　由于湖北网通武汉城域网目前认证与计费系统采用PPPoE方式，故本次FTTH工程的数据业务仍采用PPPoE方式，以便利用湖北网通现有资源，减少设备投资；电话业务由程控交换机计费，与现有窄带接入网相同。

　　5 线路总体方案

　　根据FTTH网络系统方案, 本工程ODN是由46个分光器、局端ODF、主干光缆、室外光配线箱和配线光缆组成。本次工程为双纤网络，每个用户均有2根光纤引入，一根光纤传输数据与语音，一根光纤传输CATV电视信号。中心通信机房设于13号楼1单元。所有光通信设备均集中在机房内统一管理。

　　按照小区内17栋住宅楼的具体地理位置分布及住户数量，以一个室外光纤交接箱(室外ODF箱)引出的配线光缆接通的住宅楼为一个配线片区, 可将南湖都市桃源小区划分为8个片区。 1～7片区各设室外光纤交接箱一个，各用一根主干光缆由中心通信机房ODF分别接至相应片区的室外光纤交接箱再由各光纤交接箱引出28芯分支光缆至各楼栋单元。第8分区则直接由中心通信机房引出28芯单模分支光缆至13号楼和14号楼。具体情况如表2所示。

　　表2 各区光缆分布

　　对于用户数量为10～12户的楼幢单元，引入1根28芯分支光缆。对于用户数量最多为22户的单元，引入2根28芯分支光缆。单元内每2层或3层安装光缆分纤盒1个。由于尾纤进入户内易受损坏，故而在每个光缆分纤盒内预留2芯备用，可在故障发生时节约抢修时间，同时可在排除障碍时对比测试纤路。

　　主干光缆的机房侧成端方式：以12芯带状光纤为单位熔接成端在设备间的ODF架上；46个1:32分光器的出纤数量为32×46＝1472条。带接头的尾纤在小区机房内的ODF架成端，两者互相连接。

　　6 小区布线

　　FTTP/FTTH光纤布线系统目前尚无设计和施工标准，大体上可沿用综合布线系统几个子系统规范来进行设计，具体如下。

　　6.1工作区子系统

　　工作区子系统是一个从信息插座延伸至终端设备的区域。工作区布线要求相对简单，这样就容易移动、添加和变更设备。该子系统包括水平配线系统的信息插座、连接信息插座和终端设备的跳线以及适配器。

　　（1）FTTH智能终端盒

　　当前我国新住宅流行住户购毛坯房自主装修, 为适应这种情况, 新住宅小区FTTH的设计一般应在用户大门内或大门外设置壁挂式或墙内嵌入式家庭FTTH智能终端盒（见图1）。FTTH智能终端盒具有多种型号，根据南湖都市桃源小区的建筑条件，本次项目选择嵌入式终端盒。该智能终端箱作为光纤到户和家庭室内综合布线的界面, 可端接FTTH的光纤和容纳用户ONU, 并可安装电视、数据、语音接线模块和RJ45插座。

　　图1 FTTH智能终端盒的构造

　　（2）ONU用户终端设备

　　本项目采用的是一款小型的全业务家用型ONU用户终端设备，安装在FTTH智能终端盒中，具有1个EPON接口、2个FE接口、2个POTS接口和1个CATV射频接口（RF）。ONU通过外置电源模块供电，并配备后备电源。其外置电源、后备电源模块和蓄电池均安装在FTTH智能终端盒内。由用户室内引入市电220 V，经过电源模块转换为直流12 V给ONU供电，后备电源模块和蓄电池可在室内断电的情况下，保证电话3 h的正常使用。

　　6.2 配线子系统

　　配线子系统由光纤插座(或ONU光口插座)、配线光缆、光配线设备和光跳线等组成，处于相当于管理子系统的光缆交接箱和工作区之间，一端端接在ONU光口插座或光纤插座上，另一端端接在光缆交接箱内光配线架或分支器件及设备上, 将干线子系统线路延伸到用户工作区。

　　对于综合布线系统, 配线子系统通常处于同一楼层, 因其布线基本上是水平走向而称为水平子系统。但对于FTTH，配线子系统并不局限在同一楼层，有时一幢住宅大楼或其中的一个门栋单元可同属于由一个光缆交接箱或无源分光器分出的配线子系统，甚至几幢小住宅楼同属一个配线子系统，这主要取决于光缆交接箱或分支器件的规格、用户数量、位置分布及布线环境等因素。

　　配线光缆可为单芯或双芯光缆(取决于FTTH方案)，其用量(长度)应根据建筑平面图和信息点(一户为一个信息点)数量及分布，并充分考虑端接余量及富余量, 按下列公式估算：

　　平均每户配线光缆长度（m）＝（最大长度＋最小长度）/2 ＋6（端接余量）＋10％余量

　　因为光纤分纤盒处于用户中间位置，最大长度为光缆交接箱距离该光纤分纤盒下辖最远距离用户的长度，最小长度为光缆交接箱距离该光纤分纤盒下辖最近距离用户的长度。

　　配线光缆总长度＝信息点数×平均每点线缆长度

　　本工程将南湖桃源小区分为8个片区，配线系统为从片区的壁挂式288芯或144芯光交接箱光缆分出的多根28芯室外单模光缆以星型拓扑延伸到所辖住宅楼各单元， 再由光缆分纤盒分出与所服务用户相当的双芯单模光缆引入用户室内，连接ONU。

　　根据小区建筑平面图和配线光缆用量估算公式，本工程配线系统共需28芯室外单模光缆5 500 m，室内双芯单模光缆713条，每条平均长度15 m，室内单模光缆一头端接SC/APC接头。

　　6.3 干线子系统

　　干线子系统由光配线设备、干线光缆、光跳线等组成，它连接设备间(通信室)或入口设备，是建筑物或小区内光网络系统的中枢。主干光缆的一端端接于设备机房的主配线架上，另一端通常端接位于分支点的光缆交接箱内光纤配线架或无源分光器。

　　对于综合布线系统，干线子系统连接各楼层配线设备，其布线基本上是垂直走向而被称为垂直子系统。但对于FTTH，干线子系统并不局限在一幢大楼内，也可包括楼群间的干线光缆，其布线走向就不总是垂直的了。

　　（1）主干光缆用量计算

　　主干光缆长度应根据小区平面图和光缆路由估算，并留15%~20%的余量。本工程从设于13号楼一层的设备间(网通机房)引出7条主干光缆分别到1～7区的室外光缆交接箱，其中6条为288芯室外单模光缆，共计总长度为1 500 m，1条为144芯室外单模光缆, 长度为200 m。

　　（2）主干光缆选型

　　主干光缆通常选用单模室外或室内光缆(取决于线段的位置在室外还是室内)，距离在2 km以内，也可用多模光缆，芯数应按分支数确定并有余量。本工程选用GYDTA 288芯层绞式光纤带缆和GYDXTW 144芯光纤带缆。

　　6.4 管理子系统

　　对于综合布线系统，鉴于双绞线传输距离受到不得超过100 m的限制，管理子系统通常设在楼层配线间内，并由交接、互连和配线架以及相关跳线组成。管理点为连接其它子系统提供连接手段，交接和互连允许将通信线路定位或重新定位到建筑物或小区的不同部分，以便能更容易地管理通信线路。

　　对于FTTH，光纤的传输距离以公里计，管理子系统的设置基本上摆脱了传输距离的束缚，而主要取决于FTTH的技术方案、运营和管理要求及网络布局与覆盖范围等因素。

　　当住宅小区FTTH网络覆盖范围较大或出于运营、管理和网络布局的考虑，可以在设备间外选点，设置光纤配线箱，构建片区管理子系统。当一个FTTH网络覆盖范围不大，且距设备间不太远时，可将管理子系统合并于设备间子系统中。

　　本工程设7个管理片区，其中，1～7片区以室外光缆交接箱实现主干光缆和片区配线光缆的连接和片区光缆线路的管理。第8片区范围小，且设备间就在此片区内，故不设室外光缆交接箱，该片区的配线管理子系统合并于设备间子系统中。

　　光缆交接箱应尽量设置在靠近主干光缆路由、安全、隐蔽、施工维护方便、易于进出线、不易受外界损伤及淹没的场所。

　　本工程采用的室外光缆交接箱为壁挂式，挂在住宅楼外墙上，箱厎距地面1.5 m。挂接点靠近主干光缆路由，方便用钢管保护从地下引入主干光缆和引出配线光缆到配线管道。保护钢管采用￠20镀锌钢管。

　　6.5 设备间子系统

　　设备间是安装FTTH网络各种局端设备的房间。设备间子系统包括FTTH网络的主干光纤配线设备和OLT等。本工程的设备间设在13号楼一单元，配置ODN网络侧2.2 m高ODF 3个，2 m高网络设备机柜（OLT机柜）1个。