張谷泉，盧 雄

（1.湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長沙 410000；2.75841部隊(duì)，湖南 長沙 410000）

0 引 言

隨著“寬帶中國”和“互聯(lián)網(wǎng)+”等國家戰(zhàn)略的實(shí)施，對家庭寬帶建設(shè)提出高速、高帶寬的要求，同時(shí)要求實(shí)現(xiàn)家庭寬帶的普遍覆蓋[1]。在此發(fā)展背景下，各大運(yùn)營商均加快了光纖網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)速度，寬帶覆蓋范圍快速擴(kuò)大，而大規(guī)模的寬帶光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)導(dǎo)致國內(nèi)光纖資源緊缺，光纖價(jià)格持續(xù)攀升[2]。為解決這個(gè)問題，使用PON聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備來進(jìn)行長距離光纖場景的OLT全覆蓋。對于偏遠(yuǎn)地區(qū)的家庭寬帶覆蓋和城區(qū)纖芯不足且無法新建光纜的場景，各大運(yùn)營商開始部署WDM PON光纖聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備，這也是本文的主要研究方向。

1 光纖聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備基本原理

光纖聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備屬于WDM PON設(shè)備，其采用波長作為用戶端ONU的標(biāo)識，利用波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)多址接入，能夠充分利用光纖的巨大傳輸帶寬，是光纖接入未來重要的發(fā)展方向[3]。WDM PON有3種方案：一是每個(gè)ONU分配一對波長，分別用于上行和下行傳輸，提供了OLT到各ONU固定的虛擬點(diǎn)對點(diǎn)雙向連接；二是ONU采用可調(diào)諧激光器，根據(jù)需要為ONU動態(tài)分配波長，各ONU能夠共享波長，網(wǎng)絡(luò)具有可重構(gòu)性；三是采用無色ONU，即ONU與波長無關(guān)方案。此外，還有一種是下行使用WDMPON、上行使用TDM-PON的混合PON。典型的WDM-PON框架如圖1所示。

圖1 典型的WDM-PON框架

2 WDM PON的主要特點(diǎn)

（1）傳輸距離遠(yuǎn)。WDM PON的插入損耗比TDM PON的分路損耗小，并且WDM PON接收機(jī)具有極高的靈敏度。在激光器輸出功率相等的情況下，WDM PON傳輸距離更遠(yuǎn)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍更廣[4]。

（2）傳輸效率高。WDM PON在上行傳輸時(shí)，每個(gè)ONU使用一個(gè)特定的波長，不需要專門的MAC協(xié)議，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，提高了傳輸效率[5]。

（3）高帶寬。WDM PON是典型的點(diǎn)對點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，用戶獨(dú)享帶寬，每個(gè)用戶都有連接到OLT的點(diǎn)到點(diǎn)光通道，不需要動態(tài)帶寬分配。WDM PON能夠在相對低的速率下為每個(gè)用戶提供高帶寬，還可減少PON中用戶所引起的附加損耗，這種方式也可降低ONU的成本。

（4）安全可靠。每個(gè)ONU獨(dú)享各自的波長通道帶寬，用戶之間是不相互聯(lián)系的，安全性更有保障。

（5）對業(yè)務(wù)完全透明。將數(shù)據(jù)分組直接映射至波長信道，對各種協(xié)議和速率透明，這將使網(wǎng)管、保護(hù)等任務(wù)相對簡單，可以提供更強(qiáng)大的OAM&P功能。

（6）低成本。采用無色光源技術(shù)，且所使用的ONU光模塊完全相同，解決器件存儲問題的同時(shí)，也減少了OPEX和CAPEX的數(shù)量。同時(shí)，節(jié)省了大量OLT設(shè)備和主干光纖的投入，大大降低建設(shè)成本。

（7）易升級、易維護(hù)。不需對底層結(jié)構(gòu)進(jìn)行重大改變就能充分利用光纖的巨大容量，升級和點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)一樣容易。采用無源器件，維護(hù)方便。

（8）業(yè)務(wù)特性好。在業(yè)務(wù)層面上，未來網(wǎng)絡(luò)必須具有通用性以適應(yīng)各種增值業(yè)務(wù)，如VoIP、HDTV、IPTV等。不同用戶及不同業(yè)務(wù)對吞吐量、時(shí)延、時(shí)延偏差以及誤比特率等有不同的要求，難以對QoS作統(tǒng)一要求。WDM技術(shù)可以分配不同的波長信道，即專用的點(diǎn)到點(diǎn)連接，有助于解決這些難題。

3 FTTH覆蓋中的光纜資源分析

運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)扁平化趨勢下，為了節(jié)約機(jī)房和運(yùn)維等成本，OLT逐漸集中化建設(shè)。而隨著FTTH大規(guī)模建設(shè)覆蓋，光纖需求量劇增。在一般城區(qū)，一個(gè)局所機(jī)房覆蓋范圍2～5 km2，用戶容量1～2萬，那么FTTH建設(shè)中的光纜需求如表1所示。

表1 光纜需求估算

在城區(qū)，運(yùn)營商每個(gè)局站機(jī)房下均會有公眾接入、移動RRU接入以及專線接入等需求[6]。在基站RRU接入中，每RRU均占用2芯，4G基站（如15個(gè)RRU）則需要30芯。FTTH建設(shè)中，一個(gè)OLT覆蓋2萬～5萬用戶需要100～300芯光纜。專線接入項(xiàng)目直接消耗大量光纖，難以預(yù)測和規(guī)劃。部分城區(qū)管孔資源嚴(yán)重不足、新建管道受當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)管理部分的制約且審批流程復(fù)雜，再加上現(xiàn)場施工不確定因素過多等導(dǎo)致建設(shè)周期過長。同時(shí)，行業(yè)之間激烈競爭，導(dǎo)致建設(shè)成本不斷增加。

在鄉(xiāng)鎮(zhèn)，運(yùn)營商面臨跳接點(diǎn)比較多[7]。部分省份A運(yùn)營商鄉(xiāng)鎮(zhèn)光纜網(wǎng)主要還是由B運(yùn)營商劃轉(zhuǎn)纖芯組成，主要承載3G網(wǎng)絡(luò)基站傳輸。隨著基站數(shù)量的增加及鄉(xiāng)鎮(zhèn)FTTH布局建設(shè)，又新增了少許自建光纜，總體上縣以下鄉(xiāng)鎮(zhèn)光纜網(wǎng)資源（桿路、纖芯）比較匱乏。鄉(xiāng)鎮(zhèn)接入光纜網(wǎng)為混合承載家庭、基站接入業(yè)務(wù)，少數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)光纜網(wǎng)存在如下問題。

（1）劃轉(zhuǎn)光纜纖芯數(shù)量少，以劃轉(zhuǎn)2—4芯居多，部分段落已全部占用，無法滿足新增業(yè)務(wù)的接入；

（2）劃轉(zhuǎn)光纜纖芯在網(wǎng)時(shí)間長、纖芯機(jī)械性能指標(biāo)差，且B運(yùn)營商已將其業(yè)務(wù)逐步割接，不再負(fù)責(zé)共有光纜進(jìn)行維護(hù)，無法保障光纜網(wǎng)的安全性，維護(hù)難度較大；

（3）部分重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域尚未具備自建直達(dá)光纜的條件，一定程度上制約了家庭寬帶、政企專線等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的開展，在未來業(yè)務(wù)承載時(shí)存在巨大的資源缺口；

（4）每個(gè)縣域一般只有一個(gè)匯聚機(jī)房，傳輸匯聚節(jié)點(diǎn)比較少，光纜資源不充足，個(gè)別鄉(xiāng)鎮(zhèn)接入鏈較長，網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)較高。

合理規(guī)劃利用光網(wǎng)絡(luò)是長期戰(zhàn)略，針對FTTH覆蓋中的問題，xPON光纖聚合拉遠(yuǎn)方案借用OTN封裝幀結(jié)構(gòu)對PON的信號進(jìn)行復(fù)用和解復(fù)用，可有效實(shí)現(xiàn)多路光纜的聚合，滿足運(yùn)營商FTTH規(guī)模覆蓋和網(wǎng)絡(luò)扁平化發(fā)展需求。xPON光纖聚合拉遠(yuǎn)組網(wǎng)如圖2所示。

圖2 xPON光纖聚合拉遠(yuǎn)組網(wǎng)

4 光纖聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備在xPON中的應(yīng)用

4.1 下沉OLT或集中放置方案

鄉(xiāng)鎮(zhèn)、行政村PON覆蓋采用下沉OLT或集中放置兩種方式，主要存在以下問題[8]。一是傳輸距離遠(yuǎn)；二是用戶量少，需面臨下沉OLT設(shè)備利用率考核；三是采用下沉OLT方式項(xiàng)目投資大，需大量建設(shè)OLT設(shè)備及城域網(wǎng)配套設(shè)備等；四是建設(shè)周期長；五是OLT集中放置可解決上述問題，但對光纖消耗較大，長距離傳輸要求明顯。

4.2 xPON光纖聚合拉遠(yuǎn)方案

采用xPON聚合拉遠(yuǎn)組網(wǎng)如圖3所示。

圖3 采用xPON聚合拉遠(yuǎn)組網(wǎng)

OLT部署在全業(yè)務(wù)機(jī)房或在原全業(yè)務(wù)機(jī)房的OLT設(shè)備上擴(kuò)展PON板，通過聚合設(shè)備對多個(gè)PON口進(jìn)行收斂，線路側(cè)使用一芯光纖傳送到原OLT下沉基站或鄉(xiāng)鎮(zhèn)/行政村機(jī)房。由末端聚合設(shè)備引出多個(gè)PON口（根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展實(shí)際需求擴(kuò)PON口數(shù)量），再接入到分光器，通過分光后接入到各家各戶，實(shí)現(xiàn)寬帶接入[9]。xPON光纖聚合拉遠(yuǎn)測試組圖如圖4所示，拉遠(yuǎn)測試結(jié)果如圖5所示。

圖4 xPON光纖聚合拉遠(yuǎn)測試組圖

圖5 xPON光纖聚合拉遠(yuǎn)測試結(jié)果

4.3 光纖聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備應(yīng)用優(yōu)勢

一是建設(shè)周期短，可實(shí)現(xiàn)快速建設(shè)；二是根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需求，按需接入PON端口數(shù)量，避免大量投資浪費(fèi)；三是高度聚合可節(jié)約光纜，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)扁平化，減少網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本和機(jī)房建設(shè)成本；四是GPON最大拉遠(yuǎn)距離約50 km，EPON最大拉遠(yuǎn)距離35 km，完全滿足長距離覆蓋要求[10]；五是每路都實(shí)現(xiàn)物理隔離、透明傳輸，業(yè)務(wù)無損傷，具有高可靠性；六是傻瓜式點(diǎn)對點(diǎn)應(yīng)用，設(shè)備即連即通、即插即用、即插即管且易裝易維；七是節(jié)約主干光纜纖芯，同時(shí)減少管道管孔資源占用。

5 結(jié) 論

綜上所述，通過光纖聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備的應(yīng)用可有效解決地廣人稀的偏遠(yuǎn)山區(qū)分光比和PON口利用率低等問題，同時(shí)也提高了FTTH覆蓋率，實(shí)現(xiàn)高效投資，有利于提升市場競爭力。值得注意的是，聚合拉遠(yuǎn)設(shè)備光接口易損壞，必須妥善保管，使用后需仔細(xì)擦拭。此外，PON聚合拉遠(yuǎn)技術(shù)在一定程度上會增加相關(guān)管理維護(hù)支出，這是后期運(yùn)營維護(hù)必須關(guān)注的問題。