FTTH建设方案
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FTTH建设方案


1、概述
随着广电提供的基本业务从标清,逐渐向高清和超高清发展,同时提供高清和超高清的互动视频。在提供100套高清目标的前提下,采用IPQAM提供VOD点播的做法必然没有足够的频率资源做支撑,互动节目必然全面走IP通道,视频业务将会带来最主要的带宽需求。随着节目内容高清化以及提供的业务多样化发展的趋势,为用户提供大带宽是保证用户体验的最根本手段。
各类视频业务需求速率如下表所示:
 

用户带宽需求是接入技术发展的核心驱动力,增加用户带宽最重要的手段就是光节点下移逐步靠近用户,光进铜退, FTTH是广电网络发展的必然趋势。
新建网络必须走上FTTH的道路:
1、采用1550nm传输广播节目(模拟电视、数字电视、HDTV等)。
2、采用EPON实现宽带接入、VoD 、VoIP等三网融合业务。
2、总体方案
目前广电运营商的主营业务既包含广播电视业务,也包含数据双向业务,因此广电的FTTH建设必然涉及到广播电视业务的FTTH建设和数据双向业务的FTTH建设。结合目前广电现有的资源,要实现FTTH主要有三种方案:广播电视业务实现FTTH前提下的单纤三波方案、双纤三波方案,及广播电视业务保留同轴接入实现FTTB+数据双向业务实现FTTH的双纤三波方案。
2.1单纤三波入户
单纤三波入户示意图如下:
 

在单纤三波入户方案中,1550nm广播网光信号和EPON设备发送的数据双向信号(上行1310nm,下行1490nm)在分前端机房经过DWDM波分复用设备后,广播光信号和数据双向信号被合并到一条光纤物理通道,然后再经过各级ODN设备的传输和分光后最终到达用户家庭,在用户家庭内部,广播电视信号和数据双向信号经过家庭网关式ONU分离,然后再被分别送到有线电视机顶盒和计算机等网络终端设备实现业务的呈现。
单纤三波接入方案的优势如下:
1、端对端的管理:由于一纤三波的网络架构是端对端的,可以很方便的管理用户终端设备。网络管理人员可以实现远程业务开通、故障维护、业务关闭等做操作。
2、ODN成本低:由于广播电视信号和数据双向信号都是在同一个物理光纤上传输,所以此方案大大降低了从分前端至用户家庭之间的ODN网络分路器,纤芯资源等的建设成本。
单纤三波方案中,需要注意的是EPON传输过程中,下行1490nm的数据IDLE 码会对下行1550nm的CATV信号在62.5MHz及倍频处造成单频干扰,同时下行方向1550nm的CATV信号因为功率较大,还需要考虑其对1490nm数据信号的非线性干扰,因此我们应选用波长隔离度在35dB以上的波分复用器。解决以上问题后,在光纤资源比较紧缺的情况下,单纤三波的FTTH接入方案是可行的,如果光纤资源充足,建议采用双纤三波接入。
2.2 双纤三波入户
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: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,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,使广播信号和数据双向信号的系统传输指标比单纤三波的更优。
2、用户终端成本低: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,而在双纤三波方案中,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,双纤三波可节省大量的用户终端设备成本。
双纤三波的FTTH接入的主要应用场景为:
1、住宅分散且未铺设铜缆的农村。
2、城市高端别墅区。
3、新建楼盘且需要广电单独承担铺设铜缆成本的地区。
2.3 同轴+光纤入户
同轴+光纤入户示意图如下:
 

同轴+光纤实现用户的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+光纤入户混合覆盖的方式继承了双纤三波入户的全部优点,即:无波长干扰,用户终端成本低,同时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网络建网费用。因此,同轴+光纤的FTTH入户覆盖方式成为目前资金紧张的广电运营商首要的FTTH入户选择。
3、FTTH建网技术
3.1 ODN的覆盖
光分配网(ODN)位于OLT和ONU之间,由主干、配线、引入光缆、分路器和光交接、分线设备组成,其功能是将一个光线路终端(OLT)和多个光网络单元(ONU)连接起来,提供光信号的双向传输通道,是FTTH接入工程的重要基础设施。
根据OLT部署的位置,ODN的网络结构有两种方式:“馈线光缆—配线光缆—引入光缆”三层结构和“配线光缆—引入光缆”两层结构 。
ODN包含的元素:
 

3.1.1  ODN覆盖方式
根据目前的广电现状,FTTH建设初期,ODN覆盖方式有“全覆盖”和“薄覆盖”两种
“全覆盖”:集中施工,将光纤一次性布放到所覆盖的每个用户室内。如下图:
 

此覆盖方式将难度较大的光缆入户施工FTTH建设的阶段集中完成,后期业务开通时不需线路人员介入,但是初期成本高,投资风险大,而且存在入户光缆在装修时被损坏的风险。
“薄覆盖”:分阶段施工,在集中施工阶段完成从CO到DP的线路施工,在业务开通阶段完成引入光缆的敷设。 如下图:
 

此方案在入户引入段按业务开通情况按需敷设,分路器和PON设备端口按需投放,因此初始投资成本低,每户工程造价最低,而且在业务开通阶段敷设引入光缆可以避免光缆的损坏,也更容易得到用户的配合。
在具体的应用场景上,在新建小区建议采用“全覆盖”方式实现所有用户的光纤接入,而在旧小区改造中建议采用“薄覆盖”方式逐步提高光纤接入。
3.1.2  ODN建设要求
主干光缆配置原则:主干光缆的光纤主要以FTTH使用为主,并预留一定比例的公用纤(含2芯测试纤),且公用纤芯数应取12的整数倍。主干光缆中FTTH用户所需光纤按实际光纤需求量再增加20%的冗余进行配置,即:当接入为单纤三波的时候,主干光缆芯数为(终期用户数÷分光比)×1.2,接入为双纤三波的时候,主干光缆芯数为(终期用户数÷分光比)×2.4。
配线光缆配置原则:采用FTTH方式接入时配线光纤应一次性配足,当分路器放置在交接箱内时,单纤三波入户时光纤配置=终期用户数×1.2,双纤三波入户时光纤配置=终期用户数×2.4。当分路器放置在分线盒内时,单纤三波入户光纤配置=(终期用户数÷分光比)×1.2,双纤三波入户光纤配置=(终期用户数÷分光比)×2.4。
3.2 OLT位置选择
OLT设备尽量集中部署,首选分前端机房,在机房条件确实紧张或管道资源确实不能满足出局光缆需求时,可将OLT局点下移到小区。
3.3分路器
3.3.1 分光方式
按照光分路器是否集中放置区分,FTTH分光方式有两种:集中分光,分散分光。
集中分光即将光分路器放置于小区机房、光缆交接箱中、局端机房(OLT机房),集中分光维护相对方便,在前期业务未全部开通的情况下可节省设备的投资。
分散分光即将光分路器放置于楼内、楼外、挂杆安装的分纤箱中。分散放置的光分路器更靠近ONU和接收机,能节约更多的光缆资源、城市管道资源。
无论集中分光还是分散分光,数据双向平台的分光不宜超过2级,广播平台的分光不宜超过3级 。
3.3.2 分路器配置
工程配置时,分光比为1:64及以上时,每台分路器可预留2个下行端口,作为日常测试和备用端口;分光比在1:32及以下时,预留1个端口作为日常测试端口。
分路器集中设置时,其数量随工程按需配置;分散设置时,应一次性配足。
3.3.3 分路器选择
光分路器在交接间机架或综合布线柜内安装时,宜选用机架式分路器。在交接箱内安装时,可选用机架式或盒式分路器,在光分路箱内安装时应选用盒式或微型分路器。光分路器尾纤与上、下联光缆中的尾纤应直接熔接或通过适配器直接对接。
3.4 连接技术选择
目前光纤连接有两种方式:热熔接,冷接续。
传统的光缆接续采用光纤熔接机,利用热缩套管对光纤进行保护,接续损耗小,这种接续方式称为热熔接。多年来户外光纤接续作业都是采用的这种方式。热熔接光纤接续是两根光纤的对接,是一种固定连接方式;损耗低,可靠性高,每个热熔节点光损耗为0.01-0.03dB/节点;但仪器价格昂贵、接续需要用电、操作需要培训、维护费用较高、操作场地受限,针对FTTH多点零散接续耗时较长。 因此,这种接续方式在FTTH 建设中适宜应用到户外施工段,但在狭小的室内环境中施工,其效率和便利性大大降低。
冷接技术是指不需要熔接机,只通过简单的接续工具、利用机械连接技术实现光缆固定或活动连接的方式。常用的冷接设备有冷接子,快速连接器。冷接技术操作简单,对操作环境无特殊要求,无源施工,操作工具简单易携带,可重复性高。但冷接属于非固定连接,容易出现松动,冷接后的插入损耗比较大。
通过以上对比可以看出,热熔稳定,冷接方便,在FTTH建网中,热熔的应用场景为主干和配线光缆部分的光纤连接,冷接的应用场景为入户部分的光缆连接。
3.5光通道损耗与接入距离
3.5.1光通道损耗
光通道损耗是ODN最重要的网络性能指标。ODN的光路是否合适、是否满足传输要求,最重要的一条规则就是实际工程结束后,能够符合光功率预算要求。光功率衰减的主要影响因素有:分路器的插入损耗;光缆本身的损耗;光缆熔接点损耗;尾纤/跳纤通过适配器端口连接的插入损耗。光通道损耗为以上因素引起的损耗总和。在工程设计时,必须控制ODN中最大的衰减值,建议EPON的衰减控制在26dB以内,CATV广播光信号的衰减控制在32dB以内。在工程设计中,对光通道损耗的估算可采用如下的光损耗参数表:
 

光通道损耗=L×a+n1×b+n2×c+n3×d+e+f (dB)
a表示光纤每公里平均损耗(dB/km),L为光纤总长度,单位Km。工程中使用的光纤跳线,尾纤等,一般长度较短,可以忽略。
b表示光纤熔接点损耗(dB),n1表示熔接点的数目。
c表示光纤机械接续点损耗(dB),n2表示机械接续点的数目。
d表示连接器损耗(dB),n3表示连接器数目。
e表示光分路器损耗(dB),这里只考虑一级分光。如果是二级分光,则要分别考虑二个光分路器造成的损耗。
f表示工程余量,一般取1~3dB。
设计中应对网络中最远用户的光通道衰减进行核算,采用最坏值法进行ODN 光通道衰减核算,检查全网的光通道损耗是否满足要求,并根据需要对网络设计方案做适当调整。
3.5.2 ODN全程损耗富余度要求:
当传输距离小于或等于5公里时, ODN全程损耗富余度不少于1 dB;
当传输距离大于5公里且小于等于10公里时,ODN全程损耗富余度不少于2 dB;
当传输距离大于10公里时,ODN全程损耗富余度不少于3 dB。
4、FTTH接入方案介绍
考虑到单纤三波入户的总体成本高于双纤三波,以下新建FTTH光纤入户模型均采用双纤三波入户方案设计。
4.1 高层住宅接入
4.1.1组网方案
 高层住宅的特点是10层以上,每楼层用户数较多,用户总数大,楼内拥有完善的竖井和管道设施。
本方案假设模型为某小区总用户数为1000户,10个单元楼,每单元楼24层,每层4户。
本方案中,有线电视光信号和数据双向信号通过双纤三波接入用户,同时建议OLT 和光放大器全部下移到小区,其中OLT选择盒式小体积OLT设备,采用直流或者交流供电,OLT 出16个PON口,每个PON口采用总计1*64的分光比接入用户;光放大器输出光功率为22dBm,每个端口采用总计1*256的分光比接入用户。
组网方案图如下:
 

4.1.2建网方案
OLT位置:
原则上用户数大于1000户且附近1公里左右无接入间的,PON口数大于16个,可考虑设置小区OLT。
而本方案的模型中小区接入用户量为1000户,为了实现在光纤入户的前提下尽量减少骨干光缆纤芯资源的占用, 在本方案中OLT 的位置建议下移到小区。OLT下移到小区后,下行出16个PON口接入1000户的用户,上行通过10GE上联口连接到三层交换设备。广播网的光放大器同时也下移到小区,实现1000户的有线电视业务的接入。
分路器:
本模型的分光结构中,广播通道采用两级级分光,总分光比为1:256,在小区机房内先完成1:16的分光,然后再在楼内每4层完成1:16的分光后,通过皮线光缆引入到用户家庭实现接入。数据双向通道采用两级分光,总分光比为1:64,在小区机房内先完成1:4的分光,然后再在楼内每4层完成1:16的分光后,通过皮线光缆引入到用户家庭实现接入。分光结构如下图:
 

ODN网络建设
配线段:
小区机房安装一288芯容量的光缆交接箱,从OLT和EDFA设备出的光纤经过小区机房交接箱内部的分路器进行1:4 和1:16的分光,然后从小区的机房各引一根16芯(12芯业务使用,其余4芯作为备份和测试使用)的配线光缆到达各个单元楼,其中6芯为有线电视广播平台使用,6芯为数据双向平台使用,具体如下图:
 

入户段:
配线光缆经过楼栋的弱电井引入,每4层采用一壁挂式光缆配线箱,在配线箱内对广播平台和数据双向平台的光信号进行1:16的分路后,采用皮线光缆通过楼道暗管进入到每个家庭的综合信息箱,在综合信息箱内采用SC头成端接入入户型ONU和光接收机。
1号楼和2号楼的接入如下图:
 

4.1.3 光通道衰减计算
1:64的分路器的损耗为20.5dB, 1:256的分路器损耗为28dB,连接器插入损耗在1dB左右,熔接损耗在0.5dB左右,小区内部配线端损耗为0.2dB左右,另外考虑1dB 工程余量,则本方案中的数据双向信号的总计光衰减为22.2dB+1dB=23.2dB,满足小于26dB的设计要求,有线电视广播平台的衰减可控制在29.7dB+1dB=30.7dB,满足小于32dB的设计要求!
 

4.1.4 高层接入建议
高层入户方案建议配线光缆从地下管道进楼,分路器放置在室外交接箱和楼栋竖井内的光缆配线箱,光交接箱分路器输出的配线光缆采用骨架式光缆,沿竖井垂直布放,实施对整栋建筑的用户接入。光配线箱按照一定的楼层间隔分布放置,一个配线箱可覆盖1~4层,实际可根据每楼层的用户数确定。
4.2 多层住宅接入
4.2.1组网方案
多层住宅的特点是10层以下,用户数量相对较少,常为1梯2-4户/层,一般每单元楼总住户数在40户以下,每栋楼有几个单元。
本方案的假设模型为某小区总用户数为480户,共10个单元楼,每单元楼6层,每层8户。
本方案中,有线电视光信号和数据双向信号通过双纤三波接入用户,OLT 设备和光放大器放置在分前端机房,且分前端机房到小区的距离在5KM以内,OLT 出8个PON口,每个PON口采用1*64的分光比接入该小区用户;光放大器输出光功率为22dBm左右,每个端口采用1*256的分光比接入用户。
此方案的组网图如下:
 

4.2.2建网方案
OLT位置
本方案的小区模型中,用户数量总共为480户,小于1000户,因此建议OLT放置在分前端机房,以利于后期的维护。
分路器
本模型的分光结构中,有线电视广播平台和数据双向平台均采用2级分光,其中广播平台信号在交接箱内完成1:16的一级分光后,在楼头分配箱中完成1:16的分光,然后再通过入户光缆引入到用户家庭。而数据双向平台信号在交接箱内先完成1:4的一级分光,然后在楼头完成1:16的二级分光后,再通过入户光缆引入到用户家庭实现光纤到户接入。分光结构如下图:
 

ODN网络建设
配线段:
小区里安装一144芯容量的光缆交接箱,从分前端引入的主干光纤经过小区交接箱内部的分路器进行1:4 和1:16的分光,然后从小区的机房各引一根12芯的配线光缆到达各个单元楼,其中3芯为有线电视广播平台使用,3芯为数据双向平台使用,具体如下图
 

入户段:
配线光缆经过楼头引入,在配线箱内进行分光,其中有线电视广播平台采用3个 1:16的分路器完成1:48的分光后通过皮线光缆引入用户家庭,数据双向平台也采用3个1:16的分路器完成1:48的分光后通过皮线光缆引入用户家庭并且在用户家庭采用SC头快速连接器成端以完成FTTH的接入,具体如下图:
 

4.2.3 光通道衰减计算
1:64的分路器的损耗为20.5dB, 1:256的分路器损耗为28dB,连接器插入损耗在1dB左右,熔接损耗在0.5dB左右,小区内部配线端损耗为0.2dB左右,另外因为从分前端机房到小区的距离为5KM,在建设的时候留有1dB的余量,则本方案中的数据双向信号的总计光衰减为20.5+1.7+1+0.36*5=25dB,满足小于26dB的设计要求,有线电视广播平台的衰减为28+1.7+1+0.2*5=31.7dB,满足小于32dB的设计要求.
 

4.2.4 多层接入建议
 光分路器放置到光缆交接箱和楼头的光缆分配箱,从光交接箱的光分路器输出采用骨架式光缆,覆盖整个小区。光缆敷设采用直埋或管道方式。在每栋楼宇附近,使用光缆接头盒完成光缆分歧并引入到楼头的分配箱中,然后在经过分配箱的光分路器分路后出皮线光缆到用户家中。
4.3 别墅地区接入
4.3.1组网方案
别墅区用户分散,总数较少,覆盖范围广,常为双联别墅和单联别墅,每栋建筑只有1-2户。
本方案的假设模型为某别墅区总用户数为100户,本方案中,有线电视光信号和数据双向信号通过双纤三波接入用户,OLT 设备和光放大器放置在分前端机房,分前端机房到别墅区的距离为10KM以内,OLT 出4个PON口,每个PON口采用1*32的分光比接入该小区用户;光放大器采用普通机框式或者机架式单端口输出,输出光功率为22dBm,每个端口采用1*128的分光比接入用户。
此方案的组网图如下:
 

4.3.2 建网方案
OLT位置
本方案小区总用户数为100户,用户总数比较少,OLT 和EDFA位置均放在分前端机房,不进行下移。
分路器
由于别墅小区建筑分散、独栋的特点,分散分光很难找到合理经济的安置,故建议采用集中分光方式,具体实施时可在小区中心位置(如路边、绿化带等)集中设置光缆交接箱,并在交接箱箱内放置光分路器,集中分光。有线电视广播平台光信号经过放置在交接箱的1:4 和1:32分路器的分光后再由引入光缆引入到用户家庭中。数据双向平台信号在交接箱内经过1:32的分路器的分光,再由引入光缆引入到用户家庭中。
具体图如下:
 

ODN网络建设
配线段:
该方案中,每10户别墅区用户为一个配线区,并设置一个光缆分纤盒。从光缆交接箱到分纤盒之间铺设24芯光缆。
 

入户段:
从光缆分纤盒部分到每栋别墅用户引2芯皮线光缆实现入户,入户后在综合信息箱中以SC头快速连接器成端, 然后分别连接入户型ONU和接收机。
具体如下图:
 

4.3.3 光通道衰减计算
1:32的分路器的损耗为17dB,1:128的分路器损耗为24.5dB,连接器插入损耗在1dB左右,熔接损耗在0.5dB左右,小区内部配线端损耗为0.2dB左右,另外因为从分前端机房到小区的距离为10KM,在建设的时候留有2dB的余量,则本方案中的数据双向信号的总计光衰减为17+1+0.7+2+0.36*10=24.3dB,满足小于26dB的设计要求,有线电视广播平台的衰减为24.5+1+0.7+2+0.2*10=30.2dB,满足小于32dB的设计要求。
 

4.3.4 别墅区接入建议
  光分路器集中放置在光缆交接箱内,光分路器输出采用骨架式光缆,覆盖整个别墅区的用户接入。光缆敷设采用直埋或管道方式。分纤盒放置在别墅附近的人孔,地下管道或架杆,一个分纤盒可提供4~10个用户接入。光缆在分纤盒内分歧后,采用室内室外两用微缆入户。入户后的光纤都必须及时引入到综合信息箱内进行成端,完成对光纤的保护。实际工程中,可采用尾纤连接方式实现光纤成端。