1550nm+GEPON构建广电FTTH网络
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1550nm GEPON构建广电FTTH网络


1550nm+GEPON构建广电FTTH网络

关键词: 三网融合  FTTH  EPON  1550nm+GEPON
1. 前言
IIPTV是电信三网融合业务的切入点,IPTV不仅能提供电视节目的直播,各种网络视频节目,还能开展各种增值业务,它具有提供个性化,人性化的电视节目和互动形式的优势。FTTH的网络是为持续提高用户的接入带宽,满足IPTV等视频业务的必然选择。2011年11月中旬,中电信科技委主任韦乐平再次公开表示FTTH建设具有重大的战略意义,并着重提到了FTTH对于IPTV广泛应用的拉动。并表示中国电信将在未来2-3年内完成城市区域的FTTH建设。按照中国电信的规划,争取到2015年末,城市家庭带宽达到20兆以上,农村家庭达到4兆以上,东部发达地区省会城市家庭达到100兆。也就是3年后发达城市,百兆带宽以上的接入能力,可承载的业务包含电话通信、宽带接入、高清IPTV、3D及富媒体产品,对广电的基本广播电视业务包括高清,互动电视增值业务(包括高清)都构成了直接威胁,这必将造成对有线电视(高端)用户的分流。
随着三网融合的快速推进,宽带接入,IPTV和视频互动业务快速开展,势必会接入带宽的要求越来越高。光进铜退,FTTB和FTTH是广电网络发展的必然趋势。对高档别墅和高档小区,采用FTTH建网模式一步到位,接入带宽达到100M. 对新建小区和老小区改造,采用FTTB模式,缩小光节点的覆盖用户数,用户数从200户逐步减到100--50--20户,每户带宽逐步从2-10M到20M到40M。下面着重介绍1550nm+GEPON构建广电FTTH网络
2. FTTH建网方案
1)1550nm传输系统
1550nm 传输系统技术是有线电视网络向多服务交互平台和光纤进社区/家庭(FTTH/FTTP)发展的重要基础。“光进铜退”、“网络光纤化”、“让损耗极低、频带极宽、对电磁干扰免疫,价格便宜的光纤代替铜缆”,这些已经成了绝大数人的共识。
在1550nm 传输系统中,激光器采用外调制方式,不但具有输出功率大、可靠性高、单位光功率成本低、光纤损耗小等优点,并且能够进行多级放大,而光放大器对CTB和CSO 指标几乎没有影响,非常适合我国电视网络的发展特点,其优势主要体现在以下几个方面:
   •1550 光发射机与光放大器的结合,可实现大功率13dBm-24dBm 的分配。这样的大功率覆盖是1310 系统望尘莫及的。结合光分路器的使用,可实现功率的灵活分配,网络结构灵活多变。通过1550nm 光发射机结合大功率的EDFA 密集覆盖光节点是国际上流行的组网方案。
  •1550 光传输系统在普通G.652 光纤中传输的损耗仅0.25dBm/km,使1550 光传输系统单位毫瓦的造价优于1310 系统。
 •由于全网只需要少量的1550 光发射机,只需要少量的RF 连接,机房的RF 配线管理系统就非常简单了,不需要像1310 系统那样需要增加价格不菲的RF 配线管理系统。1550 传输系统只需要1+1 热备份,系统备份简单、可靠性高。达到电信级别要求。
  • 同时,1550 光传输系统解决方案的思路是利用目前国际上流行的FTTP(光纤到驻地)、FTTH(光纤到家庭)的GEPON 技术思路,是接入网中无可争议的发展方向!它在未来能最大限度的满足中国用户大量的视频和交互式数字传输需求。
 

图1:1550nm组网方案

总之,在新情势下,光节点下覆盖的用户数愈来愈少,全网的光节点数不断增加。如再使用1310nm 方式建网,成本太高。而采用1550nm 方式,由于EDFA 的存在,光信号能以很低的代价传至千家万户。同时1550nm 相比1310nm,较少的设备能为广电每年省下百万的电费。目前成熟的1550nm 设备,成本低、网络维护方便,并且组网灵活;诸多优点使得用1550 技术建设有线广播电视网的思路日益清晰,并逐渐成为国际、国内建网趋势。
2)EPON系统
EPON是一种采用点到多点(P2MP)结构的单纤双向光接入网络。EPON系统由局端的光线路终端(OLT)、光分配网络(ODN)和用户侧的光网络单元(ONU)组成,在下行方向,OLT将数据分组以广播的方式传输给所有的ONU,每个分组携带一个具有传输到目的地ONU的逻辑链路标识。当数据分组到达ONU时,由ONU的MAC层进行地址解析,提取出属于自己的数据分组,丢弃其他的数据分组。上行方向使用时分复用技术(TDM),多个ONU的上行信息组成一个TDM信息流传送到OLT。
PON由 置于局端的光线路终端(OLT)、置于用户端的 光网络单元(ONU)及两者之间的1:N光纤分配网(ODN)组成。N个ONU共享一个OLT和长达10-20km的光纤干线,并利用波分复用器(WDM)工作于 单纤双向传输方式。ONU置于用户楼房,系统是FTTB,ONU置于用户家庭,系统是FTTH。EPON的网络结构与HFC有很好匹配,有下面的特点:

1)点到多点PON结构,和HFC有很好的匹配,可以利用HFC原有光缆,机房,节省投资。室外无有源设备和电缆,网络可靠性有很大提高。
2)把传统的对等网络变成主从式网络,ONU的接入完 全由OLT控制(包括注册、接入授权和带宽分配),网络设备的运行、维护和管理,特别是对ONU流量的 监控都由OLT进行,并在EPON协议中予以规定。这样就把以太网从一种无管理的局域网升级成了有管理的接入网,特别适用于住宅接入环境。
3)与其他光接入网相比, EPON协议简单,与传统以太设备兼容,故EPON的的成本最低,易于推广。
4)这一代EPON是1G-EPON,速率为对称的1 Gbps,已于2004年4月由IEEE802 LAN/MAN标准委员会通过了802.3ah标准。新一代EPON是10G-EPON, 速率为对称10Gbps或下行10Gbps/上行1Gbps, 其IEEE 802.3av 标准已于2009年9月通过。
在各种PON的比较中,EPON结合以太技术的简单性、光纤传输的高带宽以及点到多点无源结构的低成本,实现经济的、可控制的、多业务的宽带接入,是优选的光接入网,将在FTTH中扮演主要的角色。
 

图二 EPON结构

3)1550nm+GEPON组网方案
FTTH光纤到户技术及产品主要是指接入网部分,国家主干网、城域干线网,电信、广电都已光纤光缆化了,其所用的技术、设备、器材包括施工都很成熟。
光纤入户的网,必然是数字化、双向化的网,能交互传输综合信息的网。有线电视网采用双平台方案是最好的选择,即有线电视广播1550nm A平台,数据交互B平台。第一,A平台有足够的射频带宽1Ghz, 可以保证有线电视标清、高清等丰富的视音频节目的传送。保证基本业务及党和政府的喉舌任务的完成。第二,交互B平台用IP以太网架构,专门满足互联网业务,互动电视业务及其它交互业务使用,其带宽需求很容易实现,因为占用带宽最大的视频流由广播电视平台(A平台)承载了。第三,A、B平台分别运行既安全可靠,又可优势互补。双平台的有线电视光纤接入网FTTH方案,A平台选用1550nm传输技术,B平台选用EPON技术、10GEPON技术。入户光纤有两种选择:⑴、单纤入户,⑵、双纤入户,
下面分别介绍:
? 双纤三波接入方案
广播A平台业务利用1550nm外调制光发射机将有线电视射频信号转换成光信号,利用掺铒光纤放大器进行放大后通过光分路器连接到用户家里的家庭型光接收机,实现有线电视信号的FTTH接入。主前端到各分前段的骨干传输网采用环网架构,采用1550nm光传输技术组成具有设备和路由冗余备份的自愈环网。
数据B平台业务通过前端机房路由器、交换机下传到分前端机房OLT,OLT通过光分路器连接用户家里ONU,实现数据FTTH接入。
双纤方案,电视射频信号和数据信号分别走在两根光纤上,互相不干扰,业务和网络清晰明了。
 

图3:FTTH (1550+GEPON)方案

单纤三波接入方案
广播A平台业务利用1550nm外调制光发射机将有线电视射频信号转换成光信号,利用掺铒光纤放大器进行放大。数据B平台业务通过前端机房路由器、交换机下传到分前端机房OLT,采用合波器把1550nm波长与EPON1490nm和1310nm合波,通过光分路器把业务传到用户家待用RF接口的ONU,此ONU有分波功能,实现单纤三波FTTH接入。主前端到各分前段的骨干传输网采用环网架构,采用1550nm光传输技术组成具有设备和路由冗余备份的自愈环网。
 

图4:FTTH (1550+GEPON)方案

4)对单纤三波的思考
EPON数据通道工作于1490±10nm(下行)和1310±50nm(上行)波长,而RF-TV通道工作于1550±15nm波长。EPON的传输距离10-20Km,光分配器(ODN)一般采用1:32,所以IEEE802.3ah规定EPON的链路损耗为26dB,数据光发送机的发送功率为+2—+7dBm,数据光接收机的灵敏度为-24dBm。由于CATV模拟光接收机的灵敏度低,要满足46dB以上的输出载噪比,需要接收-4—-7dBm的光功率。这就是说,在EPON的光纤线路上,下行1550nm CATV光波可能比1490nm数据光波强100倍。而在局端,1550nm光波的功率必须被掺铒光纤放大器放大到+17dBm以上,这就使光纤中受激布里渊散射(SBS)、自相位调制(SPM)和受激拉曼散射(SRS)等非线性效应都可能发生。这样,由于CATV光波的叠加,一方面,光纤中受激拉曼散射会表现为1490nm光波对1550nm光波的串扰,即数据对CATV信号的干扰。另一方面,强大的1550nm光波可能越过波长隔离度不足的1550/1490/1310nm WDM分波器进入1490nm通道,形成对数据的干扰。
通过光纤中的Raman效应1490nm数据光波会串扰1550nm CATV光波,导致150MHz以下的CATV频道的载噪比降低。在最坏光纤长度下,50MHz附近频道的载噪比降低能达到8-9dB。为了克服这一现象的影响,应当不使1490nm发送光功率(OLT端)过高。可以安排CATV频道布置,回避这些频道。在不得已必须利用这些频道时,可适当提高发送端的光调制度,以确保接收端的载噪比。
对付1550nm CATV光波对1490nm数据光波的线性串扰,应设计、选用波长隔离度大于40dB的1490nm/1550nm分波器,以确保1550nm光波串扰到1490nm端口的剩余光功率在数据光接收机的灵敏度以下10dB。
3. ODN设计
FTTH是个系统工程,ODN是关键之一,应以适当的成本获得高质量的ODN,并满足未来的扩充需要(15-25年)

光纤到户一般由五部分组成。如下图所示:①首先有前端或分前端机房子系统,负责节目和交互信息的发送。②主干光缆子系统,包括光缆、光分路器、光缆交接箱、配线箱、结构组件、ODF机架、光缆接续盒等。③配线光缆子系统,主要由楼栋配线箱、楼道配线箱、光分路器、光缆、结构组件、光连接插件、插头等组成。④引入光缆子系统,由入户光缆(皮线光缆、冷接子等)、用户光纤终端插座、光跳线、尾纤等组成。⑤光缆终端子系统,用户家庭网关、ONU、家用光接收机、光缆光纤固定插座、连接线插头等组成。光纤到户组成图如下:
 

图5:FTTH 光缆及配件部署
光纤插座、光纤冷接子、皮线光缆是FTTH的专用产品。
 

图6:各种入户光缆,器件示意图

OLT,EDFA、分路器放置位置,要根据光缆资源,机房资源的情况。可以选择OLT和分路器设备放置在小区机房内,采取一次分光的方案,覆盖单个片区,覆盖范围较小。也可选择OLT和分路器设备放置在分前端机房(分前端到小区光缆资源充足),采用二次分光方案,覆盖多个片区。
4. FTTH成本
2012年中国电信新增FTTH用户数已经超过FTTB新增用户数,FTTH户均成本已大幅下降,2012年批量后FTTH户均成本在160-180美元。
而且光纤故障率低,日常维护少。无源器件对环境要求少,设备集成度高,节省占地
FTTH中光器件功耗低,省电。
5. FTTH成功案例
光纤到桌面—深圳宝安党政网案例
? 开通深圳市宝安区下辖8个街道,10个分前端机房,近1000个FTTH党支部远程教育网点终端,实现了双向互动和高清电视传播。
? 广播传输6个模拟和44个频点的数字节目;分前端插入16个频点的IPQAM节目,最大可支持32%的同时在线率;
? 数据宽带100%同时在线28Mbps接入带宽;
? 支持双模高清视频点播。
 

光纤到家—重庆有线别墅案例

? 重庆有线FTTH小区试点——协信阿卡迪亚别墅A区和D1区整个共计119栋别墅;
? 采用1550nm+EPON技术,4波单纤入户。
? 实现数字电视广播、IPQAM VOD、歌城KTV、30M宽带接入、视频安全监控。

参考文献:
三网融合形式分析及FTTH若干问题的研究 工业和信息化部电信研究院通信标准研究院副所长 敖立
通过光纤到户(FTTP)网络的RF-TV传送 上海凌云天博光电科技有限公司 林如俭