PON技術及其組網應用

2內容提綱背景介紹PON技術簡介業務與應用網絡設計基于PON的FTTX發展策略3背景介紹4寬帶業務競爭驅動競爭驅動：Cable運營商提供“Triple-play”：電話、寬帶上網、視頻一攬子業務；電信運營商必須將自己的業務由傳統的電話、數據向視頻拓展。業務驅動：視頻業務、VoD、HDTV、Game等增值業務VOICEDATAVIDEOCATV＋IPTVFullPlayFTTH接入設備5寬帶接入網速度提升2002200320062010時間<1Mbps3M8M25M100M<3km<2km<1kmADSL/ADSL2+CopperBasedVDSL/ADSL2+CopperBasedPONFiberBased~5kmDSLAM放置模塊局FTTHOLT放置在模塊局FTTCFTTC、FTTB新建住宅新建住宅接入網絡改造帶寬FTTH可以建設成一個高價值、低OPEX（運營成本）的網絡FTTH的主要技術點到點光接入（MC）方式點到多點光接入方式點到點以太接入APONEPONGPON小區交換機接入

FTTH主要包括有源與無源兩種技術，無源光網絡

PON已成為FTTH的主要技術。7以前日本以點對點和BPON方式為主，現開始轉向EPON方式。北美則傾向BPON和GPON，也有部分EPON應用。中國目前傾向EPON。8背景介紹目前，PON技術獲得快速發展，已成為電信領域的應用熱點。我國PON的市場驅動力主要來源于以下幾個方面：

一是業務需求的驅動。高帶寬和以IP為主導的業務應用是PON主要的市場驅動力，如高端客戶的超高速上網，IPTV/Triple-Play互動流媒體業務，高質量視頻監控業務等，長距離寬帶接入，如村通工程、專網應用等，而且NGN的發展使通過IP接入提供語音業務成為趨勢。預計未來三年家庭用戶的帶寬需求有望增至20～30Mbit/s；

寬帶化、業務綜合化、光纖化業務綜合化從業務發展現狀來看，高帶寬的消耗業務逐步涌現，帶寬提速成為迫切需求，每用戶至少需要10Mbit/s帶寬。但事實情況是帶寬永遠不夠。231隨著光纖在長途網、城域網乃至接入網主干段的大量應用，合理的發展是：將光纖繼續向接入網的配線段和引入線部分延伸，最終實現光纖到用戶。傳統運營商實現FTTH有一個漸進的過程，如從FTTN/FTTB→FTTH。寬帶化基于各種傳統網絡技術的業務接入逐步走向融合，要求在一個接入網內實現專線/VPN、IPTV/VOD、Videophone/VoIP、高速互聯網接入等。光纖化背景介紹10二是市場競爭的驅動。我國電信市場的競爭日趨激烈，通過光纖占領接入網市場可以占據未來競爭的制高點；三是降低成本的驅動。隨著銅纜價格的攀升和被盜現象的頻發，對于運營商來說，光纜取代銅纜有著越來越大的吸引力，而且PON的應用能有效降低運維成本，降低電耗，節省管道與設備空間；四是政策的推動。政府希望借推進FTTH來帶動本地的光電子產業，進而助力經濟發展。基于PON技術的FTTH/FTTO等接入方式是未來有線寬帶接入網發展的必然趨勢。背景介紹11

PON技術簡介

12PON(passiveopticalnetwork)即無源光網絡。是采用無源光分支器件的光接入網，是為了支持點到多點應用發展起來的寬帶光接入技術。PON概念13PON網絡結構OLT－－OpticalLineTerminal，光線路終端ONU－－OpticalNetworkUnit，光網絡單元POS－－PassiveOpticalSplitter，無源光分路器ODN－－OpticalDistributionNetworks，光纖分布網OLTPON一般采用樹形分支拓撲結構。系統由OLT、ODN、ONU等部分組成。ODNONUONUONUONUONU光分路器光分路器語音網數據網視頻網局端無源光網絡（PON）OLT14PON技術發展PON技術主要有APON、EPON和GPON等幾種，其主要差異在于采用了不同的二層技術。APON是上世紀90年代中期就被ITU標準化的PON技術。二層采用的是ATM封裝和傳送技術存在帶寬不足、技術復雜、價格高、承載IP業務效率低等問題PON的可擴展性好，維護管理能力強，不僅節約主干光纜資源，而且大大簡化網絡結構，提高了網絡健壯性，是FTTH的主要實現方式。PON技術的應用是接入網的又一次革命，該技術可為用戶提供30～100Mbit/s的接入帶寬，并可以提供“全業務”接入，充分滿足各類業務帶寬需求。近幾年，EPON和GPON技術，尤其EPON技術獲得快速發展。15EPON(Ethernet-PON)是基于以太網的無源光網絡，二層采用的是以太網技術。由IEEE802.3EFM（EthernetfortheFirstMile）提出。EPON在保留傳統以太網體系結構基礎上，實現了在點到多點無源光網絡中的以太網幀的時分多址接入。由于EPON將以太網技術與PON技術完美結合，因此是非常適合IP業務的寬帶接入技術。EPON概念EPON原理16采用WDM技術，實現單纖雙向傳輸。上信號波長1310nm、下行信號波長：1490nm；1550nm可選用

于視頻。

EPON采用8B10B碼型，線路速率1.25G，實際凈負荷為1G17EPON技術－下行流OLT采用TDM技術、廣播方式發送，ONU選擇性接收數據的導出是由802.3幀的前導碼中的LLID來標識18EPON技術－上行流

ONU采用TDMA技術、分時突發，并采用測距技術保證上行數據不沖突。由MPCP協議完成上行流的控制管理。不同的ONU發送的數據占用不同的時隙，提高上行帶寬的利用率。

19下行加密是PON的下行廣播特性所要求的，而上行加密是對運營商數據安全以及用戶數據安全的要求。目前加密算法主要有DES（DataEncryptionStandard）、AES（AdvancedEncryptionStandard

）。EPON技術－加密20EPON技術－測距EPON采用點對多點拓撲結構、TDMA技術實現信息傳送。各個ONU與OLT之間的邏輯距離是不相等的。OLT需要有一套測距功能來測試每一個ONU與OLT之間的邏輯距離，并據此來指揮ONU調整其信號發送延時，使不同距離的ONU所發送的信號能在OLT處準確地復用在一起。目前一般使用比較成熟的、數字計時技術的帶內開窗測距法。為了防止數據時域碰撞，必須采用測距和時延補償技術實現全網時隙同步，使數據包按DBA算法的確定時隙到達。

21對于系統的高速率，快速同步是必須解決的核心問題。而其中ONU和OLT以及上下行比特碼的時鐘一致是其中的關鍵；目前一般都采用PLL（PhaseLockedLoop）從下行信號中提取時鐘，利用幀同步字檢測方式實現幀同步。

EPON技術—時鐘提取22EPON系統采用8B/10B線路編碼和標準的上下行對稱1Gb/s以太網速率（線路速率為1.25Gb/s），采用單纖雙向傳輸（下行1490nm，上行1310nm），支持10km和20km兩種最大傳輸距離，支持1:32的分光比。EPON主要應用于以數據業務為主的場合，也可以提供一定的TDM承載能力。EPON技術已經成熟，已有較多的廠家提供EPON設備，在國內外也有了較多應用。EPON技術是近期的寬帶光纖接入及FTTH網絡建設的主要技術。EPON技術特點住宅區和住宅建筑內

光纖到戶通信設施工程規范

23EPON產品圖24GPON是在二層采用ITU-T定義的GFP（通用成幀規程）協議進行數據封裝的千兆無源光網絡。GPON技術由FSAN/ITU提出并標準化，形成ITUG.984.x系列標準。GPON標準規定可以采用ATM和GEM兩種封裝方式。GPON概念25GPON采用了125us的幀長及定時機制，能夠比較容易的支持TDM業務和話音業務。GPON可以支持2.5Gb/s下行速率，并能支持155M、622M和1.25G的上行速率，支持1:64的分路比。GPON不僅支持更高的速率和更大的分路比，而且能夠更好地承載TDM和語音業務，提供豐富的OAM&P功能和良好的擴展性。GPON承載多業務能力強、效率高，OAM和保護功能強，具有良好的應用前景。GPON技術特點及發展現狀2610GEPON技術

作為EPON的演進技術，10GEPON與現有的EPON和GPON相比，具有明顯的技術優勢，具體體現在更高的傳輸速率、更高的分路比、更強的組網能力以及更好的兼容性。10GEPON能夠提供對稱10G速率，真正滿足今后幾年的帶寬需求。針對目前FTTH建設模式，按照1：64分路比計算，EPON每用戶保證帶寬可達到15Mbps，GPON帶寬高于EPON帶寬1倍，而10GEPON帶寬是EPON的10倍，能夠真正滿足幾年后的帶寬需求。10GEPON標準IEEE802.3av已經在2009年9月正式頒布，但其離商用化還有一段距離。27業務與應用28用戶需求分析未來幾年用戶帶寬需求預測29提供的業務

個人用戶基本業務高速上網IPTV（含流媒體VOD）軟交換電話增值業務全球眼（視頻監控）面面通(可視電話)遠程教育網絡游戲網絡硬盤（虛擬硬盤）在線殺毒服務郵箱"互聯星空"其它增值內容服務…企業用戶基本業務高速上網VPN新視通（電視會議）軟交換電話E1專線增值業務全球眼（視頻監控）企業郵箱SAN互聯網其它增值內容服務…30應用模式FTTH/O：PONFTTB/C/P：PON+LANFTTB/C/P：PON+DSL31應用模式ONU形態多樣化，主要有以下三種類型的ONU。類型A：單用戶型ONU，主要用于單個家庭、企業用戶（也可用于視頻監控）的場合，用戶側接口為1、2或4個以太網端口，可選支持VoIP、TDM業務;類型B：多用戶（EPON+LAN）型ONU，主要用于多個家庭、企業用戶的FTTB場合，用戶側接口為8、16或24個以太網端口，可選支持VoIP、TDM業務，相當于帶EPON上聯接口的以太網交換機;類型C：多用戶（EPON+ADSL2+）型ONU，主要用于多個家庭用戶、FTTB/C的場合，用戶側接口為ADSL2+（也可支持VDSL2），可選支持VoIP，相當于帶EPON上聯接口的小型DSLAM。32應用場合基于EPON的FTTX系統主要應用于如下典型場景

商業客戶比較集中的寫字樓、工業園區和網吧集中區等，采用EPON系統實現FTTB、FTTO甚至光纖到桌面（FTTD）部分新建高檔住宅小區（別墅或高檔公寓）的寬帶接入采用EPON＋LAN或EPON＋DSL的組網方式實現FTTB/C接入；新建LAN接入小區，采用EPON＋LAN的方式實現FTTB33在ADSL寬帶提速的網絡改造中，可使用PON系統實現更為分散的DSLAM設備（如mini型DSLAM）的可靠上聯，實現FTTC/B＋DSL；對帶寬（特別是上行帶寬）要求較高的業務和應用（“全球眼”、“新視通”等）接入，主要針對現有DSL網絡無法滿足的視頻監控（公安、交通、海關等行業應用）和高質量“全球眼”業務；其他寬帶綜合接入。應用場合34應用場景一（1）高檔住宅小區FTTH接入35接入特點業務類型需求主要包括Internet專線接入、電話、IPTV甚至視頻電話等；相對于普通住宅用戶，客戶群優良，其電信業務消費能力強、消費層次高，對建設投資和業務資費不敏感；傳統解決方式：媒質轉換器接入的典型案例上海電信公司根據集團FTTH現場試驗的安排，結合863重大專項“3TNET”落地的要求，對某些高檔別墅小區進行了FTTH網絡建設。已開通1000多個用戶。開通高速上網（4M）、軟交換的電話、IPTV等多種業務，其中IPTV包括3TNET的高清IPTV（25M碼流）和電信的標清IPTV兩種業務。高檔住宅小區FTTH接入應用場景一（2）36應用場景一（3）高檔住宅小區FTTH接入實施建議：應針對高檔住宅小區進行，不宜針對普通住宅；但在某些地區，出于競爭的需要，也可考慮在中檔小區實施。與房地產開發商或政府合作，如果房地產開發商愿意承擔部分或全部建設費用或者政府能夠提供一定的補貼，可積極配合實施。應充分利用EPON的多業務綜合接入能力，提高用戶的ARPU值。應注意EPON接入網的規劃，盡可能降低線路和設備投資成本。37應用場景二（1）新建小區的FTTB+DSL/LAN接入和舊網絡改造接入特點：業務類型主要包括Internet接入、電話、IPTV等；對建設投資和業務資費具有一定的敏感性；一般為五類線或者雙絞線入戶，光纖入戶難度較大；傳統解決方式：FTTB+LAN，xDSL接入的典型案例:某省電信公司嘗試將一些傳統的交換機的FTTB+LAN的小區改造成采用EPON的FTTB+LAN接入方式。通過這種方式，將原組網方式中小區的匯聚交換機移走，節省了機房資源，也減少了故障點。38應用場景二（2）新建小區的FTTB+DSL/LAN接入和舊網絡改造實施建議應注意EPON+LAN/DSL網的規劃，盡可能降低線路和設備投資成本；新建五類線入戶的小區，可適當采用EPON＋LAN的方式實現FTTB，逐步減少光纖收發器在FTTB＋LAN網絡中的使用，可以減小新建小區機房的成本壓力；在ADSL寬帶提速的網絡改造中，可使用EPON系統實現更為分散的小型DSLAM設備（即ONU內置DSL板卡）的上聯，實現FTTC/B＋DSL，減少新建小區機房的成本壓力。39應用場景三（1）商客、商務樓、工業園區接入40應用場景三（2）方案一：ONU提供FE、POTS等用戶接口，可實施FTTO模式。方案二：ONU下掛Mini-DSLAM，提供數據接入，可實施FTTB/C模式。方案三：ONU下掛PBX交換機或路由器等設備，提供專線接入，可實施FTTO模式。方案四：ONU下掛IAD、二層以太網交換機，通過IAD、L2交換機實現綜合業務接入，可實施FTTO或FTTB/C模式。方案五：ONU下掛小型AG，通過AG實現綜合業務接入，可實現FTTO/B/C模式。41—應用場景三（3）接入特點帶寬需求一般相對較高；業務類型豐富，除了基本的語音、高速IP專線接入等業務外，還有TDM（E1）專線、視訊會議、視頻監控、無線覆蓋等多樣化的業務需求；對系統的可用性和維護質量要求較高；工業園區的企業用戶的分布較分散，傳輸距離可能較遠，需要系統有較強的覆蓋能力；資費相對不敏感，具有較好的投資回報率。商客、商務樓、工業園區接入42—應用場景三（4）接入的典型案例:上海市電信公司在該市CBD的某高檔寫字樓進行了FTTO接入。覆蓋并開通了47個商業用戶，為用戶提供高速上網、VoIP、E1專線等業務。相對于原有的光纖直連方式，該系統節約了多對光纖，綜合投資成本較低。試運行1年來，設備運行正常，效果良好。商客、商務樓、工業園區接入43實施建議適于在商業用戶比較密集（如適合于10個及更多）的商務樓接入；適于用于數兆到100兆左右的帶寬需求的用戶。對于速率超過100M的用戶，考慮到這種客戶和業務的重要性、安全性，應主要以光纖直連為主；OLT應集中放置，以提高維護響應速度、降低維護成本；應充分利用EPON的多業務綜合接入能力，為用戶提供差異化服務；商客、商務樓、工業園區接入應用場景三（4）44應用場景四（1）“網吧一條街”的接入45應用場景四（1）“網吧一條街”的接入接入特點帶寬需求一般相對較高；業務類型簡單，以高速Internet專線接入為主，可能有部分語音需求；網吧的分布比較集中；資費相對不敏感，具有很好的投資回報率。傳統解決方式：xDSL、媒體轉換器接入的典型案例:四川省電信公司進行了采用EPON實現網吧光纖接入的嘗試。46應用場景四（2）“網吧一條街”的接入實施建議：EPON適于在網吧比較集中的區域；對于規模比較小的零星網吧，采用傳統方式；對于也提供“話吧”業務的網吧，可以采用內置VoIP功能的ONU，提供Internet和語音業務的“一網雙吧”業務。47應用場景五（1）“平安城市”視頻監控48應用場景五（2）“平安城市”視頻監控接入特點監控的范圍更廣，數量更多；對意外事件做出快速響應；安全性和保密性；圖像質量要求高；對于資費不敏感；傳統解決方式：光端機接入的典型案例:G省電信公司的“平安城市”視頻監控、S省電信公司的“平安城市”視頻監控。49應用場景六（1）礦井視頻監控50應用場景六（2）礦井視頻監控接入特點:涉及的地理范圍比較廣，監控點比較多，需要監控點距離比較遠、相對分散，而且，對于大規模的監控項目對于系統穩定性要求非常高，需要盡量減少日后的設備維護工作；在光纜網絡結構上，多數煤礦地區都屬于城市邊緣地區和山區，光纖網絡建設一般都采用總線型布置，這使得骨干光纜資源使用非常緊張。傳統解決方式:接入的典型案例:某省電信公司完成的××礦務局煤礦視頻監控.通過這種方式節省主干光纖資源的，網絡結構簡單化。51應用場景七（1）“村村通”寬帶接入52應用場景七（2）“村村通”寬帶接入接入特點：現有的鎮到村的光纖資源一般比較少，無法滿足需要，重新敷設光纖投資很高，且周期長；村接入點分布較較集中傳統解決方式：xDSL、媒體轉換器接入的典型案例:WZ市電信在村村通（計劃）；HN網通的村村通53應用場景七（3）“村村通”寬帶接入實施建議：利用EPON進行“村村通”建設必須綜合考慮當地的光纜資源狀況、距離、環境、需求等，結合實際決定是否采用EPON技術；“村村通”網絡建設要考慮農村的多樣化的業務需求，滿足語音、上網、視頻會議等多種業務需求。54網絡建設與運維管理PON建設模式匯總住宅IPCoreNetworkIPTV/CATV網管SplitterFE/GE/E1/WLAN商業用戶大樓ONTSBUSplitterSplitterSoftSwitchVOICEVIDEO/CATVFE/WLANIPTVGE/10GEOLTPSTN/TDMTGSGONT合波器RFP2MPGESFUMTU/SBUPOTSxDSLFEE1FTTCabFTTOFTTHFTTB銅線MSAG小區或交接箱處ONTONTSFUSplitter9806HF820/F822V556OLT的設置可以分為集中設置在端局和分散設置在接入點兩種：集中設置在端局便于設備集中管理，節約網絡上聯所需傳輸資源；分散設置在接入點可節約接入網管道資源和局端機房資源。集中式設置的可行性與經濟性分析：光進銅退的實施，管道資源可以滿足未來大量光纜的敷設；光纜材料成本占管線造價的比例較小，隨著光器件成本的進一步下降，大芯數光纜的建設成本與小芯數光纜相差將會越來越不明顯；集中設置在端局可以大大減少接入點的投資。OLT設置57考慮到接入點資源相對比較充足（且可以選用無線基站機房安裝OLT設備），OLT分散設置在接入點將是普遍采用的方式；在對舊城區的FTTx改造過程中，如接入點難以尋址，可采用OLT集中設置在端局的方式；對于城市新區（如西部開發）的建設，可以考慮采用OLT集中設置在端局的方式，減少接入點的投資（不建議為了OLT放置新建接入網點）。OLT設置58ONU應根據FTTx網絡的應用模式、業務需求進行設置：建設EPON網絡實現FTTH/FTTB時，宜盡量選用內置IAD的設備實現綜合業務接入，真正實現“光進銅退”；ONU原則上采用本地供電方式，盡量不采用遠端供電方式；對于FTTH應用，應盡量將ONU設置在用戶家里，避免安裝在門口或樓道內，對普通公眾客戶，可將ONU設置在用戶終端智能盒內提供保護，或者放置于桌面（采用光纖信息插座）；對于FTTB/C應用，可選擇將ONU設置在大樓樓道或豎井內機柜、室外光交接箱等不同位置。ONU設置59ONU原則上采用本地供電方式，盡量不采用遠端供電方式。為保證斷電時語音業務的正常開展，可以根據需要提供ONU斷電保護：對于FTTH應用，如開展語音業務，可根據需要配置電池模塊提供斷電保護；對于FTTB/C應用，可根據需要對提供語音接入或承載的ONU配置電池模塊提供斷電保護；對于FTTO應用，可借用本地的供電防護系統；在物業方自建有供電防護系統（如監控、對講等系統的供電）的樓宇，可考慮與物業方協商借用其供電防護系統。ONU供電60考慮到小靈通、手機的普及性，保證斷電時家庭電話的正常使用已經不具有普遍意義，可在開展FTTx網絡應用時將提供ONU斷電保護視為一項付費業務，通過各種形式與用戶分攤建設和維護費用。

ONU供電61ODN建設-光配線設施建設ODN網絡涉及的無源光配線設施主要有：局端配線設施：光配線架等；光分配點設施：光配線架、光交接箱、光分線盒、光分路器、光分歧接頭盒等；光用戶接入點設施：光分路器、光分線盒、光終端盒、光分歧接頭盒等；用戶端接設施：用戶終端智能盒、光纖信息面板。62對于城區等通常應用場合在ODN組網時盡量采用一級分光方式；也可以采用二級分光方式；盡量不采用三級及三級以上的分光方式；現階段，應選擇均勻分光的光分路器，以簡化光通路損耗核算、便于工程實施和后期維護；ODN按系統支持最大分路比進行設計。對于特殊應用場合對于一些偏遠地區或接入點較分散的應用，可以考慮三級或三級以上的分光方式，以及采用不等分分光的分路器、減少光分路比等方式，以提高光纜纖芯利用效率、滿足不同距離用戶組網需求。ODN建設-光分路器63ODN建設-典型分光方式64光分線盒、光終端盒是用于室內的配線連接設備，光分線盒可以提供光纖的熔接、端接、配線及分線功能，光終端盒則可提供除分線功能之外的其他功能。當用戶暫不開通光纖業務時，可使用具有光纖端接功能的光分線盒/終端盒，將配線光纜端接在盒內，待用戶申請業務時再將入戶光纜連接到用戶端。ODN建設-光分線盒/終端盒設置65室內光纜

連接器插座光纜在連接器內端接跳線連至ONU連接頭容易損壞，維護工作量大，普通公眾用戶不推薦使用比較靈活ODN建設-光纖信息面板66盒內安裝ONU、光纜成端、供電系統等。較安全，美觀ODN建設-用戶終端智能盒67垂直層面負責連接光分配點與光用戶接入點，采用垂直布線用室內光纜建設。布放1條垂直布線用室內光纜，連接垂直層面所有的光分配點和用戶接入點，通過“掏纖”方式，形成光分配點與其所帶用戶接入點之間的光纜連接。垂直層面光纜一般一次性部署到位。室內布線-垂直層面68水平層面負責連接光用戶接入點與ONU，可以采取兩種建設方式：采用水平布線用室內光纜，分別在光用戶接入點側和用戶側成端；在施工條件具備時（入戶暗埋管的直徑大于25mm，暗埋管在墻里的彎曲半徑大于60mm；或者可以新放穿線管），也可以采用鎧裝尾纖/加強尾纖，直接完成ONU至光用戶接入點的連接；兩種建設方式，前者材料成本較低，后者在具備施工條件時，施工成本較低，但鎧裝尾纖/加強尾纖長度要根據實際需要進行選擇，不夠靈活。各地在建設時應主要采用室內光纜入戶方式，鎧裝尾纖/加強尾纖入戶方式可作為補充。水平層面光纜應按需布放，在有競爭需要場合，可以適當超前布放。

室內布線-水平層面69光纜連接包括：活動連接和固定連接固定連接可以減少ODN的跳接點，減少光通道損耗；活動連接則更有利于光纜靈活配線。固定連接可采用：熔接、機械接續（冷接）冷接技術便于操作，適合在室內光纜維護、搶修，或施工環境較差（如電源引接困難、操作空間太小等）時采用，但可靠性尚未經過長時間檢驗，不宜大量使用；目前，光纜成端與固定連接應以熔接為主。

ODN建設-光纜連接與成端70OLT設備一般都直接利用現有機房安裝，或者新建與其他接入網設備