有线电视网络FTTH规划设计

期刊目录网微电子论文发表2020-11-27 09:56关注(1)

　　对有线电视网络FTTH建设的必要性、FTTH网络的规划和设计进行了探讨。根据当前广电运营商的网络现状，围绕FTTH组网的相关要点进行了简要分析和阐述，并给出了建议。

　　关键词:有线电视网络;FTTH;网络设计;网络规划

　　随着现代网络通信技术的高速发展，三网融合的进一步推进，光纤传输成为有线电视信号主要的传输技术，而FTTH(光纤到户)技术对提高有线电视信号传输质量效果尤其明显。

　　1建设FTTH的必要性

　　当前广电运营商双向网络覆盖基本上以FTTH、PON+LAN、PON+EoC、CMTS+CM等方式为主，很多广电运营商都是多种方式并存。目前FTTH主要有I－PON、ＲF混合、ＲFoG3种技术，其中又以ＲF混合技术的使用最为普遍。FTTH与其他接入方式相比有以下优点:(1)带宽更高:光纤传输的带宽相比同轴电缆、五类线要高很多，可实现100M－GE－10GE的平滑升级，符合广电运营商的业务发展趋势;(2)传输距离更远:光纤是目前损耗最低的传输媒质，光纤传输的距离更远，而且抗各种电磁干扰的特性使其更加适合有线电视网络;(3)线路维护成本更低:FTTH的无源ODN(Opti-calDistributionNetwork，光分配网)相比其他接入方式，由于减少了大量交换机、EoC局端等有源器件，因此大幅度降低了设备故障产生的维护成本，稳定可靠的传输特性也降低了线路故障的维护成本;(4)多业务支持:顺应广电未来业务发展需求，可支持未来多种高带宽业务、高QoS业务，对广电运营商增值业务的开展提供有力支撑。因此FTTH已成为“最后一公里”的最佳解决技术方案，在国家全力提高宽带接入水平的时代背景下，广电运营商只有加快实施网络升级改造，加速推进FTTH网络建设，才能缩短与其他运营商的差距，改变劣势处境，在守住自己的阵地的同时，寻求新的发展机遇。

　　2FTTH网络规划总体思路

　　2．1规划目标

　　规划目标应当根据自身的具体网络现状，规划在2～3年内，以符合业务、接入网带宽增长，符合市场竞争产品需求为目的，在充分利用现有网络富裕资源、不影响现有业务运行的情况下，建设一张能满足FTTH接入方式的城域IP网络。网络规划的基本目标是确保网络覆盖区域内可为50%的用户开通FTTH业务的能力，并具备通过增加设备投入，为100%的用户开通FTTH业务的能力。

　　2．2规划原则

　　结合网络现状，根据网络规划目标，FTTH网络规划建议遵循以下原则:(1)高可靠性原则网络运行的稳定可靠对于有线电视网络来说是重中之重，FTTH网络规划需要着重考虑网络拓扑冗余以及保护机制，最大限度地保证有线电视网络的高可靠性。(2)安全性原则安全播出对于广电运营商来说是红线、是生命线。为保证网络安全，保障各项业务的正常稳定运行，FTTH网络的安全规划要整体考虑，须根据国家及地方相关法律法规，严格落实广播电视安全技术保护措施，确保网络的安全性。(3)高性能原则必须保障网络带宽及网络的低时延，保证CATV、VOD、IP数据等各种业务信息的高质量高效率传输，力争实现高效网络。(4)规范性原则FTTH网络规划必须遵循已颁布的国家标准和行业标准，确保网络具有向前扩展性及向下兼容性。(5)可扩充和扩展化原则FTTH网络规划不但要满足当前业务发展需要，而且在扩充硬件后可满足可预见的未来需求，如带宽的扩展、接入能力的扩展等。

　　2．3单纤三波与双纤三波

　　(1)单纤三波指的是1550nmCATV信号、PON(PassiveOpticalNetwork，无源光纤网络)设备1310nm上行数据信号、1490nm下行数据信号，在前端机房通过WDM(WavelengthDivisionMultiplexing，波分复用)设备将不同波长的光载波信号进行复用(合波)耦合至单芯光纤物理通道，经ODN(OpticalDistributionNetwork，光分配网)单纤传输至终端WDM设备进行分波后再分别送达FTTH入户型光接收机和FTTH入户ONU(OpticalNetworkUnit，光网络单元)设备。单纤三波的主要优点是ODN建设成本较低，主要缺点是终端接入成本较高，有波长干扰。单纤三波FTTH原理如图1所示。图1(2)双纤三波指的是PON的1310nm上行信号、1490nm下行数据光信号与1550nmCATV光信号分别在不同的纤芯中传输，双纤入户后直接送达FTTH入户型光接收机和FTTH入户ONU设备。双纤三波的主要优点是无波长干扰和用户终端成本低(终端无需WDM设备)，主要缺点是ODN建设成本较高。双纤三波FTTH原理如图2所示。当前ODN设备器材价格稳步下降，双纤三波的户均ODN建设成本的增加要低于单纤三波终端接入成本的增加。考虑到建设成本，建议在单纤三波的WDM终端成本下降之前，推荐使用“双纤三波”方式。在干线光纤资源条件恶劣而且无法补充干线资源的情况下，可考虑采用“单纤三波”方式。目前看来，对广电运营商来说，双纤三波是一种可靠性高、性价比较好的FTTH解决方案。

　　3FTTH网络PON规划

　　3．1PON规划的关键点

　　(1)PON最大分光比:EPON最大分光比为1∶64，GPON最大分光比为1∶128，10GEPON最大分光比为1∶256。(2)传输距离:OLT(OpticalLineTerminal，光线路终端)和ONU的最大物理距离建议一般不宜超过20km。(3)接收光功率:OLT与ONU之间双向最低接收光功率建议控制在－25dBm内，ONU接收光功率应≥－25dBm。

　　3．2OLT及机房的设置原则

　　(1)建议城区设置在总前端或分前端机房，农村设置在乡镇中心机房，充分利用现有机房资源，不建议因OLT而新建机房。(2)OLT实际组网模式下的覆盖半径:建议城区应该控制在10km以内，农村地区应控制在10～15km，必须坚持以OLT为中心的规划原则进行ODN的建设。(3)在机房管网、骨干光缆、干线光缆等光资源条件恶劣并且难以解决时，可考虑OLT下移。(4)距离、设备、线路等暂时无法解决的原因，导致光衰减不能满足网络规划设计的要求时，在采取增强PON端口光功率、降低光分路比等方案依然满足不了要求时，可考虑OLT下移。(5)在用户密度较大、居住集中的区域，如楼盘及小区用户1000户以上且具备较好的园区机房设置条件(电源、光缆进出方便)，可考虑OLT下移。

　　4FTTH网络CATV规划

　　4．1CATV规划的关键点

　　(1)无论是在单纤三波还是双纤三波解决方案中，CATV均采用1550nm波长传输，而1550nm进行长距离的传输时，除了光功率要达到要求，还要考虑SBS(StimulatedBrillouinScattering，受激布里渊散射)阈值。SBS是一种非线性的光学现象，当入纤光功率达到一定门限(阈值)的时候，SBS现象的发生会导致信号指标急剧下降。由于SBS现象普遍存在于1550nm的光传输网络中，因此在网络规划的时候需综合考虑传输距离等因素，以避免SBS现象。(2)MEＲ(ModulationErrorＲatio，调制误差率)接收门限，MEＲ指标下降到一定值会出现BEＲ(BitErrorＲate，比特误码率)恶化，所以通常情况下MEＲ指标建议采用经验值:前端设备端≥40dB，分前端≥38dB，光节点≥36dB，用户端≥30dB。(3)FTTH光接收机输入光功率门限，FTTH的CATV终端产品目前一般有无源光接收机、有源光接收机、融合终端(ONU与光接收机一体化设备)，为保证信号质量，建议入户光功率不低于－15dBm。

　　4．2CATV设备的设置原则

　　(1)原则上IPQAM(边缘调制器)和1550nm光发射机架设于总前端机房，EDFA(ErbiumDopedFiberAmplifier，掺铒光纤放大器)随OLT架设于分前端机房、乡镇中心机房或园区机房。(2)根据双向业务的发展，如果IPQAM的并发率过高接近系统设计容量的时候，可以考虑将IPQAM设备和1550nm光发射机下移一级。(3)SBS阈值是由前端使用的1550nm光发射机的指标决定的，在线路较短时，可设置较大的SBS，采用1级高功率EDFA放大，高光功率入纤。而在线路较长的情况下，应设置较小的SBS使用较小的入纤功率，通过多级低功率EDFA放大来延长传输距离，所以建议选择SBS阈值可调的光发机。

　　5FTTH网络设计

　　5．1网络建设区域选择原则

　　根据网络现状和市场发展前景，本着充分利用现有网络资源、严格控制建设成本的原则，FTTH网络建设可按投资计划分为一期工程、二期工程等多期工程来建设。建议以下区域类型可考虑优先进行FTTH网络建设:(1)网络品质不佳，急需进行网络升级改造的区域。(2)网络带宽严重不足，用户体验极差，急需扩容带宽的区域。(3)皮线光纤已经预埋入户的新建楼盘的区域。

　　5．2光资源设计

　　以下例举了2类常见的FTTH光资源设计模型，可供在实际FTTH设计中参考。OLT设备、EDFA设备设置在分前端机房的光资源模型如图3所示。OLT设备、EDFA设备下移至小区机房的光资源模型如图4所示。在所有设计中，光缆的长度需保留裕量。建议主干光缆保留5%的裕量，园区光缆到楼栋光缆均保留2%的光缆裕量。

　　5．3分光设计原则

　　建议CATV分光控制在3级以内，PON的分光控制在2级以内，为了简化网络结构应该尽量减少分光，以方便网络故障维修。PON二级分光的分光比一般应为1∶32或1∶64，CATV三级分光的分光比一般可为1∶64以上。城区根据用户分布情况由疏到密，分光点可依次选取设置在园区的光节点或楼宇光节点，只有零星的FTTH接入可考虑将光分路器设置在OLT节点或汇聚光节点。农村地区根据用户分布和光缆资源情况，分光点可依次设置在乡镇、村组。

　　5．4ODN设计要点

　　(1)光纤线路衰减一般取值如表1所示，通常情况按最高损耗计算，所以建议取1310nm衰减值。(2)光分路器插入损耗应取最大插入损耗，常用的平面光波导(PLC)分路器的建议取值如表2所示。(3)光纤接头衰减值取定:①光缆热熔接头衰减通常按0．2dBm/每个接头;②活动接头衰减通常按0．5dBm/每个接头;③冷接衰减通常按0．15dBm/每个接头，经过实践，光纤冷接工艺虽然工具成本低，操作简易，但接头成本高，且故障率偏高，所以建议在有条件热熔的情况下，尽量不考虑冷接。(4)光功率损耗值应按照最坏值法进行计算，计算公式如下:光损耗计算值=∑光插入损耗+∑光纤链路损耗+∑熔接损耗(热熔+冷接)+∑光纤插接损耗(5)ODN设计时，通常要留出线路维护裕量。线路维护裕量的取值一般建议如下:①当传输距离在5km以内时，线路维护裕量建议大于1dBm;②当传输距离在5～10km时，线路维护裕量建议大于2dBm;③当传输距离在10km以上时，线路维护裕量建议大于3dBm。

　　5．5FTTH网络设计案例模型

　　以目前广电运营商普遍采用的双纤三波FTTH(1550nm+EPON)为例，以下例举了一种常见的FTTH应用场景的网络设计案例模型:短距离一级分光案例模型，可供在实际FTTH设计中参考。假设该小区的总户数为1000户，小区内共有5栋高层住宅，每栋2个单元，每单元25层，每层4户。组网模型如图5所示。根据PON规划原则，在小区内或者小区附近建设园区机房，OLT设备下移至园区机房。OLT下行前期可根据实际用户情况配置4～8个PON口，具备后期配置16个PON口采用64分光比对小区进行100%全接入的能力，上行前期采用GE口后期采用10GE口上联。根据CATV规划原则，在园区机房内设置23dB大功率EDFA，前期可根据实际用户情况进行资源配置，支持后期配置2台EDFA×8×64分光模式对小区进行100%全接入的能力。本模型中1∶8的分路器损耗11dBm，1∶64的分路器损耗为20．5dBm，连接器插入损耗取1dBm，熔接损耗取0．2dBm，因配线距离短损耗值取1dBm，考虑1dBm工程裕量，则本模型中的数据双向信号的总计光衰减计算为:21．5+1+0．2+1+1=24．7dBm，可满足小于－25dBm的要求。在CATV网络中，用户端光接收机的灵敏度为23－11－21．5－1－0．2－1－1=－12．7dBm，满足入户光功率不低于－15dBm的阈值。

　　6结束语

　　FTTH光纤到户既是网络技术发展的主流，也是广电运营商与其他运营商同台竞技的需要，既是广电保存量用户的需要，也是公司拓展新业务的需要。目前有线电视业务用户量逐年流失，在此大背景下，进行FTTH网络建设，以加强用户黏性，提升用户体验，成为广电发展的重中之重。

　　作者：明辉

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