以太無源光網絡的系統設計

王海波

（太原有線電視網絡有限公司，山西太原 030024）

1 網絡設計步驟

首先，選擇網絡拓撲結構，其次，進行網絡設計及設備選擇。對需求進行充分分析，全面了解用戶需求，分析需達到的技術指標和限制條件，就商業目標和對其約束的條件進行充分論證。在對網絡現在及未來通信以及需求特征了解的基礎上，進行網絡設計。需求來源于決策者的建設思路、國家/行業政策、用戶技術人員對技術細節的理解、用戶能提供的各種資料;而應用需求則要考慮可靠性/可用率、響應時間、安全性、可實現性、實時性等。

根據前面步驟的分析，選配好設備，確定網絡連接線纜和各層設備的數量便可制定整個網絡的拓撲圖。無源光網絡采用對稱分光比分光器，保證每條鏈路在設備光接收靈敏度范圍內，分光器最大光分支比為1∶32，適用于用戶比較集中的情況。

2 EPON系統設計

2.1 每戶帶寬設計

（1）若按標清MPEG-2標準計算，要求每用戶點播視頻流為4 Mbps，若按標清MPEG-4標準計算，要求每用戶點播視頻流為2 Mbps;

（2）交互數字電視正式運營后，按總有線電視用戶的20%接入交互數字電視，且同時點播視頻節目的用戶按50%計算;

（3）其他業務按接入交互式數字電視用戶數的30%計算，且按30%在線，每戶平均在線流量按500 kbps計算。

按以上條件每100戶用戶將占用帶寬為:

100×20%×50%×4+100×20% ×30% ×30% ×0.5≈41 Mbps

100×20%×50%×2+100×20% ×30% ×30% ×0.5≈21 Mbps

每有線電視用戶平均接入帶寬為0.41/0.21 Mbps。

2.2 OLT每千兆光口可帶用戶數

OLT既是一個交換機或一個路由器，又是一個多業務提供平臺，它為PON提供光纖接口，根據以太網向城域網及廣域網發展的態勢，OLT在提供千兆光口的同時，還提供多個Gbit/s和10 Gbit/s的以太網口。

在目前的系統中，每個OLT提供2～4個千兆光口。每個千兆光口可帶的用戶數目計算如下:

（1）按每個交互數字電視用戶4 Mbps帶寬計算

OLT每個千兆光口可覆蓋的用戶數約為1 000/0.4=2 500。若一棟樓按50戶計算，則可覆蓋2 500/50=50棟樓。

（2）按每個交互數字電視用戶2 Mbps帶寬計算

OLT每千兆光口可覆蓋的用戶數約為1 000/0.2=5 000。若一棟樓按50戶計算，則可覆蓋5 000/50=100棟樓。

由于OLT每千兆光口可以由PON分為32/64個光分支，支持32/64個用戶終端ONU。如果EPON采用FTTBLAN接入方式，則OLT每千兆光口可以覆蓋32/64棟樓。

當采用MPEG-2編碼標準時，按常規32個ONU到樓，覆蓋1 600用戶，則每個ONU覆蓋1 600/32=50戶。每個ONU的平均帶寬為1 000/32=31.25 Mbps，按總有線電視用戶的40%接入交互數字電視，且同時點播視頻節目的用戶按40%計算，一棟樓的交互數字電視用戶的帶寬為31.25/50×40% ×40%≈4 Mbps。能滿足要求。

當采用MPEG-4編碼標準時，按64個ONU到樓，覆蓋3 200用戶，則每個ONU覆蓋仍為3 200/64=50戶。每個ONU的平均帶寬為1 000/64=15.63 Mbps，按總有線電視用戶的40%接入交互數字電視，且同時點播視頻節目的用戶按40%計算，一棟樓的交互數字電視用戶的帶寬為15.63/50×40% ×40%≈2 Mbps，能滿足要求。

2.3 光分配網（ODN）的設計與應用

2.3.1 光分配網設計的一般概念

EPON系統中ODN位于分布的光網絡中，包括單模光纖、光分路器等。OLT采用單纖波分復用技術，通過光纖與分光器與ONU連接，最大傳輸距離可達20 km。在ONU側通過光分路器分送給多達32～64棟樓的用戶。

在ODN的設計中主要涉及到光纜布線、安全保證、光分路器的級聯等問題。ODN系統的設計主要與城市居民小區的物理分布有關。常規結構的ODN設計較為簡單，如下列舉了ODN設計中的一種光分路器級聯的方案供參考。

例:4個小區，每個小區16棟樓，分前端機房距離第一個分光器5 km，第一個分光器距離各小區最遠2 km。

可采用下列光分路器級聯的方式進行設計，由于光分路器的級聯與其級數無關，只與整個ODN系統的損耗有關，4個小區，每個區16棟樓，可用2個PON口進行覆蓋即可，如圖1所示:

圖1 二級分光光分路器級聯方式拓撲圖例

此設計方案可大量節省光纖，使布線更加靈活，減少了布線過程中所遇到的各種麻煩。其鏈路損耗如下:

1×2光分路器損耗:3.2 dB

1×16光分路器損耗:13.5 dB

光纖損耗:0.32 dB/km（1 310 nm波長）

鏈路總損耗為:

3.2+13.5+8.2×0.32+6×0.5=22.32

如OLT發射功率為PT=0 dBm，ONU接收光功率為PR=-26 dBm，這是由于下行為數字基帶信號，ONU的接收功率一般可達-26 dBm，則

這就保證了PT-PR＞22.32 dB的鏈路總損耗，才能達到IEEE802.3ah對EPON物理層規定數據通道誤碼率10-12要求。

2.3.2 ODN系統設計的光損耗計算

根據PON系統特點，覆蓋范圍從OLT到ONU的各條光鏈路總長度應在20 km內。ODN系統設計中，光網絡的光損耗應計算OLT到距OLT最遠的ONU的光路損耗L:式中:α為光纖損耗系數（dB/km）;l1為OLT到第一個分光器的距離（km）;l2為第一個分光器到第二個分光器的距離（km）;l3為第二個分光器到第三個分光器的距離（km）;l4為第三個分光器到距離第三個分光器最遠的ONU的距離（km）;LS1、LS2、LS3分別為第一級、第二級、第三級分光器的損耗（dB）;a×0.5為a個活動光連接起的總損耗（dB）;PT為OLT/ONU的發射光功率（dBm）;PR為OLT/ONU的接收光功率（dBm）;α按1 310 nm波長取值，即α=0.30～0.35 dB/km，光纖融熔拉錐型分光器的損耗LS取值如下:

1∶2分光器LS=3.2 dB;1∶4 分光器LS=6.4 dB;1∶6 分光器LS=8.5 dB;1∶8分光器LS=9.7 dB;1∶16分光器LS=13.5 dB;1∶32分光器LS=18.3 dB。

可以看出，分光器的分支數越大，損耗也越大。因此，從OLT到ONU最多只能用三級分光器。

無源光網絡設計時，在設計光路結構方面，不能按照設備的接收極限值設計，通常需要留出至少3 dB的余量。即:

由于不同廠家選用的光模塊不同，所以，PT-PR的值也不同。實際設計時應根據所選用的設備參數來確定PT-PR的值，并由此確定L的最終dB值。如本例所選設備其PT-PR=26 dB，則光路損耗上限L=（PT-PR）-3=23 dB。倘若L超過此值，則不能滿足BER≤1×10-12的要求，須重新設計。

3 EPON技術的優勢

（1）與現有以太網的兼容性:以太網技術是迄今為止最成功和成熟的局域網技術。EPON只是對現有IEEE802.3協議作一定補充，基本上是與其兼容的。EPON與以太網的兼容性是其最大的優勢之一。

（2）高帶寬:EPON的下行信道為百兆/千兆的廣播方式，而上行信道為用戶共享的百兆/千兆信道。這比目前的接入方式，如Mode、ISDN、ADSL都要高得多。

（3）低成本:首先，由于采用PON的結構，EPON網絡中減少了大量的光纖和光器件以及維護成本。其次，以太網本身的價格優勢使EPON具有無法比擬的低成本。EPON技術目前還處在研究討論階段，還有一些問題有待解決，包括上行信道復用技術、測距和時延補償技術、光器件和突發信號快速同步等方面。