FTTH宽带基础原理

一、FTTH及PON基础知识
1.1 PON系统基本原理
PON无源光网络是指OLT光线路终端和ONU光网络单元之间的ODN光分配网络全部采用无源设备的光接入网络;
PON是一种点对多点P2MP的光接入系统,它能够节省光纤资源、ODN无需供电、用户接入方便和支持多业务接入,是运营商目前大力推行的宽带光纤接入技术,主要有EPON和GPON两种技术;
PON系统采用WDM密集波分复用技术,实现单纤双向传输;
为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号,采用以下两种复用技术：
●下行数据流采用广播技术；
●上行数据流采用TDMA技术；
●每PON口可以实现最大上行1.25G,下行2.5G传输速度;
1.1.1 PON典型网络结构
PON系统主要由OLT、ODN和ONU三部分组成,其中ODN不包含有源设备,OLT至ONU之间通过光分路器连接形成P2MP点到多点的结构;
1.1.2 PON系统传输方式
上行方向为TDMA方式
各ONU上行数据分时发送,各ONU的发送时间与长度由OLT集中控制;
下行方向为广播方式
下行数据广播发送,每个ONU根据下行数据的标识信息接收属于自己的数据,丢弃其他用户的数据;
1.2 PON系统组成
PON系统的基本组成有：
●局端的光线路终端OLT设备
●ODN,指用于连接局端OLT设备和远端ONU设备之间的光分配网络,ODN只包含无源器件或设施
●光网络单元ONU/ONT;
1.2.1 OLT设备介绍
OLT是PON的核心功能模块,OLT在物理上一般以机架的形式呈现;机架式OLT大型采用插板式结构,功能复杂、容量大,实现难度高;包括如下板卡:
●接口板或者称为线卡
●主交换板
●主控板主控和主交换板可能合在一个板卡
●上联板GE/10GE
盒式OLT小型：1U高一体化小设备：2－4个PON口,1－2个上联GE口.功能简单,容量小,实现容易
1.2.2 ONU设备介绍
ONU位于用户终端和ODN之间,提供用户接口和多业务接入,ONU上联口PON口为光口,用户侧接口有：
●以太网接口FE GE
●POTS接口RJ11
●E1接口
●CATV接口
ONU设备框图如图所示,其中PON接口模块是核心部分,语音处理模块以VoIP的方式提供语音业务,CPU负责整个ONU的控制和管理包括与OLT及网管的通信;
1.2.3 FTTH ONU设备分类
ONU设备根据用户端的应用方式不同,可分为下列几种类型：
1SFU单住户单元型ONU ：主要用于单独家庭用户,仅支持宽带接入终端功能,具有1或4个以太网接口,提供以太网/IP业务,可以支持VoIP业务内置IAD或CATV业务,主要应用于FTTH的场合可与家庭网关配合使用,以提供更强的业务能力;
2HGU家庭网关单元型ONU：主要用于单独家庭用户,具有家庭网关功能,相当于带EPON 上联接口的家庭网关,具有4个以太网接口、1个WLAN接口和至少1个USB接口,提供以太网/IP业务,可以支持VoIP业务内置IAD或CATV业务,支持TR-069远程管理;主要应用于FTTH的场合;
3SBU单商户单元型ONU：主要用于单独企业用户和企业里的单个办公室,支持宽带接入终端功能,具有以太网接口和E1接口,提供以太网/IP业务和TDM业务;主要应用于FTTO的场合;
1.3 ODN简介
ODN位于ONU和OLT之间,为OLT与ONU提供光传输手段,完成光信号的传输和功率分配任务;
ODN通常呈树型分支结构,主要包含下列设备：
●局端配线设施：光配线架等;
●光分配点设施：光配线架、光交接箱、光分线盒、光分路器、光分歧接头盒等;
●光用户接入点设施：光分路器、光分线盒、光分歧接头盒等;
●用户端接设施：用户智能终端盒、光纤信息面板;
●其他基本器材：光缆、光纤连接器、尾纤等;
1.4 FTTH在PON中的实现
根据光纤到达用户侧的位置不同,宽带光接入网的应用方式建设模式包括以下几种,这些模式统称为FTTx,主要包含：
1FTTN ：Fiber To The Node,光纤到节点
2FTTZ ：Fiber To The Zone,光纤到小区
3FTTCab：Fiber To The Cabinet,光纤到交接箱
4FTTC ：Fiber To The Curb,光纤到路边
5FTTB： Fiber To The Building,光纤到楼
6FTTP： Fiber To The Premise,光纤到用户驻地
7FTTH： Fiber To The Home,光纤到户
8FTTO： Fiber To The Office,光纤到办公室
其中最主要的应用方式有FTTH、FTTB/C、FTTCab,FTTH、FTTO、FTTP 以全程光纤的方式实现最终用户的接入,是最为理想的宽带光纤接入方式;
1.5 FTTH典型组网结构
FTTH的典型组网结构如图所示,根据用户的不同业务需求及家庭布线情况,家庭网络可采用不同的家庭组网方式,既可采用有线也可采用有线+无线AP的接入方式,可方便灵活地接入语音、宽带数据、IPTV、WLAN等业务;
1.6 EPON和GPON技术比较
下图展示了EPON和GPON技术未来发展的方向、各自的协议栈及支持的业务类型;
GPON和EPON的主要技术指标对比：
1.7 10G-EPON
IEEE 802.3 av 规定了10Gb/s 下行、1Gb / s 上行的非对称模式10/1GBASE -PRX 和10Gb/s 上下行对称模式10 GBASE - PR 两种速率模式;
10G-EPON标准
标准
●EEE802.3av,2009.9发布
●在1G EPON标准基础上增补
主要改进
●定义了新的PMD子层光接口
●对MPCP协议进行增补,扩展了ONU的发现方式,支持不同速率ONU的共存●采用了新的编码方式和FEC
10G-EPON工作波长
●10Gb/s下行：1575～1580nm1577nm
●10Gb/s上行：1260～1280nm1270nm
●1Gb/s上行： 1260～1360nm1310nm
不同速率信号的共存物理层
●下行：10G与1G信号以WDM方式共存
●上行： 10G与1G信号以TDM方式共存
多点控制协议增补数据链路层
●OLT为不同类型的ONU打开不同的发现窗口
●10G、1G注册采用不同的广播LLID
二、FTTH线路要求及传输指标
2.1 PON系统光链路损耗计算
●光路损耗=所有分光器插损值之和+光纤长度KM0.4+熔纤点数目0.1+法兰盘个数0.5
●ONU接收侧光功率＝ OLT发射光功率- 光路损耗
只有当ONU接收侧光功率> ONU最小接收光功率时,ONU才能正常工作;
●光链路中还要有一定的富余度：
当传输距离≤5公里时,光纤富余度不少于1dB；
当传输距离≤10公里时,光纤富余度不少于2dB；
当传输距离＞10公里时,光纤富余度不少于3dB;
2.2 影响光通道衰耗的几个因素
以上图为例进行全径路光功率计算,红色点表示法兰盘,光通道全长3KM,光缆共有4个熔接点;
2.3 各种分光器衰耗情况实测
2.4 两种分光比的对比
2.5 盒式分光器
采用小盒子封装,可根据需求引出SC\FC\LC等不同的尾纤;
2.6 分光器的选择
●目前FTTH小区一级分光一般采用1：32的分光器,二级分光一般采用1：2+1：32/1：4+1：16/1：8+1：8 的分光器组合方式;
●在机房机柜中,为了便于固定,选用机架式分光器;
●在FTTH光交箱、光分线箱内,为了节约托盘的位置,一般选用盒式分光器;
●对于新建小区,在计算分光器端口时,要有一定的余量,1个1：64的分光器只能覆盖60～62户,1：32 的分光器只能覆盖30户;
三、FTTH装维标准
3.1 FTTH开通必备工具
FTTH装机必备工具：
1、设备类：ONT光猫、FTTH光缆热熔机、光源光功率计、红光笔、手电筒、电钻、插排
2、线路类：皮线光缆根据装机环境不同携带室内或室外皮线光缆、尾纤FC-FC\FC-SC、法兰适配器
3、工具类：光缆切割刀、螺丝刀一字/十字、斜口钳、米勒钳子、皮线光缆开拨器、酒精、脱脂棉、热缩管、扎带、魔术粘扣、钢丝穿线使用、开孔器、锤子、梯子
4、标记类：圆珠笔非水性/油性笔、标签纸
3.2 FTTH 一级分光组网
FTTH一级分光：用户与汇聚设备OLT之间只有1个分光器的组网方式被称为一级分光;一般将大分光比分光器1：32/1：64安装于FTTH覆盖区域光缆交接箱中,通过束状尾纤光缆延伸至用户楼宇安装的光纤分线箱中;至用户家中的皮线光缆通过与束状尾纤连接法兰盘,再通过安装于光交箱中的分光器汇聚后上联至机房OLT设备;
FTTH一级分光组网方式光衰耗相对较小,一般用于密集覆盖区域,该分光方式网络节点较少易于维护,用户端口受限于光交箱至楼宇光缆数量;
机房---光交箱分光器---楼宇分线箱---用户
一级分光方式示意图:
3.3 FTTH 二级分光组网
FTTH二级分光：用户与汇聚设备OLT之间存在2个及以上非特殊情况下不建议存在两个以上分光器分光器的组网方式被称为二级分光;一般将小分光比分光器1：2/1：4/1：8安装于FTTH覆盖区域光缆交接箱中,通过光缆延伸至用户楼宇安装的光纤分线箱中,于光纤分线箱中安装级联分光器1：32/1：16;至用户家中的皮线光缆通过与二级分光器相连,再通过安装于光交箱中的一级分光器汇聚后上联至机房OLT设备;
FTTH二级分光组网方式光衰耗相对较大,一般用于全光覆盖小区,该分光方式光缆敷设少,易于扩容,用户端口受限于楼宇内分光器分光比;
机房--光交箱分光器--楼宇分线箱分光器--用户
二级分光方式示意图:。