FTTH建设策略研究118.docx
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FTTH建设策略研究118
FTTH建设策略研究
研究单位：
华信邮电设计研究院有限公司
网络研究院
陆丹
完成日期：
2006年12月
目录
1概述1
1.1项目的背景1
1.2主要内容1
2FTTH技术简介2
2.1FTTH的概念2
2.2FTTH网络结构2
2.3FTTH技术发展现状3
2.3.1P2P实现技术4
2.3.2P2MP实现技术4
2.4小结6
3FTTH网络应用7
3.1FTTH业务类型7
3.2FTTH应用模式7
3.2.1FTTH/O应用8
3.2.2FTTB/C应用9
3.3小结10
4.1OLT规划11
4.1.1配置原则11
4.1.2容量测算11
4.1.3设备选择11
4.2ONU规划12
4.2.1配置原则12
4.2.2容量测算12
4.2.3设备选择12
4.3ODN网络规划13
4.3.1分光方式13
4.3.2无源光器件设置14
4.3.3光缆与纤芯规划15
4.3.4设备选择15
4.4系统保护20
4.5系统光指标21
4.5.1光功率预算21
4.5.1光回波损耗22
4.6小结22
5FTTH网络设计23
5.1OLT23
5.1.1OLT放置位置23
5.1.2OLT安装要求23
5.1.3供电与接地要求23
5.2ONU23
5.2.1放置位置23
5.2.2安装要求23
5.2.3供电要求23
5.3ODN24
5.3.1ODN分路器的设置24
5.3.2布线设计27
5.4小结31
6FTTH的成本分析31
1概述
1.1项目的背景
光纤到户（FTTH）技术由于具有带宽高、可靠性高、维护成本低等优点，随着设备成本的降低、IPTV等业务对高速接入的需求、宽带市场的发育、宽带产业链的形成以及发展政策的好转，已成为越来越重要的宽带接入方式。
FTTH作为传统电信运营商和新兴电信运营商共同关注的热点，将在今后几年逐渐成为宽带接入市场的中坚力量。
本课题在充分调研的基础上试图对FTTH的技术成熟度、多业务接入能力等进行评估，研究PON终端开放性、用户接入控制等关键技术。
同时对FTTH工程设计与建设等方面进行研究。
1.2主要内容
本报告对FTTH工程设计和建设方面进行研究和论证，主要内容包括：
1）FTTH技术简介，介绍FTTH的概念、网络结构和实现技术的现状；
2）FTTH网络应用，在需求分析的基础上介绍FTTH承载的业务类型，以及讨论各种应用模式；
3）FTTH网元介绍，包括OLT、ONU设备介绍，以及组成ODN的各个无源器件的概念和描述；
4）FTTH网络规划研究，包括OLT、ONU的设置原则、容量测算和设备选择，ODN的分光方式、无源器件设置、光缆和纤芯规划和设备选择，系统的保护倒换、光指标和网络资源规划。
5）FTTH的网络设计与安装，包括OLT和ONU的安放位置、安装要求和供电要求，ODN的器件放置和布线设计等。
2FTTH技术简介
2.1FTTH的概念
FTTH（FibertotheHome）包含两层含义：
可以泛指一类技术，也可以特指光纤到户的网络应用形态。
本课题中的FTTH网络指采用FTTH技术组网的宽带接入网。
FTTH分为点对点（P2P）方式和点对多点（P2MP）方式，如图0.11所示。
相比于P2P方式，P2MP方式对局端端口的占用少且大大减少光纤和光电收发器的数目，具有更为广泛的应用场合。
（a）点到点（P2P）方式
（b）点到多点（P2MP）方式
图0.11P2P和P2MP方式
FTTH有两种含义，狭义上的FTTH（FibertotheHome，光纤到户）是指仅利用光纤媒质连接通信局端和家庭住宅的接入方式，引入光纤由单个家庭住宅独享。
广义上的FTTH泛指FTTH的各种网络应用，根据用户单元在接入网中所处的位置不同，包括光纤到路边（FTTC）、光纤到大楼（FTTB）、光纤到户（FTTH）和光纤到办公室（FTTO）。
本文中的FTTH指的是广义上的FTTH，即FTTx。
2.2FTTH网络结构
FTTH系统由OLT（光线路终端）、ONU（光用户单元）和ODN（光分配网）组成。
其网络组织结构如图0.22所示。
图0.22FTTH网络组织结构
OLT一方面将承载各种业务的信号进行汇聚，按照一定的信号格式送入接入部分以便向终端用户传输，另一方面将来自终端用户的信号按照业务类型分别送入各业务网中。
ONU负责与OLT之间的信息互通，并可通过内置或外挂用户网络接口设备的方式提供用户接入。
ODN为OLT与ONU之间提供光传输手段，反之亦然。
ODN可以组成星型、树型、总线型和环型拓扑等结构。
星型拓扑结构对应P2P方式；树型、总线型和环型拓扑结构对应P2MP（PON）方式。
FTTH系统以树型拓扑结构的PON系统为主。
图2-2中的IFRON接口实际上划分了FTTH系统的分工界面。
在OLT的PON接口以上属于局端设备的工程设计和建设，主要涉及OLT的设备布放、网络侧接口要求等；在ONU的PON接口以下属于用户端设备的工程设计和建设，主要涉及ONU的设备布放、供电要求、用户侧接口等；OLT与ONU的PON接口之间属于ODN的工程设计和建设，涉及到光分路器等无源设备的安放位置、光纤光缆的敷设要求、连接器的技术要求、线路的传输指标等。
2.3FTTH技术发展现状
FTTH的两种实现方式P2P和P2MP的实现技术分类如图0.3所示：
图0.31FTTH实现技术体制
2.3.1P2P实现技术
P2P方式的FTTH系统主要技术是点对点光以太网（IEEE802.3ah、G.985）和媒体转换器（MC）方式。
媒体转换器方式是将电信号转换成光信号进行长距离传输的技术实现方式，是对于已有的电的Ethernet设备要加上MC。
如图0.32所示。
图0.32点到点的媒体转换器（MC）方式
其中MC是一个单纯的光电/电光转换器，它并不对信号包做加工，因此成本低廉。
这样用户可以减少升级的成本，是点对点FTTH方案过渡期间网络的解决方案。
由于其技术架构相当简单、便宜并直接结合以太网络而一度成为日本FTTH的主流。
优点是点到点系统避免了复杂的上行同步技术和终端自动识别技术。
另外上行的全部带宽可被一个终端所用，这非常有利于带宽的扩展，便于在线监测。
缺点是随着FTTH用户数量的增加，局端设备和光纤的数量也将会增加。
2.3.2P2MP实现技术
P2MP方式的FTTH系统即PON（PassiveOpticalNetworking）系统。
PON技术始于20世纪80年代初，目前市场上的PON产品按照其采用的技术，主要分为APON/BPON（ATMPON/宽带PON）、EPON（以太网PON）和GPON（千兆比特PON），下面分别对其进行介绍。
1.APON/BPON
APON（ATMPON）是ITU-T在1995年提出的，ITU/FSAN定义了相应G.983建议。
采用异步转移模式（ATM）的无源光网络。
APON是将ATM的多业务、多比特速率传输能力以及统计复用的功能与无源光网络（PON）的透明宽带传输能力结合起来，可以提供现有的从窄带到宽带等各种业务，它的速率为下行622Mb/s，上行155Mb/s。
当时，ATM被期望为在局域网（LAN）、城域网（MAN）和主干网占据主要地位，然而从那以后，以太网技术发展超过了ATM。
现在以太网已经发展成为了一个广为接受的标准，现在全球有超过95％的LAN都是使用以太网技术。
以太网技术发展很快，传输速率从10Mbit/s/100Mbit/s、到1000Mbit/s、10Gbit/s甚至40Gbit/s，呈数量级提高；应用环境也从LAN向MAN、核心网发展。
2001年底，APON改名为BPON（BroadbandPON），即“宽带无源光网络”。
2.BPON
EPON是由IEEE802.3工作组在2000年11月成立的EFM（EthernetintheFirstMile）研究小组提出的。
EPON是几个技术和网络结构的结合。
EPON以以太网为载体，采用点到多点结构、无源光纤传输方式，下行速率目前最高可达到10Gbit/s，上行以突发的以太网包方式发送数据流。
另外，EPON也提供运行维护和管理（OAM）功能。
和传统的以太网相比，EPON主要增加了两部分功能：
位于媒体接入控制（MAC）层之下的仿真子层和被作为MAC层一部分的多点控制协议（MPCP）。
仿真子层使得下面的点到多点网络在协议上层看来象是多个点到点链路，这一点是通过在每一个分组的开始加上逻辑链路标识（LLID）以取代2个字节的前导来实现的。
EPON技术和现有的设备具有很好的兼容性。
而且EPON还可以实现带宽10Gbit/s的平滑升级。
新发展的服务质量（QoS）技术使以太网对语音、数据和图像业务的支持成为可能。
这些技术包括全双工支持、优先级（802.lp）和虚拟局域网（VLAN）。
但目前以太网支持多业务的标准还没有形成，它对非数据业务，尤其是TDM业务还不能很好地支持。
另外，由于采用采用8B/10B的线路编码，EPON的传输效率较低。
3.GPON
2001年，FSAN组启动了另外一项标准工作，旨在规范工作速率高于1Gbit/s的PON网络。
这项工作被称为GigabitPON（GPON）。
2003年，ITU批准GPONFSAN标准G.984，GPON除了支持更高的速率之外，还要以很高的效率支持多种业务，提供丰富的OAM&P功能和良好的扩展性。
大多数先进国家运营商的代表，提出一整套“吉比特业务需求”（GSR）文档，作为提交ITU-T的标准之一；反过来又成为提议和开发GPON解决方案的基础。
这说明GPON是一种按照消费者的准确需求设计、由运营商驱动的解决方案。
GPON标准的设置是基于不同服务需求，提供最有效率和理想的传输速率，同时兼顾OAM&P功能以及可扩充的能力。
基于这样的设计原则下，GPON的技术得已成为FTTH一种全新的解决方案。
不但提供高速带宽，而且支持各种接入服务，特别是在Data及TDM的传输并且支持原有数据的格式无须再次转换。
总之，GPON继承了G.983的成果，具有丰富的业务管理能力。
GPON的核心基础是GFP，它具有覆盖任何可能出现的新业务的适配能力，包括数字视频、存储网络（SAN）、电子商务等。
GPON具有面向未来的、可升级的多业务环境，能为将来的业务提供清晰的转移路线，而不需要中断和改变现有的GPON设备，也不需要以任何方式改变其传输层。
2.4小结
采用PON技术实现FTTH可以带来的好处是多方面的。
PON相较与点到点的MC方式而言，有以下几点优势：
1）节省了大量的光纤资源；
2）由于一个局端设备可以支持大量的用户，中心机房设备数量少，网络一旦建立起来，服务的提供和管理都可以在中心机房进行，从而降低了管理和维护的费用；
3）由于光纤带宽容量巨大，未来提高网络速率时，不用对已经铺设的光纤网络进行改造，可以很好保护现有投资，也可以满足未来业务的需求；
4）在PON中无有源器件，设备故障少，基本免维护，也不需建设室外机房，节省供电成本。
由此可知，点到多点PON的FTTH在后期扩容的成本、维护管理的成本以及业务提供能力等方面优于点到点的MC方式，是实现FTTH的最佳技术：
1）APON/BPON系统的标准化是当前最完善的，当前的设备也比较成熟，有了较为广泛的应用，但是由于提供的带宽较小，很大程度限制了每个PON可服务的用户的数量。
2）EPON是基于以太网设计的，能够以较低成本高效率地传送Ethernet/IP业务，但不能很好地支持TDM业务。
目前，EPON技术较为成熟，芯片商用化程度比较高，在全球的部署较多。
3）GPON以全业务支持、更高的效率、更完善的QoS等特征受到越来越多的综合运营商的青睐，尤其是在北美地区，在GPON产品尚未成熟时，运营商宁愿采用BPON系统来实施FTTP，但都明确提出了要求系统能平滑升级到GPON的要求，体现出了GPON的良好发展势头。
总的来说，EPON、GPON是实现FTTH的主流技术。
因此，本文涉及的FTTH技术主要是EPON、GPON技术。
3FTTH网络应用
FTTH的网络应用越来越经受着强大的业务驱动力。
随着宽带应用越来越多，带宽的需求也越来越高。
像视频会议、在线游戏和HDTV这样的应用，每个用户的带宽将达到10～20Mb/s。
在如此高的带宽需求下，传统的技术将无法胜任，比如新一代xDSL技术：
VDSL2虽然也能达到很高的带宽，但只能在短距范围内使用，而且对线路条件有较高的要求。
而光纤接入可以在20公里范围内很容易达到千兆带宽，并且性能稳定。
所以光节点逐渐下移，接入层逐渐向FTTH演进是一个必然的趋势。
3.1FTTH业务类型
FTTH网络可以提供宽带实时业务，具有比现有宽带接入方式（DSL/LAN）更高的接入带宽，满足Triple-play的需要。
FTTH系统作为一种综合接入手段，可以提供语音、数据、视频和TDM业务的接入和承载，如下：
1）语音业务：
包括VOIP语音（及各种增值业务）和TDM语音。
2）数据业务：
互联网接入、PeertoPeer、各种增值业务等。
3）视频业务：
包括IPTV和CATV。
IPTV包括视频直播和点播（VOD）业务。
CATV使用专用波长通道。
4）TDM专线业务：
n×64kbit/s、E1等。
现阶段典型业务的建议参考模型表0.1-1
业务类型
下行带宽
上行带宽
上网业务
1M
128K
网络游戏
192K
192K
IPTV视频（标清）
2M
IPTV视频（高清）
6M
VOD
3M
可视电话
220K
220K
PeertoPeer
4M
4M
TDM专线
n×64k或2M
n×64k或2M
注：
上网业务带宽需求可根据不同地区、不同用户群实际情况设定；PeertoPeer带宽可根据运营情况设定。
3.2FTTH应用模式
根据业务发展需要，FTTH系统可以应用于几种网络应用类型：
光纤到路边（FTTC）、光纤到大楼（FTTB）、光纤到户或办公室（FTTH/O）等。
相应的将ONU设置在室外机柜、大楼楼道或竖井内机柜、家庭或办公室内等不同位置。
3.2.1FTTH/O应用
Ø家庭用户综合接入
对于家庭用户，FTTH可以提供数据、语音、视频的综合接入，如图0.21所示。
图0.21家庭用户综合接入
一种情况是ONU置于户内开关箱甚至用户桌面，实现真正的光纤到“家”。
这种ONU要求具有FE口，POTS口，CATV接口以分别对应用户数据、语音、视频的需要。
另一种情况是ONU＋家庭网关的应用模式。
图0.22是采用家庭网关提供语音、数据和视频业务的示意图。
采用家庭网关实现多业务接入图0.22
ONU为家庭网关提供一个网络侧接口，可以根据用户需求，提供有质量保证的带宽，这样不仅简化了FTTH用户端设备，同时用户可以根据需求选用家庭网关，从而实现对用户的个性化服务。
随着家庭网关的发展，可以满足用户家庭几乎所有的应用。
对于家庭用户，可以充分利用FTTH网络能力提供个人客户综合解决方案以及个性化的业务解决方案，通过差异化服务、个性化业务管理等方面，提高客户的满意度和忠诚度。
Ø网吧接入
针对网吧、话吧的业务特点，提供网吧、或与话吧合一的解决方案。
网吧是大客户的一种，其需求的业务主要是高速宽带上网。
位置相对集中，可以放置无源光分路器在网吧集中点，收容多个网吧。
采用EPON/GPON系统的宽带接入网吧组网如图0.23：
采用FTTH系统的网吧接入图0.23
采用FTTH系统的宽带接入网吧组网有以下特点：
1.网吧位置相对集中，可以放置无源光分路器在网吧集中点，收容多个网吧；
2.PON至少可以覆盖直径20公里的范围，一套PON系统可以收容多个网吧集中点；
3.可以为网吧提供对称的100M带宽，远远高于ADSL系统；
4.可以制定不同的套餐，按接入速率差别收费，提供给用户多样选择；
5.网吧可以宣传自己的光纤接入，吸引更多的使用者。
6.商业用户综合接入
中小企业的业务需求多样化，对带宽的需求较高，同时带宽的稳定性关联到其商业利益。
这类用户对网络的带宽和稳定性要求都较高，对在合理范围内的费用接受度较高，愿意用一定的费用换取较高品质的服务。
同时，商业用户分布在高档写字楼中，大多数已经具有光纤到“户”的线路条件。
大多数PON系统都可以同时提供IP业务和传统的TDM业务，GPON系统还提供源模式的TDM业务，这样，原有的ATM、FR、DDN等业务都可以通过这套系统继续提供，服务质量可以较好保证。
在同一套平台上可以根据用户的要求随时开通所需要的业务，容易向全IP业务网络过渡。
3.2.2FTTB/C应用
目前宽带业务处于大发展期，ADSL宽带接入为主，LAN接入等方式作为补充。
对于以太网上行的ADSL接入网，DSLAM到BRAS之间的汇聚网络主要承载于IP城域网的接入层，而大多数IP城域网接入层采用较低端的以太网交换机组建，即无法在接入段保证传输的QoS，又造成对光纤的浪费。
LAN接入的接入网也存在着同样的问题。
FTTB/C系统可以对以太网业务进行接入和处理，对以太网上行的DSLAM以及LAN的上行业务进行以太网业务汇聚和收敛后再传送到BRAS，不但可以扩展DSL业务范围，动态提供上行带宽，还可以节省光纤，减少对核心网设备的GE端口占用。
FTTB/C主要应用于楼内不方便布放光缆的旧小区或改造小区，将ONU设置在室外机柜、大楼楼道或竖井内机柜，利用已有的入户铜缆，ONU可以采用下挂或内置用户接入设备（如以太网交换机/DSLAM/IAD/PBX等）的方式，实现用户接入。
如图0.24所示。
图0.24ONU＋二层交换机/DSLAM接入示意
3.3小结
PON技术的应用还是比较广泛的，特别是FTTB/C的应用和传统方式相比有比较大的优势，由于本结不是本文的重点所在，在此不做进一步的阐述。
4FTTH网络规划
4.1OLT规划
4.1.1配置原则
1、OLT覆盖区域范围应结合用户分布及接入光缆资源情况进行合理设置，需占用24个以上PON口的区域宜直接在该区域中心位置设置OLT。
2、在FTTH建设初期，FTTH系统用于零散的用户接入（FTTH/O应用），或作为各种用户接入设备的上联承载系统（FTTB/C应用）。
宜采用集中设置的原则，在局端机房设置OLT节点覆盖一定区域内的零散FTTH/O应用用户，以及FTTB/C应用用户；对于具有一定规模的FTTH/O应用，可以直接将OLT设置在用户集中区域的接入点。
3、在FTTH应用成熟期，宜采用分散设置的原则，将OLT设置在条件较好的有线接入或无线接入点机房，充分实现基础资源的综合利用。
4、在需求不明确时，宜选用支持PON的综合接入设备提供用户接入，可根据需要直接在综合接入设备上安插OLTPON口板，提供FTTH接入。
5、在FTTH系统承载以太网/IP类业务时，应定位于二层接入网络，OLT宜直接上联IP城域网的业务接入控制层（BRAS/SR）；在BRAS/SR端口资源不足时，OLT可以通过以太网级联方式上联至BRAS/SR，级联级数应符合IP城域网相关建设指导意见。
6、对于重要的OLT节点，应对其上联中继链路实现双归上联，并尽量对上联链路实行物理层保护。
7、OLT设备的PON口数量，应根据需求除以70%冗余考虑，具体需求按照用户规模和ODN规划来确定。
4.1.2容量测算
在估算OLT设备个数和容量时，可采用等效用户数指标。
根据OLT所覆盖的地理区域、用户分布特点等，预测规划期内分年度OLT需要覆盖的大致用户规模。
再根据OLT的等效用户容量，并结合ODN组网规划，就可以估算出规划期内每年需要的OLT数量和用户容量。
4.1.3设备选择
OLT设备应符合相应的技术体制。
可以根据需要选择支持语音、数据、视频、TDM等业务能力。
并且宜采用扩展能力强，可在线升级的设备。
OLT设备应能灵活地对其所带用户的同类业务进行汇聚；对于所有以太网/IP类业务，应支持通过不同的上联端口区分，以及通过相同的上联端口以不同的VLAN等方式区分。
OLT设备根据用户容量分为机架式和盒式。
一般，1个19英寸标准机架内安装的OLT设备可提供250个以上的PON口，对应于典型的1:
32分光比的PON系统，支持8000以上的用户；盒式设备则可提供4~20个以上的PON口。
OLT设备网络侧接口要求如下：
1）OLT提供GE/FE接口与BRAS/SR连接。
GE口采用光接口，一般宜用于除VOIP业务之外的以太网/IP类业务上联，业务量较大时配置多个端口并可通过端口区分业务；FE口视BRAS/SR侧端口类型及传输方式来选择配置光口或电口，一般宜用于VOIP业务上联。
2）OLT可提供V5/PRI接口与PSTN网互联。
3）OLT可提供N×64kbit/s、E1/T1、E3/T3、STM-1等接口与DDN/FR/ATM网络互联。
4）OLT可提供PDH、STM-1接口与传输网互联。
如需提供CATV业务，OLT应配置WDM模块及CATV接口。
4.2ONU规划
4.2.1配置原则
1）根据业务发展需要，可选择将ONU设置在室外机柜、大楼楼道或竖井内机柜、家庭或办公室内等不同位置，实现FTTC/B/H/O等网络应用模式。
2）对于新建FTTH系统的用户：
尚无铜缆入户的，宜直接实现FTTH/O应用；已有铜缆入户的，宜充分利用现有铜缆资源，根据实际情况，先实现FTTC/B等应用，再视业务发展逐步向FTTH过渡。
3）对于FTTH应用，ONU宜直接提供各种用户网络接口；对于FTTB/C/O应用，ONU可以采用下挂或内置用户接入设备（如以太网交换机/DSLAM/IAD/PBX等）的方式，实现用户接入。
4）对于FTTH应用的情形，ONU尽量安装在用户终端箱内，在用户没有特殊要求时，尽量不采用桌面安装方式，以减少对光纤的损伤，降低维护成本。
4.2.2容量测算
根据用户分布特点和业务需求种类、性质来确定采用ONU的端口类型和数量，并确定所需ONU的数量。
4.2.3设备选择
ONU设备应符合相应的技术体制。
应支持与OLT之间芯片级的互联互通。
ONU可根据不同的应用场合配置不同的用户接口，一般情况下，家庭型ONU可提供1~2个FE接口、1~2个POTS接口；楼道型ONU和企业型ONU可提供8~24个FE/xDSL/POTS接口或以上接口的组合，或者只提供单个FE/GE口通过下挂LANSwitch/DSLAM/IAD等设备的方式实现用户接入。
如需提供CATV业务，ONU应配置WDM模块及CATV接口。
ONU设备应符合相应的技术体制。
应支持与OLT之间芯片级的互联互通。
ONU可根据不同的应用场合配置不同的用户接口，一般情况下，家庭型ONU可提供1~2个FE接口、1~2个POTS接口；楼道型ONU和企业型ONU可提供8~24个FE/xDSL/POTS接口或以上接口的组合，或者只提供单个FE/GE口通过下挂LANSwitch/DSLAM/IAD等设备的方式实现用户接入。
如需提供CATV业务，ONU应配置WDM模块及CATV接口。
ONU设备应根据是
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