毕业设计四季花园小区FTTH方案设计.docx

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毕业设计四季花园小区FTTH方案设计

论文题目：

四季花园小区FTTH方案设计

专业：

电子信息工程0804学号：

0707050119

学生：

胡超签名：

指导老师：

石崟签名：

摘要

FTTH（fibertothehome，光纤到户）的概念兴起于20世纪90年代，至今已经历了十余年的发展与演变，作为光接入网的终极方案，FTTH在众多宽带接入技术中一直是人们关注的重点。

FTTH是一种光纤从通信局端一直延伸至用户家庭的宽带光接入方式，在这种接入方式下，每个用户家庭独享一根光纤分支，多个用户的信号通过有源或无源汇聚点分/合路至局端。

随着互联网的快速发展，人们对带宽的需求持续增加，传统的电信网络已经不能满足人们对带宽的需求，也无法适应固网运营商在原有网络上开展新服务,于是，可提供全业务、高速率的光接入网就成为了宽带接入网的最有效解决方案。

本文以兴平市四季花园小区为宽带接入对象，进行FTTH综合布线的方案设计，通过此设计掌握无源光网络的系统结构以及OLT等相关设备的性能；同时为建设方提供投资分析和施工指导。

【关键词】：

FTTH；带宽；无源光网络；OLT

【论文类型】：

设计型

Title:

FTTHschemedesignforSijihuayuandistrict

Major:

ElectronicandInformationEngineering0804

Name:

HuChaoSignature:

______

Supervisor:

ShiYinSignature:

______

Abstract

FTTH（fibertothehome,FTTH）conceptemergedinthe1990s.Ithasexperiencedmorethantenyearsofdevelopmentandevolution.Astheultimateschemeoftheopticalaccessnetwork,FTTHhasbeenthefocusofattentioninthenumberofbroadbandaccesstechnologies.FTTHisabroadbandopticalaccesswaythatthefiberextendstofamiliesfrommunicationsinfrastructure.Inthisaccessmode,Eachuserfamilyexclusiveonefiberbranch.Multipleuser’ssignalsarebroughttogetherorseparatedtothecentralofficethroughtheactiveorpassivedotted.WiththerapiddevelopmentofInternet,People'sdemandforbandwidthincreasescontinuously.Traditionaltelemunicationsnetworkhasbeenunabletomeetpeople'sdemandforbandwidthandunabletoadapttothefixednetworkoperatorintheoriginalnetworkservice.Hence,providingfull-service,high-speedopticalaccessnetworkhasbeethemosteffectivesolutionforthebroadbandaccessnetwork.ThispaperusedtheXingpingFourSeasonsGardenDistrictasthebroadbandaccessobjectsanddesignintegratedwiringinFTTH.WecangraspthesystemstructureofthepassiveopticalnetworkandtheperformanceoftheOLTequipment,aswellasprovideinvestmentanalysisandconstructionguidancefortheconstructionsidethroughthedesign.

【Keywords】FTTH;Bandwidth;PassiveOpticalNetwork;OLT

【TypeofThesis】DesignType

前言

需求总是刺激着技术的进步。

随着用户对宽带多媒体信息的旺盛需求的不断提高，宽带网朝着全业务、高带宽、差异化、易运行维护的方向发展已成为不可逆转的趋势，视频信息将取代话音信息成为网上承载信息的主体。

以高带宽为主要特征的新需求为FTTH技术的应用开辟了广阔的前景。

基于铜资源的稀缺性和光纤接入技术的带宽优势考虑，“光进铜退”成为建设下一代宽带接入网的指导思想。

近30年来，我国电信行业的发展速度是空前的，手机和因特网的普及极大地改变了人们的生活方式。

如果说20世纪是电通信的世纪，那么21世纪则是光通信的世纪。

目前我们生活中使用到的“宽带”只是相对以往64kbit/s的业务而言，5Mbit/s或者10Mbit/s的带宽还算不上是真正的宽带，无法满足人们以Gbit/s乃至Tbit/s为单位的信息交换的需求。

光纤的带宽在理论上可以达到无限，在可以预见的未来，FTTH必将得到大规模的应用。

FTTH是光纤接入网的最终也是最理想的方式，是解决运营商接入网建设最后一公里的最佳解决方案。

FTTH是完全利用光纤传输媒质连接运营商局端和家庭住宅的接入方式，全部由光纤网络连接至终端，光纤网络在用户家终结，引入光纤由单个家庭住宅独享FTTH，在提高带宽的同时也增强了安全性。

由于FTTH网络的接入网部分不含任何有源设备，因此极大地降低了运营商的投资成本以及维护难度。

相对于传统的接入方式来说，FTTH拥有几乎无限的带宽，且支持的协议比较灵活，适合运营商不断推出新业务。

因此，无论对运营商还是用户，FTTH都将成为宽带接入的最佳选择。

本文以兴平市四季花园小区为模型，进行FTTH方案设计。

对FTTH无源光网络的相关设备，光网络的敷设以及光的分配进行了详细介绍。

并对此次FTTH建设做出预算和投资分析，同时画出整体及局部设计图用于指导施工。

重点在于对局端OLT、光分路

ONT等设备性能的掌握和基于此的无源光分配网络的设计。

第一章绪论

1.1传统接入方式的优缺点比较

在宽带接入领域，目前大多数家庭都是使用ADSL（非对称数字用户电路）技术来实现，用户的各种业务通过接入网进入核心网。

传统的电信网都是围绕着业务的开展来设计的。

业务的特点是带宽需求小、固定，且业务增长平稳缓慢。

目前常用的有基于双绞线的窄带接入网技术、宽带综合业务数字网、数字用户线接入技术以及混合光纤同轴电缆接入技术。

基于双绞线的窄带接入技术的主要目的是提供用户线话音业务的接入，即最常见的话音信号的接入，其用户线配置为：

从局端机（即交换接口模块）敷设主干电缆到区域交接箱，在交接箱内成端，再从交接箱敷设配线电缆到各个用户区域的分线盒，每个用户从分线盒通过远端机（即用户接口模块）使用一对双绞线连接到话机上。

在需要扩容时，所有用户线设施都不需要改动或升级，只需要在每一对双绞线的交换侧和用户侧分别增添交换接口模块和用户接口模块即可。

这也就是我们通常所说的窄带综合业务数字网（N-ISDN，NarrowbandIntegratedServiceDigitalNetwork），窄带综合业务数字网将各种业务纳入到一个共同的网络中，使用户利用一对线即可同时获得话音、数据、图像等多种电信业务，实现业务的综合。

其主要业务仍然是64Kbit/s的电路交换业务，虽然综合了分组交换业务，但这种综合只是在用户--网络接口上实现的，网络内部仍由各自独立的电路交换和分组交换实体来提供这两类不同的业务。

它采用传统的铜线来传输，使用户入网接口处的速率不能高于PCM一次群的速率，这种速率不可能用于传送高速数据或图像业务，从而不能适应新业务发展的需求，此外它对新业务的引入有较大的局限性，只能以固定的速率支持已有的电信业务，很难适应不断出现的新业务的变速率特性和多速率特性的要求。

为了克服N-ISDN的这些局限性，B-ISDN随之出现，B-ISDN的宽带（Broadband）是相对于N-ISDN的窄带（Narrowband）而言的，指一个服务或系统所需要的传输通道能力高于T1（1.544Mbit/s，北美系统）或E1（2.048Mbit/s，欧洲系统）速率。

B-ISDN中开始引入光纤作为传输媒体，光纤的传输质量比铜缆系统高，可以保证所提供的业务质量，同时减少网络运行中的差错诊断、纠错、重发等环节，从而提高网络的传输速率。

B-ISDN是一种定义较完善的网络，对旧有的电路交换网络有很好的继承性和兼容性，然而随着IP技术以突破所有人想象的速度普及和应用，接入网IP化的趋势越来越明显，B-ISDN终将被IP网络所取代。

数字用户线接入技术在传统的公众交换网的本地用户环路上运行，采用对称或非对称传输模式，利用已大量铺设的铜线资源，采用新的调制技术利用系统中未使用的高频信号传输数据，以低成本实现用户线的高速化。

ADSL利用一对线，在用户线的两端各安装一个ADSL调制解调器，该调制解调器利用频分复用技术，将带宽分为3个频段。

最低频段部分为0--4kHZ，用于普通业务，中间频段部分为25kHZ--138kHZ，用于上行数据信息的传递，最高频段部分为150--550kHZ，用于下行数据信息的传送。

ADSL利用数字编码技术从现有铜质线上获取最大的数据传输容量，能够向终端用户提供8Mbit/s的下行传输速率和1Mbit/s的上行传输速率。

数字用户接入线技术采用星形的拓扑结构，用户与用户之间在物理上互相隔离，有很高的安全性，简化了对客户终端安全加密的要求，降低了用户使用门槛，从而扩大了用户的适用X围。

每个ADSL用户都独享一条传输线路，在带宽管理上很容易做到灵活多样，可以为每个用户方便地分配不同带宽，从而增加资费的灵活性，方便用户选择自己需要的网络带宽服务。

在线路质量方面，ADSL采用了先进的调制技术，如离散多频音（DMT）等，这些技术可以提供很好的线路检测和自维护功能，能自动根据线路质量、环境干扰、传输距离甚至收发功率来调节各种传输参数，从而满足预定的服务质量要求，使ADSL网络具有很强的自维护和管理功能。

但ADSL因为采用了星形的拓扑结构，相对采用总线型的同轴电缆接入网来说，线路投资较大。

ADSL是非对称的DSL技术，下行的速率远远大于上行的速率，一般只能作为普通用户的接入方式，不宜用于流量对称的商业用户互联，对流量要求较高的住宅小区也不太合适[4]。

同轴电缆接入网用于广播电视业务的有线电视（CATV，CableTelevision）。

CATV系统拥有大量用户，传输媒介为同轴电缆，带宽可高达1GHz，利用这一网络资源也可以同时提供话音、视频、数据业务实现三网合一。

混合光纤同轴电缆（HFC，HybridFiberCoaxial）接入技术就是为了融合视频业务和电信业务而开发。

HFC的分配网络主干部分用光纤，其间可以利用光分配器将光信号分配到各个服务区，在光节点处完成光电转换，再用同轴电缆将信号分配至用户家中。

HFC接入技术在从交换机到用户集中点用光传输，从用户集中点到用户则利用现有的同轴电缆CATV分配网络来传送电视、话音和数据等信息，但HFC是一种总线型的接入方式，用户与用户之间互相干扰的问题较为突出，线路故障对用户的影响X围较大。

同一条电缆上的用户要互相共享带宽，在密集的住宅区，由于用户过多，一般难以达到较为理想的速率。

而且由于HFC共享型的拓扑结构，同一电缆上的所有信息对任何一个用户都是可见的，没办法进行用户间的隔离，安全性是一个不可忽视的问题，现在基本上只能通过在内容层进行加密来保障数据的安全。

还有同轴电缆接入网的抗干扰能力差，丢包严重，线路稳定性差，这些也是影响其推广的原因之一。

在我国，HFC技术为广电部门在其现有网络上改造后建立宽带网提供了一种现实可行的解决方案[4]。

上述每一种接入技术都有其优缺点，都有其适用的环境。

对于网络运营商来说，在宽带接入手段的选择上应以市场、效益为中心。

只有满足用户需求，适应市场需要，低成本、高效益的技术才有生命力。

因此，运营商在发展宽带业务时应结合自身的特点，充分发挥已有的优势，以不过多地增加成本和降低服务质量为前提，努力寻找技术、市场与效益以及功能、性能与成本的平衡点。

1.2光接入网

谁拥有宽带谁就拥有世界。

这是宽带网络运营商经常挂在嘴边的一句话。

随着互联网的快速发展，网上新业务层出不穷，人们对网络接入带宽的需求持续增加。

由于传统的接入技术无法提供长距离及高速宽带等系列服务，渐渐已无法适应固网运营商在原有带宽基础上推出更多新服务，满足用户需求。

这就给宽带网络运营商提出了一个“最后一公里”的接入问题。

可提供全业务、高速率的光接入网就成为了宽带接入网的最有效的解决方案。

光接入网（OAN，OpticalAccessNetwork）是采用光纤传输技术的接入网，早期泛指本地交换机或其远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。

OAN是一种为双向交互式业务设计的系统，基本业务有7类：

普通、租用线、分组数据、ISDN基本速率接入、ISDN一次群速率接入、Nx64kbit/s和2Mbit/s。

光接入网技术相对于传统的电缆接入网络可以具备更大的带宽和更高的速率，如其接入带宽可以达到2.5Gbit/s，因此，除了上述7种基本窄带业务外，其优势在于可以提供宽带、超宽带业务，如单向广播式业务、高速数据业务、高清数字电视业务等。

根据接入网的室外传输设施中是否包含有源设备，OAN又可分为无源光网络（PON,PassiveOpticalNetwork）和有源光网络（AON,ActiveOpticalNetwork）,PON采用光分路器分路，AON采用电复用器分路。

PON技术中，光配线网全部由光分路器等无源器件组成，不含任何电子器件及电子电源。

PON由运营商设置在中心局的OLT、大量邻近终端用户的ONT/ONU、光分配网络ODN组成。

OLT是PON和上层骨干网之间的接口；ONT则作为终端用户的服务接口；ODN通过无源器件将一路光信号分成多路光信号传输至各个终端光网络单元。

局端的OLT通过一条馈线光缆连接到用户群附近的光纤分配中心，在该点处使用无源分光器件通常可将最多64个用户连接到同一馈线。

每个用户有一个光网络终端（ONT）或光网络单元（ONU），负责将各分光器支路和用户自己的网络或设备连接起来。

各个用户的大量的数据传送到局端机房后，通过OLT连接到其他电信设备，从而与各上层业务网络相连接。

OLT使用1490nm波段在同一光纤上提供话音和数据的下行传输，而ONU/ONT使用1310nm波长提供上行传输，从而实现单纤双向传输，即在同一根光纤上的无干扰双向传输，如需支持视频业务，OLT可以连接到WDM耦合器上，使用1550nm波长复用到同一光纤进行下行传输。

相对与铜线而言，光纤具有近乎无限的带宽，光纤替代铜质电缆的应用，不但极大地降低了接入网建设和维护成本，还相当程度地提高了网络整体的服务质量。

在PON中，有源模块仅限于在局端机房的OLT和远端用户侧的ONT/ONU上使用。

用户网络接口与相关业务节点接口之间全程以光纤作为传输媒质，具备支持现有宽带、窄带业务以及扩展支持未来新业务开展所需的承载能力，可经由网络管理接口进行配置和管理。

PON技术可以使多个用户共享一个连接，且在中间传输路径无需任何有源器件大大降低了光纤网络的成本，为接入网“最后一公里”瓶颈的解决提供了一个完善的解决方案。

1.3FTTH及其优势

FTTH（FiberToTheHome），即光纤到户。

基于PON网络的FTTX是新一代的光纤用户接入网，用于连接电信运营商和终端用户，根据光纤距离用户的远近，光接入网的构建可以分为FTTC、FTTB、FTTH等多种方式，其中FTTH是光纤接入最终也是最理想的方式。

FTTH是完全利用光纤传输媒质连接运营商局端和家庭住宅的接入方式，全部由光纤网络连接至终端，光纤网络在用户家终结，引入光纤由单个家庭住宅独享。

在FTTH中，接入网的馈线段、配线段和引入段做到全光接入，将ONU光节点部署到用户家中，此时ONU成为ONT，直接提供UNI接口连接用户家庭网络。

在FTTH组网模式中，OLT位于城域网局端机房或者小区机房，ONT直接放置在用户家中。

对于话音业务，一种方案是使用传统模式，在ONT上提供POTS口，在OLT上集成V5协议，接入PSTN交换机；另一种方案是采用VoIP技术，用户使用IP，使用PON提供的数据通道，通过数据城域网上的VoIP网关与PSTN互通。

在有软交换或NGN设备部署的地方，OLT也可以提供软交换或NGN的接口，通过软交换或NGN提供话音业务。

虽然现在移动通信发展速度惊人，但因其带宽有限，终端体积不可能太大，显示屏幕受限等因素，人们依然追求性能相对占优的固定终端，也就是希望实现FTTH。

FTTH的魅力在于它具有极大的带宽，它是解决从互联网主干网到用户桌面的“最后一公里”瓶颈现象的最佳方案。

其优势主要有5点：

第一，它是无源网络，从局端到用户，中间基本上可以做到无源，从而减少运营商投资成本；第二，它的带宽是比较宽的，长距离正好符合运营商的大规模运用方式；第三，因为它是在光纤上承载的业务，一根光纤直接从局端到用户家中，减少了中间节点，增大带宽的同时，也减少了故障；第四，由于它的带宽比较宽，支持的协议比较灵活，能够满足家庭ITV、视频监控、通话、环境监控等多方面需求，户内有了光缆，避免了用户后期重新布线；第五，随着技术的发展，光纤等设备的成本大大降低，不久将与ADSL技术相当，同时包括点对点、1.25G和FTTH的方式都制定了比较完善的功能。

第二章FTTH基本概念

2.1PON技术基础

2.1.1PON的系统结构

PON系统结构主要由中心局的光线路终端（OLT）、包含无源光器件的光分配网（ODN）、用户端的光网络单元/光网络终端（ONU/ONT，其区别为ONT直接位于用户端，而ONU与用户之间还有其它网络，如以太网）组成，在PON系统中，使用一根单芯光纤利用波分复用技术做多波长传输。

OLT位于中心机房，提供网络侧接口，同时连接上层核心网络，其功能类似于交换机或路由器。

除了提供网络接入、交换功能外，OLT还可以根据用户的不同需XX现带宽分配、网络安全和管理配置。

ODN利用无源光分路器将干线光纤中的光信号分配给各个ONT，根据终端用户的位置不同，可采用不同分路比的光分路器做多级连接，其传输X围最远可达20km。

ONT/ONU提供LOT方向的PON接口和用户侧业务接口（以太网、、视频）。

在PON系统规划中，通常采用点到多点的树型拓扑结构。

在下行方向，IP数据、语音、视频等多种业务由位于中心局的OLT，采用广播方式，通过ODN中的1：

N无源光分配器分配到PON上的所有ONU单元。

在上行方向，来自各个ONU的多种业务信息互不干扰地通过ODN中的1：

N无源光合路器耦合到同一根光纤，最终送到位于局端OLT接收端，类似于点到点的结构。

PON网络的突出优点是消除了户外的有源设备，所有的信号处理功能均在交换机和用户宅内设备完成。

PON接入方式由于消除了传输段的有源设备，减少了中间节点的同时好极大程度地降低了衰耗，同时前期投资小，大部分资金要推迟到用户真正接入时才投入。

它的传输距离比有源光纤接入系统的短，覆盖的X围较小，但它造价低，无须另设机房，维护容易。

因此这种结构可以经济地为居家用户服务[9]。

2.1.2PON的传输原理

在下行方向，PON系统使用1490nm波长传输数据和语音信息，使用1550nm波长传输视频业务。

OLT周期性地在PON端口上广播允许接入的时隙的信息，当ONT/ONU上电后，会根据OLT广播时允许接入的信息发起注册请求，OLT接收到请求后，分配给ONT/ONU一个逻辑链路标识，允许ONT/ONU接入。

信息的每个数据帧头中包含了ONT/ONU注册时分配给它的逻辑链路标识，该标识证明此数据是发给具有此ID的ONT/ONU。

因为所有数据以广播形式发送，所以每个ONT/ONU都将收到全部信息，ONU/ONT根据此标识接收属于自己的信息包，并将其他信息丢弃。

为保证安全性，所有ONT/ONU接入时，系统对其进行认证，该认证信息具有唯一性，系统只允许接入通过认证，具有合法认证信息的ONU/ONT；同时，对于给定的ONT/ONU的数据帧，其他ONT/ONU虽然在物理层面上可接收到，但接收到以后首先比较帧头信息，若与自身ID相符，则接收，否则，立刻丢弃；此外，PON系统还从以太网层面利用VLAN隔离，每个ONT/ONU都被划分为不同的VLANID，且每个ONT/ONU到OLT的数据都启用了数据加密。

在上行方向，采用时分多址技术，在同一光纤中，采用1310nm波长传输数据和语音业务。

每个ONT/ONU在不同的时间段发送数据，在光分路器中以物理光能量的方式将来自不同光纤不同时隙的数据复用到同一光纤中。

为保证不同ONT/ONU中的数据在耦合到同一光纤时互不干扰，要求所有ONT/ONU和OLT之间保持严格同步，每个ONT/ONU只能在ONT授权给它的时间段内发送数据。

PON网络的突出优点是消除了户外的有源设备，所有的信号处理功能均在交换机和用户宅内设备完成。

2.2FTTH中应用到的主要设备

2.2.1局端OLT

OLT的功能组成可以分为三部分：

业务部分、核心部分和公共部分。

其中核心部分功能包括汇聚分发和业务处理功能以及ODN适配功能，汇聚分发和业务处理功能完成对不同的业务类型的信息进行处理，包括复用/解复用、业务质量控制、带宽管理、用户隔离和业务隔离、广播和多播等，在上行方向与业务接口功能相连，在下行方向与ODN适配功能相连。

ODN适配功能对ODN接口进行分配，一个OLT可以提供至少一个ODN接口，并具有一系列物理光接口的适配功能，包括光/电和电/光转换，物理媒质访问控制以及定时同步功能。

OLT业务部分具有业务接口功能，可包括接口适配、接口保护以及需要时具有特定业务的信令处理和媒质传输制式的转换功能。

OLT公共部分功能包括供电与OAM功能，供电功能将外部供电转换为所需的电源，在必要时还提供电源保护功能。

OAM功能是提供必要的手段来处理所有功能块的操作、管理和维护功能，并提供与网络运营相关的信息。

2.2.2光分路器

分光器的作用是将一根纤芯中的光束，通过物理通道，广播到多个纤芯中，以提高主干光纤的利用效率，减少主干光纤的对数。

目前有两种类型的光分路器可以满足分光的需要：

一种是利用传统的拉锥耦合工艺生产的熔融拉锥式光纤分路器，另一种是基于光学集成技术生产的平面光波导分路器。

熔融拉锥技术是将两根或多根光纤捆在一起，然后在拉锥机上熔融拉伸，并实时监控分光比的变化，分光比达到要求后结束熔融拉伸，其中一端保留一根光纤作为输入端，另一端作为多路输出端，目前成熟的拉锥工艺一次只能拉1x4以下的分光器，1x4以上的期间则是用多个1x2连接在一起，再整体封装在分路盒中。

这类器件的主要优点是：

技术工艺成熟、原料及成本低廉且分光比可根据要XX时监控，可以制作出不等分的分路器。

但这类器件的损耗对光波长敏感