六合广电EPON与HFC网共用的ODN设计方法

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  【中图分类号】TN913.7 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158(2012)09-0037-03
  1、引言
  几年以来,随着全国有线电视网络双向化的推进,六合广电网络也采用了对原HFC网络和新建网络按FTTB结构改造和建设,并利用EPON技术,将下行电视业务与双向数据业务的光信号直接设计到了楼栋,转换为电信号后再通过电缆以各类方式从楼栋传输到用户。
  EPON(以太无源光纤网络)是一种采用点到多点结构的光接入网络,目前是FTTH/FTTB/FTTC(Fiber To The Home/Building/Curb,光纤到户/楼/路边)的普遍解决方案。EPON系统基本组成包括光线路终端(OLT)、光分配网(ODN)、光网络终端(ONU)三部分。而在光分配网(ODN)中主要有光缆、无源光分路器(POS)、接续盒,结构支撑件光交接箱/综合配线柜、楼栋设备箱等组成,拓朴结构如图1所示。
  本文将对六合广电在建设FTTB结构并利用EPON技术覆盖城区的网络中,其EPON与HFC网共用的ODN设计方法作一介绍。
  2、ODN的设计
  六合广电网络根据EPON技术特点(不述)及设计思路与目标,确定ODN设计由网络结构设计、片区规划设计、光纤设计、光分路设计、结构支撑设计五部分组成。
  2.1 设计思路与目标
  (1)前瞻性要求:FTTB只是将A网(有线电视下行)与B网(基于EPON技术的双向数据业务)的光信号直接设计到了楼栋,转换为电信号后再通过电缆以各类方式(EoCkLAN)从楼栋传输到用户,而EPON技术具有一点到多点的物理拓扑结构,本身能够支持光信号直接入户(FTTH)。从HFC原FTTC结构到FTTB是考虑网络建设成本、用户需求、市场培育等因素,不宜一步到FTTH,但FTTB只是FTTx的过程,最终都要向FTTH演进。各类设计要考虑未来FTTH建设和网改预留相应适当空间。
  (2)技术适应性要求:在目前双向网络已有技术方案构成中有单纤三波、双纤双波,双纤三波、EPON、RF Overlay EPON、xWDM、RF PON(RFoG)、CMTS、GPON以及IEEE正在制定的10GEPON,下行电视广播有1310nm、1550nm传输方式,网络结构有FTTC、FTTB、FTTH。ODN设计要能够适应和兼容各类技术及其发展所组合成的网络。
  (3)业务扩展性要求:三网融合格局,要求广电同其他运营商(电信、移动、联通)具有相同甚至更高的业务运营能力,广电网络今后也要开展一直未深入涉及业务领域,各类设计要具备支持HDTV、IPTV、VOD(MPEG-2、H.264格式存储)、高速InterNel接入、VoIP、视频通信等业务的开展能力。
  (4)物理统一性要求:FTTB结合EPON技术增加网络物理构件(多种尺寸箱体及结构件,有源设备及无源器件、光缆及配件)的复杂性和多样性,为便于统一管理和维护,各类设计要考虑在同一类型结构和技术条件下,物理构件的一致性。
  (5)建设节约性要求:重视原有HFC网投资,在改造网络中,充分利用原每光节点4芯光缆和各类电缆,依据市场发展和用户需求,逐步增加和调整。设计时要以可扩展性为前提,新建网络要一步到位,针对改造网络以适应当前需要即可。充分考虑“光进铜退”发展形式要求下,光纤价格下降与国内铜期上扬造成电缆价格上升,设计时要多考虑使用光纤,以降低当前和后续成本。
  2.2 网络结构设计
  ODN由光缆、光分路器(POS)组成,结构支撑由光缆交接箱/综合配线柜、楼栋设备箱、光缆终端盒组成。(如图2)
  从局端布放接入光缆到光缆交接箱/综合配线柜,进行A/B网光信号转接,通过光分路器(POS)分配光信号,再每点4芯布放到楼栋设备箱以光缆终端盒转接A/B网光信号。按FTTB,每个楼栋设备箱覆盖用户在50户以内,双向数据传输用EPON技术。
  采用双纤双波/三波方案:考虑到双纤双波(1310nm下行,1490nm/1310nm数据)比单纤三波(1550nm下行/1490nm/1310nm数据)多用光纤,对其有物理兼容性,转为单纤三波长时多出光纤可用于B网、其他业务、预留。双纤双波长也可灵活转移为双纤三波长(1550nm下行,1490nm/1310nm数据)以便于使用RF OverlayEPON技术。
  2.3 片区规划设计
  2.3.1 片区规划原则
  (1)因中心机房较为居中,将城区网络以原HFC网按主干道为轴心的光缆走向,分为东门、南门、西门、北门共4个区域,以有利于运维分片管理、网络设计和充分利用原有光纤资源。
  (2)在每个区域内,紧密结合市政规划,按已建设小区(楼栋)、规划待建小区、别墅区、平房区的户数为依据分片设立多个光纤分配点。根据网络实际状况,每片区覆盖1500户或750户左右。
  (3)已建设小区(楼栋)、平房区应明确3年内无拆迁计划,计划拆迁楼栋和平房区仍保持现状,不作FTTB改造。
  2.3.2 片区规划依据
  (1)依据EPON分光比:
  位于OLT和ONU问的ODN(光分配网)中的光分路器(POS),按1EEE802,3-2005的要求,分光比最低能达到1:16或1:32,最大传输距离为10-20Km,即1个PON口可带32或16个ONU,工程应用中取带30或15个ONU,另2或1个用于维护替换和预留发展。则最多可覆盖户数为30*50=1500户。
  (2)依据用户近期、中长期带宽需求(表1):
  OLT每個PON口接入速率为1.25Gbps,若按每用户近期带宽需求为2Mbps(其中六合广电近期开展的业务VOD下行300K,上行100K,InterNet接入下行1M,上行512K),40%的并发率测算,则可覆盖户数为1.25Gbps/2*40%=1550户,取1500户。中期若用户带宽需求增加,可通过增加PON口数量和光纤,同时减少分光比为1:16,则每户带宽可达4 Mbps。中长期通过将EPON升级为10GEPON,则每户带宽可达20-40Mbps,通过FTTH带宽可达1.25Gbps/50户=25Mbps/户。   (3)依据A网分光设计:
  六合广电A网有1550nm与1310nm两种传输方式。通过1550nm传输,1台EDFA通过2级分光可覆盖3个1500户小区(1个1:3+3个1:32),A/B网同步建设,每个片区占用1芯,设计简明方便。通过1310nm传输,则按1:8分光,采用1310nm光传输平台中4个光发射模块(在750户片区用2块即可),每个片区占用4芯,可覆盖32个光节点,30*50户=1500户(2个点工程预留),VOD系统中IP-QAM视频节目流数分配灵活方便。
  (4)因为新建和改造工程施工中出现的矛盾困难及用户分布的特殊性、不确定性,增加以750户为片区设立光纤分配点的模式,只要在PON口下增另1个2分路器即可,用户带宽需求增加时将2分路去掉。
  2.3 光缆设计
  (1)光缆采用G,652D光纤,有利于今后xWDM应用,12芯一束。
  (2)网改及网改新建混合片区接入光缆尽量使用原有光缆以够用为原则,以减少投资,芯数不低于8芯,未来FTTH建设时扩容为20或36芯。
  (3)新建片区接入光缆纤芯数按ONU个数+A网芯数之和确定,覆盖1500户片区36芯,750户片区20芯,既满足当前需要,也满足未来FTTH需要。
  (4)光缆交接箱/综合配线柜至每个楼栋设备箱分配光缆4芯,采用大芯数引出、接续分纤方式,减少光缆交接箱出局管孔数压力以便留出适当预留空间。
  2.4 光分路器设计
  2.4.1 光分路类型的选用
  广播式下行电视信号与EPON双向数据业务信号的光传输都选用平面波导(PLC)、全波长(1260nm-1650nm)、均分型分路器,封装方式(托盘式、机框式、盒式)根据使用场合灵活选择。原因如下:
  (1)各楼栋距离相近,所需光功率相近,均分简化光功率设计,不影响使用。
  (2)分光路数简洁,可做到1:2\4\8\16\32\64,有利于网络统一设计,组网灵活。
  (3)平面波导(PLC)与熔融拉锥(FBT)在成本比较上,其在整个网络系统中所占比例很小,可忽略不计。
  (4)采用同一类光分路器,可以统一器材物料采购配备,发放、安装、运维简便,可以统一工程施工规范中的安装工艺。
  (5)向FTTH演进时各分路器可再次使用。
  (6)具有全波长特性,适应于xWDM技术应用和未来波长扩展需要等方面因素。
  2.4.2 分光比的选择
  A网以1:8为主,B网以1:2、1:16、1:32为主。
  2,4,3 EPON中链路总损耗验算
  (1)EPON设备PON口及ONU口光模块接口功率参数如表2所示:
  可见,20Km光模块严格条件下链路总损耗:1490nm为2-(-21)=23dB,1310nm为-1-(-24)=23dB。
  (2)链路总损耗验算:(均能满足严格条件下传输的光功率要求)
  1500户片区覆盖,1:32分路器,按六合城区最远5Km计算(4Kin接入光缆+1Km分配光缆):
  A(链路总损耗)=B(光缆损耗)+c(法兰损耗)+D(分路损耗)+E(系统余量、含分路器附加损耗等)+F(局端2分路损耗)
  其中,B=0.4+光缆公里数(上行1310nm波长计算)
  B=0.25*光缆公里数(下行1490nm波长计算)
  C=0.5*活动连接头个数,取4个
  D=-101g(1/N)(N为分路数)
  E=2dB(光分路附加损耗,并考虑必要余量)
  F=3dB(局端2分路损耗)
  则A=0.4*5+0.5*4-101g(1/32)+2=21dB(上行1310nm波长计算)
  A=0.25*5+0.5*4-101g(1/32)+2=20.25dB(下行1490rim波長计算)
  同理:750户片区覆盖:
  则A=0.4*5+0.5*4-101g(1/16)+2+3=21dB(上行1310nm波长计算)
  A=0.25*5+0.5*4-101g(1/16)+2+3=20.25dB(下行1490nm波长计算)
  2.4.4 A网中的链路总损耗验算:(能满足传输的光功率要求)
  统一采用具光AGC和砷化镓放大模块的光接收机(860MHz),接收灵敏度-6dBm,1310nm采用14mw(11.5dBm),1550nm采用20dB的EDFA,在局端经1:8分路后11dBm输出。最大链路损耗为11-(-6)=17dB。
  1500/750户片区覆盖,1:8分路器,按六合城区最远5Km计算(4Kin接入光缆+1Km分配光缆):
  A(链路总损耗)B(光缆损耗)+c(法兰损耗)+D(分路损耗)+E(系统余量、含分路器附加损耗等)
  其中,B=0.4*光缆公里数(上行1310nm波长计算)
  B=0.25*光缆公里数(下行1550rim波长计算)
  C=0.5*活动连接头个数,取4个
  D=-101g(1/N)(N为分路数)
  E=1dB(光分路附加损耗,并考虑必要余量)
  则A=0.4*5+0.5*4—101g(1/8)+1=14dB(上行1310nm波长计算)
  A=0.25*5+0.5*4-101g(1/8)+1=13.25dB(下行1550nm波长计算)
  2.5 结构支撑件设计
  结构支撑件指在FTTB网络结构中,能支持A网及B网(EPON)信号传输、转接、分配的各类箱体、盒体。主要由光缆交接箱或综合配线柜、楼栋设备箱、终端盒组成。
  2.5.1 光缆交接箱/综合配线柜
  (1)用于接入局端光缆,并对A/B网光信号进行光功率分配后,进行配纤到楼栋。光缆交接箱采用GXF5-01型,具有配纤、熔接、贮纤、调纤、过路直熔、固缆扣件、安装底坐及适应野外工作环境等功能。综合配线柜置于小区机房内,采用G/MJPXl67D型,内置改造为光缆配线架(ODF)单元与设备机架,一体化设计,除具有配纤、熔接、贮纤、调纤、过路直熔、固缆扣件、安装底坐功能外,还有设备存放使用功能,以适应EPON的OLT、IP-QAM设备前移等未来需要。   (2)1500户的片区约30个楼栋节点,每楼栋点4芯,接入光缆于改造网络8芯,新建网络36芯,分配光缆30*4芯=120芯。光分路A网1-4层(按1310nm和1550nm传输方式不同)、B网1层共5层*12芯=60芯,总计216芯,采用288芯容量光缆交接箱/综合配线柜。750户片区采用144芯容量即可。
  (3)内置熔接盘采用12芯束状尾纤,用于接入光缆和分配光缆的熔接,熔接盘卡具可存放A/B网托盘式光分路器。
  2.5.2 楼栋设备箱
  (1)用于覆盖不超过50户单元组合,多层楼栋(6层及以下)放置于楼外、高层楼栋放置于楼内竖井或明装。依双向接入方式不同(LAN或EOC)相应放置和挂置A网光接收机、ONU、交换机、EOC头端、4法兰终端盒及结构组件,内置配电单元并从就近单元做好电力引入及安全接地。
  (2)多层楼栋(6层):在楼栋前每4个单元(12户*4=48户)设立光楼栋设备箱,尺寸1100*760*500(高*宽*深),1.0mm厚不锈钢板,空间足以放置机架或盒式1:16或1:32分路器,以利于FTTH时EPON光分路前移,双纤三波时也可放置EDFA模块。
  (3)高层楼栋(大于6层):以每48户为一组,在楼内竖井或弱电问设立楼栋设备箱,尺寸600*760*200(高*宽*深),1.0mm厚冷轧钢板,可放置盒式1:16或1:32分路器,以利于FTTH時EPON光分路前移,双纤三波时也可放置EDFA模块。
  (4)配电单元由总控、设备分控、5孔交流电板、照明组件构成,总负荷按不超过1KW考虑。
  (5)四法兰终端盒为在常规基础上增加固定四个FC/APC法兰,用于光纤灵活引出和规范工程。
  3、应用实例:(如表3、图3)
  城区规划将凤凰南苑、凤凰花园、聚龙花园、东方新苑4个小区设为一个片,设立一个野外光缆交接箱进行双向改造,电视信号按1310nm传输,共31栋楼,28个光节点,覆盖1326户,接入光缆4Km,分配光缆1Km。
  3,总结
  通过确定网络结构,六合广电网络以片区规划为基础,以光纤设计为灵活扩展,以结构支撑件设计为依托,以光分路设计为细节,将EPON与HFC共用的光分配网(ODN)结合在一起,能够很好的完成FTTx网络结构下,适应EPON及其他技术当前应用与未来扩展。
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