基于PON的FTTH线路设计方案

１综述

    PON技术已成为全球宽带运营商共同关注的热点，被认为是目前实现FTTH的最佳技术方案之一。它由OLT（OpticalLineTerminal，光网络终端）、ODN（OpticalDistribution Network，光分配网络）和ONU（Optical Network Unit，光网络单元）构成，网络拓扑结构如图1所示。对于FTTH的商业规模部署，不论采用EPON还是GPON，运营商都需要了解在网络拓扑图中连接各网络元素的线条上到底发生了什么，特别是在ODN部分。ODN占FTTH工程初期投资的一半以上，其规划和建设质量的好坏对日后网络规模运营和维护成本有很大影响。ODN是目前运营商特别关注的部分，特别是在用户驻地网，即光纤接入的最后100 m内。

   3M公司是FTTH最早的倡导者和实施者之一，在光纤线路和接续方面具有全球领先的产品和丰富的经验。由于到目前为止，还没有完善的基于PON的FTTH线路工程设计规范，3M公司在总结国内FTTH试点的经验、教训的基础上，结合在其他国家的实际经验，提出了国内基于PON的FTTH线路解决方案和所应遵循的基本设计原则。

    ２ODN的结构

    FTTH线路建设要面对各种建筑类型：住宅小区，包括低、中、高层住宅建筑；商业楼宇，包括各种办公和商务建筑；别墅和其他独立房屋；工业园区，包括各种建筑。

    不论何种建筑类型，基于PON的FTTH网络从OLT所在的接入网机房到ONU所在的用户，均可划分为以下5部分，按照从用户端到接入网机房的顺序依次为：光缆终端子系统、引入光缆子系统、配线光缆子系统、主干（馈线）光缆子系统和中心机房子系统，如图2所示。

 

    （a）上行

 

    （b）下行

    图1PON的网络拓扑

 

    图2PON线路结构的划分

    ３3M公司的ODN设计方案

    3.1ODN设计中的核心概念

    3M公司通过对国内固网运营商网络和部署能力的了解，确定在基础网络建设中，运营商最关注的是ODN结构中的光缆终端子系统、引入光缆子系统和配线光缆子系统。由于国内FTTB、FTTC的部署较多，运营商已经积累了丰富的主干光缆子系统和机房子系统建设经验。

    3M公司针对国内运营商的关注点，结合基础网络结构等因素和3M的核心技术和产品，在FTTH线路部署中推出以下4个核心概念。

    （1）光纤端接的概念

    无论光纤停在何处，都要在插座内进行光纤的端接和保护（如同电话线盒铜缆数据线和有线电视同轴电缆的端接）。

    （2）光纤现场端接

    在用户驻地网（楼内）和用户室内，光纤插头、插座宜采用现场制作的方式，以取代传统的工厂制作的定长尾纤/跳线。

    （3）光纤机械接续技术的应用

    在用户驻地网（楼内）和用户室内，进行光纤接续时，宜采用机械接续取代熔接。以解决对小芯数、分散多地点光纤接续采用传统熔接带来的高工具投资、高维护费用、耗时长、不灵活等缺点。

    （4）采用专用入户光缆

    采用FTTH专用的入户光缆，以取代传统的尾纤、跳线或铠装尾，保证楼内、室内布线的灵活性、安全性和可靠性。

    以上4个概念的宗旨是使光纤线路的设计、施工、维护、服务的开通等和铜缆系统一样方便、可靠。

 

   3.2光纤终端子系统

    一个完整的光纤终端子系统应由一个或者多个光纤端接插座、面板和连接到终端设备（ONU）的超强抗挠、抗压的光纤跳线组成，如图3所示。

    在光纤终端子系统中，在光纤缆线的基础布线部分和活动部分须设置明确的活动连接端接界面，最大可能地避免对基础布线线缆的损坏和光纤对人身的伤害。

    用户光纤终端插座是隐装或者明装的，是光缆基础布线的终点，是光纤链路基础布线部分和用户活动缆线部分的分隔界面。该插座固定在用户光纤终端面板上，采用活动式连接。

    光纤端接插座应能够直接和入户光缆相连，与标准SC插头相兼容。插座的安装应在现场完成，无需注胶、加热、研磨等工艺。能够安装在标准的86型或120型面板内，面板可以安装在墙面或弱电箱等固定结构内。光纤终端面板需带有光纤防尘装置。底盒内要求能够保存至少100cm的光纤缆线冗余。不容许光纤缆线和端接器件裸露在墙外，从而尽量保护光缆，并避免光纤和光源对人伤害的可能。

 

    图3用户终端子系统（左图虚线内为用户端接子系统，右图为实际端接情况）

    图4为3M公司2006年推出的FA光纤插座和86型标准面板实物图。RJ45铜缆信息模块可与FA插座同时安装在面板上。对底盒无特别要求。

 为适应普通个人用户的使用状况，建议连接ONU的光纤跳线采用超强抗挠、具有良好的抗压能力的光纤跳线。3M公司独有的GGP高强度光纤跳线技术具有优良的抗机械外力的能力。在弯曲直径由15mm减少到6mm的情况下，弯曲损耗几乎没有增加。

    光纤终端子系统的设计应根据建筑物的不同情况采用不同的处理方式。对于出租型商业楼宇，由于其出售或租赁对象的不确定和流动等因素，业务需求的不确定性和变更的可能性较大，宜采用开放办公布线结构，具体设计可以参照TSB-75国际标准。插座建议安装位置离地面30cm。建议保证每10～100m2至少安装一个光纤终端插座，也可按照不同应用场合调整该面积的大小。

    对于规划光纤入户的住宅用户，应将配线光缆布放到楼道配线箱或其他配线设施。在楼道配线箱内可采用活动连接或固定连接方式，将配线光缆与引入光缆连接。固定连接宜采用机械连接。入户端采用现场端接的方式将引入光缆端接在光纤终端插座（面板）上。插座宜安装在墙面等固定结构上，可以是用户室内的墙面，也可以是用户室内的弱电箱内。

    对于规划光纤暂不入户的住宅用户，则楼道配线箱可作为光纤施工的结束界面，也是未来业务开通的起始界面。此界面上的光纤应该端接于固定在楼道配线箱或其他配线设施的插座上。需要开通业务时，将引入光缆放入室内。引入光缆在配线箱端现场端接插头，入户端采用现场端接的方式将引入光缆端接在光纤终端插座（面板）上。插座宜安装在墙面等固定结构上，可以是用户室内的墙面，也可以是用户室内的弱电箱内。

    对于住宅用户在规划光纤暂不入户的情况下，也可将配线光缆盘留在楼道配线箱或其他配线设施内，不做任何端接。如需开通业务时，则将引入光缆和配线光缆通过机械连接的固定连接方式将引入光缆放入室内。入户端采用现场端接的方式将引入光缆端接在光纤终端插座（面板）上。插座宜安装在墙面等固定结构上，可以是用户室内的墙面，也可以是用户室内的弱电箱内。

    对于别墅和其他独立用户接入（如网吧等），将配线光缆布放到靠近用户的配线设施（可以是光缆接头盒、光缆交接箱、配线箱、ODF等）内，再和引入光缆通过固定或活动连接方式连接到用户室内的终端盒中。也可将配线光缆直接引入室内。在这种情况下，不再区分配线光缆和引入光缆。固定连接宜采用机械连接。

    机械连接方式不需要熔接机，而是通过简单的工具、利用机械连接技术实现单芯或多芯光纤永久连接的方式。图5为采用3M的FibrlokII机械光纤接续子接续光纤过程组图，FibrlokII机械光纤接续子主要指标如表1所示。

 

    图5FibrlokII机械光纤接续子的接续过程示意图

    剥纤、清洁、端面切割、对准、压接

3.3引入光缆子系统

    引入光缆子系统应由用户光纤终端插座至楼层配线设备（对于别墅和其他独立用户是至户外的光纤分配箱）的光缆及配件组成。

    引入（户）光缆不能选择预制光纤插头的固定长度缆线，而应该根据现场的实际情况和用户要求的安装位置现场布放相应长度的光缆，采用现场端接的方式将引入光缆端接在光纤终端插座上。引入（户）光缆应采用结构简单、操作方便、具有较强的抗拉和抗侧压性能的光缆，以便于架空、户外管道和楼内穿管布放。引入光缆在必要时应具有阻燃或低烟低毒等性能。鉴于小区楼内管道的复杂状况，引入光缆宜采用小弯曲半径（15mm）光纤缆线。引入光缆和配线光缆的连接可采用活动连接或者固定连接。固定连接宜采用机械式连接。

    在某些别墅或独立用户接入中也可将配线光缆直接引入室内。在这种情况下，不再区分配线光缆和引入光缆。

    在国内主要光缆厂商的推动下，2005年中国实施FTTH的城市普遍采用了一种叫做“皮线光缆”的新型光缆，其横截面结构如图6所示。

    根据应用场合的不同，皮线光缆可以分为自带钢芯结构的自承式光缆和不带钢芯的皮线光缆。从纤芯数量的角度，包括单芯、2芯、4芯、8芯缆，其中2芯、4芯或者8芯光缆中，纤芯用不同颜色的涂敷层进行区分。抗弯能力方面，包括小弯曲半径纤芯光缆和普通纤芯光缆。其中小弯曲半径的光缆，位于两个FRP中的纤芯是R15纤芯。无论哪种类型的光缆，都可以在不需要工具的情况下，通过撕掉外皮徒手剥纤到250μm涂敷层，为光缆的施工带来很大的便利性，大大减少光缆布线的施工过程中光缆的处理时间和对施工人员的要求。在性能方面，其抗压和抗拉强度都优于目前在综合布线领域广泛使用的松套或紧套光缆。

    3.4配线光缆子系统

    配线子系统由楼道配线箱(对于别墅和其他独立用户可能是其他形式的光纤分配设施)、连接楼道配线箱和光分配点的光缆、光分路器及光缆连接配件组成。其他形式的光纤分配设施可以是光缆接头盒、光缆交接箱、ODF等。

 

    图6  新型皮线光缆截面

    光分路器所在的位置即为光分配点。在无源光网络中，可采用集中分光和二次分光两种方式。在进行二次分光时，配线光缆子系统可划分为两级。按照光信号下行方向，第一个分光器的起点至第二个分光器的起点为一级配线子系统，从第二个分光器至楼道配线箱为二级配线子系统。由于分光方式的选择、分光器位置、分光比选择是线路设计中最为复杂和繁琐的部分，本文不再详细展开。总的原则为：光分路器的分光比和布局应综合平衡初期投资和运维成本等多项因素，本着易于集中施工和测试、节约光缆资源、节省放号和销号工作量和时间、易于维护接入和故障检测等原则合理规划设计。无论采用集中分光还是二次分光，最终分光比要达到系统允许的最大分光比，以便充分利用设备端口。如在网络中采用两级分光，应尽量采用统一分光比的光分路器。建议光分路器要尽量靠近用户。

    根据实际情况，光分路器可能位于光缆接头盒、光缆交接箱、配线箱、ODF等设施中，并在其中进行光缆的端接和分配。光分路器应采用活动连接方式与配线光缆相连接。

    楼道配线箱等各种形式的光纤分配设施应根据建筑结构合理规划位置和容量。光纤缆线在其中进行活动连接或者固定连接。固定连接包括熔接和机械式连接。由于光分路器也可以位于光缆接头盒、光缆交接箱、配线箱或ODF等设施内，此时应采用活动连接，以方便测试和管理。

    3.5馈线光缆子系统

    馈线光缆子系统包括连接光分路器和中心机房的光纤缆线及其他配件。这些配件包括将馈线光缆进行端接和分配的光缆接头盒、光缆交接箱、配线箱、ODF。

    馈线光缆应根据网络布局和光分配点的数量合理规划，并适当留有冗余。

    馈线光缆的连接和配线设施的设计根据实际情况，选择在光缆接头盒、光缆交接箱、配线箱、ODF内进行光缆的连接或端接。光缆连接可采用活动连接或者固定连接。固定连接包括熔接和机械连接。

    3.6中心机房子系统

    中心机房按照接入网机房要求设置。中心机房子系统主要包括OLT和ODF以及相关的器件和光纤管理系统。光纤配线架上如安装光分路器，分光器出口和馈线的连接应采用活动连接，以方便测试和管理。

    另外，在FTTH线路工程的布线管理方面，宜为线路设计设置中文显示的计算机信息管理系统。系统相关的硬件设施的信息包括：设备和线缆的型号和用途、设备位置、线缆走向、终端设备配置状况、硬件编号、链路完好状况、故障记录等内容。

    4  3M方案优势总结

3M关于ODN的设计方案的创新点和优势在于，它完全是基于中国主要固网运营商目前在FTTH线路建设中存在的问题，在国内外没有现成标准和规范的情况下，系统地提出了关于线路规划和部署的新概念，并结合主要概念，引入了最先进的光纤现场制作器件和新型结构的入户光缆。针对传统光纤器件、光缆和工艺不能完善解决的楼内、室内布线和光纤端接及保护等问题，提出了新的解决方案。

    3M解决方案中的核心概念已为中国电信、中国网通和其他宽带运营商广泛接受，从2005年开始，已在湖北、上海、北京、广东、福建、浙江、江苏、四川、陕西、天津、河北、河南、等省市得到了实际应用。得到了用户的好评，并在行业内已制定和起草的相关标准中有一定的影响。同时该方案也和国内外主要PON设备厂商有过广泛的交流及合作，得到了他们的认可。该方案的核心概念最近在中国***以及东南亚等地也被用于FTTH的试点中。