FTTH相关技术及组网方式介绍

FTTH相关技术及组网方式介绍 中国电信广东公司 2007.8

提纲 • FTTH及其实现技术 • 近期FTTH发展与应用基本观点 • FTTx网络建设指导原则 • FTTx网络建设示例及成本分析 • 展望与期待

业务需求发展趋势 数字高清电视的普及背景 2008 2008 北京BOB提供的奥运节目60-70％采用数字高清信号 (来自国家广电总局) 全面推广全部采用数字高清电视机普及率达10％→引发大幅降价近期(2010年前)，高清电视逐步进入家庭，高端用户带宽需求12M-18M。中期(2010年-2014年)，高清电视日益大众化，普通用户带宽需求12M-18M 远期(2015年之后)，带宽需求的增长仍将持续。主要业务的每端接入带宽发展预测

对带宽需求及其发展趋势的理解 • 业务发展与带宽增长相互促进，带宽需求的增长没有终点 • 高清IPTV的需求有一个爆发增长的过程在一定时期后迅速普及，并最终在各类地区趋同 • 近期(2010年之前)，高、低端用户间存在较大带宽差异； • 经过中期发展，高清IPTV最终成为大众产品 ----高、低端用户间的需求差异将逐步缩小； • 远期(2015年之后)，其它业务的发展仍将带动带宽需求的继续增长。 • 接入宽带化、光纤化是信息社会发展的必然趋势，从中长期规划来看，网络提供20M～30M以上，甚至更高的接入带宽是有必要的

FTTH及其实现技术 FTTH——光纤到用户的概念，不属于技术范畴 FTTH的主要技术点到点光接入方式点到多点光接入方式点到点MC方式 PON PDH/SDH FTTN（Fiber to the Node 光纤到节点）：现有DSL模式 FTTB（Fiber to the Building 光纤到楼）：一般指光纤到商务楼或公寓楼 FTTP（Fiber to the Premises 光纤到建筑所在地）：通常包含FTTH和FTTB

PON是实现FTTH的最佳组网模式 点到点MC方式： • 点到点结构 • 局端设备和用户端设备之间采用独立的一对或者一根光纤，用户独享，保密性好 • 局端和用户端各需要1个光收发器 • 业务透明性好，带宽高，每个用户的上下行带宽都可以达到100甚至1000Mbit • 消耗较多的主干光纤无源光网络PON： • 点到多点的树形-分支结构 • 局端设备和用户端设备之间为全无源结构 • 节省局端机房 • 节约主干光纤和局端设备的光接口 • 可扩展性好，便于维护管理 • 分光器位置放置灵活，便于适应端局下移局端分光器用户终端光纤点到多点PON在后期扩容成本、维护管理成本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

相同的拓扑——P2MP光纤 APON/BPON EPON GPON • ITU-T • GEM封装； • 2004年6月形成标准； • G.984.1～4； • 尚无商用芯片，支持厂家教少； • 中国电信开始测试与试验。 • FSAN提出，ITU-T标准化； • ATM封装； • 目前标准化最完善； • G.983.1～10 • IEEE • 以太网封装； • 2004年6月形成标准； • 802.3ah； • 中国电信企业标准； • 商用芯片成熟，已实现多厂家互通。封装协议不同 PON技术概况

PON技术概况 • 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 • 上行数据分时发送，各ONU的发送时间与长度由OLT集中控制－－TDMA的接入机制

Attenuation range (ITU-T Rec. G.982) dB Class A: 5-20、Class B: 10-25、Class C: 15-30 EPON • 基本特点 • OLT与ONU之间信号传输基于IEEE 802.3以太网帧 • 传输线路速率下行/上行：1250 Mbit/s / 1250 Mbit/s • 以MAC控制子层的MPCP（multi point control protocol）机制为基础，MPCP通过消息、状态机和定时器来控制访问P2MP的拓扑结构 • P2P仿真子层是EPON/MPCP协议中的关键组件 • 逻辑分光比1：32（1：64） • 支持A、B类ODN网络

GPON • 基本特点 • 开发全新的帧结构，能承载IP、TDM、ATM等综合业务 • 面向G比特应用，下行1.244G/2.488Gbps，上行155M/622M/1.244G/2.488Gbps等多种组合 • 基于125微秒定长帧结构，承载TDM业务能力强 • 帧结构中丰富的OAM开销，运行、维护、管理功能强 • 逻辑分光比1：32（1：64） • 支持A、B、C类ODN网络

PON网络的单拷贝广播/组播（SCB） 充分发挥PON网络点到多点结构的特点，实现在PON系统中高效视频组播，使同一个组播组的用户共享一条流，从而提高下行带宽的利用率。

FTTH近期重要结论 FTTH开始真正走向商用！ FTTH是接入网的发展方向，是实现10～50M大带宽接入的重要手段之一 EPON、GPON是实现FTTH的主要技术方式，EPON还是GPON的选择不影响近期的FTTH网络建设近期FTTH的应用主要采用EPON设备针对“投资有效益、需求明显”的部分场景 FTTN—FTTB—FTTH网络的发展是循序渐进的过程 • 已有用户的带宽提升主要依靠接入点下移（FTTN） • 新建区域将积极推动FTTB/FTTH的逐步应用

FTTH是固网接入的发展方向 • 宽带接入网的首要任务——大带宽接入 • 大力推进光进铜退，提升接入带宽是中国电信网络转型的基础 • FTTH是方向 • 宽带接入网的重点——多业务承载与QoS保障 • DSL具备一定的多业务和QoS能力 • 基于PON技术的FTTH有明显的优势 • 宽带接入网的难点——可管、可控、可运营 • 可管可控可运营是PON设备研究一直重视并正在逐步解决的问题 FTTH的根本目标不是光纤一定要到户，而是要满足大约20～30M、甚至更高带宽的业务需求——宽带提速，同时满足多业务承载、可管可控可运营等要求

全球FTTH技术及应用现状 日本韩国 E-Japan →U-Japan 用户超800万全球市场No.1 U-Korea 2010全面实现 06年底发标60万线传统运营商正在以不同方式部署FTTX，提供triple-play等新业务美国很多国家新的FTTX建设项目开始采用PON技术欧洲 2年内投资约2.7亿欧元部署FTTx ，预计2008年涵盖用户数达100万户

竞争形势下发展FTTH的必要性 • 宽带接入及其增值业务必将是继3G后的最重要的增长点和竞争的关键点。移动运营商、尤其是中国移动必将在宽带接入上大做文章，近期部分城市公安视频监控业务的积极性并在其中大规模超前建设接入层光缆就是证明 • 大带宽接入是固定接入的必然任务，2M以内的宽带接入将受到3G的急剧冲击移动 1 • 08年后全部数字化完成，高清节目所占比例越来越高，冲击IP TV • 双向改造完成后，具备每户20M左右的宽带接入能力,如东莞 • CMTS：一个CMTS用户共享37M带宽，随着用户数增多，带宽成瓶颈 • EPON+EOC：带宽能力与电信LAN接入方式相当；但入户简单 • EPON+LAN：带宽能力与电信LAN接入方式相当；双线入户、需要重新布线 2 广电 • 固定宽带接入是中国电信、广东电信的传统优势，是未来最重要的业务增长点之一 • 要继续保持并强化优势，FTTH和大带宽接入的发展具有战略意义策略 3

EPON vs. GPON GPON 点评 EPON • GPON系统下行和上行带宽分别可达2.4G和1.2G； • 按照1:64分支，每用户可保障最大38M<下>/19M<上>（均分）。 • 系统下行和上行带宽分别可达980M和930M • 按照1:32分支，每用户可保障最大31M<下>/29M<上>（均分） • 带宽效率相似 • 均满足FTTH应用带宽效率 • 基于每个LLID实现 • 每个ONU仅支持1或3个LLID • 单PON口下LLID个数不超过128个 • 基于T-CONT、GEMPORT实现 • ONU通常支持32个GEMPORT • 单PON口下GEMPORT个数最大为4096个 • GPON相对于EPON可以对业务实现精确带宽保障与控制接入控制 • 采用PWE3（TDM over IP）的方式 • GPON源模式：采用GEM承载TDM • GPON有微弱优势 • 传递时钟有理论上的优势 • 采用PWE3（TDM over IP）的方式 TDM 业务 • GPON标准更完善 • EPON通过企业标准实现互通 • 标准定义了三种OAM机制，使GPON网络的配置、管理、性能监视等OAM功能非常完备 • EPON标准定义的OAM相对简单 • 中国电信企业标准对配置管理作了规定，实现不同厂家的互操作 OAM 与管理 • 较多大芯片厂商计划参与，但进展令人失望，观望态度明显 • 设备厂家认识有差异 • 欧美运营商倾向明显，但推动慢 • 产业链不是问题 • 中国电信的选择，直接影响产业链 • 芯片成熟，互通完成，厂家较小 • 设备厂家多，系统级互通实现 • 日本超过500万商用产业链

EPON vs. GPON • EPON和GPON均能满足未来较长时期的需求 • GPON具备一定的潜在优势（中长期难以带来新的价值） • 技术选择的时机是关键：业务能力、技术优劣、产业链、成本、时间 • 基本原理 • ODN类似 • 均可使用1:32或1:64，可平滑过渡 • ODN通用 • 广播+TDMA：测距技术选择不影响近期网络建设 • 拓扑结构 • 业务规划相同 • 1～2高清+1标清+话音+上网 • 通过VLAN区分业务和用户 • 点到多点 • 业务能力 • 运维几乎无差异 • 均能提供30M+/用户 • 话音（VoIP）、宽带、IP TV等均能较好支持 • 网管系统功能相同 • 维护习惯相同 • 增加维护一个GPON系统甚至比增加维护一个异厂家EPON更简单

EPON应用场景 • 根据集团2006年752号文（《近期宽带光接入（FTTx）及PON 的发展策略》）精神： • EPON 系统运行基本稳定，能够满足当前主要宽带业务的要求，是近期宽带光接入及FTTH 的主要实现方式。GPON开始进行测试和现场试验。 • 部分新建高档住宅小区（别墅或高档公寓）的宽带接入：采用EPON＋LAN或EPON＋DSL的组网方式实现FTTB/C接入；特别是在房地产商愿意承担一定的建设投资时、或用户能够接受较高资费的情况下，可以采用EPON 直接实现FTTH • 商业客户和商业客户比较集中的写字楼、工业园区和网吧集中区等，采用EPON系统实现FTTB、FTTO； • 对带宽（特别是上行带宽）要求较高的业务和应用（“全球眼”、“新视通”等）接入，主要针对现有DSL网络无法满足的视频监控（公安、交通、海关等行业应用）和高质量“全球眼”业务； • 其他宽带综合接入，如农村通信。场景一场景二场景三场景四场景五

FTTH

FTTB/C

FTTx网络业务需求

FTTH网络业务支撑能力分析 1.0Gbps 1:32 标清电视:120M 高清电视:80M 高清点播(含标清)：32×30%×8M=80M 上网：32×33%×2M=22M 话音：32×200K=7M • PON系统剩余带宽：691M • FTTH组网模式下，PON网络具备巨大的带宽升级能力，可满足更大的带宽需求，是宽带接入网的发展方向，只需调整OLT上联带宽 • QoS能力好

FTTB网络业务支撑能力分析 16/24/32线DSL 1:8 1:16 1:32 1.0Gbps 启用组播 8/16/24 FE 标清电视:120M 高清电视:80M 启用组播高清点播(含标清)：n×30%×8M 上网：n×33%×2M 话音：n×200K n为一个PON口下带的用户总数 • PON系统要满足各种业务需求，n最大约为245，表明：考虑一定的放号率，采用PON实现FTTB时，一个PON端口下带的用户不能超过256户 • 采用PON实现FTTB可以满足A类区域中长期业务需求，QoS能力较好 • 若有更高的带宽需求，则需减小PON端口下带用户数量（减小分光比）

FTTH系统构成 • FTTH系统的基本组成： • 光线路终端（OLT，局端设备） • 光分配网（ODN，光纤环路系统，包含光分路器、光纤光缆及光缆分线盒、光缆交接箱等一系列无源器件） • 光网络单元（ONU，用户端测试）

EPON网络建设建议 －－OLT覆盖范围 • 1000BASE-PX10 R-S点允许衰耗 • 上行（ONU-OLT，1310nm）：0~22dB • 下行（OLT-ONU，1490nm）：0~20dB • 1000BASE-PX20 R-S点允许衰耗 • 上行（ONU-OLT，1310nm）：0~25dB • 下行（OLT-ONU，1490nm）：0~25dB

EPON网络建设建议 －－OLT覆盖范围 • ODN光通道损耗 = 光纤衰耗 + 光分路器插损 + 活接头损耗 • ODN光通道衰耗 + 光缆线路富余度 < R-S点允许的最大衰耗 • 按中国电信的光缆网络结构，ODN中活接头个数一般在7个左右 • 如系统按最大光分路比（1：32，均匀分光）设计，OLT可传输距离为5km（线路衰耗为2dB/1490nm） • 对于大部分中继节点，一般其覆盖半径都在5km之内 • 将EPON OLT设置在中继节点，在控制活接头个数的前提下，按最大光分路比设计，可以满足其对该中继节点所辖用户的覆盖

EPON网络建设建议 －－OLT覆盖范围 • 对于中继节点覆盖范围大于5公里的情形（如农村、北方地区等），可以通过如下方式解决OLT的长距离覆盖 • 采用小的光分路比，如采用1：16，传输距离可增加8公里 • 采用不等分光的光分路器，可以为不同距离的用户分配不同的光功率，有效满足不同距离用户的组网需求 • 尽量减少活动连接头数量，如将活动连接头由7个减为3个，传输距离可增加5公里

EPON网络接入点最经济覆盖半径比较 • 结论：在可比条件下，城市FTTH/B新建场景接入点最经济覆盖半径要远大于城市铜缆改造场景接入点最经济覆盖半径，在其演进过程中两者目标难以兼顾。现有接入点及新增接入点可以满足远期FTTH/B对现有区域机房的需要，且有部分机房将退网。

EPON网络建设建议 －－OLT的设置 • FTTH与FTTB： • OLT设置位置： • 集中式设置于端局便于设备的集中管理，节约网络上联所需传输资源 • 分布式设置于接入点可节约接入网管线资源和局端机房资源 • 基本原则： • 考虑到接入点资源相对比较充足（且可以选用无线基站机房安装OLT设备），OLT分布式设置将是普遍采用的方式 • 旧城区FTTB/C改造过程，如接入点难以寻址，可采用OLT集中设置方式 • 新区的建设时，无接入点战略性需求，可以考虑采用OLT集中设置的方式，减少接入点的投资 • 考虑对接入主干光缆的压力（结论来源与课题二）： • 当渗透率小于40%时，建议OLT在机楼 • 当渗透率大于40%时，建议OLT在接入点

EPON网络建设建议 －－ONU的设置与安装 • FTTH： • 将ONU设置在用户家里，避免安装在门口或楼道内； • 可采用用户智能终端箱/盒和光纤信息面板（插座）分别对应ONU的两种安装方式：壁挂式安装（或嵌墙式）和桌面式安装 • 应首选智能终端箱对ONU进行保护，也可根据需要采用光纤插座的方式 • FTTB： • 对于FTTB/C应用，可选择将ONU设置在大楼楼道或竖井内机柜、室外光交接箱等不同位置 • 应今年采用智能终端箱/盒壁挂式安装（或嵌墙式）

EPON网络建设建议 －－ONU的供电 • ONU原则上采用本地供电方式，不采用远端供电方式 • 如开展语音业务，为保证断电时语音业务的正常开展，可以根据需要提供ONU断电保护： • FTTH： • 建议采用类似“超级无绳”的业务套餐解决； • 不建议仍采用传统方式（铜线进入）提供话音业务； • 可根据需要配置电池模块提供断电保护（作为付费业务），可选采用干电池。 • FTTB： • 优先考虑与物业方协商借用其供电防护系统； • 可根据需要配置电池模块或UPS提供断电保护（作为付费业务）。

ODN网络结构 • ODN网络以树型结构为主，包括馈线段、配线段和入户段3个段落，段落之间的光分支点分别为光分配点、光用户接入点 • 馈线段从OLT局端延伸到各分配点 • 配线段从分配点延伸到各接入点 • 入户段则从接入点处延伸到每一个光纤用户，端接在用户室内，或直接将入户光缆连接到ONU上

FTTH ODN网络结构示意

FTTB ODN网络结构示意

ODN网络中的配套设备 • 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、光终端盒、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

ODN建设基本思路 －－分光方式与分光器 • FTTH： • 在ODN组网时尽量采用一级分光方式；也可以采用二级分光方式；尽量不采用三级及三级以上的分光方式 • 分光器应尽量集中放置，以便于维护 • 在满足前两个条件下，分光器尽量靠近用户，以节省接入主干光缆 • 现阶段，应选择均匀分光的光分路器，以简化光通路损耗核算、便于工程实施和后期维护 • ODN按系统支持最大分路比进行设计 • FTTB： • 在ODN组网时根据光缆资源情况，如果是新建光缆尽量采用一级分光方式； • 如果是利用原有光缆，也可以采用二级分光方式或二级以上的分光方式； • ODN按需求设计，对于共享用户较多的情况，应降低分路比为1:16或1:8 • 对于特殊应用场合 • 对于一些偏远地区或接入点较分散的应用，可以考虑三级或三级以上的分光方式，以及采用不等分分光的分路器、减少光分路比等方式，以提高光缆纤芯利用效率、满足不同距离用户组网需求

光分路器－分类 • 光分路器的规格可表示为：N×M，N-表示输入光纤路数，M-表示输出光纤路数，在FTTH系统中，N可为1/2，M可为2/4/8/16/32/64/128等； • 光分路器可以是均分光，也可以是不均分光； • 分光器插损计算：1:N分光器，第i出口占入口光功率的Y％，则，该支路插损为 • 根据制作工艺可分为熔融拉锥式光纤分路器（FBT Splitter）和平面光波导分路器（PLC Splitter）两种类型

FBT光分路器 • 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，其中一端保留一根或2根光纤作为输入端，另一端则作多路输出端。目前成熟拉锥工艺一次只能拉1×4以下。1×4以上器件，则用多个1×2连接在一起。再整体封装在分路器盒中。 • 优点： • 拉锥耦合器技术和工艺都较成熟，开发经费低； • 原材料只有很容易获得的石英基板、光纤、热缩管、不锈钢管和少些胶，费用较低，机器和仪器的投资折旧费用更少，1×2、1×4等低通道分路器成本低。 • 分光比可以根据需要实时监控，可以制作不等分分路器。 • 缺点： • 损耗对光波长敏感，一般要根据波长选用器件，这在三网合一使用过程是致命缺陷，因为在三网合一传输的光信号有1310nm、1490nm、1550nm等多种波长信号； • 均匀性较差，1×4标称最大相差1.5dB左右，1×8以上相差更大，不能确保均匀分光，可能影响整体传输距离； • 插入损耗随温度变化变化量大（TDL）； • 多路分路器（如1×16、1×32、2×32）体积和重量都比较大，可靠性也会降低，安装空间受到限制。

PLC光分路器 • 平面光波导技术是用半导体工艺制作光波导分支器件，分路的功能在芯片上完成，可以在一只芯片上实现多达1×32以上分路，然后，在芯片两端分别耦合封装输入端和输出端多通道光纤阵列。 • 优点： • 损耗对传输光波长不敏感，可以满足不同波长的传输需要； • 分光均匀，可以将信号均匀分配给用户； • 结构紧凑，体积小，可以直接安装在现有的各种交接箱内，不需特殊设计留出很大的安装空间； • 单只器件分路通道很多，可以达到32路以上； • 多路成本低，分路数越多，成本优势越明显。 • 缺点： • 器件制作工艺复杂，技术门槛较高，目前芯片被国外几家公司垄断，国内能够大批量封装生产的企业很少。 • 相对于熔融拉锥式分路器成本较高，特别在低通道分路器方面更处于劣势。

光分路器 1x4,1x8,1x16,1x32,2x16,2x32 PLC平面波导型光分路器 19英寸光分路器，可装不同熔配模块

Φ0.9mm尾纤型 尾纤型光分路器 • Φ3.0mm尾纤型 • 适合各类机架、机箱内安装 • 需要添加安装模块 • Φ0.9mm尾纤型 • 适合空间较小的接头盒内安装 Φ3.0mm尾纤型

配线产品中的光分路器安装配件 交接箱/ODF专用光分路器安装模块室外小型交接箱专用光分路器安装模块

机架安装型光分路器 机架安装型

ODN建设基本思路 －－配线设施 • FTTH与FTTB： • ODF、光缆交接箱应首选大容量、高密度、模块化设计的产品 • ODF、光缆交接箱、光缆分线盒/终端盒可根据需要尽量选择可安装光分路器并进行一体化配线的产品，以减少光跳接点 • ODF、光缆交接箱可安装光分路器的数量应能满足配线容量的要求，并可根据光分路器分光比的要求灵活增减 • ODF和光缆交接箱可基本参照网络现有建设，但需进一步要求配线和走线的管理

光缆交接箱 可放置光分路器的模块

ODF 光配线架 可放置光分路器的模块

光缆分纤盒

FTTH相关技术及组网方式介绍