小区光纤到户方案设计.doc

苏州信息职业技术学院毕业设计报告（论文）系 别：通信与电子系 专 业：应用电子技术 班 级：应电（1）班 学 生 姓 名：xxx 学 生 学 号：xxx 设计（论文）题目：小区光纤到户方案设计 指 导 教 师： xxx 起 讫 日 期：2010-3-1 2010-6-10 小区光纤到户方案设计摘要：光纤入户(FTTP)，又被称为光纤到屋(FTTH)，指的是宽带电信系统。它是基于光纤电缆并采用光电子将诸如电话三重播放、宽带互联网和电视等多重高档的服务传送给家庭或企业。光纤通信以其独特的抗干扰性、重量轻、容量大等优点作为信息传输的媒体被广泛应用。而利用已有的输电线路敷设光缆是最经济、最有效的。中国地域辽阔，具有非常丰富的电力线路资源。全国500KV和330KV的电力线路有25，094.16公里，220KV线路107，348.06公里，连上110KV线路共计310，000公里，所以我国的电力线路具有非常可观的应用前景。 由于光纤通信具有大容量、长距离和抗电磁干扰等优点，使光纤通信很好地适应了当今电力通信发展的需要。特别是光纤复合架空地线（OPGW），结合了铝包钢线的高机械、高导电性和良好的抗腐蚀性，将电力架空地线与通信光纤有效地结合在一起，因此受到电力系统行业的重视，并逐渐被推广使用。 关键字：光纤 入户毕业设计报告（论文）摘要FTTH Design CommunityAbstract：The optical fiber receives right of residence (FTTP), also is called the optical fiber to room (FTTH), refers is the wide band telecommunication system.It will be and uses the photoelectron based on the optical fiber cable such as the telephone tertiary broadcast, the wide band Internet and the television and so on the multiple upscale services transmits for the family or the enterprise.The optical fiber communications by its unique anti-jamming, the weight light, the capacity big and so on the merits is widely applied as the intelligence transmission media.But uses already the transmission line placing optical cable which has is most economical, most effective.The China vast in territory, has the extremely rich power circuit resources.National 500KV and the 330KV power circuit has 25,094.16 kilometers, the 220KV line 107,348.06 kilometers, is connected including the above the 110KV line total 310,000 kilometers, therefore our countrys power circuit has the extremely considerable application prospect.Because the optical fiber communications has large capacity, merits and so on long distance and anti-electromagnetic interference, causes the optical fiber communications to meet now the electric power correspondence need to develop well.Specially optical fiber compound overhead ground wire (OPGW), unified an aluminum package of steel wire high mechanical, the high electrical conductivity and the good corrosion resistivity, the electric power overhead ground wire and the correspondence optical fiber unifies effectively in together, therefore receives the electrical power system profession the value, and is promoted gradually the use.Key words: Optical fiber Residence目录1 小区光纤到户的概述11.1 光纤技术的原理11.1.1光纤概述11.1.2光纤分类11.1.3连接方式11.1.4发送和接收21.1.5接口21.2光缆21.3 光纤通信系统及其构成31.3.1光纤通信系统31.3.2光纤通信系统的主要优点有:41.4光缆的种类和机械性能41.4.1单芯互联光缆41.4.2双芯互联光缆41.4.3分布式光缆51.4.4分散式光缆51.4.5室外光缆412芯铠 装型与全绝缘类型61.4.6室外光缆24144芯铠装类型与全绝缘类型71.4.7单管全绝缘型室内/室外光缆72 目前的小区光纤到户82.1 小区光纤入户（FTTH）现状82.2 符合国情的FTTH接入技术92.3案例分析103 小区光纤到户的设计方案113.1“FTTB+LAN”小区宽带113.2利用现有的楼内的网络，将整个小区统一接入宽带。113.3 无线局域网13结论14致谢14参考文献15III1 小区光纤到户的概述1.1 光纤技术的原理1.1.1光纤概述光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。在多模光纤中，芯的直径是15mm50mm，大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8mm10mm。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光纤保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆,易断裂,因此需要外加一保护层。陆地上的光纤通常埋在地下1米处，有时会受到地下小动物的破坏。在靠近海岸的地方，越洋光纤外壳被埋在沟里。在深水中，它们处于底部，极有可能被鱼类咬坏或被渔船撞坏。1.1.2光纤分类 光纤主要分以下两大类:传输点模数类传输点模数类分单模光纤(Single Mode Fiber)和多模光纤(Multi Mode Fiber)。单模光纤的纤芯直径很小,在给定的工作波长上只能以单一模式传输,传输频带宽,传输容量大。多模光纤是在给定的工作波长上,能以多个模式同时传输的光纤。与单模光纤相比,多模光纤的传输性能较差。折射率分布类折射率分布类光纤可分为跳变式光纤和渐变式光纤。跳变式光纤纤芯的折射率和保护层的折射率都是一个常数。在纤芯和保护层的交界面,折射率呈阶梯型变化。渐变式光纤纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小,在纤芯与保护层交界处减小为保护层的折射率。纤芯的折射率的变化近似于抛物线。折射率分布类光纤光束传1.1.3连接方式光纤有三种连接方式。首先，可以将它们接入连接头并插入光纤插座。连接头要损耗10%到20%的光，但是它使重新配置系统很容易。第二，可以用机械方法将其接合。方法是将两根小心切割好的光纤的一端放在一个套管中，然后钳起来。可以让光纤通过结合处来调整，以使信号达到最大。机械结合需要训练过的人员花大约5分钟的时间完成，光的损失大约为10%。第三，两根光纤可以被融合在一起形成坚实的连接。融合方法形成的光纤和单根光纤差不多是相同的，但也有一点衰减。对于这三种连接方法，结合处都有反射，并且反射的能量会和信号交互作用。1.1.4发送和接收有两种光源可被用作信号源：发光二极管LED(light-emitting diode)和半导体激光ILD(injection laser diode)。它们有着不同的特性。光纤的接收端由光电二极管构成，在遇到光时，它给出一个点脉冲。光电二极管的响应时间一般为1ns，这就是把数据传输速率限制在1Gb/s内的原因。热噪声也是个问题，因此光脉冲必须具有足够的能量以便被检测到。如果脉冲能量足够强，则出错率可以降到非常低的水平。1.1.5接口目前使用的接口有两种。无源接口由两个街头熔于主光纤形成。接头的一端有一个发光二极管或激光二极管（用于发送）。另一端有一个光电二极管（用于接收）。接头本身是完全无源的，因而是非常可靠的。另一种接口被称作有源中继器(active repeater)。输入光在中继器中被转变成电信号，如果信号已经减弱，则重新放大到最强度，然后转变成光再发送出去。连接计算机的是一根进入信号再生器的普通铜线。现在已有了纯粹的光中继器，这种设备不需要光电转换，因而可以以非常高的带宽运行。1.2光缆光导纤维是一种传输光束的细微而柔韧的媒质。光导纤维电缆由一捆纤维组成,简称为光缆。光缆是数据传输中最有效的一种传输介质,它有以下几个优点:频带较宽。电磁绝缘性能好。光纤电缆中传输的是光束,由于光束不受外界电磁干扰与影响,而且本身也不向外辐射信号,因此它适用于长距离的信息传输以及要求高度安全的场合。当然,抽头困难是它固有的难题,因为割开的光缆需要再生和重发信号。衰减较小。可以说在较长距离和范围内信号是一个常数。中继器的间隔较大,因此可以减少整个通道中继器的数目,可降低成本。根据贝尔实验室的测试,当数据的传输速率为420Mbps且距离为119公里无中继器时,其误码率为108,可见其传输质量很好。而同轴电缆和双绞线每隔几千米就需要接一个中继器。 在使用光缆互联多个小型机的应用中,必须考虑光纤的单向特性,如果要进行双向通信,那么就应使用双股光纤。由于要对不同频率的光进行多路传输和多路选择,因此在通信器件市场上又出现了光学多路转换器。在普通计算机网络中安装光缆是从用户设备开始的。因为光缆只能单向传输。为了实现双向通信,光缆就必需成对出现,一个用于输入,一个用于输出。光缆两端接光学接口器。安装光缆需格外谨慎。连接每条光缆时都要磨光端头,通过电烧烤或化学环氯工艺与光学接口连在一起,确保光通道不被阻塞。光纤不能拉得太紧,也不能形成直角。光纤的类型由模材料(玻璃或塑料纤维)及芯和外层尺寸决定,芯的尺寸大小决定光的传输质量。常用的光纤缆有:a.8.3m 芯、125m 外层、单模。b.62.5m 芯、125m外层、多模。c.50m 芯、125m外层、 多模。d.100m 芯、140m外层、多模。 1.3 光纤通信系统及其构成1.3.1光纤通信系统光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输媒体的通信方式,起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机。光源是光波产生的根源。光纤是传输光波的导体。光发送机的功能是产生光束,将电信号转变成光信号,再把光信号导入光纤。光接收机的功能负责接收从光纤上传输的光信号,并将它转变成电信号,经解码后再作相应处理。 1.3.2光纤通信系统的主要优点有:传输频带宽,通信容量大。线路损耗低,传输距离远。抗干扰能力强,应用范围广。线径细,重量轻。抗化学腐蚀能力强。光纤制造资源丰富。 1.4光缆的种类和机械性能1.4.1单芯互联光缆应用范围：跳线。内部设备连接。通信柜配线面板。墙上出口到工作站的连接。水平拉线,直接端接。适用于使用环氧树脂或LIGHTCRIMP连接头端接。 性能优点：高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。900m紧密缓冲外衣易于连接与剥除。Aramid抗拉线增强组织,提高了对光纤的保护。UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。1.4.2双芯互联光缆应用范围：交连跳线。水平走线直接端接。光纤到桌。通信柜配线面板。墙上出口到工作站的连接。适用于使用环氧树脂或LIGHTCRIMP连接头端接。 性能与特点：光纤之间易于区分。高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。900m紧密缓冲外衣易于连接与剥除。Aramid抗拉线增强组织提高了对光纤的保护。UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。 1.4.3分布式光缆应用范围多点信息口水平布线。垂直布线。大楼内主干布线。从设备间到无源跳线间的连接。从主干分支到各楼层应用。适用于胶水型光纤连接头以及LIGHTCRIMP光纤头端接。 性能与特点高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。900m紧密缓冲外衣易于连接与剥除。按照EZA标准色码标识。UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。防护网可抵挡尖锐物损伤。1.4.4分散式光缆应用范围分散光缆组合。多根光纤交插连接,结构坚固。水平光纤到多站点出口,端接简单、直接。 适于环氧树脂光纤连接头以及LIGHTCRIMP光纤头直接端接。 性能与特点高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。900m紧密缓冲外衣易于连接与剥除。2.4mm独立光纤辅单元,允许带套连接头端接。UL/CSA验证符合OFNR和OFNP性能要求。设计和测试均根据Bellcore GR-409-CORE及IEC793-1/794-1标准。扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。走线方式高度灵活。Aramid抗拉线增强组织提高了对光纤的保护。 分散式光缆有4芯、6芯、8芯、12芯。1.4.5室外光缆412芯铠 装型与全绝缘类型应用范围园区中楼宇之间的连接。长距离网络。主干线系统。本地环路和支路网络。严重潮湿、温度变化大的环境。架空连接(和悬缆线一起使用)、地下管道或直埋、悬吊缆/服务缆。 性能与特点高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。900m紧密缓冲外衣易于连接与剥除。套管内具有独立TIA彩色编码的光纤。轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入。设计和测试均根据Bellcore GR-20-CORE标准。扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。Aramid抗拉线增强组织提高了对光纤的保护。聚乙烯外衣对紫外线或恶劣的室外环境有保护作用。低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便。 室外光缆有4芯、6芯、8芯、12芯,又分铠装和全绝缘型。1.4.6室外光缆24144芯铠装类型与全绝缘类型应用范围园区中楼宇之间的连接。长距离网络。主干线系统。本地环路和支路网络。严重潮湿、温度变化大的环境。架空连接(和悬缆线一起使用)、地下管道或直埋。 性能与特点高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。绝缘结构可避免雷击。套管内具有独立TIA彩色编码的光纤。轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入,注胶芯完全由聚脂带包裹。设计和测试均根据Bellcore GR-20-CORE标准。扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。Aramid抗拉线增强组织性能,提高对光纤的保护。聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环境下有保护作用。低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便。 室外光缆24144芯光缆分全绝缘和铠装,规格有24、36、48、60、72、96、144芯7种。1.4.7单管全绝缘型室内/室外光缆应用范围在不需任何互联设备情况下,由户外延伸到户内,线缆具有阻燃特性。园区中楼宇之间的互连。本地线路和支路网络。严重潮湿、温度变化极大的环境。架空连接(和悬缆线一起使用时)。地下管道或直埋。悬吊缆/服务缆。 性能与特点高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准。LSZH的设计符合低毒、无烟的要求。套管内具有独立TIA彩色编码的光纤。轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入,注胶芯完全由聚脂带包裹。设计和测试均根据Bellcore GR-20-CORE标准。扩展级别62.5/125符合ISO/IEC 11801:1995标准。Aramid抗拉线增强组织提高对了光纤的保护。聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环境下有保护作用。低磨擦的外皮使之可轻松穿过管道,完全绝缘或铠装结构,撕剥绳使剥离外表更方便。 室内/室外光缆有4芯、6芯、8芯、12芯、24芯、32芯。2 目前的小区光纤到户2.1 小区光纤入户（FTTH）现状设备成本过高造成投资效益低是阻碍FTTH发展关键因素。众所周知，目前FTTH的设备价格还非常高昂，往往一线售价近1000美元，但在日本和美国等发达国家却得到了较好的发展，其原因之一就是其电信运营商可以向用户收取较高的服务费。据了解，在日本电信运营商向FTTH用户每月收取50006000日元服务费，折合人民币约400500元，在美国FTTH用户每户每月服务费也约为80100美元，电信运营商的FTTH网络一般23年可以收回投资，这种投资效益显然是不错的。但在中国，情况则完全不同。目前，在国内不少城市，由于激烈的市场竞争，ADSL和基于5类线的LAN宽带接入月使用费已降到50元人民币以下，个别月使用费较高的地区，如深圳，月使用费也只有100元人民币。基于这种宽带接入服务的资费水平根本无法支撑FTTH网络建设和运营，投资回收周期长达10年，这样的投资效益显然不可能唤起电信运营商的投资兴趣。可见，宽带接入市场需要的是低成本的FTTH，惟有低成本的FTTH才会有应用和发展的机会，而且也一定会有发展的机会。所谓的低成本FTTH应该是每线低于人民币2000元甚至1000元，只有这样，FTTH才可能在我国大规模普及和发展。2.2 符合国情的FTTH接入技术实现FTTH的技术方案直接决定FTTH设备的制造成本。目前，FTTH接入技术主要有两大类：基于无源光网络（Passive Optical NetworkPON）接入技术的EPON和GPON，基于小区有源交换接入（Active Optical NetworkAON）的Fiber P2P技术。十年前，PON技术提出之初，是因为当时光纤非常昂贵（每芯每米十几元甚至几十元），而PON的一点对多点（P2MP）技术能有效节约光纤，特别是当无源光分配器非常靠近用户的时候；同时PON又是无源网络，便于维护和管理。今天，随着光纤生产技术的成熟和普及，光缆的市场价格（每芯每米只需几毛钱）已低于普通铜质缆线的价格，PON节约光缆的优势在今天并不突出。另外，我国FTTH主要目标市场是大中小城市住宅小区的住户，城市住宅小区一般为花园式住宅小区，其突出特点是：住户密度高，住宅小区配备通信机房，主要用于安装电信运营商的宽带接入设备，因此PON的无源网络的优势在我国住宅小区不能充分发挥和体现。而PON与生俱来的设备成本高，带宽多用户共享，配线节点分散，用户无法自由选择运营商，接入端口利用率低，网络结构不灵活等劣势，却恰恰是AON的Fiber P2P网络结构所轻而易举能克服和避免的。特别一提的是，PON设备成本比AON高许多，高成本成为PON推广应用的最大障碍。由此可见，基于我国住宅小区的特点，可能小区有源交换AON的点对点（P2P）技术更符合我国国情。而现有小区宽带接入更多采用基于五类线+LAN的方案。由于五类线传输距离受限、宽带有限、容易被干扰、接头容易被腐蚀，所以，基于五类线+LAN的宽带网络有组网不灵活、网络不稳定、故障率高、维护量大、寿命短的特点。2.3案例分析下图是一个典型的“五类线+LAN”宽带组网方案图： 图2-1宽带组网方案图该方案由于采用五类线作为主要的传输材料，具有敷设成本低廉、快捷的优点；但同时，由于五类线的限制，方案中有许多固有的缺点：距离限制：五类线有效传输距离最多为100米，而小区内部连线距离多集中在501000米之间。当距离超过100米时（如上图中的“C栋”），只能采用交换机级联、网络延伸器等严重牺牲带宽和可靠性的解决方案。中间环节多、可靠性差：从小区中心交换机到用户电脑，中间经过了多级设备转接，增加了链路中不必要的有源和无源的转接环节，大大地降低了网络的可靠性和带宽的可用性。强电干扰：由于有不少于五类线暴露在室外，极易引入电磁干扰，影响通信质量。遇到雷雨季节，任何由五类线感应的雷电都足以让与之相连的各种网络设备损坏，不仅严重影响服务质量，而且带来直接设备损失。增加维护量。网络带宽无保障：五类线多采用10/100M自动协商机制。由于传输质量的不可靠、接头易老化等原因，基于这种“五类线+LAN”的宽带经常只能工作在10Mbase-T,并且容易掉线，用户难以体验到宽带的优越性和极速上网的感觉。由此引起用户的投诉和退网也就在所难免。网络寿命受限：五类线设计寿命为5-8年，实际应用中，由于线材老化接头腐蚀、灰尘影响等原因，基于“五类线+LAN”的小区宽带在两三年后就极不稳定，维护量大大增加。到那时候再重新敷设光纤，即浪费资源，又会破坏小区规划。所以，新的小区光纤到户规划设计已经刻不容缓。3 小区光纤到户的设计方案3.1“FTTB+LAN”小区宽带这是目前光纤到小区的升级方案。光纤敷设到小区后，接入光纤宽带接入设备，在分别由光纤敷设到各楼栋单元，经过五类线连接到各住户。图3-1小区设备连接图图3-2楼栋单元连接图3.2利用现有的楼内的网络，将整个小区统一接入宽带。在这种方式中：每个用户上网是通过小区内申请、开通、付费、使用和维护，各个环节的程序上比到外部单位更加简单快捷，价格比用户目前使用的费用大幅度下降，而速度极大提高。接入方式：FTTX+LAN方式：这是基于Ethernet的宽带接入技术,也是目前应用广泛的接入方式。在这种接入方式中,传输介质是由光纤和铜芯UTP线两种材料构成的。其中主要为有FTTZ(Zone-光纤到小区)。在住宅小区中,主要采用FTTB+LAN方式,由于LAN多采用快速Ethernet组网方式,所使用的铜缆多数是五类或超五类甚至六类UTP (至少也是3类UTP) ,其数据传输性能和抗干扰能力远优于普通的电话电缆。若采用千兆位以太网组网技术,可轻松实现10Mbps到户100Mbps到楼的宽带接入服务,小区光纤的出口可直接接至城域光纤主干网、ATM主干网或经相关网络设备接入Internet。由于采用光纤到大楼(FTTB)或光纤到小区(FTTZ)的方式,解决了五类线缆在传输距离的限制。光纤到楼后接入网络端口分配单元(NPPU),由光电转换设备(O/E)和楼层交换机等构成网络端口分配单元,分配后的网络端口为10BASE-T,通过五类UTP送至每户的高速数据插座(RJ45)。通常楼层网络设备多设在底层的弱电小室内,但当住宅楼较高时(如100M左右),需考虑楼层网络设备安放位置,以满足用户五类UTP线缆长度的要求。该方案的特点是：LAN能为每个家庭提供10BASE-T的端口,可达10Mbps速率。LAN支持小区物业管理信息平台，物业可进行电子管理和服务。网络端口数扩展和性能提升较方便。因为采用共享式网络技术,网络安全问题需要有软硬件来辅助。利用小区现有网络,可大幅度降低费用。保证整个小区的高速上网。由于FTTB(或FTTZ)+LAN的方式可以提供每户10Mbps的宽带接入服务,而且网络设备及线缆的降价趋势明显,所以是一种宽带升级潜力大、扩容成本低的宽带接入方式。国内许多住宅小区都已采用了这种宽带接入技术或用这种接入方式进行改造升级。3.3 无线局域网利用无线网络技术，将整个小区进行覆盖，用户可以在家中用无线网卡上网，也可以使用带有无线网卡的笔记本在家中，户外上网，方便快捷，满足多种需要。在这种方式中：每个用户上网是通过小区内申请、开通、付费、使用和维护，各个环节的程序上比到外部单位更加简单快捷，价格比用户目前使用的费用大幅度下降，而速度有所提高。该方案的特点：无线网络通过强大的产品功能，提供了出色的特性和优势。这一强大的解决方案提供了集中管理，并在基础设施中进行控制。无线上网方式具有可移动、方便快捷、施工简单、布局方便合理等多种特点，而且随着现在技术的发展，无线上网的速度也并不比普通宽带的上网速度慢。现在很多地点也已经开通无线上网，技术上的完善、价格的低廉、部属的方便是无线上网也是很好的灵活的上网方式。安全无线局域网安全的一个基本最佳实践是能够保护和控制RF环境。 通过多种验证和加密策略，包括802.11i、Wi-Fi受保护接入(WPA)、WPA2和移动VPN等，提供了到WLAN的可控接入WLAN IPS用于检测并防御恶意接入点、无客户端设备和临时网络，并提供了可定制RF攻击签名来防御常见无线威胁具有安全地管理基础设施和RF层安全边界 管理通过提供RF环境的明确可视性和控制而简化了WLAN管理。这提高了网络可扩展性、从而降低了运营开支。 简化的WLAN管理和运营支持，易于用户了解RF，消除了管理RF环境的复杂性 实时RF扫描、管理和控制直接集成到WLAN基础设施中，提供了一个可自配置、自优化和自行恢复的无线网络利用技术，能够同时跟踪WLAN基础设施中的设备 经过改进的故障排除和诊断工具进行主动性能和故障监控。集中策略引擎能轻松地配置和实施系统级安全和QoS策略 高性能能自行恢复的WLAN提供了高可用性，包括覆盖范围漏洞检测和修复 移动性在802.11i环境中实现快速、安全、可扩展的漫游 室内和室外均无边界的无线网络，包括动态无线网格网络 可扩展性无线网络必须具有扩展性，以