FTTH概(第一章)

1、中国电信2013年光网工程合作方资格认证培训FTTH概论n光纤通信基础光纤通信特点光纤基本结构光纤导光原理光纤损耗光缆基本知识nPON网络简介PON基本原理PON系统组成GPON和EPON技术比较nPON网络主要技术指标带宽测算光链路衰耗指标和计算光通信与光纤通信光通信：就是以光波为载波的通信。原始的光通信有：烽火台、望远镜，交通红绿灯、旗语等等。它们都是光通信的不同形式，但是它们有一个共同点，就是利用大气来传播可见光，由人眼来接收。在这里，应该明确，光通信指的是一切运用光作为载体而传送信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的媒质是什么。原始的光通信可以说不算是真正意义上的光通信。真要用光

2、来通信，必须要解决两个最根本的问题：一是必须有稳定的、低损耗的传输媒质；另一个问题是必须要找到高强度的、可靠的光源。光纤通信：是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信方式。光纤通信是单纯地依靠光纤作为媒质来传送信息的通信方式。 1976年，美国贝尔研究所在亚特兰大建成第一条光纤通信实验系统，采用了西方电气公司制造的含有144根光纤的光缆。 1980年，由多模光纤制成的商用光缆开始在市内局间中继线和少数长途线路上采用。单模光纤制成的商用光缆于1983年开始在长途线路上采用。 1988年，连接美国与英法之间的第一条横跨大西洋海底光缆敷设成功，不久又建成了第一条横跨太平洋的海底光缆。 中国于1978年自

3、行研制出通信光缆，采用的是多模光纤，缆心结构为层绞式。曾先后在上海、北京、武汉等地开展了现场试验。不久便在市内电话网内作为局间中继线试用，1984年以后，逐渐用于长途线路，并开始采用单模光纤。 光纤通信发展历史光纤通信发展历史光纤通信的特点优点 通信容量大 传输距离长 保密性能好 适应能力强 体积小、重量轻、便于施工维护 原材料来源丰富，价格低廉缺点 质地脆，机械强度差 需要专用的工器具、技术 分路、耦合不灵活 光纤光缆的弯曲半径不能过小光纤的基本结构及组成n光纤主要由纤芯、包层、涂敷层组成。纤芯的作用是传导光波。包层的作用是将光波封闭在光纤中传播。纤芯和包层均由石英材料构成，只不过是为了形成

4、光波导效应，必须使纤芯折射率高于包层折射率（即 n1 n2），因而两者石英材料的掺杂情况不同。涂敷层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械的擦伤，同时增加光纤的柔韧性，它一般采用环氧树脂或硅橡胶。目前主流应用的光纤有两种尺寸规格，一种是芯线标称直径规格为 62.5um/ 125um（纤芯直径/包层直径，下同）或 50 um /125um的多模光纤，一种是芯线标称直径规格为 9um / 125um 的单模光纤。 光纤的组成结构单模光纤尺寸多模光纤尺寸光纤导光原理n折射定理：n1sin1=n2sin2必须指出的是，根据 1=sin-1(n2/n1)，只有当光从折射率大的介质射入折射率小的介质时，即n

5、1n2时，才能产生全反射。例如，当光从玻璃射入空气时能产生全反射；而当光从折射率小的空气射入折射率大的玻璃时，就不可能产生全反射。普通光纤是在纤芯材料（SiO2）中掺杂少量的Ge，使得纤芯的折射率略微高出包层的折射率，满足光的全反射条件。光纤通信的三个低损窗口：850nm，1310nm，1550nm光纤通信所采用的通用波长范围光纤通信所采用的通用波长范围1310nm 波长的最低损耗可达 0.35dB/km 以下;1550nm 波长的最低损耗可达 0.15dB/km.损耗是衡量光纤性能的关键指标之一。它决定了光纤通信系统所能达到的最大无中继距离。吸收损耗是指由于组成光纤的材料及其中的杂质对光波的

6、吸收，使一部分光能转变为热能散失，从而造成光功率的损失。散射损耗是指由于波长的不均匀性引起光的散射而造成的损耗。弯曲损耗是指光纤弯曲的曲率半径小到一定程度时，纤芯中传输的光射线不再满足全反射条件，使光线由纤芯折射到包层，而引起的损耗。接续损耗是指两根光纤连接时由于发生空间错位而产生的损耗。耦合损耗是指光源和光探测器与光纤之间耦合时产生的损耗。光纤的传输参数-损耗G.652光纤弯曲半径不得小于30mm；G.657A1光纤最小推荐的弯曲半径为10mm;G.657A2光纤最小推荐弯曲半径为7.5mm；光纤的传输参数-色散、传输带宽色散，由于光纤中传输的信号是由不同模式或不同频率携带的，它们在传输过程

7、中速度不同，从而引起波形失真的一种物理现象。色散主要包括模式色散、材料色散和波导色散。研究发现，在 1.31 微米处，材料色散和波导色散彼此抵消，出现无色散传输的零色散波长点，故常规单模光纤在 1.31微米工作窗口的色散非常小。传输带宽，传输带宽是光纤的重要参数，它与色散有着直接关系。当前运用的单模石英光纤的传输带宽，可以从 1260 nm到 1675 nm，共有415 nm宽度。一般把这 415 nm宽度划分成六个波段，如下：光缆结构光缆结构分为缆芯、加强元件和护层三大部分 缆芯是光缆结构的主体，它的作用主要是妥善安置光纤，使光纤在各种外力影响下仍能保持优良的传输性能。缆芯结构可分为层绞式、

8、骨架式、带式、束管式4 种(1). 层绞式层绞式主线一般采用中心加强件来承受张力，光纤环绕在中心加强件周围，并以一定节距绞合成缆。该结构中光纤可采用紧套或松套两种套塑方式。紧套光纤性能稳定，外径较小，但对侧压力比较敏感。松套光纤外径较大，但温度性能、抗压性能较好，故应用较广。(2). 骨架式骨架式光缆是在中心加强件外面制一个带螺旋槽的聚乙烯骨架，一次涂敷的光纤置于骨架的槽内，使光纤受到很好的保护。(3). 带式带式光缆是先将一定数目的光纤排列成行制成光纤带，然后把若干条光纤带按一定的方式排列扭绞成缆，是一种高密度结构的光缆。(4). 束管式束管式光缆是一种新型的光缆结构，它的特点是中心无加强元

9、件，缆芯都为一充油管，一次涂敷的光纤浮在油膏中，加强件在管的外面，既能做加强用，又可作为机械保护护层。这种结构的光缆因为无中心加强件，所以缆芯可以做得很细，减小了光缆的外径，减轻了重量，降低了成本，而且抗弯曲性能和纵向密封性能较好，制造工艺也较简单。 加强元件主要是用以承受机械拉伸负荷 护层位于缆芯外围，是由护套等构成的多层组合体。护层结构应根据敷设条件选定，敷设方式主要有管道、直埋、架空、水底（或海底）等几种。通过对光纤损耗原因作进一步分析，人们发现光纤材料中的水气（主要是 OH-）对光纤损耗影响很大。所以光缆还必须有防止潮气浸入光缆内部的措施，一种是在缆芯内填充油膏，称为充油光缆；另一种是

10、采用主动充气方式，称为充气光缆。充油光缆具有防潮性能好、投资省、维护工作量小的优点。充气具有早期漏气告警，能在传输特性恶化之前及时排除故障等优点，但充气设备费用较高，光缆直径细、气阻大、不易成气流通路，故世界上较多采用充油光缆。光缆结构光缆结构12芯松套层绞式光缆12芯骨架式光缆12芯束管式光缆中心束管式带状光缆单芯软光缆光缆的种类光缆的种类 1按传输性能、距离和用途分 可分为市话光缆、长途光缆、海底光缆和用户光缆。 2按光纤的种类分 可分为多模光缆、单模光缆。 3按光纤套塑方法分 可分为紧套光缆、松套光缆、束管式光缆和带状多芯单元光缆。 4按光纤芯数多少分 可分为单芯光缆、双芯光缆、四芯光缆

11、、六芯光缆、八芯光缆、十二芯光缆和二十四芯光缆等。 5按加强件配置方法分 光缆可分为中心加强构件光缆（如层绞式光缆、骨架式光缆等）、分散加强构件光缆（如束管两侧加强光缆和扁平光缆）、护层加强构件光缆（如束管钢丝铠装光缆）和PE外护层加一定数量的细钢丝的PE细钢丝综合外护层光缆。 6按敷设方式分 光缆可分为管道光缆、直埋光缆、架空光缆和水底光缆。 15光缆的种类光缆的种类 7按护层材料性质分 光缆可分为聚乙烯护层普通光缆、聚氯乙烯护层阻燃光缆和尼龙防蚁防鼠光缆。 8按传输导体、介质状况分 光缆可分为无金属光缆、普通光缆和综合光缆。 9按结构方式分 光缆可分为扁平结构光缆、层绞式结构光缆、骨架式结

12、构光缆、铠装结构光缆（包括单、双层铠装）和高密度用户光缆等。 10目前通信用光缆可分为 （1）室(野)外光缆用于室外直埋、管道、槽道、隧道、架空及水下敷设的光缆。 （2）软光缆具有优良的曲挠性能的可移动光缆。 （3）室（局）内光缆适用于室内布放的光缆。 （4）设备内光缆用于设备内布放的光缆。 （5）海底光缆用于跨海洋敷设的光缆。 （6）特种光缆除上述几类之外，作特殊用途的光缆。光缆的型号规格光缆的型号规格光缆型号由它的型式代号和规格代号构成，中间用一短横线分开。（1）光缆型式由五个部分组成，如下图所示。图中：分类代号及其意义为： GY通信用室（野）外光缆； GR通信用软光缆； GJ通信用室（局

13、）内光缆； GS通信用设备内光缆； GH通信用海底光缆； GT通信用特殊光缆。：加强构件代号及其意义为： 无符号金属加强构件； F非金属加强构件； G金属重型加强构件； H非金属重型加强构件。：派生特征代号及其意义为： D光纤带状结构； G骨架槽结构； B扁平式结构； Z自承式结构。 T填充式结构。中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部17部部集团网发部集团网发部171717光缆的型号规格光缆的型号规格： 护层代号及其意义为； Y聚乙烯护层； V聚氯乙烯护层； U聚氨酯护层； A铝-聚乙烯粘结护层； L铝护套； G钢护套； Q铅护套； S钢-铝-聚乙烯综合护套。：外护层的代号及其意义

14、为： 外护层是指铠装层及其铠装外边的外护层，外护层的代号及其意义如下表所示：代号代号铠装层（方式）铠装层（方式）代代 号号外护层（材料）外护层（材料）0无无0无无11纤维层纤维层2双钢带双钢带2聚氯乙烯套聚氯乙烯套3细圆钢丝细圆钢丝3聚乙烯套聚乙烯套4粗圆钢丝粗圆钢丝5单钢带皱纹纵包单钢带皱纹纵包中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部18部部集团网发部集团网发部181818光缆的型号规格光缆的型号规格举例：GYTA53光缆：GY分类代号通信用室（野）外光缆无符号金属加强构件；T结构代号填充式结构；A护层代号铝-聚乙烯粘结护层；5外护层代号(铠装层铠装层)单钢带皱纹纵包3外护层代号(外

15、护层外护层)聚乙烯套中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部19部部集团网发部集团网发部191919光缆光缆的型号规格（2）光缆规格由五部分七项内容组成，如下图所示。图中： 光纤数目 用1、2、，表示光缆内光纤的实际数目。： 光纤类别的代号及其意义。 J二氧化硅系多模渐变型光纤； T二氧化硅系多模突变型光纤； Z二氧化硅系多模准突变型光纤； D二氧化硅系单模光纤； X二氧化硅纤芯塑料包层光纤； S塑料光纤。： 光纤主要尺寸参数 用阿拉伯数（含小数点数）及以m为单位表示多模光纤的芯径及包层直径，单模光纤的模场直径及包层直径。中国电信广东公司中国电信广东公司综综 合合 部部20部部集团网发

16、部集团网发部202020光缆光缆的型号规格：适用温度代号及其意义。 A适用于40+40 B适用于30+50 C适用于20+60 D适用于5+60：波长、损耗、带宽表示光纤传输特性的代号由a、bb及cc三组数字代号构成。 a表示使用波长的代号，其数字代号规定如下： 1波长在0.85m区域； 2波长在1.31m区域； 3波长在1.55m区域。 注意，同一光缆适用于两种及以上波长，并具有不同传输特性时，应同时列出各波长上的规格代号，并用“/”划开。 bb表示损耗常数的代号。两位数字依次为光缆中光纤损耗常数值（dB/km）的个位和十分位数字。 cc表示模式带宽的代号。两位数字依次为光缆中光纤模式带宽分

17、类数值（MHzkm）的千位和百位数字。单模光纤无此项。n光纤通信基础光纤通信特点光纤基本结构光纤导光原理光纤损耗光缆基本知识nPON网络简介PON基本原理PON系统组成GPON和EPON技术比较nPON网络主要技术指标带宽测算光链路衰耗指标和计算中国电信宽带接入网发展历程政企网络BRAS/SRBRAS/SROLTONUDSLDSLAM汇聚层光接入层ONU客户网关以太汇聚城域网ONU路由器ONULANDSLAMOLTONU客户网关家庭/政企接入FTTHAP接入代理(AGW)DSL接入CPE家庭网络资源及接纳控制子系统用户认证及管理子系统WiMAX接入移动终端FTTB客户网关客户网关客户网关客户网

18、关客户网关接入网发展演进DSLAMFTTN FTTx+LAN接入园区楼道LAN客户网关早期接入网模式2008年起的主要建设模式2009年，逐步规模发展接入网模式作为有效补充23用户业务带宽需求快速增长2481220501002009201020112012家庭用户政企大客户每用户带宽Mbps宽带化趋势更高的带宽满足视频多媒体业务需求HDTVSDTV高速宽带高速宽带交互式媒体交互式媒体VoIP更加灵活多样的接入方式光纤化趋势FTTH的比例将不断增大，10G EPON/GPON将会得到规模部署IP化趋势话音及宽带业务融合承载网络结构更趋于扁平化宽带接入技术持续发展宽带接入技术持续发展接入网发展趋势

19、24业务应用业务应用家庭网络家庭网络家庭网关是家庭家庭网关是家庭网络互连中心、网络互连中心、接入控制的枢纽接入控制的枢纽娱乐p除通信外，视频娱乐是家庭中最重要的业务，通过HDTV和点播实现差异化切入，占据电视屏幕与眼球Open SDP & Marketplace (App Store)IPTV & VOD远程抄表通讯信息OTT 视频FTTH网络 无线网络E-Health远程教育家庭监控 主叫显示视频电话视频会议HiFi语音家庭Camera室外Camera手机监控洗衣机空调冰箱煤气DVB-SDVB-TDVDIP-STBOTT游戏HGW互联和控制通信安防家电自动化FTTH大带宽为家

20、庭业务不断丰富提供可能25无源光网络PON：u点到多点的树形-分支结构u局端设备和用户端设备之间为全无源结构u节省局端机房u节约主干光纤和局端设备的光接口u可扩展性好，便于维护管理 点到点方式：u点到点结构u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u局端和用户端各需要1个光收发器u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1000Mbitu消耗较多的主干光纤局端 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PONPON是实现是实现FTTHFTTH的最佳组网模式的最佳组网模式PON基本原理

21、PON 系统采用WDM（波分复用）技术，使得不同的方向使用不同波长的光信号，实现单纤双向传输。为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术： 下行数据流采用广播技术，实现天然组播。 上行数据流采用TDMA 技术，灵活区分不同的ONU 数据。PON 下行数据27Splitter 无无源光分路器源光分路器采用广播方式，OLT 连续广播发送，各ONU根据包头ID取出自己的数据，下行波长是1490nm。PON上行数据PON系统在网络中的位置OLT相当于汇聚交换机OLT与ONU之间全程无源ONU家庭家庭公司公司/办公室办公室楼宇楼宇SNIUNI基于基于 PON的光纤接入网络的光纤接

22、入网络核心网核心网用户用户FTTHFTTOFTTBONUONUBRAS/SRIP城域网IPTV/全球眼业务平台Internet软交换/IMS平台OLTBRAS/SRL2汇聚(可选)VOIP业务流IPTV业务流STM-1/E1BACBAC1NTDM业务网络（SDH/DDN/FR/ATM ）ODN1N1N互联网业务流GE/10GENTPON系统的组成31(1). OLT 的作用是将各种业务信号按一定的信号格式汇聚后向终端用户传输、将来自终端用户的信号按照业务类型分别进行汇聚后送入各业务网。(2). FTTH/O 应用的ONU 位于用户端，直接为用户提供话音、数据或视频接口。(3). ODN 的作用

23、是提供OLT 与ONU 之间的光传输通道。包括OLT和ONU 之间的所有光缆、光缆接头、光纤交接设备、光分路器、光纤连接器等无源光器件。ODN 宜采用星型结构或树型结构。根据接入用户类型的不同，ONU 可分为SFU 型、HGU 型、SBU 型、MDU 型和MTU 型SFU 即单住户单元型、 HGU 即家庭网关单元型、 SBU即单商户单元型、 MDU 即多住户单元型、 MTU多商户单元型。PON设备PON设备32OLT 设备目前主流厂商的OLT 设备持续完善，从接口容量、交换能力和组网能力来看，已经达到了A 类汇聚交换机的能力，可以全面满足FTTx各种场景的功能和性能要求。大容量、支持xPON

24、汇聚接入OLT 中小容量OLT 33PON设备终端设备根据中国电信光进铜退系列终端标准化体系设计的要求，FTTH终端设备包括SFU、PON 上行e8-C 以及AP 外置型PON 上行e8-C 三种。SFU 具有1 个以太网接口，提供以太网/IP 业务，不提供VoIP业务，采用EMS 进行远程管理，在FTTH 场景下与以太网上行家庭网关配合使用，以提供更强的业务能力。PON 上行家庭网关包括PON 上行e8-C、AP 外置型PON 上行e8-C两类，能够提供上网、IPTV 和VoIP 业务的承载，支持ITMS 远程管理，同时支持EMS 进行PON 接口相关的物理层及链路层的远程管理。EPON和G

25、PON技术比较n光纤通信基础光纤通信特点光纤基本结构光纤导光原理光纤损耗光缆基本知识nPON网络简介PON基本原理PON系统组成GPON和EPON技术比较nPON网络主要技术指标带宽测算光链路衰耗指标和计算带宽测算PON系统内单个PON树可用带宽技术EPONGPON线路速率（Mbps）下行12502488上行12501244可用带宽（Mbps）下行9502200上行9001000miPON1)iii(并发比业务用户数业务带宽业务树可用带宽单个PON系统内带宽规划原则应根据不同业务和不同客户群的需求差异分配相应的带宽保证PON系统内不同用户的基本可用带宽高优先级业务的带宽要优先保证对用户的最大可

26、用带宽进行限速对于FTTH应用，宜将OLT设置为组播复制点对于FTTH应用，PON系统内带宽测算公式OLTONU1NN个ONU带的M个用户共享带宽考虑安全冗余，高清、标清IPTV业务所需带宽取：12M/路、3M/路对于FTTB/H应用，应结合组播复制点设置，测算单个PON树内可容纳的最大用户数ONU1NDBA带宽测算PON系统内（FTTH组网示例）假定所有业务的并发比统一取50%EPON：按164组网，户均业务带宽可达30MGPON：按1128组网，户均业务带宽可达34M假定直播（高清、标清用户各占50%）业务的并发比取100%，其余业务统一取50%EPON：按164组网，户均业务带宽可达27

27、M（开高清） / 18M（开标清）GPON：按1128组网，户均业务带宽可达31M （开高清） / 22M （开标清）注：上述带宽均指下行带宽一般情况下，FTTH应用模式为每户提供20M宽带接入，OLTONU之间不存在带宽瓶颈。带宽测算OLT上联n1j1jjj)ii (并发比）业务用户数业务带宽（业务频道数制式频道带宽制式上联带宽miBTVBTVOLTBTV业务（IPTV组播业务）组播复制点在OLT时，OLT上联带宽计算公式BTV业务组播复制点在BRAS时，OLT上联带宽计算公式当OLT侧不同以太网/IP类业务上联基于物理链路隔离时，应分别计算不同业务的上联带宽 根据所采用的上联链路端口可用带

28、宽（需考虑冗余），计算所需的上联端口数OLT一般采用双链路上联保护）忙时并发比业务用户数业务所需带宽（业务上联带宽miiiiOLT1上联链路冗余系数上联端口可用带宽上联带宽上联端口数OLTOLT带宽测算OLT上联（示例）某OLT局站用户情况局站覆盖IPTV用户1020户（其中高清用户20户，标清用户1000户），业务忙时并发比取0.5，组播复制点设置在BRAS4M宽带上网用户3700户，业务忙时并发比取0.5OLT上联带宽=(20户12M/户+1000户3M/户)0.5+3700户4M/户0.5=9020MOLT上联端口210GE（双上联）思考：如果组播复制点在OLT处，一共有100个频道，每

29、个频道带宽为3M，试计算OLT上联带宽？OLT 上联端口可用带宽取值ODN框架结构此分段为行标定义，需根据接入光缆网规划进行对应分光方式一级分光与二级分光一级分光一级分光二级分光二级分光光分路器级联后总的分路数不得大于系统设计的最大光分路数分段参见接入光缆网规划方法可下移至主干光节点分光方式灵活选择u一级分光方式优点：光分路器集中设置，便于集中维护；结构简化，便于故障定位缺点：为提高分光器端口实装率，分光点宜设置在较高位置，相应增加配线光缆的投资；光分路器集中设置，分光设施体积相对较大，对其安装条件具有一定要求适用场景：新建住宅楼宇区，以及商务楼、别墅区u二级分光方式优点：节省配线光缆投资；一

30、级、二级分光设施体积相对较小，利于选点谈判缺点：分光设施较分散，不利于集中维护；故障定位比一级分光要难适用场景：二次进线楼宇区，以及农村区域光模块选用PON设备采用不同的光模块，可以支持不同的ODN等级EPON在用的光模块主要有：1000BASE-PX20，允许通道插损24dB，支持最高光分路比为1:32，EPON网络部署早期配置，新采购设备已不再配置PX20光模块1000BASE-PX20+，允许通道插损28dB，支持最高光分路比为1:64，当前采购EPON设备均配置PX20+光模块GPON在用的光模块主要有：Class B+，允许通道插损28dB，支持最高光分路比为1:64，现网GPON设备普遍配置Class B+光模块Class C+，允许通道插损32dB，支持最高光分路比为1:128，Class C+光模块已成熟，应主要采用各地在FTTH 规模部署过程中，OLT 及ONU 设备应采用不低于PX20+（EPON）和Class C+（GPON）等级的光模块，ODN 网络光功率全程衰耗应分别控制在28dB 和32dB 以内PON传输距离测算公式FcWDMcAMANAILPL光纤线路（含固定接头）衰减系数