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广电全光接入网 摘要:首次创新提出了具有广电特色的“广电全光接入网”这一全新概念。阐述了“广电全光接入网”的特性。分析指出了“广电全光接入网”的建设模式和设计原则。 关键词:全光接入网; 模式 ; 广电 □YU Ming-yuan,TENG Yu-min,WANG Wei-xiang,TENG Ai-wei,GUO Zhi-qiang （Shandong radio and television network CO.,Ltd,zhaoyuan branch,Shandong Zhaoyuan 265400） Abstract: It puts forward the innovative concept of “Radio and television optical access network” for the first time. Expounds the character of “Radio and television optical access network”. Analyzes and points out the construction model and design principle of “Radio and television optical access network”. Key words: optical access network ; model; Radio and television 0引言 我国有线电视网络历经了三十多年的规模发展，如今已经成为国家信息高速公路的重要组成部分，其先后经历了分散独立前端网络、同轴大联网、光纤大联网、HFC网络、光纤网络等多次升级演进，而在双向化进程中也出现了C-DOCSIS、LAN、EOC以及FTTH等技术方式。随着网络整合的相继完成，网络“统一标准、统一规划、统一建设、统一管理”也很快实施。目前，用户接入网的方式也很多：同轴电缆入户、同轴光纤双入户、双光纤入户，光纤分散分配、光纤集中分配，有源局端在中心机房、有源局端下沉到小区等等，面对众多的接入方式，有的网络公司出现了无所适从、概念模糊，甚至出现了朝令夕改的现象。而当前各地网络公司整合后都加大了对双向网络的建设投资，一般投资是过去同期的三到五倍，在接入网建设方面若出现建设模式上的战略失误，将对公司造成无法挽回的巨大损失。因此，研究确定广电接入网络的建设模式是当前最为紧迫的战略使命。而构建“广电全光接入网”将是当前广电最为艰难紧迫的战略抉择。 1 广电全光接入网的概念 1.1广电全光接入网的概念：具有线性广播传输功能和双向交互传输功能的从有源局端到用户终端的光纤网络被称为广电全光接入网。 1.2广电全光接入网所具有的特性 从广电全光接入网概念上看,其具有以下特性：第一，具有线性广播传输功能，具备一点到多点的物理广播结构，能够实现从局端同时向众多用户线性传送海量的广播信息功能；第二，具有双向交互传输功能，能够实现包括IP技术在内的双向传输功能；第三，线性广播传输网络主要指有线电视光纤放大器到用户家中的光接收机之间的光纤网络；第四，双向交互传输网络主要指从OLT的光收发模块到用户家中的光收发终端ONU之间的光纤网络；第五，是广播功能和双向功能完美结合的两条腿网络，不同于只有双向软交换传输功能的电信传统单条腿网络。 2 广电全光接入网的建设模式 2.1有源局端在中心机房 城区应用场景：如图1为一个中等县级城市，城区中心机房向四个方向分别有10个小区，每个小区1600户，每个方向16000户，四个方向共64000户，最远距离为8公里，采用有源局端在中心机房方式。有线电视按照主干路光纤覆盖64户/芯计算，每个方向需要1600X10/64=250芯光纤，双向网络按照覆盖64户/芯计算，每个方向需要1600X10/64=250芯光纤，若小区采用光纤集中分配方式且双向用户按照40%规划计算，则双向网络需要光纤数量减少为原来的40%即250X40%=100芯光纤，所以，每个方向需要350-500芯光纤。 图1 有源局端在城区中心机房 农村应用场景：如图2为一个中等乡镇，中心机房向四个方向分别有15个村，每个村192户，每个方向为192户X15个村=2880户，全乡镇共有2880户X4=11520户（60个村）。最远距离为15公里，采用有源局端在中心机房方式。有线电视按照主干路光纤覆盖64户/芯计算，每个方向需要192X15/64=45芯光纤，双向网络按照覆盖64户/芯计算，每个方向需要192X15/64=45芯光纤，若采用光纤集中分配方式且双向用户按照1/3规划计算，则双向网络需要光纤数量减少为原来的1/3即45X1/3=15芯光纤，所以，每个方向需要60-90芯光纤。 图2 有源局端在乡镇中心机房 2.2有源局端下沉到小区 城区应用场景：如图3为一个中等县级城市，城区中心机房向四个方向分别有10个小区，每个小区1600户，每个方向16000户，四个方向共64000户，最远距离为8公里，采用有源局端下沉到小区方式。有线电视按照每户消耗1mW光功率计算，每个小区1600户则需要1600mW的光功率，需要8块200mW掺铒光纤放大器模块，若采用掺镱铒光放大器则只需要一个模块（一个镱铒光放大器光发功率可达2000mW以上），OLT下沉到小区后其光收发模块可根据用户的增多而增加，按照EPON标准每个光模块覆盖64户，则最多需要1600户/64户=25个光模块。而主干路广播信号和双向信号只占用各一芯共计两芯光纤即可，每个方向10个小区则主干路只需占用2芯X10=20芯光纤。 图3 有源局端下沉到城市小区 图4 有源局端下沉到乡镇村庄 农村应用场景：如图4为一个中等乡镇，中心机房向四个方向分别有15个村，每个村192户，每个方向为192户X15个村=2880户，全乡镇共有2880户X4=11520户（60个村）。最远距离为15公里，采用有源局端下沉到村庄方式。根据上面的计算可以得出：每个村庄需要一个掺铒光放大器，双向OLT光模块最多192/64=3块，如若规划1/3的双向用户，则每个村庄直接用中心机房一个OLT光模块及一芯光纤即可，而不必下沉OLT到村庄，当然，离中心机房比较远、用户数量比较多、居住比较集中的个别区域也可以下沉OLT。而主干路广播信号和双向信号只占用各一芯共计两芯光纤即可，每个方向15个村庄则主干路只需占用2芯X15=30芯光纤。 2.3分散分配模式 图5为光交箱到周围四座楼256户的光纤分散分配模式，有线数字电视和双向各一芯光纤都采用4X16二级光分模式，每个楼梯16户，数字电视和双向共加装两个楼道型1X16光分路器，中心光交箱处加装1X4光分路器。 4梯8层2户=64户,每梯广播双向各一个16分路器，2X16--2X16--2X16--2X16
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图5光纤分散分配模式 2.4集中分配模式 4梯8层2户=64户,每梯16户广播双向共32纤直熔皮线光缆到户32芯—32芯—32芯—32芯
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图6 光纤集中分配模式 图6为光交箱到周围四座楼256户的光纤集中分配模式，每个楼梯16户，从楼中心光交箱到楼梯布放32芯光缆和用户双芯皮线光缆直熔，在楼中心光交箱加装四个1X64光分路器用来对接有线数字电视用户，根据双向用户的增多适时加装一到四个1X64光分路器用来对接双向宽带用户。 2.5广电全光接入网建设模式分析 从以上模式可以得出表1和表2 表1 有源局端在中心机房和下沉到小区的比较 分类
| 用户规模
| 有源局端在中心机房，主干路占用光纤芯数
| 有源局端下沉到小区，主干路占用光纤芯数
| 城区
| 一个方向10个小区共16000户
| 500芯光纤
| 20芯光纤
| 农村
| 一个方向15个村庄共2880户
| 90芯光纤
| 30芯光纤
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表2 分散分配模式和集中分配模式的比较 分类
| 用户规模
| 光分路器数量
| 光分路器安装地点数量
| 数字电视光功率利用效率
| 双向局端光功率利用效率
| 分散分配模式
| 一座楼64户四座楼共256户
| 40个
| 17处：一个中心光交箱，16个楼梯
| 用户很少的时候也必须按照满户数配置光功率
| 用户很少的时候局端也必须按照满户数配置光功率
| 集中分配模式
| 6—8个
| 1处 ：中心光交箱
| 根据三到五年住满用户而适时增加光模块
| 按照40%的双向用户则可以节约近60%的光功率
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从图1-图4及表1中可以看出：对于用户比较集中的城区来说，有源局端在中心机房和下放到小区，其占用主干路光纤数量相差悬殊，为500芯和20芯之比，可见两种方式其主干路单根光纤利用效率相差很大，在管道资源、光纤资源愈加匮乏，智慧城市建设如火如荼且需要大量光纤等大背景下，在城区宜采用主干路光纤利用效率更高的有源局端下沉到小区模式。况且在城区，车间场地越来越迁移城外而变成越来越多的居民区，城市在以每年10%左右的速度迅速膨胀，对主干路光纤芯数的压力愈发加大，因此，提高城区主干路光纤利用效率显得尤为重要和迫在眉睫。 对于用户比较分散且距离远的农村来说，有源局端在中心机房和下放到村庄，其占用主干路光纤数量相差并不大，为90芯和30芯之比，因此，在用户数量不多且分散的农村可以采用有源局端在中心机房的方式，但对于距离中心机房比较远，用户相对比较集中的某个农村区域，由于主干路光纤距离长、信号衰减大、单根光纤覆盖用户数量减少，可以采用有源局端特别是有线数字电视光放大器下沉到村庄方式。况且在农村，由于城镇化的发展，更多的农村人搬入了城市，一些边远的农村户数越来越少，因此主干路的光纤数量增加的压力并不大。 从图5图6及表2可以看出：同样四座楼256户，采用光纤分散分配方式和集中分配方式存在许多不同之处，光分路器数量为40个和6-8个之比；光分路器安装地点数量为17处和1处之比，两者相差悬殊，意味着其运维的故障地点及故障率将相差很大。对于有源局端光功率的利用效率来说，分散分配方式，由于每个楼梯均装有二级光分路器，因此当用户很少（如每个楼梯只有一个用户的时候），也必须按照每楼梯16个用户来配置光功率；采用集中分配方式，由于256户的光纤都直接通到中心光交箱，可以根据用户开通数量的增加而适时加装局端光模块，做到局端光功率利用率最大化。况且，目前大芯数光缆价格低廉，每芯每米0.1元左右，四座楼中心光交箱距离楼梯一般为100-150米，每户每芯光纤10-15元，所以从经济上完全可以采用集中分配方式，用户光分路器集中安装便于管理，也不用考虑不同的楼层选择不同的分光搭配，如8X8\4X16\2X32等等，有的六层楼12户也被迫选用PLC光分路器（2的n次方分路）1X16，造成了设计时就存在4个分路的浪费。因此，在用户集中的城区宜采用集中分配方式，对于用户集中的村庄也宜采用集中分配方式，当然有些特殊情况要灵活运用[1]。 3 广电全光接入网的设计原则及需要厘清的几个问题 （1）广电全光接入网设计中首先是考虑光功率,在双向网中其次是带宽,因为光功率达不到门限，则根本开不通，带宽也就无从谈起。也就是在保证光功率和带宽的情况下,覆盖开通最大的用户数量。不管是EPON还是GPON如果OLT离用户群很远，由于长距离光纤的信号衰减，即使带宽余量很大，也可能无法覆盖开通更多的用户，比如从128户减为64户或32户等等。 （2）在楼梯加装分路器是同轴网络设计中无奈的选择,因为一根同轴电缆较大的物理直径决定了光接收机或电缆放大器到楼梯必须是多个用户共用一根较粗的同轴电缆而无法实现每户单独一根。但光纤除了具有单根光纤传输信息容量大的特点外，还有一个更重要的特性：单根光缆可以容纳更多的光芯，即大芯数光缆，而且平均每芯光纤的价格非常便宜（大芯光缆平均每芯光纤0.1元/米左右),这就为全光接入网设计中从有源局端到用户终端实现每个用户单独光芯提供了足够的条件。 （3）所谓的FTTH光纤到户主要是指用户接入网实现光纤化,但光纤到户不可能彻底解决网速慢的问题,因为光纤到户只是解决了网络传输中最后一百米,而网络传输的信源可能是北京、上海、伦敦、纽约。 （4）光纤到户由同轴电缆网络或HFC网络时期的均匀分散分布的一个个单体有源设备转变成了集中安装一个大功率单体或一组模块化输出的有源设备，由过去一个有源设备覆盖开通50户到200户演进到一个（一组）有源设备覆盖开通几百户几千户到几万户，覆盖距离范围由过去的几百米几座楼到几公里几个小区。一个几千户覆盖半径一公里的住宅小区，只需要在小区一个位置加装有源局端设备OLT和有线电视光发模块即可，小区内的光纤损耗几乎可以忽略，重点计算光分路器、法兰等损耗。 （5）采用集中分配方式可以提高OLT光模块的光功率利用效率接近100%，从而提高主干路光纤的利用效率，节约主干路光纤占用量，当双向用户占比少，用户数量不多，OLT是否下沉、何时下沉可适时而定。 （6）光分路器、法兰、光纤跳线插头等对环境条件要求很高，受到灰尘、震动、插拔等影响很大。PON网络中主要硬件故障是在活动连接处，所以当光分路器级数增多且分散安装，相对于集中安装其故障数量要多得多，插入损耗也大得多。 （7）PON方式减少了局端光收发模块的数量以及节约了主干路光纤资源，而用户终端光模块数量没有减少。 （8）线性广播传输网和双向交互传输网需要实现完美结合。光纤到户不仅适合于双向网络的建设，更适合于广播电视网络的建设，广播网和双向网其拓扑结构基本相同，PON网络本身就是物理的点到多点的广播结构，采用双纤三波方式则中心光交箱到用户之间使用不同的光纤，采用单纤三波复用方式则在中心光交箱到用户家中使用相同光纤，但在两端要增加光合波器和光分波器[2]。 （9）主干路中每芯主光纤覆盖用户过少，则同样数量的用户占用的光纤芯数必然非常庞大（如图1中500芯），若发生主干路光缆折断，则熔接修复的时间成倍增加。 （10）广电网包括广电全光网能够实现线性广播和双向交互而更具优势，在“互联网+”的时代，发展“广电网+”更为迫切，而“广电网+”首先是“+互联网”，广电要立即融入互联网时代（INTERNET -AGE)，以海纳百川的胸怀和气贯长虹的胆魄拥抱互联网，发展包括互联网接入在内的所有双向业务以及线性广播业务，对接各种“物联网”、“人联网”、“智能网”，成为“智慧城市”中大众化普及型的“智慧网络”，使“广电网+”无处不在。 4 结束语 广电全光接入网具有线性广播传输功能和双向交互传输功能的这一特殊的双料属性，决定了其网络结构具有一定的复杂性。既具有单根光纤信息容量大又具有单根光缆容纳光纤多的新传输媒介“光纤”的出现，彻底颠覆了同轴网络的设计思维，同时给全光网络的设计增添了更多的遐想和空间，有源局端下沉与否、集中分配或分散分配成了不同场景应用选择的关键所在。而建设广电全光接入网是“光进铜退”的必然要求，是世界有线网络传输媒介的一次革命，光纤要革铜缆的命，电信系统庞大的电话电缆网络已经变成了一堆废铜，这是对广电接入网建设的一个警醒。
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发表于 2015-11-24 14:47:38