学文网摘要：简要介绍了吉比特无源光纤网(GPON)的系统结构，详细分析了GPON技术的技术特点、应用模式，建立了GPON的工程建设原则。
关键词：GPON；技术特点；应用模式；建设原则
0 引言
PON(Passive Optical Network，无源光网络)一直被认为是光接入网中颇具应用前景的技术，它打破了传统的点到点解决方法，在解决宽带接入问题上是一种经济的、面向未来多业务用户的接入技术。GPON(Gigabit-Capable PON)技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽、高效率、大覆盖范围、用户接口丰富等众多优点，可以为用户提供优质、可靠、安全的语音、数据、视频三网合一的接入业务。
1 GPON系统组成及特点
1.1 GPON系统结构
同所有PON系统一样，GPON由ONU、OLT和无源光分配网组成。OLT为接入网提供网络侧与核心网之间的接口，通过ODN与各ONU连接。作为PON系统的核心功能设备，OLT具有集中带宽分配、控制各ONU、实时监控、运行维护管理PON系统的功能。ONU为接入网提供用户侧的接口，提供话音、数据、视频等多业务流与ODN的接入，受OLT集中控制。系统支持的分支比为1：16、1：32或1：64，随着光收发模块的发展演进，支持的分支比将达到1：128及1：256。在同一根光纤上，GPON可使用波分复用技术实现信号的双向传输。根据实际需要，还可以在传统的树型拓扑的基础上采用相应的PON保护结构以来提高网络的生存性。
1.2 GPON特点
(1)前所未有的高带宽。GPON速率高达2.5Gb／s，能提供足够大的带宽以满足未来网络发展对高带宽的需求，同时其非对称特性更能适应宽带数据业务市场。
(2)QoS保证的全业务接入。GPON能够同时承载ATM信元和(或)GEM帧，有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力。目前，ATM承载话音、PDH、Ethernet等多业务的技术已经非常成熟；使用GEM承载各种用户业务的技术也得到大家的一致认可，已经开始广泛应用和发展。
(3)很好地支持TDM业务。将TDM业务映射到GEM帧中，由于使用标准的8kHz(125μs)帧GPON能够直接支持TDM业务；将TDM业务映射到ATM信元中也能提供有QoS保证的实时传输业务。
(4)简单、高效的适配封装。GPON的GEM提供了一种灵活的帧结构封装，支持定长和不定长帧的封装，对多种业务实现通用映射，不需要进行协议转换，实现过程简单，开销小，协议封装效率最高可达97％，实现了对带宽资源的充分利用。
(5)强大的OAM能力。针对以太网系统在网路管理和性能监测方面的不足，GPON从消费者需求和运营商运行维护管理的角度，提供了三种OAM通道：嵌入的OAM通道、PLOAM和OMCI。它们承担不同的OAM任务，形成C／MPlane(控制／管理平面)，平面中的不同信息对各自的OAM功能进行管理。GPON还继承了G.983中规定的OAM相关要求，具有丰富的业务管理和电信级的网络监测能力。
2 GPON在FTTn中的应用模式
2.1 FTTB应用模式
光纤到楼宇(FTTB：Fiber To The Building)是宽带光接入网的典型应用类型之一，其特征是：以光纤替换用户引入点之前的铜线电缆，ONU布设在传统的分线盒(用户引入点)即DP(Distribution Point，分配点)，ONU下采用其他介质接入用户，如现有的金属线或无线，每个ONU典型支持用户数为十多户到一百户左右。
在FTTB系统中，OLT通常放置在局端，作为用户业务的收发，上联网络侧采用光纤接口，通过光纤网络连接ONU没备，在ONU处终结光信号，用户侧提供铜线或五类线接口，接口类型包括POTS、ISDN、ADSL／ADSL2+、VDSL／VDSL2、以太网等。
FITB网络结构在ONU点的供电问题，可采用本地供电或由位于局端的远程供电系统，也可以区域集中供电，目前以本地供电为主。另外，由于MDU(Multiple Dwelling Unit，多住宅单元)提供较多VOIP语音业务的接入，需要考虑备用电源解决方案。
由于FITB网络中，ONU布设到DP，使得ONU的数量较多，每个ONU接入的用户数量不多，因此选择光纤传输技术时，应着重选择支持较多ONU数量的、能够节省光纤资源的传输技术。现阶段及以后一段时间内，GPON是比较好的技术选择。具体采用GPON承载的FTTB应用模式有以下几种，见***1所示。
(1)FTTB+xDSL。将光纤端接点分布在楼层(高层楼宇)或楼道(多层建筑)，小型DSLAM设备网络侧采用GPON上联口，用户侧提供xDSL接口通过双绞线入户。
(2)FTTB+LAN。将光纤端接点分布在楼层(高层楼宇)或楼道(多层建筑)，由ONU终结光信号，ONU提供多个以太网接口。
2.2 FTTH应用模式
光纤到家庭用户(FTTH：Fiber To The Home)是利用光纤传输媒质连接通信局端和家庭住宅的接入方式，引入光纤由单个家庭住宅独享。在物理网络构成上，FFTH在OLT与ONU之间采用全程光纤的接入方式，将ONU光节点布设到居民用户家中。此时ONU称为ONT(Optical Network Terminal)，直接提供UNI接口连接居民家庭网络。
采用GPON技术进行光纤入户的组网***如***2所示。
在FFTH网络中，无论是别墅区还是多层小区，ONU都是置于用户家中，在OLT和ONU之间采用无源的光分配网络。在GPON系统中，主要是光分路器和光纤构成，OLT可以置于远端机房或小区机房，具体可以依据实际条件而定。
语音业务采用VoIP是适合于网络发展的选择，实现方式有2种：ONU本身内置lAD功能或通过外置lAD来实现。
OLT和ONU侧都提供了高速接入的数据接口，这为数据业务的接入提供了保障。由ONU的以太网接口提供用户的宽带上网接入，根据现阶段的宽带应用实际，用户认证和管理仍然可由BRAS来完成，以保持与现有用户管理方式的一致性。对数据业务的接入，主要是需要采用合适的Qos策略，根据不同的业务提供不同的QoS保证，从而为不同的业务提供不同的带宽和业务质量的保证。
对于FTTH模式，比较适合社区信息化场合。社区信息化覆盖目前已经比较普遍，大多数社区采用ADSL接入技术实现。随着IPTV和高清电视等高带宽业务引入家庭，传统社区接入网络面临改造。GPON光接入平台立足高带宽接入，根据高档小区、别墅小区和普通小区的消费承受能力，分层次提供一步到位的FTTH。接入业务包括语音、数字家庭、宽带上网 (可选有线和无线方式)、IPTV视频、CATV视频业务等，提供系列化ONU／ONT终端，满足家庭用户有线方式、无线方式、广域网和局域网等各种业务接入需求。
3 GPON工程建设原则
(1)OLT设置原则
OLT的部署位置对网络结构与层次、设备管理与维护、设备端口利用率、用户实装率、投资等影响较大，需要综合考虑，同时要结合OLT设备的覆盖能力，明确OLT的设置方式及位置。
OLT的服务覆盖范围根据ITU-TG.982定义的C类ODN网络情况，即15-30db的光通道损耗，在采用1：64的情况下，如设置7个光活动连接器，OLT覆盖的光通道距离在10公里以内。
(2)ONU选择类型
根据场景不同的需求，接入方式如表1所示。
(3)主干光缆及配光缆配套原则
目前，用户光缆网基本拓扑结构有三种，即星形、总线形和环形。各种网络结构都有其特点，在选择时应根据各相关点的地理位置、重要性、需要提供的业务、网络可靠性要求、经济性以及维护管理等综合因素选择合适的拓扑结构。目前用户主干光缆基本采用环形与总线形结构，如用户对通信业务需求量大或有特殊要求，并受到地理位置的限制时，也可以用星形结构。用户配光缆一般采用星形结构，当用户有特殊要求时，也可采用环形结构。
(4)光分路器配置原则
一般情况下ODN采用一次分光集中放置，将光分路器集中安装在光分路箱(室内型或室外型)内；当MDU分布较为分散或驻地网光缆纤芯数量不足时，可以采用二级分光方式。
光分路比应综合考虑GPON系统的传输距离、MDU带的用户数、PON系统内带宽分配来进行选择。一般情况下，在采用FTTH(PON)模式时，光分路比宜按1：64设计；在采用FTTB(PON)+LAN模式时，光分路比宜按1：32设计，最终用户数不超过512。
(5)光通道衰减核算
ODN光通道损耗所允许的衰减定义为S／R和R／S参考点之间的光损耗，OLT的传输距离应通过ODN光通道损耗核算以及OLT、ONU设备的功率预算，采用最坏值法核算。
ODN光通道损耗=光分路器插入损耗+光活动连接器插入损耗值×数量+光纤衰耗系数×传输距离+光缆线路富余度。
相关参数取定：
光分路器捅入损耗：3.5×N(光分路器分光比=2N)
光活动连接器插入损耗值：0.5dB／个
光纤衰耗系数(含熔接损耗)：0.4dB／km
光缆线路富余度：采用1：64分光比时，取1.5dB；采用1：32分光比时，取2dB
对于GPON系统，在项目中需根据设备所支持的最大光通道衰减对无源光分配网络中最远用户终端的光通道衰减进行核算。
(6)ODN光缆容量配置
光分路器与OLT之间的光缆一般为用户主干光缆或用户配光缆，光缆芯数将视需安装的光分路器数量，并考虑未来升速的需要及适当考虑向FTTH演进的光缆纤芯需求，可采用1：2或1：4(光分路器数量：光缆纤芯数)配置。
光分路器与ONU之间的光缆一般为驻地网光缆，光缆芯数将根据不同的接入模式分类配置：在采用FTTH(PON)模式时，驻地网光缆一般以光缆接头盒作为光缆容量的递减方式或采用光缆分支接头箱的方式进行光缆网的设计。据此，光分路器至光缆接头盒或光缆分支接头箱间将使用大芯数光缆，大芯数光缆的纤芯数以每台ONU配1芯；光缆接头盒或光缆分支接头箱至用户宅内ONU间的光缆在采用普通室外型光缆时按每台ONU配1芯。
在采用FTTB(PON)模式时，光分路器至MDU间的光缆纤芯数建议按每台MDU配2芯(用1芯、备1芯)。入户光缆宜采用小弯曲半径光纤制成的室内型光缆，建议采用ITU-TG.657A建议的光纤，其余光缆采用符合ITU-T G.652D建议的光纤制成的普通室外型光缆。
4 结束语
使用GPON技术在网络接入层面上提供一个统一的接入平台，节约了运营商维护和处理故障的成本，可以在现阶段解决绝大部分FTTn的业务需求。同时，在运营商FTTn的应用中可以充分体现其广覆盖、高带宽、双纤保护等特点，并且在位于室外的光分配网中只有物理介质特性非常稳定的光纤和无源分光器，没有任何有源设备，使得网络具有高可靠性。相信随着设备成本的降低，GPON在接入网中的应用会越来越广泛。
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