EPON与GPON光功率的研究

徐璐++张月霞++王聪聪

摘要：由于PON（无源光纤网络）技术具有投资少建效快的特点，目前在通信传输领域已经被广泛应用。主流的PON标准有EPON（以太网无源光网络）和GPON（吉比特无源光网络）两种。针对工程上应用PON技术时的网络规划问题，本文提出了有关光功率最优解的概念，以高层楼宇中的光纤接入为例进行具体分析计算，求出了不同分光模式下的损耗特性，为工程实施的选择提出了建议。

关键词：光功率；以太网无源光网络；吉比特无源光网络；光模块；损耗计算

0.引言

随着光纤技术的发展，光纤接入技术作为新一代宽带解决方案被广泛应用，为用户提供高带宽、全业务的接入平台。PON作为新一代光纤接入技术，在抗干扰性、带宽特性、接入距离、维护管理等方面均具有巨大优势，其应用得到了全球运营商的高度关注。目前PON中比较成熟的是EPON和GPON。为了更好的建设宽带接入网络，实现三网融合，对于PON技术特点的研究是迫切需要的，它为FTTx（光纤接入）快速发展提供了技术保障。对于XPON中各项指标如带宽、成本、多业务接入能力等方面国内外均已有了成熟的研究，本文将着重于具体工程上的光功率损耗问题就行研究，为工程实施提供一些建议。

1.XPON概述

1.1EPON

EPON，顾名思义，是基于以太网的PON技术。它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。EPON 由光纤线路终端、光分配网络和光网络单元组成，采用的是树形拓扑结构。

目前，EPON技术已经成熟，主要体现在以下方面：经过各标准化组织、设备和芯片制造商、运营商的共同努力，EPON商用芯片和光模块已经成熟。在中国电信的主导下，已经实现了EPON芯片级和系统级的互通测试，EPON产业链也在进一步成熟，形成了良性的市场竞争格局，设备成本进一步下降，已达到规模商用水平。

1.2GPON

GPON 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，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术。基于 GPON 技术的设备基本结构与已有的 PON类似，也是由局端的 OLT （光线路终端）、用户端的ONT/ONU （光网络终端或称作光网络单元），连接前两种设备由单模光纤和无源分光器组成的 ODN （光分配网络） 以及网管系统组成。

GPON和EPON的主要区别在于采用完全不同的标准。在应用上，GPON比EPON带宽更大，它的业务承载更高效、分光能力更强，可以传输更大带宽业务，实现更多用户接入，更注重多业务和QoS保证，但实现更复杂，这样就是导致其成本相对EPON也较高，但随着GPON技术的大规模部署，GPON和EPON成本差异在逐步缩小。

2. 光模块概述

光模块（optical module）由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光电子器件包括发射和接收两部分。

简单的说，光模块的作用就是光电转换，发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。

EPON在用的光模块主要有：

图1光模块及光路损耗特性1

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。

图1和图2体现了EPON与GPON中的光模块及光路损耗特性。

图2光模块及光路损耗特性2

3.EPON中光功率的分析

EPON一般采用树形拓扑图，主要由OLT，分光器，ONU组成。

一般有三种方法计算通道的损耗：最坏值法、统计法和联合设计法。由于接入网环境传输距离较短，所以采用最坏值法。最坏值法：将光线路中每一部分会出现损耗的部分的最大损耗值分别罗列，然后将其取和值即为最大损耗。

根据光模块的性质可以得到一个固定的发射功率，减去最大损耗和线路维护余量，可得出用于传输的损耗，并可以计算出传输距离。根据用于传输距离的损耗可以比较出在损耗方面的优劣。

采用EPON组网，光模块为PX20+（支持最大插损30dB）按上行方向（1310nm）光纤衰减系数（含固定接续）0.4dB/km测算线路维护余量：2.5dB。

目前EPON不支持1：128分光，支持的最大分光比为1：64。

本文以高层楼宇场景做为一个实例进行分析，以一组64分光为例介绍一级二级分光两种拓扑结构的损耗预算。

3.1一级分光

基于EPON一级分光拓扑图：

目前EPON不支持1：128分光，支持最大分光比为1：64，损耗为20.1db；光纤跳纤、尾纤插入及光缆熔接点总损耗：0.5db，法兰盘熔接头损耗：0.5db，线路维护余量2.5db。

合计21.1db，剩余8.9db用于传输损耗。

在实际工程中，可能增加一些施工时需要附加的光中继设备等，会有一些额外的损耗，视具体工程需要而定。

3.2二级分光

基于EPON二级分光拓扑图：

使用1：4分光器（损耗7.2db）及1：16分光器（损耗13.8db），其余值不变，合计损耗22db，剩余8db用于传输损耗。

由上述实例可知，一级分光损耗优于二级分光，但是差距并不大。在实际案例中，应根据具体的需求设计拓扑。在设计时应综合考虑线路终端的安排，用户的分布情况以及维护难度等方面综合考虑。

额外的，对于FTTH来说，GPON有大分光比，高带宽等特性，更适合组网中使用。

4.GPON中光功率的分析

由于不同的需求会有不同的设计方案，在此，本文同样以高层楼宇场景做为一个实例进行分析。功率计算方法依然采用最坏值法。

光模块选择：普遍使用classB+，但classC+光模块现已成熟，应主要采用。

允许最大损耗：已知classC+允许通道插损为32dB，支持最高分光比1：128，则ODN网络光功率全程应控制在32dB之内。

4.1一级分光

基于GPON一级分光拓扑图：

对每一路而言，其中有4个活接头，2个光分路器，故总活接头连接损耗为：0.5*4+0.25*2=2.5dB。

主干、配线光纤纤芯为G.652D，引入光纤纤芯为G.657A，按1310nm光纤衰耗0.4dB/km计算；1：128分光器插损为23.7dB，光纤冷接子衰耗小于0.1dB，可忽略不计。

总衰耗是：2.5+23.7=26.2dB；再有留出冗余度2.5dB的线路维护余量，所以：26.2+2.5=28.7dB；则传输距离L=（32-28.2）/0.4=8.25km。

在高层楼宇中，局部OLT可放置在楼内，这样最长线路将远小于8.25km；也可以放置在接入点机房，机房至大楼的距离在8km之内都是可以接受，但这样一来，由于布线时光交至分纤箱这段中光纤芯数很大，且根数多，就导致了成本提高。

4.2二级分光

基于GPON二级分光拓扑图：

采用二级分光，一级分光点为1：16，二级分光点1：8（16*8=128）

插损、光纤类型同一级分光。

对每一路而言，4个活接头，4个光分路器连接头，总活接头插损：4*0.25+4*0.5=3dB

1：16分光器插损13.8dB，1：8分光器插损10.5dB，忽略冷接子衰耗。

计算：总衰耗=3+13.8+10.5=27.3dB，加上2.5dB维护余量：27.3+2.5=29.8dB，L=（32-29.8）/0.4=5.5km

即：从OLT出发，经二次分光到达用户所走路程<=5.5km即可。可将一级分光器放置于室外，二级分光器放置于楼道内。

分析：从上述结果可以看到，二次分光时一级分光点至二级分光点时光缆芯数会大大减少，可以节约成本；但由于二级分光点多为分散设置，容易造成1：128的分光中只有几十户在用的情况，导致PON利用率低。所以，采用二级分光前，要先对用户带宽使用率做一调查；其次，由于分光器数量多，二级分光比一次分光更难维护。

由上面的实例可知，在GPON中一级分光和二级分光并不能直接判断哪种分光性能较优。在设计不同的项目时，GPON拓扑规划图和分光级数的选择都要考虑以下几个问题：用户分布，OLT到ONU之间的距离，所允许的最大传输损耗，线路维护等。这说明GPON的规划具有很大的灵活性和多样性。

5.结论

单就光功率的损耗预算而言，EPON和GPON的区别并不大，它们的主要不同在于GPON所能容忍的损耗比EPON稍大。而EPON和GPON在其它方面各有各的优点，EPON的优势在于研究起步早，技术更加成熟，但是在我们的实例中可以看到，GPON的大分光比特点在很多情况下都优于EPON，更深层次的区别就不在本文讨论范围之内了。

在工程的实施中，应根据具体的要求来确定选择GPON还是EPON；另外，如何分光和光纤传输损耗也应在考虑范围之内。比如类似多用户的高层楼宇这种地点，支持大分光比的GPON可能会更适合应用于FTTH。而EPON由于诞生较早，技术比较成熟，相比于GPON目前的成本是比较低的。

综上，可以看出GPON是未来的发展趋势。在GPON的技术成熟后，其成本必然会下降；同时，它所拥有的大分光比和高带宽等特性更能满足社会的发展需求。

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