GPON在有线电视接入网络中的应用与设计

赵娟

【摘要】随着GPON技术在广电网络中的应用越来越广泛，促进了三网融合的发展。本文基于GPON接入网技术并结合接入网络现状与演进路标，明确了GPON在有线电视接入网工程建设中的相关设计标准，并对GPON设计接入网络、接入网设计要求及方案设计进行分析。 

【关键词】GPON技术;GPON技术接入网络;设计要求

引言：为适应超高带宽数据接入、超高清4K/8K视频业务分发以及智慧城市、智慧社区、智慧家庭等综合信息全业务运营发展的需要，建设具备大容量、高可靠性、多业务服务质量等级支持能力的光纤接入网，使之成为解决从主干网络到用户桌面最后一公里瓶颈现象的最佳方案。GPON技术不仅能简化网络结构，降低网络建设、运维成本，减低终端部署成本，而且能提高业务部署灵活性，提供更强大的业务支撑能力。同时，满足未来“大视频、大带宽、大数据、物联网、综合信息服务”业务发展的需求。

1. GPON简介

GPON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。无源光网络是一种采用点到多点（P2MP）结构的单纤双向光接入网，其典型拓扑结构为树型或星型，由网络端的OLT、光分配网（ODN）、用户端的ONU和网管系统组成的。

GPON提供了前所未有的高带宽，GPON下行最大速率为2.5Gbps，上行为1.25Gbps，分光比最大为1：64。不仅提供QOS的全业务保障，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，还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能。

2. 基于GPON技术的接入网络

2.1 基于GPON“单纤双波”网络架构

采用单芯蝶形光缆入户，将视频信号进行IP化处理后与数据信号一同使用GPON数据通道进行传送。上行通道使用1310nm光波長，下行通道使用1490nm光波长。系统中光分配网（ODN）采用两级分光，全程分光比控制在1：32以内。用户室内配置（入户型HGU、入户型HGU+WiFi二合一）终端。

2.2 基于GPON+DVB“两纤三波”网络架构

采用两芯蝶形光缆入户，使用三种波长的光信号承载业务。其中一芯使用1550nm光波长作为下行DVB视频业务传送通道，以广播方式承载电视直播信号;另外一芯使用1310nm和1490nm光波长分别作为上、下行数据业务传送通道，以PON方式承载数据信号。在DVB传送通道中采用三级分光，全程分光比控制在1：128-1：512以内;在PON传送通道采用两级分光，全程分光比控制在1：64以内。用户室内配置（入户型小光机+入户型HGU+Wifi）一体式或分体式的二合一或三合一终端。

2.3 基于GPON技术网络演进

（1）初期的GPON+DVB“两纤三波”的覆盖区域，应按分期分步骤的原则平滑向GPON“单纤双波”的技术方式演进，具体步骤如图1：

（2）在基于GPON+DVB“两纤三波”网络架构中，拆除所有DVB广播通道中使用的光分路器、跳纤等设备材料，将原光纤资源全部用于GPON”单纤双波”的升级。

（3）若“楼道—室内”的光纤接入率超过50%，在“分纤箱”将1：4光分路器变更为2个1：2光分路器，增加“接入机房——分纤箱”占用接入网干线光缆纤芯1芯。实现PON通道为1：32总体分光，达到GPON“单纤双波”的技术要求。

（4）若“楼道—室内”的光纤接入率低于50%，且在未来较长时间内，不会再有增量用户，可考虑将“楼道”处1：16光分路器更换为1：8光分路器。实现PON通道为1：32总体分光，达到GPON“单纤双波”的技术要求。

3. 设计要求

3.1 GPON“单纤双波”网络设计要求

（1）典型的接入网机房网络覆盖半径应控制在10公里以内，覆盖目标区域超过10公里，可根据实际场景减少分光比，建议目标覆盖区域不要超过15公里。

（2）网络建设初期，按照不高于50%的用户业务渗透率设计覆盖端口数，待用户业务渗透率增加后，再通过增加相应端口资源实现100%全覆盖。

（3）对于业务发展空间较大，带宽需求较高的区域和别墅区、写字楼、高级公寓等对数据业务需求较明确的场景，可采用100%全覆盖的方式进行设计、施工。

（4）光分配网（ODN）采用两级分光结构进行设计、施工，在选择ODN网络两级分光点分光配比时，可根据覆盖场景需求选择1：2+1：16或1：4+1：8两种组合。

3.2 GPON+DVB“两纤三波”网络设计要求

（1）网络建设初期，DVB广播传输通道、GPON数据传输通道均按照不高于50%的用户业务渗透率设计覆盖端口数，待用户业务渗透率增加后，再通过增加相应端口资源实现100%全覆盖。

（2）传输广播电视信号的DVB通道宜选择三级分光结构，总分光比建议不大于1：512，分光结构设计应能满足分光比在1：128、1：256或1：512之间变化;传输数据信号的PON通道宜选择两级及以内分光结构，总分光比为1：64。

（3）两级光分配网（ODN）架构下，接入机房连接第一级分光点的接入网干线光缆容量不少于8芯。建议根据覆盖第二级网络箱体的数量，以4芯或4芯整数倍设计接入网干线光缆容量。

（4）第一级分光点箱体内接入网干线光缆和连接第二级箱体的进出接入网配线光缆总数量不超过9根，初期设计时进出光缆数量控制在7根以内为宜。单个第一级分光点箱体根据用户分布情况，覆盖第二级分光点箱体的数量范围应控制在16个以内。

（5）第二级分光点箱体内进缆不少于4芯，光分路器根据覆盖用户情况选择1：8或1：16分光比的等分PLC光分路器。

3.3 接入网干线光网络设计要求

（1）接入网干线光网络设计时，接入网干线光缆须为后期用户发展和网络扩容进行资源预留，建议接入网干线光缆纤芯容量按全覆盖规划配置，同时应考虑对区域内的政府、企事业单位、村委会、学校、医院、大型集团用户及商业铺面群等区域，预留纤芯资源以满足后期的无线、专线、农村信息化业务发展的需求。

（2）在GPON+DVB“两纤三波”系统中掺铒光放大器（EDFA）输入光功率≥3dBm;入纤光功率要求≤17dBm（可根据SBS调整入纤光功率），规划时应预留光功率。

（3）在GPON+DVB“两纤三波”系统中1550nm系统在未使用色散补偿模块（DCM）的情况下，掺铒光放大器（EDFA）级联数应控制在4级（含）以内。

3.4 接入网入户光网络设计要求

（1）从第二级分光箱至每个用户室内的接入网入户光缆均按两芯蝶形光缆进行设计;室内应用场景推荐使用非金属加强芯蝶形光缆，室外应用场景推荐使用自承式金属加强芯蝶形光缆。

（2）接入網入户光缆可选用单端预成端的分段类（30m～120m）的蝶形光缆进行施工，也可按分光箱和用户室内两端蝶形光缆热熔接的方式进行设计。

（3）蝶形光缆护套颜色可根据用户室内装修环境，有白色、黑色两种选择。

（4）设计中施工难度较大区域的接入网配线光缆和接入网入户光缆，建议合并为大芯数光缆进行施工布放;对部分长度过长的同路由入户光缆，可在中途适当位置加接续箱进行熔接分纤。

4. 有线电视的接入网络方案设计

在有线网络传输过程中，用户端到骨干传送端之间的信号传递存在着很大的信息流量需求，使得有线电视的接入网络变得比较复杂，当有线电视的信号向骨干网进行传输时，容易造成网络的阻塞，而GPON技术能够有效地解决有线电视接入网络存在的这些问题。具体的接入网络主要由局端的OLT、用户端的ONU和光分配网络等三部分构成。OLT是网络信号接入接口，为有线电视网络提供网络端与核心网之间信息联系，通过线路的ODN和ONU进行信号传输和连接，能够给网络分配带宽、控制OUN的信号传输、对信号接入网络进行监控、运行和维护GPON网络系统。OLT设备用户容量集成度较高，应集中安装在前端机房或接入机房（点）内，建议按中型设备的容量规划设计（整机最大PON端口数128≥中型≥64）。根据系统运行信号的传输的要求，系统信号的支持的分配比为：1：16/32/64，GPON可采用波分复用技术实现信号的双向传输。

5. 小结

GPON技术作为PON技术的主流之一，目前的应用还是十分广泛的。该技术的运用打破了点对点的模式特点，是一种经济、面向未来多业务的接入技术。不仅能有效解决有线电视接入网络传输过程中出现的各种问题，有效克服信号传输中大流量的瓶颈，还能够支持多协议的服务，提供协议层的安全服务保障机制，提高系统的维护和配置能力。

参考文献：

[1]孙友伟，孙书娜.有线数字电视光分组交换网络构成[J].电视技术，2016（6）.

[2]黎海恩，《GPON技术原理与应用》，中国有线电视，技术交流，2016（12）.

[3]李春雷，《GPON网络规划分析》，中国信产业网，技术交流，2018（2）.