浅谈光纤到户在农村广电网络改造中的应用

郭文辉

（作者单位：广州市增城区融媒体中心）

现阶段，大部分地区的广电网络改造工作仍局限在拓宽双向网的覆盖作业面方面，尽管相关工作的实施已经取得了初步成效，但根据目前工作的执行进展可以看出，国内广电网的建设与发展工作还处在初期阶段[1]。为实现对广电网络改造工作的深化，提高广电网络的开发、建设、经营、管理和维修等综合能力，有关单位提出了将光纤到户（Fiber To The Home，FTTH）技术应用到试点工程的举措。FTTH技术属于一种基于光纤的全新通信传输方式。现如今，无源光网络（Passive Optical Network，PON）技术是目前国际上广泛应用的研究热点，也是目前国际上普遍采用的FTTH实现技术[2]。但由于FTTH技术在应用中受到成本和需求等原因的限制，一直未能在国内普及，尤其在一些经济发展较为落后的农村地区，更是尚未涉及。然而，随着科学技术的进步，FTTH的实现成本降低，加之农村用户的需求不断增加与国家政策的持续扶持，相关FTTH技术的研究又得到了重视。为实现在农村地区推进FTTH技术，本文针对农村广电网络的FTTH全新改造方法进行探讨。

1 选择农村广电FTTH网络模式

为满足农村广电网络的改造建设需求，应在开展相关研究前，合理选择广电FTTH网络模式。通常情况下，广电FTTH网络的入户方式有4种，分别为双线同轴入户、三波双光纤入户、三波单光纤入户与双波单光纤入户，根据早期建设经验与大量实践，结合所改造地区的实际情况，选择三波双光纤入户的FTTH网络模式。相比其他的网络接入模式，此种网络模式更加适用于居住较为分散的用户场景。

根据实际需求，选用单线在用户端进行全光纤接入，在用户居住区的户外环境中，采用同轴网络进行光纤的承载设计，通过数字电视信号、光节点（Optical Network Unit，ONU）终端与接收机，进行广电信号的接收[3]。此种方式下的FTTH网络主要包括两个部分，分别为数字电视传输光网和IP光网。前者属于一种简单的点对多点主站（Point 2 Multiple Point，P2MP）结构，可以实现对广播信号在用户区间内的单向传输，网络大多呈现星型结构，后者的接入方式与双线同轴入户的接入方式相同，采用EPON作为接入过程中的无源信号传输即可。

2 网络拓扑结构规划

完成上述设计后，考虑到光电组网模式为三波双光纤入户网络模式，设计如图1所示的网络拓扑结构。

图1 网络拓扑结构

根据图1网络拓扑结构，在广电网络前端（机房）使用一芯进行1500 nm波长的电波，此时另一芯将在传输链路中进行1310 nm波长的反馈。为确保信号传输的稳定性与安全性，需要在信号传输前端部署一个1500 nm的信号调制器，通过此种方式，对接入的信号进行实时调制，确保光信号可以通过FTTH网络传输到用户端[4]。在传输过程中，为避免信号出现失真和丢失等方面的问题，还应对传输中的信号进行放大处理，并使用1∶32光路的分路器进行光纤的调配。当信号经过第一个分路器达到第二个分路器时，信号将经过1∶16光路对其进行继续放大处理。放大后的信号将通过光纤配线架（Optical Distribution Frame，ODF）进行跳纤的传输[5]。此时，广电网络可使用二级分光模式，将用户的分纤箱放置在一个相同的链路中，对其进行广电网络业务的全接入。与此同时，用户端将在安装了家用信号接收装置后，通过同轴传输电缆将光纤链路完全接入机顶盒，按照上述方式，即可实现对广电网络业务在用户中的接入使用。

3 光纤通信链路设计

在完成网络拓扑结构设计后，进行广电网络中光纤通信链路的设计，设计此链路主要用于传输广电网络在运行过程中的业务信号。通常情况下，可以将光线路终端（EPON OLT）设备，采用下沉式安装方法，集成在FTTH机房中。同时，在机房中设置联结卡板，将接收的信号进行汇聚，汇聚后的信号可以通过光纤通信接口和业务接口等，进行信号的汇聚，汇聚后的信号将通过多个PON端口进行光纤网络的调节。调节过程如下计算公式所示。

公式（1）中：χ表示光纤网络的调节处理系数；δ表示信号输入特征；K表示接收信号；β表示信号汇聚方式；ω表示信号放大倍数；M表示信号分路。在上述内容的基础上，考虑到光纤通信链路在传输广电网络信号时可能存在损耗，对应的损耗包括链路自身损耗、活动接头转接传输损耗、线路熔接行为发生的损耗、预留传输损耗以及分光器插入损耗等。上述损耗中，除了预留传输损耗属于不可控损耗，其他损耗均为可控损耗，可以在设计链路中结合网络光纤传输的实际情况，进行不同节点损耗量的计算，分析损耗量对应的损耗类型，通过此种方式，降低信号在传输中的损耗。

4 光纤敷设与分光器综合部署

上述设计完成后，就进行农村广电网络改造工作中的光纤敷设与分光器综合部署。在进行光纤敷设时，应明确光纤接入模式的选取是FTTH技术改造中的一个重要环节，在用户接入地区，可以根据区域内的整体网络条件与网线规划条件，直接将光纤进行接入设计。按照有关技术标准，网络接入中可按照现有的光纤到大楼/光纤到路边（FTTB/FTTC）服务模式，通过交互上联与分前端交互网关，将其与接入交换机进行相连，通过光传送网（optical transport network，OTN）对接入到广电中心的交互核心路由进行集群处理。通过此种方式接入的光纤，可以确保所有拨号和上连业务都被集中在一个宽带接入交换机中，在此基础上通过万兆链路连接到广播中心的宽带核心汇流交换器与宽带接入服务器（Broadband Remote Access Server，BRAS），执行对应的广播信号传输与通信业务。

完成光纤敷设后，进行分光器的综合部署，在此过程中应明确分光器是无源光网中的被动设备，在部署时无须考虑电力供应问题。但在改造工程中，为了控制成本和方便后续维护，尽量将不同的网络节点置于同一物理空间或箱体中（通常置于光缆交接盒和纤维分离盒内），分光器的分光比例由设计用户数量和负荷容量来决定。

考虑到广电网络的互动点播服务仅作为信号传输功能，并不占用带宽，因此，在进行分光器综合部署时，首要问题是宽带用户带宽处理。当前工程中PON最大带宽理论上是1.25 G，为此在100 M带宽范围内的用户，使用一级光分器，便可以有效保证用户的使用体验。按照上述方式，进行光纤敷设与分光器综合部署，以此完成对农村广电网络的集中改造设计。

5 改造效果

本文通过上述研究，完成了基于FTTH的农村广电网络改造方法设计，为实现对试点地区改造效果的检验，下述从多个角度对改造后综合效果的分析。

为助力农村地区经济的建设与发展，所选的试点地区在2021年便开展了三网融合工作，有关单位也在此次工作中提出了针对试点地区的“光纤通信网络改造建议方案”，为落实此项工作，广电公司进行了FTTH的大规模部署，在一段时间后，FTTH的建设达到了一个庞大的规模。同时，随着双向接入方面政策的落实，交互式网络电视（IPTV）和互联网应用服务（OTT）等全新的业务模式也在市场内逐步推广，特别是IPTV，联通和电信公司已经基本完成了对广电网络建设中相关设备的集中采购工作，并开始了全面的农村用户普及推广。但根据阶段性工作的实施进展可知，现有的工作在实施中并未能取得显著性的成果，即现行的广电网络改造方案在实施中的效果较差。为解决此方面问题，优化广电网络改造效果，以某农村试点地区为例，对此项工作的实施展开详细的设计研究。改造前，需要根据改造地区的实际情况，进行设备的设计优化选型，为改造工作的实施提供全面的支撑。为确保部署的FTTH箱可以在实际应用中发挥预期的效能，可在布置过程中，在箱内增设插片式光分路器，使用4个5孔的插座进行电源的连通设计。如果设计中出现终端用户数量增加的现象，可以在插座上增加供电装置的方式，解决端口不足的问题。通过上述方式，完成广电网络改造前的准备工作。在上述内容的基础上，使用本文设计的方法进行广电网络改造。改造过程中，先进行农村广电FTTH网络模式的优选，结合用户在地区的分布情况进行网络拓扑结构规划，设计光纤通信链路，按照标准进行光纤敷设与分光器综合部署。

完成上述设计后，将改造后的农村广电网络带宽作为评价本文设计方法可行性的关键指标之一，带宽是用于标识或描述信号传输能力、单位时间内链路安全通过数据量的指标。对带宽的计算可用下述计算公式表示。

公式（2）中：k表示农村广电网络带宽，计算单位为Mbps；c表示光纤通信过程中总线端数据的有效传输频率；h表示光纤通信数据的总线位数。按照上述公式，进行农村广电网络在传输信号时的带宽，对比改造前与改造后带宽的变化情况，将对比实验结果绘制成曲线，如图3所示。

在图2中，实线表示改造后农村广电网络带宽；虚线表示改造前农村广电网络带宽。从上述图2中两条曲线的变化趋势可以看出，改造后，农村广电网络带宽的变化稳定在100 Mbps以上，而改造前农村广电网络带宽的变化稳定在50～90 Mbps，证明在完成广电网络改造后，网络带宽显著提升。

图2 改造前与改造后农村广电网络带宽

在上述内容的基础上，将改造后的广电网络投入试点农村地区推广使用，经过半年的时间，该地区内约有800个用户安装了设计推广成果，安装率达到全地区的36%以上，预期在后续时间内，将有更多的用户安装此次设计成果。同时，根据已安装用户的反馈可知，宽带的故障率极低，几乎未在使用中出现异常掉线或断线的问题。综上所述，此次设计的基于FTTH的广电网络改造方法在实际应用中的效果良好，可以有效解决由于带宽不足造成的网络延时和运行效率低等方面的问题。

6 结语

本文通过选择农村广电FTTH网络模式、网络拓扑结构规划、光纤通信链路设计、光纤敷设与分光器综合部署，完成了基于FTTH的农村广电网络改造方法设计。该方法在经过检验后，证明可以起到提高广电网络带宽的作用，可以提高广电网络服务品质与综合水平。