广电FTTH 建设方案探讨

邓海力

（江苏有线苏州分公司公众客户部，江苏 苏州 215031）

0 引言

广播电视网络公司作为“党媒、政网、民屏”，是国家重要的信息基础设施，是构建数字中国和网络强国的重要战略性资源。近年来，各地广电网络公司加强“智慧广电”探索，主动融入地方经济社会文化建设，拓展行业综合信息服务和智能化应用等新业态，不断提升广电网络传播能力、服务能力和创新能力。从技术层面看，广电网络不仅要开展基本的数字电视业务、宽带上网业务，还要能承载高清、4K 超高清、8K 超高清、高清视频监控及在线游戏等大流量业务。因此，构建更大承载能力网络、为用户提供更大带宽，是巩固用户、保证用户体验的必须手段。

传统电信运营商通过采用光纤到户（Fibre To The Home，FTTH）技术方案，打出“电视免费看”的宣传口号，以捆绑销售模式争夺有线视频用户，巩固其数据宽带市场、增加数据业务营收。对此，有线运营商必须大力发展和推动双向业务，尤其是数据宽带业务，以此满足用户日益增长的数据宽带需求，最终达到留住和扩大有线电视用户的目的。

相对传统的同轴电缆而言，光缆网络造价已大幅度降低，故障低、使用寿命长，且没有电缆传输的诸多问题和不足，如户外网络设备供电问题，均衡、干扰问题，长距离传输问题等，并且光纤传输具有高带宽的特点。因此，采用以光缆为主体的FTTH技术方案进行网络建设，成为广电运营商的必然选择。

1 广电FTTH 系统架构及组网方案

广电FTTH 系统主要分为广播电视通道[数字视频广播（Digital Video Broadcast，DVB）网络]和数据通道[网际互连协议（Internet Protocol，IP）网络]两个部分。

1.1 广播电视通道（DVB）部分

广电FTTH 系统的电视通道（用于传输DVB 数字电视信号）采用1 550 nm 传输技术组建。

1 550 nm 传输系统是广电网络支持点对多点广播式覆盖、实现光纤进家庭的根本基础，是DVB数字广播电视信号的载体。相对于1 310 nm 而言，1 550 nm 射频光传输系统具有以下几方面的优势。第一，1 550 nm 光信号传输损耗小，其在普通G.652光纤的传输损耗小于0.25 dBm·km-1，适合较长距离的传输。第二，1 550 nm 光信号易于放大。现有的光放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier，EDFA）可轻松将源于1 550 nm 光发射器的光信号放大，而且可以多级放大。光放大器对有线电视传统的组合三次差拍比和组合二次差拍比指标影响很小，适合我国有线网络的发展特点。第三，目前投入商用的1 550 nm 光发、光放器件均已实现国产替代，单位光功率的成本已经大大降低。结合光分路器的使用，可以实现光信号的灵活分配，从而实现覆盖千家万户。第四，有线电视FTTH 网络一般只需配置少量的1 550 nm 光发射机[1]，因此机房的配线管理系统非常简单，系统备份简单可靠，易于达到广电级别的安全播出要求，也可以省下一笔电费。

在新形势下，随着“光进铜退”趋势不断发展，每个光节点覆盖用户数愈来愈少，光节点数量成倍增加。目前成熟的1 550 nm 设备具有成本低、网络维护方便、组网灵活等诸多优点，使得用1 550 nm技术建设有线广播电视网络的思路日益清晰，逐渐成为国际、国内建网趋势。

1.2 数据通道（IP 网）部分

广电FTTH系统的数据通道（IP网部分）采用以太网无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON）技术进行组网。EPON 因具备以下优点而被广电FTTH 所首选。

EPON 与以太网的兼容性高，这是EPON 最主要的优势。众所周知，以太网技术是当前最为成熟的宽带网组网技术，采用的标准是电气与电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE） 802.3 标准；而EPON 的标准是IEEE 802.3 ah，该标准将以太网和物理层的无源光网络（Passive Optical Network，PON）技术相结合，定义了一种新的光接口规范和扩展的以太网数据链路层协议，以实现点到多点的以太网帧时分复用（Time Division Multiplex，TDM）接入[2]。由此可见，后者只是对前者做了一定补充，因而是完全兼容的。

EPON 网络覆盖能力强，适合高带宽、较长距离的双向传输，适合构建属地（如乡镇、街道）接入网。EPON 的下行信道采用百兆/千兆的广播方式，上行信道采用时分复用的百兆/千兆信道，由用户共享，目前最高可以提供上下行对称的1.25 Gb·s-1带宽，带宽利用率很高[3]。

EPON 网络层次简洁，组网成本低。EPON 是一种点到多点网络，与传统的有线电视网络结构天然契合，组网十分灵活、扩展性强。EPON 相关的设备器材均已完全实现国产替代，核心技术不受限制。另外，EPON 属于无源网络，从局端到终端之间的传输网络无须供电，网络可靠性好，故障少，用户体验好，也意味着网络维护成本的降低（相对于传统的电缆网）。

1.3 典型的广电FTTH 网络架构

以下介绍两类典型的广电FTTH 组网方案，即单纤三波FTTH 组网方案和双纤三波FTTH 组网方案。

1.3.1 单纤三波FTTH 组网方案

图1 为采用单纤三波模式的广电FTTH 组网方案框图。这种组网方案的要点是：采用波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM） 技术，在分前端或小区机房将EPON 数据信号（下行1 490 nm、上行1 310 nm）和1 550 nm 电视信号通过合波器进行合波、在光网络终端（Optical Network Terminal，ONT）中加入分波器进行分波，使单向电视信号和双向数据信号在光分配网络（Optical Distribution Network，ODN）中只需用单芯光纤进行传输，ODN 只有一套[4]。

图1 广电单纤三波FTTH 接入方案框图

1.3.2 双纤三波FTTH 组网方案

图2 为采用双纤三波模式的广电FTTH 组网方案框图。这种组网方案的要点是：在ODN 网络中，1 550 nm 电视信号和EPON 数据信号在两根不同的光缆纤芯中传输，物理通道相互独立，互不影响，需要两套独立的ODN。

图2 广电双纤三波FTTH 接入方案框图

1.4 组网方案的选择

对于第一种方案（单纤三波方式），ONT 中需增加隔离度在35 dB 以上的三窗口分波器，导致每个终端的成本明显高于双纤三波方案终端设备[5]；光缆材料成本及相应增加的施工成本差别已经很小，光纤资源已不再非常紧张，主干光缆使用寿命远长于业务终端设备，故广电建设资金应转化为“资产”即纤芯和干路资源，而不是变成“流动资产”的业务端设备。

综上，目前广电网络建设以双纤三波FTTH 组网方案为主。

2 FTTH 网络设计与部署

2.1 FTTH 网络承载业务类型分析

广电FTTH 网络需要承载的业务大致可以分为以下六大类。不同业务类型采用不同的虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN）为用户提供服务。第一类是直（广）播类电视业务，包括标清电视、高清电视；第二类是视频点播业务，用户按照各自需要进行视音频流点对点的播放，由用户决定节目的开始和结束，视频点播支持快进、快退、暂停等操作；第三类是时移回看电视业务，用户通过电子节目单选择播放某一时段的电视节目，同时能实现视频流的暂停、后退，也能快进追赶到直播信号。第四类是数据业务，即宽带互联网；第五类是语音业务，包括可视电话、基本语音；第六类是其他增值业务，如智慧城市、智能社区、智能家居、视频监控、视频会议以及远程抄表（水、电、气等）等。

2.2 FTTH 网元设置

2.2.1 OLT 及EDFA 部署

光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）的部署应充分利用现有机房设施，设置在分机房或小区设备机房。实施FTTH 项目时，应根据用户覆盖分布各管道路由情况，灵活掌握，城市服务半径宜在2 ～5 km，乡镇及农村网络的服务半径在8 ～10 km。

2.2.2 入户终端设备的设置

光纤入户后，应安装包含入户光机和光网络单元（Optical Network Unit，ONU）在内的二合一ONU设备。考虑到家庭户内分配箱对无线信号的屏蔽，一般不建议使用附带Wi-Fi 功能的光终端设备。终端设备的安装应根据住宅内部的安装条件和用户要求，选择合适的安装位置，尽量安装在与用户家庭布线系统汇聚点处，应避免安装在潮湿、高温、有强磁场干扰源的地方。

终端设备安装位置应有220 V 交流电源，电源应有接地保护，电源插座应选用三眼插座。如果有预埋箱体（综合信息箱），则箱内必须引入220 V 电源，保证有足够的空间进行光纤熔接和安装，且有光终端、分配器等器件的安装位置。

2.3 ODN 网络设计

2.3.1 广电FTTH 光网络结构分析

图3 为典型的广电FTTH 网络结构（双纤三波）示意图。以下重点对ODN 分光结构进行分析。

图3 广电FTTH 网络结构（双纤三波）示意图

初期广覆盖时，EPON 系统采用二级分光、偶数光分路（1 ∶4 ∶16，总分光比为1 ∶64）模式设计，分散安装。OLT 设备的每个无源光网络（Passive Optical Network，PON）口带宽均为1 Gb·s-1，每户静态带宽约15 Mb·s-1。EPON 系统第一级光分比为1 ∶4，第二级光分比为1 ∶16。1 550 nm 采用三级分光，1 550 nm 系统第一级分光比为1 ∶2，第二级分光比为1 ∶8，第三级分光比为1 ∶16。1 550 nm 系统总分路比为1 ∶256，1 ∶2 光分路器部署在分机房或小区机房中，1 ∶8 光分路器部署在小区光交接箱中，1 ∶16 光分路器部署在分纤箱中。用户终端为光接收机和ONU。用户级光放大器输出功率为22 dBmW。

随着业务的开展，每个PON 口的数据流量达到80%负荷的时候则需要进行拆分，可按总分比为1 ∶32 和1 ∶16 等方式进行收敛。1 ∶2 和1 ∶4 光分路器采用19 英寸机架式，固定安装在标准机柜中，输入输出采用活动式连接头（1 550 nm系统采用优质SC/APC 型接头，EPON 系统采用优质SC/PC 型）；1 ∶8 或1 ∶16 光分路器采用盒式或插片式光分路器，输入输出采用活动式连接头FC/APC 或SC/APC。

2.3.2 FTTH 光链路损耗与光功率设计

FTTH 光链路总损耗主要包括光纤损耗、活动连接器（法兰）插入衰减以及光分路器的分光损耗（或称插入损耗）。设计时必须控制总损耗，使其符合FTTH 系统传输设备OLT、1 550 nm 光放大器和光终端（ONU+光接收机）的光功率预算要求。

FTTH 光链路总损耗计算公式为光链路损耗=纤芯长度损耗+熔接损耗+活动接头损耗+设备插损+系统预留损耗。

不同波长的光纤损耗数据如下：1 310 nm 波长时0.35 dB·km-1，1 490 nm 波长时0.30 dB·km-1，1 550 nm 波长时0.25 dB·km-1；光活动连接器（法兰）插入衰减为每个0.5 dB；光分路器插入损耗如表1所示。光链路富余度（预留）按1 dB 考虑。

表1 光分路器插入衰减等参考值

2.3.2.1 广播电视链路的光功率设计

用于传输电视信号的EDFA 一般设置在靠近用户区域的分机房中。EDFA 的输出光功率一般选择性价比最高的22 dBmW 规格。光节点光接收机最低输入光功率设计要求控制在-12 dBmW 以上。EDFA 至用户终端之间的光路总损耗应控制在33 dB 内，其中分光损耗应控制在28 dB 以内，光缆损耗2 dB、活动连接器损耗2 dB，系统预留1 dB。

2.3.2.2 EPON 链路的光功率设计

EPON 前 端OLT 发 射 功 率（1 490 nm）范围为+2 ～+7 dBmW，中间值为4.5 dBmW；OLT 接收光功率控制在-26 ～-22 dBmW，中间值为-24 dBmW。

EPON 终端ONU 上行发射（1 310 nm）光功率范围为0 ～+4 dBmW，中间值为+2 dBmW；ONU接收光功率应控制在-25 ～-19 dBmW，中间值为-22 dBmW。

根据以上数据，可以推算出EPON 通道的光链路损耗应在27 dB 左右，其中分光损耗控制在21 dB以内，光纤损耗控制在3 dB 以内、活动连接器损耗2 dB，预留1 dB。

2.4 FTTH 入户线路设计

FTTH 线路入户时，单元楼道分纤箱应设置在中间楼层或覆盖用户的中间位置，每个单元楼道分纤箱覆盖用户数不应超过16 户（常规用法有8 户和16 户两种）。

入户光缆应采用蝶形光缆（2 芯），设计时根据现场环境条件选择合适的光缆。为了方便施工和节约投资，多层住宅、高层住宅、商业楼宇应采用室内型蝶形光缆，别墅小区、乡镇及农网应采用室外型自承式蝶形光缆。

工程设计时入户皮线光缆颜色可考虑选用白色、黑色或黄色，宜与布放环境的颜色相近。室外皮线光缆颜色应尽量选择黑色。为避免入户光缆过长引起断纤，楼内入户光缆跨度设计原则上不超过50 m，乡镇及农网等野外环境原则上不超过150 m，个别特殊情况不超过200 m。

入户光缆进入用户住宅，应尽量终结在家庭综合信息箱内。箱内的220 V 电源线布放应尽量靠边，电源线不得做接头，电源线缆的金属部分不得外露，通电前必须检查线路是否安装完毕，以防发生触电等事故。

3 结语

当前，广播电视行业已经进入有线+5G、4K、8K 一体化融合发展时代，智慧广电产业方兴未艾。如何巩固存量优势，突破发展瓶颈，是每一个广电网络从业人员需要深度思考的问题。做好FTTH 接入网改造和建设，全面提升广电基础网络品质，是广电网络行业不忘初心、坚持社会效益和经济效益两手抓、两手都要硬的必由之路。