“高性能光纖到戶接入網(wǎng)
終極接入方案”
FTTH概述
眾所周知，基于PON技術(shù)的FTTH接入方案是寬帶及多重業(yè)務(wù)接入的終極方案，具備如下幾個(gè)重要特性：
1） 損耗小，可以構(gòu)建戶外無源光網(wǎng)絡(luò)，不需要供電及中間機(jī)房 ，極大降低維護(hù)工作量成本；
2） 幾乎具備無限的帶寬，光纖是迄今世界上最好且最便宜的信息傳輸介質(zhì)；
3） 網(wǎng)絡(luò)可靠性、安全性大大提高；
4） 光纜壽命長(zhǎng)達(dá)20年以上，全光網(wǎng)絡(luò)比光電混合網(wǎng)壽命長(zhǎng)的多；
5） 具備最低的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，具備最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)性能，可以在一根光纖上提供多重業(yè)務(wù)。
隨著PON網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品及大功率光放大技術(shù)產(chǎn)品的不斷成熟與演進(jìn)，在PON網(wǎng)絡(luò)上共建一張1550nm視頻廣播網(wǎng)的FTTH技術(shù)方案具備大規(guī)模化推廣的基礎(chǔ)，成為廣電運(yùn)營(yíng)商在三網(wǎng)融合大潮中取得立足之地的有力武器。
國(guó)際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)組織ITU將1550 ~ 1560nm波段定義給視頻廣播傳輸?shù)挠芯€電視使用，G/EPON的上行使用1310nm波長(zhǎng)，下行使用1490nm波長(zhǎng)，10G EPON的上行使用1270nm波長(zhǎng)，下行使用1577nm波長(zhǎng)，G/EPON和10G EPON波長(zhǎng)錯(cuò)開使得二者可以共存，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平滑升級(jí)，保護(hù)原有投資。
圖一和圖二展出了兩種典型的FTTH網(wǎng)絡(luò)接入方式，圖一展出的是單纖接入方案，圖二展出的是雙纖接入方案。
圖一 FTTH單纖接入方案
圖二 FTTH雙纖接入方案
在圖一中，PON數(shù)據(jù)光波和電視廣播通道波長(zhǎng)在分前端通過WDM復(fù)用到一根光纖向下傳輸，該方案可以節(jié)省分前端到下面各一級(jí)交接箱（一般位于小區(qū)中心或村中心）之間線路上大量光纖，但是，該方案存在不容回避的廣播通道光波和數(shù)據(jù)通道光波相互干擾的問題，下面進(jìn)行詳細(xì)闡述。
首先，兩種光波之間的線性干擾（相互串?dāng)_）需要使用隔離度充分的WDM來解決，由于廣播通道波長(zhǎng)光功率明顯高于數(shù)據(jù)通道波長(zhǎng)光功率，線性干擾主要是下行廣播1550nm波長(zhǎng)對(duì)下行1490nm數(shù)據(jù)波長(zhǎng)的串?dāng)_，由于廣播電視信號(hào)頻譜與PON基帶數(shù)據(jù)信號(hào)頻譜有很大一段重疊區(qū)間，這種串?dāng)_會(huì)破壞數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪M(jìn)行，導(dǎo)致接受靈敏度損失，經(jīng)對(duì)系統(tǒng)嚴(yán)密計(jì)算，在WDM的1490波長(zhǎng)端口，對(duì)1550nm波長(zhǎng)的隔離應(yīng)達(dá)到35dB以上，數(shù)據(jù)波長(zhǎng)接收的靈敏度損失可以控制在0.3dB以內(nèi)。
其次，更挑戰(zhàn)的是兩種光波之間的非線性干擾。由于廣播通道大功率光放大器的使用，使光纖中出現(xiàn)受激拉曼效應(yīng)，短波長(zhǎng)能量向長(zhǎng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移，那么下行數(shù)據(jù)光波（1490nm）的部分能量將轉(zhuǎn)移到下行廣播光波（1550nm）上，損傷廣播電視信號(hào)，這種損傷主要集中在150MHz以下的頻譜內(nèi)，目前已經(jīng)有相應(yīng)的措施。
在圖二中，PON數(shù)據(jù)光波和廣播電視光波在各自獨(dú)立的光纖中傳輸，信號(hào)互不干擾，而且在終端不需要WDM器件，終端成本低，當(dāng)然，對(duì)比單纖入戶模式，分前端機(jī)房到一級(jí)機(jī)房的光纖數(shù)量成倍增加。不得不說的是，上面雖然說明克服拉曼干擾有辦法，但是升級(jí)到10G EPON，情況就截然不同了，由于10G EPON下行采用1577nm波長(zhǎng)，拉曼干擾將新增1490nm波長(zhǎng)對(duì)1577nm的干擾，1550nm波長(zhǎng)對(duì)1577nm波長(zhǎng)的干擾，迄今為止，國(guó)內(nèi)外未有相關(guān)文獻(xiàn)研究這個(gè)問題，我們會(huì)繼續(xù)深入研究?？偟膩碚f，就建設(shè)最好的網(wǎng)絡(luò)性能及平滑升級(jí)角度來看，大家應(yīng)當(dāng)首選雙纖入戶方案。
總結(jié)
在一纖三波終端成本下降之前，推薦采用雙纖三波的方案，雖然會(huì)帶來主干光纜、配線光纜、引入光纜、分路器、人工熔接成本的增長(zhǎng)，但戶均ODN增加的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一纖三波終端高出的成本。目前，雙纖三波一定是一步到位，網(wǎng)絡(luò)最先進(jìn)，可靠性最高，性價(jià)比最高的FTTH解決方案。因此，新建小區(qū)推薦采用雙纖三波方式實(shí)現(xiàn)FTTH建網(wǎng)。此白皮書的解決方案按照雙纖三波的方式闡述。
在FTTB模式下， IPQAM和IPTV的VOD點(diǎn)播各具特色， 采用1550nm直調(diào)插播技術(shù)承載IPQAM進(jìn)行VOD點(diǎn)播的方案獲得廣泛的應(yīng)用。進(jìn)入FTTH時(shí)代，IPQAM仍可以作為一種優(yōu)秀的技術(shù)承載互動(dòng)電視點(diǎn)播繼續(xù)發(fā)揮其作用。本章闡述FTTH下IPQAM網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的靈活性。
對(duì)于城網(wǎng)，用戶分布比較密集，分前端機(jī)房到用戶一般10到20公里就可以全部覆蓋，這種情況下IPQAM設(shè)備及1550直調(diào)機(jī)可以置于分前端機(jī)房，剛好PON設(shè)備也有20km傳輸距離限制，兩種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以集中放置在分前端機(jī)房，網(wǎng)絡(luò)融合性很好。這種情況下對(duì)于1550nm直調(diào)機(jī)來說，“電混合”插播和“光混合”插播兩種都可以選擇，從安裝調(diào)試的簡(jiǎn)單易操作首推“電混合”插播方案。
對(duì)于覆蓋縣—鄉(xiāng)—村的農(nóng)網(wǎng)，用戶分散、傳輸距離遠(yuǎn)，往往超過20公里的傳輸距離，隨著雙向化及互動(dòng)點(diǎn)播業(yè)務(wù)的開展，運(yùn)營(yíng)商需要新建機(jī)房放置PON局端設(shè)備，滿足20km傳輸距離限制要求，但為了將IPQAM設(shè)備進(jìn)行集中管理及配置節(jié)省成本，可以將IPQAM設(shè)備及1550nm直調(diào)發(fā)射機(jī)放置于上一級(jí)機(jī)房，這樣1550nm直調(diào)發(fā)射機(jī)的覆蓋距離很可能達(dá)30~50km，在這種情形下由于1550nm直調(diào)傳輸?shù)纳⑿?yīng)，“電混合”插播方式的指標(biāo)劣化較大，一般的1550nm直調(diào)發(fā)射機(jī)難以勝任，而一般可用于點(diǎn)播的頻點(diǎn)為20幾個(gè)，此時(shí)采用“光混合”插播方案是很容易實(shí)現(xiàn)的，甚至傳輸80km都沒有問題。
表一 廣播通道最低接收光功率需求
鏈路：TX + 4級(jí)EDFA + RX，EDFA輸入+5dBm
接收機(jī)input noise current = 4 pA/√Hz
OMI：光調(diào)制指數(shù)
隨著數(shù)字電視的普及，傳統(tǒng)的模擬電視傳輸即將退出歷史舞臺(tái)，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)按全部數(shù)字電視和少量模擬加大量數(shù)字電視兩種模型計(jì)算，表一列出在47~862Mz全頻帶內(nèi)傳輸99個(gè)頻點(diǎn)的鏈路性能及對(duì)最低接收光功率的需求。為了使系統(tǒng)達(dá)到性能優(yōu)異及運(yùn)行可靠，在做系統(tǒng)光功率預(yù)算時(shí)需要預(yù)留2~3dB余量，在全數(shù)字傳輸時(shí)，最低接收光功率可以設(shè)計(jì)到-11dBm，分前端的大功率光放大器每端口輸出22dBm，廣播電視光通道損耗預(yù)算可達(dá)33dB。ONU的靈敏度為-27dBm，OLT發(fā)射光+2dBm，數(shù)據(jù)傳輸光通道損耗預(yù)算為26dB。表二是根據(jù)選定參數(shù)計(jì)算分光比和接入距離的典型計(jì)算。
※光纖衰減按0.36dB/km@1310，0.22dB/km@1550
表二 光纖典型接入距離計(jì)算
顯然，對(duì)于廣播電視光通道而言，大功率光放大器每模塊采用22dBm輸出規(guī)格，覆蓋256個(gè)光節(jié)點(diǎn)的典型設(shè)計(jì)，可以滿足系統(tǒng)滿負(fù)荷傳輸，而且系統(tǒng)余量充足。雖然當(dāng)前部分地區(qū)860MHz未用滿，且256-QAM的高階調(diào)制頻點(diǎn)用的不多，但隨著未來3D、4K甚至8K超高清電視需求的滿足，860MHz頻帶資源必然會(huì)不夠，系統(tǒng)會(huì)滿負(fù)荷運(yùn)行，那么在前期網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)需要按滿負(fù)荷狀態(tài)實(shí)施。
當(dāng)前，F(xiàn)TTH模式下860MHz的DVB-C系統(tǒng)可以傳輸99個(gè)256QAM頻點(diǎn)，折合視頻數(shù)據(jù)傳輸帶寬達(dá)5.44Gbps ，而且系統(tǒng)傳輸潛力未來還可以大力挖掘，傳輸頻帶可以較容易擴(kuò)展到3GHz甚至以上，比如在950MHz ~ 2200MHz頻帶傳輸25個(gè)頻點(diǎn)的DVB-S衛(wèi)星電視信號(hào)，每個(gè)DVB-S頻點(diǎn)采用8-PSK調(diào)制，可以傳輸100Mbps左右數(shù)據(jù)流，那么25個(gè) 頻點(diǎn)可以傳輸2.5Gbps數(shù)據(jù)流，因此FTTH下1550nm的CATV廣播網(wǎng)可以較容易將高達(dá)5Gbps、8Gbps甚至10Gbps的視頻廣播傳送給千家萬(wàn)戶，因此FTTH下1550nm有線電視廣播網(wǎng)仍然具備巨大的優(yōu)勢(shì)，是傳輸視頻的不二選擇。
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