温天鹏
中国移动通信集团广东有限公司肇庆分公司 广东肇庆 526000
摘要：由于GPON（千兆比特容量无源光网络）技术具有高带宽、组网灵活、可提供全业务服务、覆盖范围广、成本低、维护方便、可靠性高等优势，使其成为电信运营商宽带接入网的主流技术。本文介绍了选择GPON技术的背景，并就其传输原理、组网方法进行了分析，并结合工程案例讨论了GPON技术的应用。
关键词：GPON；传输；组网
引言
GPON（Gigabit-Capable Passive Optical Network）即千兆比特容量无源光网络，是由FSAN组织提出并标准化的一种无源光网络（PON）技术。PON采用光分路器分路，与有源光网络（AON）相比不使用有源电子设备，所以成本较低，维护较为方便，而且不受雷电和电磁干扰的影响，传输带宽，覆盖范围广，对于电信运营商业务拓展具有战略价值，尤其随着铜价的不断上涨，“光进铜退”已成不可逆之势。PON包含多种技术，目前主流技术有EPON（Ethernet Passive Optical Network）和GPON两种。EPON是以太网无源光网络，可以平滑兼容现有以太网，由于沿袭了以太网的数据封装技术，存在着先天的不足，例如编码效率只有80%，带宽利用率仅为73%，而GPON编码效率可以达到100%，带宽利用率为94%；此外，EPON下行速率仅及GPON一半（1.25Gb/s），而GPON采用上下行非对称传输方式，上行速率为1.244 Gb/s，下行速率可达到2.488 Gb/s；在分光性能和逻辑传输距离上，EPON也远不及GPON；安全性能上，EPON缺乏有效的安全机制，下行容易受到窃听和篡改，而GPON采用AES加密机制，可有效防范网络攻击[1]。中国电信和中国联通开始都以EPON为主，但现在也开始转向GPON，而中国移动作为宽带业务的后起之秀一直主攻GPON。可见，GPON代表了PON技术的未来。因此，本文对GPON技术的传输原理与组网方法进行了研究。
1 GPON技术的传输原理
1.1 GPON组成与系统结构
与其他PON类似，GPON也是由OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）、ONU（Optical Network Unit，光网络单元）和ODN（Optical Distribution Network，光分配网）三部分组成。OLT位于局端（中心控制机房），通过与数据通信设备、话音网、IP等相连，为数据网、电话网、电视网融为一体提供接口。ONU为用户侧的数据、视频、语音等服务提供接口，是GPON与终端用户连接的“桥梁”以及光信号与电信号转换的“枢纽”。ODN用于在OLT与ONU之间建立光传输的通道，主要由光纤、光合器、分光器等组成，能使光信号耦合和光功率再分配。GPON系统结构如图1所示。
1.2 GPON的传输原理
GPON上下行数据传输都使用同一根光纤，它所使用的技术叫做WDM技术，上、下行分别采用波长1310nm和1490nm两个窗口[2]。为分离上、下行数据流，利用了ODN点对多点的结构，并分别利用了不同的通信方式。从OLT到ONU的下行通信为广播通信方式，数据信息由OLT经过分光器到达各个ONU，经过ONU过滤，用户得到的是专属于自己数据的信息（通过MAC地址过滤）。而从ONU到OLT的上行通信为TDMA通讯方式，OLT为各个ONU分配了它们各自所属的上行时隙，从而避免了各个ONU上行通信时争夺时隙所发生的冲突。由于GPON采用GFP封装协议，不仅传输效率极高，而且业务传输质量（QoS）更有保障。
2 GPON技术的组网方法
2.1 GPON的组网模式
GPON的组网模式分为FTTB、FTTH和FTTC等。FTTB即主干光纤到楼或楼道，一套ONU有多个端口并被多个用户共享。楼道端采用LAN或DSL类型的ONU，经过五类线或双绞线电缆入户，并为用户提供多种类型的业务，其组网方式灵活经济。FTTH模式光纤直接到用户家中，每户独享1套家庭网关型ONU，一根光纤即可实现三网功能；1套ONU可提供30M带宽，这种模式建设成本较高，主要用于新建小区，以实现多种通信业务的接入。FTTC模式光纤布置到路边的交接箱内，由于ONU距离用户较远，一般经过DSL线入户，这种模式常用于已敷设铜线区域或楼道内无法设置ONU的情况。
2.2 GPON的组网方法
GPON常见组网方法有星型、树型、总线型等，如图2所示。星型组网配置成点到点结构，所有ONU都不经分光器而由专用链路与OLT连接，特点是信号损耗极低，传输距离很远，但光纤消耗也较大，实际应用不多。树型组网配置成点到多点结构，经过多级分配到用户端，上行则将信号汇聚以后传输到OLT，本地网一般采用一级分光或二级分光方式。总线型拓扑结构其实是OLT与分配点结合，分配点至ONU仍为星型结构，这种组网方法常用于监控系统中。
3 GPON技术组网应用
3.1 FTTB组网模式应用
某新建商住综合小区接入网采用GPON接入，该小区共有20余栋高层住宅楼，距该小区不足3km处有运营商的数据机房，里面有1套城域网传输设备，但没有OLT。本次工程只对其中6栋楼若干单元用户建设GPON接入网，由于该小区一次性投资规模较为有限，加上其他运营商也参与了该小区GPON接入网建设，出于竞争性考虑决定采用了FTTB接入方式。组网方案是在附近数据机房内新增1套OLT设备（华为MA5680T），OLT与城域网通过GE口联接，然后敷设12芯光缆到小区，并在1号楼配置一级分光器（分光比1：32），再由分光器接至各栋楼每个单元的ONU（MDU型），ONU到用户端采用ADSL2接入。经过链路损耗计算，光损耗远低于25dB，可以满足GPON系统接入要求。经过带宽预测，OLT上联GE链路完全可以满足该小区普通宽带用户的接入需求，如果用户数量增加，通过增加OLT上联GE/FE口数量来解决。
3.2 FTTH组网模式应用
FTTH是目前解决接入网带宽瓶颈的最有效方案，用户宽带业务可通过ONU接入城域网，而语音业务则通过IAD接入NGN平台，现以某小区GPON接入为例说明。该小区有15栋多层住宅楼，合计约500户。GPON系统方案配置如图3所示。本工程光缆敷设主要包括主干光缆、配线光缆、分光器等几部分，分光器（OBD）设在小区新建光交箱及光纤到户箱内。根据小区建筑分布、用户数量等情况，配置42个1：4分光器，分光器分路比都采用1：64，可算出上行主干光纤采用12芯光缆，分光点下行至ONU的配线光缆采用4芯光缆。OLT布置在附近接入机房内，ONU则设在用户多媒体箱内。整个工程光缆用量为：24芯光缆1.2km，12芯光缆1km，6芯光缆0.6km，4芯光缆2.4km，总造价约10万元，户均200元。
4 结语
随着各种数据应用及对宽带带宽需求的增长，GPON接入网迎来了良好的发展机遇。但是GPON技术对于许多通信人员仍属于新鲜事物，尤其是GPON技术和设备具有一定的复杂性，因此本文对GPON技术进行了总结和概括，限于篇幅，在这样的短文内要讲清楚GPON技术的传输和组网绝非易事，难免有所不周，希望同业人员不吝斧正。
参考文献：
[1] 彭治湘.基于GPON的综合接入网研究及其工程实现[D].长沙：长沙理工大学，2012.
[2] 姚美菱，李明.GPON组网分析[J].邮电设计技术，2012（06）：60-63.
论文作者:温天鹏
论文发表刊物:《基层建设》2015年19期供稿
论文发表时间:2015/12/25
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