June 2013 Vol.7 No.3 Communication & Network Communication & Network Networking and Design on FTTH Technology Liu Gaozhong / Li Zhanzeng 光纤到户技术的组网与设计 刘高忠 / 李战增 （中国建筑设计研究院， 北京 100044） 摘 要 本 文 概 述 了 光 纤 到 户（FTTH）接 入 方 式 的 优 点，阐 述 了 基 于EPON（Ethernet Passive Optical Network 以太网无源光网络）的光纤到户方案的系统架构、传输原理，光配线网络（ODN） 基本结构、组网原则和模式。最后以工程实例介绍了基于EPON 技术的光线到户接入技术在住宅小 区中的应用。 关键词 光纤到户 以太网无源光网络 局端 光配线网络 光分路器 光网络单元 Abstract The paper summarizes the advantages of FTTH (fiber to the home) access mode , and expounds the system frame, transmission principle, the basic structure of optical distribution network (ODN), and networking principle and mode of FTTH based on Ethernet passive optical network (EPON). It introduces the application of FTTH technology based on EPON in residential districts by a project. Keywords fiber to the home (FTTH), Ethernet passive optical network (EPON), optical line terminal (OLT), optical distribution network (ODN), passive optical splitter (POS), optical network unit (ONU) 在 国 内 宽 带 接 入 市 场 上，ADSL 方 式 仍 是 主 流， 这是由成本和业务需求决定的。非对称数字用户环路 ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line ）技 术 是 电 信 运 营 商 利 用 原 有 的 铜 线 电 话 网 络 开 发 出 来 的 一种宽带接入技术，它采用频分复用技术把普通的电 话 线 分 成 电 话、上 行 和 下 行 三 个 相 对 独 立 的 信 道，即 一 条 电 话 线 可 同 时 打 电 话 并 进 行 数 据 传 输，两 者 互 不 影 响。ADSL 在 一 段 时 间 内 很 好 地 解 决 了 大 众 的 上 网 需 求。目 前，包 括 可 视 电 话、视 频 点 播、电 视 电 话 会 议、IPTV、网上游戏、远程教育和远程医疗等层出不穷 的新业务，对网络接入技术在传输带宽和传输距离等 方 面 提 出 了 更 高 的 要 求。ADSL 技 术 由 于 其 固 有 的 局 限 性，使 这 种 传 统 的 接 入 方 式 无 法 面 向 未 来。目 前， 具 有 可 提 供 全 业 务、高 速 率、远 距 离 传 输 等 诸 多 优 点 的光纤到户(FTTH) 接入成为宽带接入的最有效的解 决方案。 1 光纤到户的概念及其优点 1.1 光纤到户的概念 光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或 塑 料 制 成 的 纤 维 中 的 全 反 射 原 理 而 达 成 的 光 传 导 工 具。顾 名 思 义，光 纤 到 户FTTH (Fiber To The Home) 就是光纤直接到达用户，在端局和用户之间全程采用 光 纤 作 为 传 输 介 质，将 光 网 络 单 元(ONU) 安 装 在 用 户家中。这里的“户”包括狭义上的家庭，也包括小型 商业机构。 光纤到户有多种架构，其中主要有两种 ：一种是 点 到 点（P2P）的 拓 扑 形 式，即 从 局 端 到 每 个 用 户 都 用一根光纤 ；另外一种是采用点到多点（P2MP）拓扑 形 式 的 以 太 网 无 源 光 网 络（EPON）。采 用EPON 技 术 的光纤到户接入方式大大降低了光收发器的数量、光 纤 用 量 和 局 端 机 架 空 间，具 有 非 常 强 的 成 本 优 势，目 前 已 经 成 为 主 流。本 文 重 点 讨 论 了 采 用EPON 技 术 的 FTTH 接入方式。 1.2 FTTH 接入方式的优点 1）以 太 网 无 源 光 网 络（EPON）在 端 局 和 用 户 之 间 全 程 采 用 光 纤 作 为 传 输 介 质，而 且 中 间 不 需 要 电 源，因 此FTTH 接 入 方 式 不 仅 具 有 无 噪 声、无 辐 射、保 密性好和抗电磁干扰能力强的优点，而且放宽了对环 境条件和供电的要求，简化了维护和安装。 2）由 于 生 产 光 纤 的 材 料 是 大 自 然 中 含 量 丰 富 的 二 氧 化 硅，因 此 光 纤 是 一 种 绿 色 产 品，光 纤 价 格 随 着 时间的推移和技术的进步还会不断下降，光纤到户的 建设成本已经能够被市场所接受。铜缆的寿命一般为 智能建筑电气技术 77 

通讯与网络 2013 年 6 月 第 7 卷 第 3 期 10 年，而 光 纤 的 寿 命 可 以 达 到40 年，不 需 要 定 期 更 换 和 再 铺 设，因 此 从 长 远 来 看，光 纤 到 户 具 有 价 格 优 势。 3）光 纤 通 信 中 的 光 波 是 迄 今 为 止 使 用 频 率 最 高 的 载 波，其 传 输 容 量 也 是 最 高 的。一 根 光 纤 的 潜 在 带 宽 可 达20THz。光 纤 的 损 耗 极 低，在 光 波 长 为 1.55μm 附 近，石 英 光 纤 损 耗 可 低 于0.2dB/km，无 中 继 传 输 距 离 可 达 几 十、甚 至 上 百 公 里。因 此，FTTH 具有极高传输带宽和远距离传输的优点。 4）FTTH 可 以 实 现 电 话、数 据 和 有 线 电 视 信 号 在 同 一 根 光 纤 上 传 输 的 三 网 合 一，满 足 用 户 对 电 话、宽 带 和 有 线 电 视 的 自 由 选 择 和 接 入 的 需 求。此 外，小 区 安 全 监 控 系 统、周 界 报 警 系 统、电 子 巡 更 系 统、门 禁 系 统 和 车 辆 管 理 系 统 等 各 种 小 区 智 能 化 管 理 系 统 都 可 以 便 利 地 叠 加 在FTTH 数 字 化 社 区 网 络 平 台 上。因 此，FTTH 是一个具有高带宽、可扩展和多业务承载的 开放性数字化接入网平台。 2 EPON 技术 2.1 EPON 的系统架构 EPON 是 一 种 采 用 点 到 多 点（P2MP）拓 扑 结 构 的单纤双向光接入网，由网络侧的局端（OLT）、用户 侧 的 光 网 络 单 元（ONU）和 前 两 者 之 间 的 光 分 配 网 （ODN）组成，图1 为EPON 网络结构图。 图1 EPON 网络结构图 局 端OLT（Optical Line Terminal）为 光 接 入 网 提 供EPON 系 统 与 服 务 提 供 商 的 核 心 数 据、视 频 和 电 话 等 业 务 接 口，并 经 一 个 或 多 个 光 分 配 网ODN 与 光 网 络 单 元ONU 通 信，OLT 与ONU 的 关 系 是 主 从 通 信 关 系。局 端OLT 向ONU 以 广 播 方 式 发 送 以 太 网 数 据， 发 起 并 控 制 测 距 过 程，记 录 测 距 信 息，为ONU 分 配 带 宽，即 控 制ONU 发 送 数 据 的 起 始 时 间 和 发 送 窗 口 大 小，为 系 统 提 供 完 整 的 业 务 平 台。OLT 可 以 直 接 设 置 在 网 络 的 前 端，也 可 以 设 置 在 光 节 点 上。OLT 在 物 理 上 可 以 是 独 立 设 备，也 可 以 与 其 他 功 能( 如 混 合、复 用) 集 成 在 一 个 设 备 内。OLT 可 以 放 置 在 原 有 端 局 机 房 内、小 区 新 建 机 房 内 或 室 外 机 柜。根 据 不 同 场 景， 确定OLT 设放置位置，新建驻地网小区距离原有支局 较近或附近建有大客户光纤箱，用户数不超过500 户 的小区，可将小区主干光纤引接至原有支局 ；小区大 78 www.znjzdq.cn 于500 户 则 考 虑 将OLT 设 备 下 移 至 小 区 机 房 内 或 室 外机柜内。 光 网 络 单 元ONU（Optical Network Unit）位 于 用 户 端，为 用 户 提 供 数 据、视 频 和 电 话 等 业 务 接 口， 选择接收OLT 发送的广播数据 ；响应OLT 发出的测距 及带宽控制命令，并作相应的调整 ；对用户的以太网 数据进行缓存，并在OLT 分配的发送窗口中向上行方 向 发 送。根 据ONU 放 置 的 位 置，有 光 纤 到 楼、光 纤 到 户 和 光 纤 到 桌 面 的 区 别。对 于 住 宅 用 户，ONU 安 装 在 用户多媒体箱内（箱内应设置220V 交流电源插座）。 光信号在多媒体箱内完成光电转换，转换后的电信号 按 照 传 统 布 线 方 式 分 配 到 电 话、网 络 等 末 端 弱 电 插 座。 光 分 配 网ODN（Optical Distribution Network） 位 于OLT 光 连 接 器 后 的S/R 参 考 点 和ONU 光 连 接 器 前的S/R 参考点之 间，由光分 路器（POS）、光配线架 和光纤等组成的无源光网络，其主要功能是完成光功 率 的 分 配。光 分 路 器POS(Passive Optical Splitter) 是 光 分 配 网 中 重 要 的 无 源 器 件，可 以 安 装 于 室 内，也 可 以 安 装 于 室 外，其 功 能 是 分 发 下 行 数 据 和 集 中 上 行 数 据，目 前 有1:2、1:4、1:8、1:16、1:32 和1:64 六 种。 2.2 EPON 传输原理 EPON 采 用 单 纤 时 分 复 用 方 式 实 现 单 纤 双 向 传 输，局 端（OLT）下 行 的 数 据 流 采 用 广 播 技 术 通 过 光 分 路 器 分 成 多 路 给 每 个 光 网 络 单 元（ONU），如 图 2 所 示。每 个ONU 上 行 的 数 据 流 采 用 时 分 复 用 技 术 （TDMA）通 过 光 分 路 器 耦 合 在 一 根 光 纤 里 传 给OLT， 如图3 所示。 图3 中 下 行 数 据 流 从OLT 到 多 个ONU 采 用 广 播 式 下 行，根 据 协 议，每 一 个 数 据 包 的 包 头 表 明 此 数 据 是 给 某 一 个 确 定 的ONU ；另 外，部 分 包 可 以 是 给 所 有 的ONU 或 者 特 殊 的 一 组ONU。在 光 分 路 器 处，数 据 流 分 成 独 立 的 三 组，每 组 都 包 含 所 有 的 信 息。当 数 据 流 到达该ONU 时，它接收给自己的包并传给其对应的用 户，摒弃那些给其他用户的包。举例，图2 中，ONU1 收 到 包1、2、3，但 是 它 仅 仅 接 收 包1 给 终 端 用 户1，摒 弃 包2 和 包3。因 为 下 行 数 据 流 会 被 广 播 到 所 有 的ONU。 如果某个匿名用户将它的ONU 接收限制功能去掉，那 图2 EPON 工作原理— 下行传输 

June 2013 Vol.7 No.3 Communication & Network Communication & Network 它 就 可 以 监 听 到 给 所 有 用 户 的 下 行 数 据，这 在EPON 系 统 中 称 为“ 监 听 威 胁 ”。解 决 这 一 安 全 问 题 的 措 施 是用户通过上行信道传送密匙，OLT 使用该密匙对下 行 信 息 加 密。其 他 用 户 无 法 获 知 该 密 匙，也 就 无 法 解 密得到原始信息。 图3 EPON 工作原理— 上行传输 图3 中 上 行 数 据 流 采 用 时 分 复 用（TDMA）技 术 传 输，上 行 链 路 被OLT 分 成 不 同 的 时 隙，根 据 局 端 OLT 设 备 来 给 每 个ONU 分 配 上 行 时 隙。这 样 所 有 的 ONU 就可以按照一定的秩序发送自己的数据了，以便 当 数 据 信 号 耦 合 到 一 根 光 纤 时 各 个ONU 的 上 行 包 不 会互相干扰，不会产生为了争夺时隙而冲突。 3 ODN 基本结构和组网原则 3.1 ODN 基本结构 光分配网（ODN）根据光分路器的连接方式可以 组成多种网络结构，其中树型结构为最常用的网络结 构。树型结构有一级分光和二级分光两种基本形式 ： 1）一 级 分 光 树 型 结 构 ：当OLT 和ONU 中 间 设 一 个 光 分 路 器（POS）按 照 图4 所 示 方 式 连 接 时 就 构 成 了 一 级 分 光 树 型 结 构，其 优 点 是 跳 接 少，减 少 了 光 分 配网的衰减和故障率，便于管理和维护 ；缺点是光分 路器后面的光纤多，对管道的需求量大。 2）当OLT 和ONU 中 间 设 两 个 或 两 个 以 上 光 分 路 器（POS）按 照 图5 所 示 方 式 级 联 时 就 构 成 了 二 级 分 光 树 型 结 构，其 优 点 是 光 分 路 器 的 分 散 安 装，减 少 了 光纤的用量和对管道的需求，适用于用户比较分散的 小区 ；缺点是增加了跳接点，即增加了线路衰减和故 障点，增加了管理和维护的难度。 3.2 ODN 组网原则和组网模式 在 选 择ODN 组 网 结 构 时，应 综 合 考 虑 经 济 性、用 户 性 质、用 户 密 度、地 理 环 境、OLT 和ONU 之 间 的 距 离、管 理 和 维 护 的 难 易 程 度 等 多 种 因 素。星 型 结 构 不 含 光 分 路 器，需 要 大 量 的 光 纤 和 管 道 资 源，适 用 于 有 大数据量和高速率要求的用户。一级分光树型结构适 用于用户密度比较集中的地区，它有两种常用组网模 式。一种是一级分光集中设置方式（如图6 所示），是 指光分路器集中设置在小区内的光配线箱内，此种模 式 目 前 主 要 用 于 新 建 小 高 层、高 层 住 宅、别 墅 区、多 层住宅小区和商务楼。另一种是一级分光相对分散设 置 方 式（ 如 图7 所 示 ），是 指 光 分 路 器 分 散 设 置 在 楼 栋或者单元的光分纤箱内，此种模式主要适用于无集 图4 一级分光树型结构示意图 图6 一级分光集中设置示意图 图5 二级分光树型结构示意图 图7 一级分光相对分散设置示意图 智能建筑电气技术 79 

通讯与网络 2013 年 6 月 第 7 卷 第 3 期 中设置光交箱位置的小高层、高层住宅以及小区内管 道资源紧张的多层住宅小区，或者由多个相对独立的 组 团 构 成 的 住 宅 小 区，以 及 采 用FTTH 方 式 改 造 的 现 有住宅小区。 二级分光树型结构适用于改造住宅小区，特别是 多 层 住 宅、管 道 资 源 比 较 缺 少 的 地 区，通 常 采 用 二 级 分 光 相 对 集 中 设 置 方 式（ 如 图8 所 示 ）。这 种 组 网 模 式是指在小区内设置一个一级分光点，在其他楼宇内 集中设置二级分光点。它是一级分光相对分散设置方 式 的 补 充，能 够 满 足 不 同 多 层 住 宅 楼 的 需 求。目 前 主 要 应 用 于 多 层 住 宅 小 区、公 寓、别 墅，以 及 部 分 采 用 FTTH 方式改造的现有住宅小区。 图8 二级分光相对集中设置示意图 当用户分散、分光器不同输出口的光纤线路距离 相差悬殊时,（尤其是郊区），可采用非均匀光分路器， 满足不同传输距离对光功率分配的需求。从长远上来 看，随 着 小 区 内 光 纤 用 户 的 不 断 增 加，光 纤 用 户 的 管 理 也 日 趋 复 杂，而 用 户 对 宽 带 的 需 求 量 越 来 越 大，一 级分光树型结构将成为光分配网路的主要形式。 4 设计实例 某 小 区 有11 栋 多 层 住 宅 楼（ 通 过 地 下 车 库 相 连 ），每 栋3 单 元，每 单 元7 层，每 层2 户，共462 户。 在 地 下 车 库 内 通 信 外 线 引 入 点 设 置 小 区 中 心 机 房， OLT 置于小区中心机房内。根据小区的规划将园区划 分 为 三 个 组 团，因 此 采 用 一 级 分 光 相 对 分 散 设 置 的 ODN 组网模式，在位于每个组团中心位置的住宅楼地 下一层弱电间内设置一个光纤交接箱（内置1:32 光 分 路 器 ）。每 个 组 团 的 光 纤 交 接 箱 从 小 区 中 心 机 房 引 来8 芯 室 内 光 纤（ 在 车 库 内 沿 金 属 线 槽 敷 设 ），每 芯 光纤在交接箱内通过1 ：32 光分路器分成32 路，并分 别 与 两 根16 芯 室 内 室 内 光 纤 熔 接，将 连 接 后 的16 芯 光纤分别引至每个单元的地下一层弱电竖井内，通过 安 装 于 地 下 一 层 弱 电 竖 井 内 的 光 纤 分 线 盒 和 入 户 布 线 光 纤（FRP 皮 线 光 纤 ）直 接 连 接。光 纤 分 线 盒 依 据 楼层和住户数量配置，可选用16 芯光纤分线盒，每单 元配一个。皮线光纤通过楼内暗敷设钢管引入住宅户 内 的 多 媒 体 箱（ 箱 内 设 置AC220V 电 源 插 座 ）。为 了 实 现 对ONU 的 保 护，将ONU 设 置 在 住 宅 户 内 的 多 媒 80 www.znjzdq.cn 图9 某住宅小区光纤到户示意图 体 箱 内。光 纤 进 入 用 户 多 媒 体 箱 后，连 接 到ONU 的 进 纤 口 上，信 号 经ONU 转 换 成 电 话、网 络 等 输 出 口，再 通过星型式分配到电话、网络等末端弱电插座。 5 结束语 近 年 来，我 国 宽 带 网 络 发 展 取 得 了 长 足 的 进 步， 宽带网络覆盖和接入能力逐步提高，但我国宽带发展 水平与全社会日益增长的需求还存在突出的矛盾、与 国 际 先 进 水 平 相 比 还 存 在 较 大 差 距，面 临“ 慢 进 亦 退 ”的 风 险，加 快 宽 带 发 展 势 在 必 行。目 前，我 国 宽 带 接 入 主 要 采 用 非 对 称 数 字 用 户 环 路（ADSL）为 代 表 的 铜 线 宽 带 技 术，升 级 改 造 存 在 固 有 的 技 术 瓶 颈。要 加 快 宽 带 发 展，必 须 推 动 技 术 换 代 和 网 络 改 造，实 现 光纤到户。 参考文献 [1] 穆道生. 现代光纤通信系统[M]. 北京 ：科学出版社，2005. [2] 中 国 通 信 标 准 化 协 会. YD/T-2007 光 纤 到 户（FTTH）体 系 结构和总体要求[S]. 北京 ：人民邮电出版社，2007. [3] 达 式 华.FTTH 工 程 技 术 运 用[M]. 杭 州 ：杭 州 科 技 大 学 出 版 社，2003. 

光纤到户技术的组网与设计 作者： 刘高忠， 李战增， Liu Gaozhong， Li Zhanzeng 作者单位： 刊名： 中国建筑设计研究院,北京,100044 智能建筑电气技术 英文刊名： Electrical Technology of Intelligent Buildings 年，卷(期)： 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_znjzdqjs201303019.aspx 2013(3)