寬帶接入新技術——GPON的原理和解決方案

中國鐵通集團有限公司重慶分公司 田 海

GPON是光接入網中頗具應用前景的技術，它打破了運營商傳統的寬帶接入方案，在解決寬帶接入問題上是一種經濟的、面向未來多業務的用戶接入技術。GPON技術是基于最新一代寬帶無源光網絡接入標準，具有高帶寬，高效率，大覆蓋范圍，用戶接口豐富等眾多優點，完美解決電信運營商“最后一公里”的瓶頸。

隨著互聯網、云計算、新一代移動通信（3G/4G）、三網融合、物聯網的廣泛應用、高帶寬的光通信網絡不僅成為實現信息高速公路的重要方式，而且成為信息產業快速發展的基礎。

在國內，隨著運營商和生產廠家的共同推動，以GPON技術為代表的FTTH/FTTB/FTTC應用已從試驗階段進入到商用階段。GPON寬帶接入技術，未來幾年內將為電信運營商提供更強有力的支撐。

一、GPON技術原理

PON(Passive Optic Network)是一種單纖雙向的光接入網絡，它主要由光線路終端OLT、光網絡單元ONU、無源分光器POS三部分組成。為了分離同一根光纖上多個用戶的來去方向的信號，PON采用WDM技術，下行采用1490nm波長，上行采用1310nm波長實現單纖雙向數據傳輸。GPON下行采用廣播技術，同一PON口下的主干光纖和分光后的數據都是一樣的，每個ONU收到的數據也是一樣的，ONU通過Gemport ID來識別、區分和過濾屬于自己的數據。GPON的上行方向采用TDMA的方式工作，每個ONU必須在許可的時隙才能發送數據，不屬于自己的時隙必須關閉光模塊的發送信號，才不至于影響其他的ONU的正常工作，所以OLT給每個ONU分配一定的授權時間窗口，ONU在OLT分配的時間窗口內發送數據，占用上行帶寬，因此實現上行帶寬的動態分配。

二、GPON系統組成及技術特點

（一）GPON系統組成

GPON系統主要由OLT(光線路終端)、ODN(光分配網絡)、ONU(光網絡單元)組成，其中ODN由無源分光器和光纖線路等組成。OLT放置于業務接入中心節點，為接入網提供網絡側與城域網之間的接口，通過多個GE/FE接口上聯不同的業務網絡；ONU放置于小區或樓內機房，為接入網提供用戶側的接口，提供語音、數據、視頻等多業務流的接入，通過GE光口經ODN上聯至OLT。

（二）GPON技術特點

1.較高的帶寬和傳輸效率，下行速率高達2.5Gbit/s，上行為1.25Gbit/s，可以滿足運營商對未來大部分業務的帶寬需求，協議采用GEM的封裝方式可以更好的提升數據的傳輸效率。

2.傳輸距離大，支持大于20KM的接入距離。GPON系統中OLT到ONU的最遠接入距離可以達到60KM以上，但要注意的是ONU之間的距離不能超過20KM。

3.GPON與ONU之間采用單纖接入，使用一根光纖就可以滿足的用戶的接入需求，可以大量節省運營商在接入層的光纖資源。

4.室外的光分配網絡中使用物理特性非常穩定的光纖和無源分光器，沒有任何帶電設備，使得網絡可靠性更高，不易受到外界干擾。

三、GPON在FTTX中的技術應用

1.FTTB和FTTC解決方案

FTTB（光纖到樓）、FTTC（光纖到路邊）它是利用GPON技術，光纖直接到小區或樓道里，再通過電纜或超五類雙絞線（非屏蔽雙絞線）到各個用戶。每個ONU根據不同型號能夠為用戶提供端口為8戶、16戶、或者128戶。

FTTB/FTTC組網如圖1。

圖1 FTTB/FTTC組網

OLT放置在運營商端局機房，作為用戶業務的收斂及分發，通過光纖上聯至匯聚交換機，通過光纖網絡連接ONU設備，在ONU處終結光信號，用戶側提供銅線或五類線接口。

具體的實現方案又有如下幾種：

（1）FTTB+xDSL

這種方式是將ONU設備布置在小區機房，采用ONU上聯口和局端的OLT設備相連，用戶側提供xDSL接口通過雙絞線入戶，用戶通過MODEM撥號上網。這種方式利用現有的雙絞線資源，充分利用小區現有的線路，為用戶提供目前非常成熟的ADSL服務。

（2）FTTB+LAN

這種方式使用以太網接口（如8個或者16個），由于UTP五類線具有距離限制，需要保證ONU到最終用戶的走線距離不超過100米，因此將ONU設備布置在樓層或樓道，盡量縮短到用戶的距離。

2.FTTH解決方案。

FTTH(Fiber To The Home)，顧名思義就是光纖到戶。具體說，FTTH是指將光網絡單元(ONU)安裝在用戶家中或企業用戶處，是光接入系列中最靠近用戶的光接入網應用類型。FTTH的顯著技術特點是不但提供更大的帶寬，而且簡化了維護和安裝。

FTTH組網如圖2。

圖2 FTTH組網

在FTTH網絡中，無論是別墅區還是多層小區，ONU都是置于用戶家中，在OLT和ONT之間采用無源的光分配網絡（主要由光分設備和光纖構成）。OLT可以置于遠端的端局機房，也可以置于小區機房，具體可以依據實際條件而定。FTTH網絡結構在ONU點可以采用家庭220V交流供電或通過UPS供電。

OLT和ONU側都提供了高速的數據接口，ONU的以太網接口提供用戶的寬帶上網接入，目前用戶認證和管理仍然由BRAS來完成，以保持與現有用戶管理方式的一致性。對語音業務采用VoIP技術，通過軟交換平臺實現用戶語音需求。

在FTTH模式下，維護投入最少，故障點相對較少，維護最便利，運營投入方面耗電主要來自于對應端口數的OLT設備，電費最少。

四、GPON在某住宅項目中的工程案例

1.項目概況

某還建房住宅項目，共有樓房25棟，目前入住用戶為1000戶。開發商采用的是光纖到戶的纜線布局，需要為社區內用戶的業務包括語音、寬帶等。

2.解決方案

針對項目特點，并考慮到今后擴容、升級等因素和該小區的樓層內纜線的規劃設計，采用GPON光纖到戶(FTTH)的整體解決方案。OLT就近部署在接入機房內，通過光分配網絡GE鏈路上聯到中心機房核心交換設備，分光器按樓布放，ONU放置在每用戶屋內的綜合信息箱內，由用戶提供ONU設備供電。

五、結束語

隨著現代信息技術發展，廣播電視網、電信業務網、計算機網的融合已成為必然趨勢。通過三網融合，不僅可實現資源共享，還可直接減少不必要的重復建設和資源浪費，產生較大的經濟效益。作為PON技術中有明顯優勢的GPON技術，是一種能真正支持語音、數據和視頻的全業務的接入技術。GPON技術具有豐富的業務管理能力，具有面向未來、可升級的多業務環境。隨著人們對GPON的進一步認識及產品價格的降低，GPON將發揮其更大的優勢，在今后網絡建設中占據重要地位。

[1]強云鵬.GPON技術原理與設計[J].科技資訊,2009.

[2]季偉,劉永輝,劉劍,等.實現三網融合的FTTH工程設計[J].光通信技,2010.