EPON與GPON光功率的研究

徐璐++張月霞++王聰聰

摘要：由于PON（無源光纖網絡）技術具有投資少建效快的特點，目前在通信傳輸領域已經被廣泛應用。主流的PON標準有EPON（以太網無源光網絡）和GPON（吉比特無源光網絡）兩種。針對工程上應用PON技術時的網絡規劃問題，本文提出了有關光功率最優解的概念，以高層樓宇中的光纖接入為例進行具體分析計算，求出了不同分光模式下的損耗特性，為工程實施的選擇提出了建議。

關鍵詞：光功率；以太網無源光網絡；吉比特無源光網絡；光模塊；損耗計算

0.引言

隨著光纖技術的發展，光纖接入技術作為新一代寬帶解決方案被廣泛應用，為用戶提供高帶寬、全業務的接入平臺。PON作為新一代光纖接入技術，在抗干擾性、帶寬特性、接入距離、維護管理等方面均具有巨大優勢，其應用得到了全球運營商的高度關注。目前PON中比較成熟的是EPON和GPON。為了更好的建設寬帶接入網絡，實現三網融合，對于PON技術特點的研究是迫切需要的，它為FTTx（光纖接入）快速發展提供了技術保障。對于XPON中各項指標如帶寬、成本、多業務接入能力等方面國內外均已有了成熟的研究，本文將著重于具體工程上的光功率損耗問題就行研究，為工程實施提供一些建議。

1.XPON概述

1.1EPON

EPON，顧名思義，是基于以太網的PON技術。它采用點到多點結構、無源光纖傳輸，在以太網之上提供多種業務。EPON 由光纖線路終端、光分配網絡和光網絡單元組成，采用的是樹形拓撲結構。

目前，EPON技術已經成熟，主要體現在以下方面：經過各標準化組織、設備和芯片制造商、運營商的共同努力，EPON商用芯片和光模塊已經成熟。在中國電信的主導下，已經實現了EPON芯片級和系統級的互通測試，EPON產業鏈也在進一步成熟，形成了良性的市場競爭格局，設備成本進一步下降，已達到規模商用水平。

1.2GPON

GPON 技術是基于ITU-TG.984.x標準的最新一代寬帶無源光綜合接入標準，具有高帶寬，高效率，大覆蓋范圍，用戶接口豐富等眾多優點，被大多數運營商視為實現接入網業務寬帶化，綜合化改造的理想技術?；?GPON 技術的設備基本結構與已有的 PON類似，也是由局端的 OLT （光線路終端）、用戶端的ONT/ONU （光網絡終端或稱作光網絡單元），連接前兩種設備由單模光纖和無源分光器組成的 ODN （光分配網絡） 以及網管系統組成。

GPON和EPON的主要區別在于采用完全不同的標準。在應用上，GPON比EPON帶寬更大，它的業務承載更高效、分光能力更強，可以傳輸更大帶寬業務，實現更多用戶接入，更注重多業務和QoS保證，但實現更復雜，這樣就是導致其成本相對EPON也較高，但隨著GPON技術的大規模部署，GPON和EPON成本差異在逐步縮小。

2. 光模塊概述

光模塊（optical module）由光電子器件、功能電路和光接口等組成，光電子器件包括發射和接收兩部分。

簡單的說，光模塊的作用就是光電轉換，發送端把電信號轉換成光信號，通過光纖傳送后，接收端再把光信號轉換成電信號。

EPON在用的光模塊主要有：

圖1光模塊及光路損耗特性1

1000BASE-PX20，允許通道插損24dB，支持最高光分路比為1：32，EPON網絡部署早期配置，新采購設備已不再配置PX20光模塊；

1000BASE-PX20+，允許通道插損28dB，支持最高光分路比為1：64，當前采購EPON設備均配置PX20+光模塊。

GPON在用的光模塊主要有：

Class B+，允許通道插損28dB，支持最高光分路比為1：64，現網GPON設備普遍配置Class B+光模塊。

Class C+，允許通道插損32dB，支持最高光分路比為1：128，Class C+光模塊已成熟，應主要采用。

圖1和圖2體現了EPON與GPON中的光模塊及光路損耗特性。

圖2光模塊及光路損耗特性2

3.EPON中光功率的分析

EPON一般采用樹形拓撲圖，主要由OLT，分光器，ONU組成。

一般有三種方法計算通道的損耗：最壞值法、統計法和聯合設計法。由于接入網環境傳輸距離較短，所以采用最壞值法。最壞值法：將光線路中每一部分會出現損耗的部分的最大損耗值分別羅列，然后將其取和值即為最大損耗。

根據光模塊的性質可以得到一個固定的發射功率，減去最大損耗和線路維護余量，可得出用于傳輸的損耗，并可以計算出傳輸距離。根據用于傳輸距離的損耗可以比較出在損耗方面的優劣。

采用EPON組網，光模塊為PX20+（支持最大插損30dB）按上行方向（1310nm）光纖衰減系數（含固定接續）0.4dB/km測算線路維護余量：2.5dB。

目前EPON不支持1：128分光，支持的最大分光比為1：64。

本文以高層樓宇場景做為一個實例進行分析，以一組64分光為例介紹一級二級分光兩種拓撲結構的損耗預算。

3.1一級分光

基于EPON一級分光拓撲圖：

目前EPON不支持1：128分光，支持最大分光比為1：64，損耗為20.1db；光纖跳纖、尾纖插入及光纜熔接點總損耗：0.5db，法蘭盤熔接頭損耗：0.5db，線路維護余量2.5db。

合計21.1db，剩余8.9db用于傳輸損耗。

在實際工程中，可能增加一些施工時需要附加的光中繼設備等，會有一些額外的損耗，視具體工程需要而定。

3.2二級分光

基于EPON二級分光拓撲圖：

使用1：4分光器（損耗7.2db）及1：16分光器（損耗13.8db），其余值不變，合計損耗22db，剩余8db用于傳輸損耗。

由上述實例可知，一級分光損耗優于二級分光，但是差距并不大。在實際案例中，應根據具體的需求設計拓撲。在設計時應綜合考慮線路終端的安排，用戶的分布情況以及維護難度等方面綜合考慮。

額外的，對于FTTH來說，GPON有大分光比，高帶寬等特性，更適合組網中使用。

4.GPON中光功率的分析

由于不同的需求會有不同的設計方案，在此，本文同樣以高層樓宇場景做為一個實例進行分析。功率計算方法依然采用最壞值法。

光模塊選擇：普遍使用classB+，但classC+光模塊現已成熟，應主要采用。

允許最大損耗：已知classC+允許通道插損為32dB，支持最高分光比1：128，則ODN網絡光功率全程應控制在32dB之內。

4.1一級分光

基于GPON一級分光拓撲圖：

對每一路而言，其中有4個活接頭，2個光分路器，故總活接頭連接損耗為：0.5*4+0.25*2=2.5dB。

主干、配線光纖纖芯為G.652D，引入光纖纖芯為G.657A，按1310nm光纖衰耗0.4dB/km計算；1：128分光器插損為23.7dB，光纖冷接子衰耗小于0.1dB，可忽略不計。

總衰耗是：2.5+23.7=26.2dB；再有留出冗余度2.5dB的線路維護余量，所以：26.2+2.5=28.7dB；則傳輸距離L=（32-28.2）/0.4=8.25km。

在高層樓宇中，局部OLT可放置在樓內，這樣最長線路將遠小于8.25km；也可以放置在接入點機房，機房至大樓的距離在8km之內都是可以接受，但這樣一來，由于布線時光交至分纖箱這段中光纖芯數很大，且根數多，就導致了成本提高。

4.2二級分光

基于GPON二級分光拓撲圖：

采用二級分光，一級分光點為1：16，二級分光點1：8（16*8=128）

插損、光纖類型同一級分光。

對每一路而言，4個活接頭，4個光分路器連接頭，總活接頭插損：4*0.25+4*0.5=3dB

1：16分光器插損13.8dB，1：8分光器插損10.5dB，忽略冷接子衰耗。

計算：總衰耗=3+13.8+10.5=27.3dB，加上2.5dB維護余量：27.3+2.5=29.8dB，L=（32-29.8）/0.4=5.5km

即：從OLT出發，經二次分光到達用戶所走路程<=5.5km即可?？蓪⒁患壏止馄鞣胖糜谑彝?，二級分光器放置于樓道內。

分析：從上述結果可以看到，二次分光時一級分光點至二級分光點時光纜芯數會大大減少，可以節約成本；但由于二級分光點多為分散設置，容易造成1：128的分光中只有幾十戶在用的情況，導致PON利用率低。所以，采用二級分光前，要先對用戶帶寬使用率做一調查；其次，由于分光器數量多，二級分光比一次分光更難維護。

由上面的實例可知，在GPON中一級分光和二級分光并不能直接判斷哪種分光性能較優。在設計不同的項目時，GPON拓撲規劃圖和分光級數的選擇都要考慮以下幾個問題：用戶分布，OLT到ONU之間的距離，所允許的最大傳輸損耗，線路維護等。這說明GPON的規劃具有很大的靈活性和多樣性。

5.結論

單就光功率的損耗預算而言，EPON和GPON的區別并不大，它們的主要不同在于GPON所能容忍的損耗比EPON稍大。而EPON和GPON在其它方面各有各的優點，EPON的優勢在于研究起步早，技術更加成熟，但是在我們的實例中可以看到，GPON的大分光比特點在很多情況下都優于EPON，更深層次的區別就不在本文討論范圍之內了。

在工程的實施中，應根據具體的要求來確定選擇GPON還是EPON；另外，如何分光和光纖傳輸損耗也應在考慮范圍之內。比如類似多用戶的高層樓宇這種地點，支持大分光比的GPON可能會更適合應用于FTTH。而EPON由于誕生較早，技術比較成熟，相比于GPON目前的成本是比較低的。

綜上，可以看出GPON是未來的發展趨勢。在GPON的技術成熟后，其成本必然會下降；同時，它所擁有的大分光比和高帶寬等特性更能滿足社會的發展需求。

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