FTTH及PON基础知识

tianlebohe

一、FTTH及PON基础知识

1.1 PON系统基本原理

PON（无源光网络）是指OLT（光线路终端）和ONU（光网络单元）之间的ODN（光分配网络）全部采用无源设备的光接入网络.
PON是一种点对多点（P2MP）的光接入系统，它能够节省光纤资源、ODN无需供电、用户接入方便和支持多业务接入，是运营商目前大力推行的宽带光纤接入技术，主要有EPON和GPON两种技术。
PON系统采用WDM（密集波分复用）技术，实现单纤双向传输。

为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术：
●下行数据流采用广播技术；
●上行数据流采用TDMA技术。
●每PON口可以实现最大上行1.25G，下行2.5G传输速度

1.1.1 PON典型网络结构

PON系统主要由OLT、ODN和ONU三部分组成，其中ODN不包含有源设备，OLT至ONU之间通过光分路器连接形成P2MP（点到多点）的结构

1.1.2 PON系统传输方式

上行方向为TDMA方式
各ONU上行数据分时发送，各ONU的发送时间与长度由OLT集中控制

下行方向为广播方式
下行数据广播发送，每个ONU根据下行数据的标识信息接收属于自己的数据，丢弃其他用户的数据

1.2 PON系统组成

PON系统的基本组成有：
●局端的光线路终端（OLT）设备
●ODN，指用于连接局端OLT设备和远端ONU设备之间的光分配网络，ODN只包含无源器件或设施
●光网络单元（ONU/ONT）。

1.2.1 OLT设备介绍

OLT是PON的核心功能模块，OLT在物理上一般以机架的形式呈现。机架式OLT（大型）采用插板式结构，功能复杂、容量大，实现难度高。包括如下板卡:
●接口板（或者称为线卡）
●主交换板
●主控板（主控和主交换板可能合在一个板卡）
●上联板（GE/10GE）
盒式OLT（小型）：1U高一体化小设备：2－4个PON口，1－2个上联GE口.功能简单，容量小，实现容易

1.2.2 ONU设备介绍

ONU位于用户终端和ODN之间，提供用户接口和多业务接入，ONU上联口（PON口）为光口，用户侧接口有：
●以太网接口（FE GE）
●POTS接口（RJ11）
●E1接口
●CATV接口
ONU设备框图如图所示，其中PON接口模块是核心部分，语音处理模块以VoIP的方式提供语音业务，CPU负责整个ONU的控制和管理（包括与OLT及网管的通信）。

1.2.3 FTTH ONU设备分类

ONU设备根据用户端的应用方式不同，可分为下列几种类型：
（1）SFU（单住户单元）型ONU ：主要用于单独家庭用户，仅支持宽带接入终端功能，具有1或4个以太网接口，提供以太网/IP业务，可以支持VoIP业务（内置IAD）或CATV业务，主要应用于FTTH的场合（可与家庭网关配合使用，以提供更强的业务能力）。
（2）HGU（家庭网关单元）型ONU：主要用于单独家庭用户，具有家庭网关功能，相当于带EPON上联接口的家庭网关，具有4个以太网接口、1个WLAN接口和至少1个USB接口，提供以太网/IP业务，可以支持VoIP业务（内置IAD）或CATV业务，支持TR-069远程管理。主要应用于FTTH的场合。
（3）SBU（单商户单元）型ONU：主要用于单独企业用户和企业里的单个办公室，支持宽带接入终端功能，具有以太网接口和E1接口，提供以太网/IP业务和TDM业务。主要应用于FTTO的场合。

1.3 ODN简介

ODN位于ONU和OLT之间，为OLT与ONU提供光传输手段，完成光信号的传输和功率分配任务。

ODN通常呈树型分支结构，主要包含下列设备：
●局端配线设施：光配线架等
●光分配点设施：光配线架、光交接箱、光分线盒、光分路器、光分歧接头盒等
●光用户接入点设施：光分路器、光分线盒、光分歧接头盒等
●用户端接设施：用户智能终端盒、光纤信息面板
●其他基本器材：光缆、光纤连接器、尾纤等

1.4 FTTH在PON中的实现

根据光纤到达用户侧的位置不同,宽带光接入网的应用方式（建设模式）包括以下几种,这些模式统称为FTTx，主要包含：
（1）FTTN ：Fiber To The Node，光纤到节点
（2）FTTZ ：Fiber To The Zone，光纤到小区
（3）FTTCab：Fiber To The Cabinet，光纤到交接箱
（4）FTTC ：Fiber To The Curb，光纤到路边
（5）FTTB： Fiber To The Building，光纤到楼
（6）FTTP： Fiber To The Premise，光纤到用户驻地
（7）FTTH： Fiber To The Home，光纤到户
（8）FTTO： Fiber To The Office，光纤到办公室
其中最主要的应用方式有FTTH、FTTB/C、FTTCab，FTTH、FTTO、FTTP 以全程光纤的方式实现最终用户的接入，是最为理想的宽带光纤接入方式

1.5 FTTH典型组网结构

FTTH的典型组网结构如图所示，根据用户的不同业务需求及家庭布线情况，家庭网络可采用不同的家庭组网方式，既可采用有线也可采用有线 无线AP的接入方式，可方便灵活地接入语音、宽带数据、IPTV、WLAN等业务

1.6 EPON和GPON技术比较

下图展示了EPON和GPON技术未来发展的方向、各自的协议栈及支持的业务类型。

GPON和EPON的主要技术指标对比

1.7 10G-EPON

IEEE 802.3 av 规定了10Gb/s 下行、1Gb / s 上行的非对称模式(10/1GBASE -PRX )和10Gb/s 上下行对称模式(10 GBASE – PR ) 两种速率模式

10G-EPON标准
标准
●EEE802.3av，2009.9发布
●在1G EPON标准基础上增补
主要改进
●定义了新的PMD子层（光接口）
●对MPCP协议进行增补，扩展了ONU的发现方式，支持不同速率ONU的共存
●采用了新的编码方式和FEC
10G-EPON工作波长
●10Gb/s下行：1575～1580nm（1577nm）
●10Gb/s上行：1260～1280nm（1270nm）
●1Gb/s上行： 1260～1360nm（1310nm）

不同速率信号的共存（物理层）
●下行：10G与1G信号以WDM方式共存
●上行： 10G与1G信号以TDM方式共存

多点控制协议增补（数据链路层）
●OLT为不同类型的ONU打开不同的发现窗口
●10G、1G注册采用不同的广播LLID

二、FTTH线路要求及传输指标

2.1 PON系统光链路损耗计算

●光路损耗=所有分光器插损值之和+光纤长度（KM）*0.4+熔纤点数目*0.1+法兰盘个数*0.5
●ONU接收侧光功率＝ OLT发射光功率- 光路损耗
只有当ONU接收侧光功率> ONU最小接收光功率时，ONU才能正常工作。
●光链路中还要有一定的富余度：
当传输距离≤5公里时，光纤富余度不少于1dB；
当传输距离≤10公里时，光纤富余度不少于2dB；
当传输距离＞10公里时，光纤富余度不少于3dB。

2.2 影响光通道衰耗的几个因素

以上图为例进行全径路光功率计算，红色点表示法兰盘，光通道全长3KM，光缆共有4个熔接点。

2.3 各种分光器衰耗情况（实测）

2.4 两种分光比的对比

2.5 盒式分光器

采用小盒子封装，可根据需求引出SCFCLC等不同的尾纤。

2.6 分光器的选择

●目前FTTH小区一级分光一般采用1：32的分光器，二级分光一般采用1：2+1：32/1：4+1：16/1：8+1：8 的分光器组合方式。
●在机房机柜中，为了便于固定，选用机架式分光器。
●在FTTH光交箱、光分线箱内，为了节约托盘的位置，一般选用盒式分光器。
●对于新建小区，在计算分光器端口时，要有一定的余量，1个1：64的分光器只能覆盖60～62户，1：32 的分光器只能覆盖30户。

三、FTTH装维标准

3.1 FTTH开通必备工具

FTTH装机必备工具：
1、设备类：ONT（光猫）、FTTH光缆热熔机、光源光功率计、红光笔、手电筒、电钻、插排
2、线路类：皮线光缆（根据装机环境不同携带室内或室外皮线光缆）、尾纤（FC-FCFC-SC）、法兰（适配器）
3、工具类：光缆切割刀、螺丝刀（一字/十字）、斜口钳、米勒钳子、皮线光缆开拨器、酒精、脱脂棉、热缩管、扎带、魔术粘扣、钢丝（穿线使用）、开孔器、锤子、梯子
4、标记类：圆珠笔（非水性/油性笔）、标签纸

3.2 FTTH 一级分光组网

FTTH一级分光：用户与汇聚设备OLT之间只有1个分光器的组网方式被称为一级分光。一般将大分光比分光器（1：32/1：64）安装于FTTH覆盖区域光缆交接箱中，通过束状尾纤（光缆）延伸至用户楼宇安装的光纤分线箱中。至用户家中的皮线光缆通过与束状尾纤连接（法兰盘），再通过安装于光交箱中的分光器汇聚后上联至机房OLT设备。
FTTH一级分光组网方式光衰耗相对较小，一般用于密集覆盖区域，该分光方式网络节点较少易于维护，用户端口受限于光交箱至楼宇光缆数量。
机房—光交箱（分光器）—楼宇分线箱—用户
一级分光方式示意图

一级分光光交箱

一级分光光交箱台帐

一级分光楼宇内光分线箱

一级分光户外光分线箱

3.3 FTTH 二级分光组网

FTTH二级分光：用户与汇聚设备OLT之间存在2个及以上（非特殊情况下不建议存在两个以上分光器）分光器的组网方式被称为二级分光。一般将小分光比分光器（1：2/1：4/1：8）安装于FTTH覆盖区域光缆交接箱中，通过光缆延伸至用户楼宇安装的光纤分线箱中，于光纤分线箱中安装级联分光器（1：32/1：16）。至用户家中的皮线光缆通过与二级分光器相连，再通过安装于光交箱中的一级分光器汇聚后上联至机房OLT设备。
FTTH二级分光组网方式光衰耗相对较大，一般用于全光覆盖小区，该分光方式光缆敷设少，易于扩容，用户端口受限于楼宇内分光器分光比。
机房–光交箱（分光器）–楼宇分线箱（分光器）–用户
二级分光方式示意图

二级分光光交箱

二级分光光交箱台帐

二级分光光分线箱

二级分光光分线箱台帐

3.4 各位置标签制作标准

3.5 光缆选用规则

FTTH用户引入段光缆需根据系统的实际情况，综合考虑光纤的种类、参数以及适用范围来选择合适的光纤和光缆结构。一般FTTH入户段光缆应采用蝶形引入光缆。在室内环境下，通过垂直竖井、楼内暗管、室内明管、线槽或室内钉固方式敷设的光缆，应采用白色护套的单芯蝶形引入光缆，以提高用户对施工的满意度；在室外环境下，通过架空、沿建筑物外墙、室外钉固方式敷设的光缆，应采用黑色护套的自承式单芯蝶形引入光缆，以满足抗紫外线和增加光缆机械强度的要求；通过管道方式敷设入户的光缆，管道式单芯蝶形引入光缆。

3.6 光缆敷设规定

1. 入户光缆敷设前应考虑用户住宅建筑物的类型、环境条件和已有线缆的敷设路由，同时需要对施工的经济性、安全性以及将来维护的便捷性和用户满意度进行综合判断。
2. 应尽量利用已有的入户暗管敷设入户光缆，对无暗管入户或入户暗管不可利用的住宅楼宜通过在楼内布放波纹管方式敷设蝶形引入光缆。
3. 对于建有垂直布线桥架的住宅楼，宜在桥架内安装波纹管和楼层过路盒，用于穿放蝶形引入光缆。如桥架内无空间安装波纹管，则应采用缠绕管对敷设在内的蝶形引入光缆进行包扎，以起到对光缆的保护作用。
4. 由于蝶形引入光缆不能长期浸泡在水中，因此一般不适宜直接在地下管道中敷设。
5. 敷设蝶形引入光缆的最小弯曲半径应符合：敷设过程中不应小于30mm；固定后不应小于15mm。
6. 一般情况下，蝶形引入光缆敷设时的牵引力不宜超过光缆允许张力的80%；瞬间最大牵引力不得超过光缆允许张力的100%，且主要牵引力应加在光缆的加强构件上。
7. 应使用光缆盘携带蝶形引入光缆，并在敷设光缆时使用放缆托架，使光缆盘能自动转动，以防止光缆被缠绕。
8. 在光缆敷设过程中，应严格注意光纤的拉伸强度、弯曲半径，避免光纤被缠绕、扭转、损伤和踩踏。

9. 在入户光缆敷设过程中，如发现可疑情况，应及时对光缆进行检测，确认光纤是否良好。
10. 蝶形引入光缆敷设入户后，为制作光纤机械接续连接插头预留的长度宜为：光缆分纤箱或光分路箱一侧预留1.0m，住户家庭信息配线箱或光纤面板插座一侧预留0.5m。
11. 应尽量在干净的环境中制作光纤机械接续连接插头，并保持手指的清洁。
12. 入户光缆敷设完毕后应使用光源、光功率计对其进行测试，入户光缆段在1310nm、1490nm波长的光衰减值均应小于1.5dB，如入户光缆段光衰减值大于1.5dB，应对其进行修补，修补后还未得到改善的，需重新制作光纤接续接头或者重新敷设光缆。
13. 入户光缆施工结束后，需用户签署完工确认单，并在确认单上记录入户光缆段的光衰减测定值，供日后维护参考。
3.7 光缆入户场景与施工方法
目前，采用蝶形引入光缆作为FTTH用户引入段光缆敷设入户的建筑物形态主要有公寓式住宅、市区旧区平房和农村地区住宅。根据建筑物实际情况，入户光缆的敷设又分为以建筑物为界的室内布线和室外布线，以用户住宅单元为界的户内水平布线和户外水平布线。其中市区旧区平房和农村地区住宅主要涉及室外布线和户内水平布线；公寓式住宅建筑不仅有户内水平布线，还涉及户外水平布线和室内布线。FTTH用户引入段光缆的敷设需要根据不同的室内外和户内外场景条件，采用不同的光缆入户敷设方式，各种场景下光缆入户方式参考下表：

●支撑件用于室外架空、沿墙敷设自承式蝶形引入光缆。
●波纹管适用于室内外沿墙布放蝶形引入光缆。
●线槽主要用于室内、户内水平布放蝶形引入光缆。
●钉固件主要用于户内水平敷设蝶形引入光缆和室外沿墙敷设自承式蝶形引入光缆。

3.8 施工工序流程

FTTH入户光缆施工，一般分为：准备、施工（包括敷设、接续）和完工测试3个阶段，工序流程如下图：

注意事项
1. FTTH用户引入段光缆施工前应与用户确定施工日期，并严格遵守时间，到达用户处后，先与用户打招呼，注意礼仪规范。
2. 为把握整体的施工内容，在光缆敷设前需先确认光缆分纤箱或光分路箱以及光缆入户后终结点的位置，并根据其位置选择合适的施工方法，住宅单元内的光缆布放方法需经用户确认后方可施工。
3. 光缆如需开孔引入住宅单元内或户内光缆布放时需要开墙孔，应征得用户的同意，并确保墙孔两端的安全和美观。
4. 当入户光缆段测试衰减值大于规定值（1.5dB）时，应先清洁光纤机械接续连接插头端面和检查光缆，并进行二次测试。如果第二次测试值没有得到改善，则需重新制作光纤机械接续连接插头或者重新敷设光缆。

3.9 装维施工步骤及器材介绍

3.9.1 暗管穿缆

常用器材
钢制穿管器

材质较硬、强度较高的穿管牵引工具，适用于有垃圾物阻塞的管孔，且管孔内无其它线缆。
塑料穿管器

材质较软、强度一般的穿管牵引工具，适用于管径较小或管孔内有其它线缆的管道。
润滑剂

穿管时使用的润滑剂，可以降低穿管器牵引线或蝶形引入光缆在穿放时与暗管或其它线缆间的摩擦力。
施工步骤
1. 根据设备（光分路器、ONU）的安装位置，以及入户暗管和户内管的实际布放情况，查找、确定入户管孔的具体位置。
2. 先尝试把蝶形引入光缆直接穿放入暗管，如能穿通，即穿缆工作结束，至步骤8。
3. 无法直接穿缆时，应使用穿管器。如穿管器在穿放过程中阻力较大，可在管孔内倒入适量的润滑剂或者在穿管器上直接涂上润滑剂，再次尝试把穿管器穿入管孔内，如能穿通，至步骤6。
4. 如在某一端使用穿管器不能穿通的情况下，可从另一端再次进行穿放，如还不能成功，应在穿管器上做好标记，将牵引线抽出，确认堵塞位置，向用户报告情况，重新确定布缆方式。
5. 当穿管器顺利穿通管孔后，把穿线器的一端与蝶形引入光缆连接起来，制作合格的光缆牵引端头（穿管器牵引线的端部和光缆端部相互缠绕20cm，并用绝缘胶带包扎，但不要包得太厚），如在同一管孔中敷设有其他线缆，宜使用润滑剂，以防止损伤其他线缆。
6. 将蝶形引入光缆牵引入管时的配合是很重要的，应由二人进行作业，双方必须相互间喊话，例如牵引开始的信号、牵引时的互相间口令、牵引的速度以及光缆的状态等。由于牵引端的作业人员看不到放缆端的作业人员，所以不能勉强硬拉光缆。
7. 将蝶形引入光缆牵引出管孔后，应分别用手和眼睛确认光缆引出段上是否有凹陷或损伤，如果有损伤，则放弃穿管的施工方式。
8. 确认光缆引出的长度，剪断光缆。注意千万不能剪得过短，必须预留用于制作光纤机械接续连接插头的长度。

3.9.2 线槽布缆

常用器材
直线槽

采用线槽方式直线路敷设蝶形引入光缆时使用。
光缆固定槽

用于线槽内蝶形引入光缆的固定。
弯角

线槽在平面转弯处使用。
阳角

线槽在外侧直角转弯处使用。
阴角

线槽在内侧直角转弯处使用。
线槽软管

线槽在跨越其它线缆或在墙面弯曲、凹凸处使用。
收尾线槽

在线槽末端处使用，起保护光缆的作用。
封洞线槽

线槽在跨越其它线缆或在墙面弯曲、凹凸处使用。
双面胶

采用粘帖方式布放线槽时使用。
施工步骤
1. 选择线槽布放路由。为了不影响美观，应尽量沿踢脚线、门框等布放线槽，并选择弯角较少，且墙壁平整、光滑的路由（能够使用双面胶固定线槽）。
2. 选择线槽安装方式（双面胶粘帖方式或螺钉固定方式）。
3. 在采用双面胶粘帖方式时，应用布擦拭线槽布放路由上的墙面，使墙面上没有灰尘和垃圾，然后将双面胶帖在线槽及其配件上，并粘帖固定在墙面上。
4. 在采用螺钉固定方式时，应根据线槽及其配件上标注的螺钉固定位置，将线槽及其配件固定在墙面上，一般1米直线槽需用3个螺钉进行固定。
5. 根据现场的实际情况对线槽及其配件进行组合，在切割直线槽时，由于线槽盖和底槽是配对的，一般不宜分别处理线槽盖和底槽。
6. 把蝶形引入光缆布放入线槽，关闭线槽盖时应注意不要把光缆夹在底槽上。
7. 确认线槽盖严实后，用布擦去作业时留下的污垢。
双面胶粘帖方式装置规格

螺钉固定方式装置规格

3.9.3 波纹管布缆

常用器材
波纹管

室内外采用明管暗线方式敷设蝶形引入光缆时使用。
过路盒

波纹管分支处或管内蝶形引入光缆引出处使用。
管卡

用于波纹管的固定。
施工步骤
1. 选择波纹管布放路由，波纹管应尽量安装在人手无法触及的地方，且不要设置在有损美观的位置，一般宜采用外径不小于25mm的波纹管。
2. 确定过路盒的安装位置，在住宅单元的入户口处以及水平、垂直管的交叉处设置过路盒；当水平波纹管直线段长超过30m或段长超过15m并且有2个以上的90°弯角时，应设置过路盒。
3. 安装管卡并固定波纹管，在路由的拐角或建筑物的凹凸处，波纹管需保持一定的弧度后安装固定，以确保蝶形引入光缆的弯曲半径和便于光缆的穿放。
4. 在波纹管内穿放蝶形引入光缆（在距离较长的波纹管内穿放光缆时可使用穿管器）。
5. 连续穿越二个直线路过路盒或通过过路盒转弯以及在入户点牵引蝶形引入光缆时，应把光缆抽出过路盒后再行穿放。
6. 过路盒内的蝶形引入光缆不需留有余长，只要满足光缆的弯曲半径即可。光缆穿通后，应确认过路盒内的光缆没有被挤压，特别要注意通过过路盒转弯处的光缆。
7. 关闭各个过路盒的盖子。
装置规格
波纹管固定装置规格

3.9.4 钉固件布缆

常用器材
卡钉扣

室内环境下用于直接敲击的钉固方式敷设蝶形引入光缆的塑料夹扣。
螺钉扣

室外环境下用于螺丝钉固方式敷设自承式蝶形引入光缆的塑料夹扣。
施工步骤
1. 选着光缆钉固路由，一般光缆宜钉固在隐蔽且人手较难触及的墙面上。
2. 在室内钉固蝶形引入光缆应采用卡钉扣；在室外钉固自承式蝶形引入光缆应采用螺钉扣。
3. 在安装钉固件的同时可将光缆固定在钉固件内，由于卡钉扣和螺钉扣都是通过夹住光缆外护套进行固定的，因此在施工中应注意一边目视检查，一边进行光缆的固定，必须确保光缆无扭曲，且钉固件无挤压在光缆上的现象发生。
4. 在墙角的弯角处，光缆需留有一定的弧度，从而保证光缆的弯曲半径，并用套管进行保护。严禁将光缆贴住墙面沿直角弯转弯。
5. 采用钉固布缆方法布放光缆时需特别注意光缆的弯曲、绞结、扭曲、损伤等现象。
6. 光缆布放完毕后，需全程目视检查光缆，确保光缆上没有外力的产生。
装置规格
蝶形引入光缆钉固规格

自承式蝶形引入光缆钉固规格

3.9.5 室外支撑件布缆

常用器材
紧箍钢带

在电杆上固定挂杆设备、各类器件的钢带。
紧箍夹

在电杆上将紧箍钢带收紧并固定的夹扣。
S固定件

用于结扎自承式蝶形引入光缆的吊线，并将光缆拉挂在支撑器件上的器件。
紧箍拉钩

采用紧箍钢带安装在电杆上，用于将S固定件拉挂固定在电杆上的器件。
C型拉钩

采用螺丝安装在建筑物的外墙，用于将S固定件拉挂固定在建筑物外墙上的器件。
夹板拉钩

紧固在钢绞线上，用于将S固定件连接固定在钢绞线上的器件。
抱箍拉钩

安装在电杆铁箍的对销螺栓上，用于将S固定件连接固定在电杆上的器件。
理线钢圈

用于电杆上自承式蝶形引入光缆的垂直走线。
环型拉钩

采用自攻式螺丝端头，用于将S固定件拉挂固定在木质材料上的器件。
缠绕管

采用缠绕方式对蝶形引入光缆进行包扎保护，主要在光缆穿越墙洞、障碍物以及与其它线缆交叉处使用。
纵包管

采用纵向叠包方式对蝶形引入光缆进行包扎保护，主要用于使用支撑件布缆时对自承式蝶形引入光缆结扎处的保护。
施工步骤
1. 确定光缆的敷设路由，并勘察路由上是否存在可利用的用于已敷设自承式蝶形引入光缆的支撑件，一般每个支撑件可固定8根自承式蝶形引入光缆。
2. 根据装置牢固、间隔均匀、有利于维修的原则选择支撑件及其安装位置。
3. 采用紧箍钢带与紧箍夹将紧箍拉钩固定在电杆上；采用膨胀螺丝与螺钉将C型拉钩固定在外墙面上，对于木质外墙可直接将环型拉钩固定在上面。
4. 分离自承式蝶形引入光缆的吊线，并将吊线扎缚在S固定件上，然后拉挂在支撑件上，当需敷设的光缆长度较长时，宜选择从中间点位置开始布放。
5. 用纵包管包扎自承式蝶形引入光缆吊线与S固定件扎缚处的余长光缆。
6. 自承式蝶形引入光缆与其他线缆交叉处应使用缠绕管进行包扎保护。
7. 在整个布缆过程中应严禁踩踏或卡住光缆，如发现自承式蝶形引入光缆有损伤，需考虑重新敷设。
装置规格
自承式蝶形引入光缆吊线扎缚在S固定件上的规格


杆路终结处装置规格

杆路中间处装置规格

建筑物外墙处装置规格