摘要：EPON(Ethemet over Passive Optical Network，以太無源光網(wǎng)絡)是一種新型的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，它采用點到多點結(jié)構(gòu)、無源光網(wǎng)絡傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務。主要研究EPON網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)，以及EPON的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)特點，通過邏輯分析與實證相結(jié)合的辦法，論述了EION網(wǎng)的設計過程，得出了不同接入需求下的設計方案。創(chuàng)新之處在于從用戶帶寬需求入手實現(xiàn)資源配置最優(yōu)的效果。
關(guān)鍵詞：有線電視；EPON；設計

1 網(wǎng)絡設計步驟
    首先，選擇網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，其次，進行網(wǎng)絡設計及設備選擇。對需求進行充分分析，全面了解用戶需求，分析需達到的技術(shù)指標和限制條件，就商業(yè)目標和對其約束的條件進行充分論證。在對網(wǎng)絡現(xiàn)在及未來通信以及需求特征了解的基礎上，進行網(wǎng)絡設計。需求來源于決策者的建設思路、國家／行業(yè)政策、用戶技術(shù)人員對技術(shù)細節(jié)的理解、用戶能提供的各種資料；而應用需求則要考慮可靠性／可用率、響應時間、安全性、可實現(xiàn)性、實時性等。
    根據(jù)前面步驟的分析，選配好設備，確定網(wǎng)絡連接線纜和各層設備的數(shù)量便可制定整個網(wǎng)絡的拓撲圖。無源光網(wǎng)絡采用對稱分光比分光器，保證每條鏈路在設備光接收靈敏度范圍內(nèi)，分光器最大光分支比為1：32，適用于用戶比較集中的情況。

2 EPON系統(tǒng)設計
2．1每戶帶寬設計
    (1)若按標清MPEG-2標準計算，要求每用戶點播視頻流為4 Mbps，若按標清MPEG-4標準計算，要求每用戶點播視頻流為2 Mbps；
    (2)交互數(shù)字電視正式運營后，按總有線電視用戶的20％接入交互數(shù)字電視，且同時點播視頻節(jié)目的用戶按50％計算；
    (3)其他業(yè)務按接入交互式數(shù)字電視用戶數(shù)的30％計算，且按30％在線，每戶平均在線流量按500 kbps計算。
    按以上條件每100戶用戶將占用帶寬為：
    100×20％x50％×4+100×20％×30％×30％×0．5≈41 Mbps
    100×20％×50％×2+100×20％×30％×30％×0．5≈21 Mbps
    每有線電視用戶平均接入帶寬為0．41／0．21 Mbps。
2．2 OLT每千兆光口可帶用戶數(shù)
    OLT既是一個交換機或一個路由器，又是一個多業(yè)務提供平臺，它為PON提供光纖接口，根據(jù)以太網(wǎng)向城域網(wǎng)及廣域網(wǎng)發(fā)展的態(tài)勢，OLT在提供千兆光口的同時，還提供多個Gbit／s和10 Gbit／s的以太網(wǎng)口。
    在目前的系統(tǒng)中，每個OLT提供2～4個千兆光口。每個千兆光口可帶的用戶數(shù)目計算如下：
    (1)按每個交互數(shù)字電視用戶4 Mbps帶寬計算
    OLT每個千兆光口可覆蓋的用戶數(shù)約為1 000／0．4=2500。若一棟樓按50戶計算，則可覆蓋2 500／50=50棟樓。
    (2)按每個交互數(shù)字電視用戶2 Mbpe帶寬計算
    OLT每千兆光口可覆益的用戶數(shù)約為1 000／0．2=5 000。若一棟樓按50戶計算，則可覆蓋5 000／50=100棟樓。
    由于OLT每千兆光口可以由PON分為32／64個光分支，支持32／64個用戶終端ONU。如果EPON采用FTTBLAN接入方式，則OLT每千兆光口可以覆蓋32／64棟樓。
    當采用MPEG-2編碼標準時，按常規(guī)32個ONU到樓，覆蓋1600用戶，則每個ONU覆蓋1600／32=50戶。每個ONU的平均帶寬為1000／32=31．25 Mbps，按總有線電視用戶的40％接入交互數(shù)字電視，且同時點播視頻節(jié)目的用戶按40％計算，一棟樓的交互數(shù)字電視用戶的帶寬為31．25／50×40％×40％≈4 Mbps。能滿足要求。
    當采用MPEG-4編碼標準時，按64個ONU到樓，覆蓋3200用戶，則每個ONU覆蓋仍為3200／64=50戶。每個ONU的平均帶寬為1000／64=15．63 Mbpe，按總有線電視用戶的40％接入交互數(shù)字電視，且同時點播視頻節(jié)目的用戶按40％計算，一棟樓的交互數(shù)字電視用戶的帶寬為15．63／50×40％×40％≈2 Mbps，能滿足要求。
2．3 光分配網(wǎng)(ODN)的設計與應用
2．3．1 光分配網(wǎng)設計的一般概念
    EPON系統(tǒng)中ODN位于分布的光網(wǎng)絡中，包括單模光纖、光分路器等。OLT采用單纖波分復用技術(shù)，通過光纖與分光器與ONU連接，最大傳輸距離可達20 km。在ONU側(cè)通過光分路器分送給多達32～64棟樓的用戶。
    在ODN的設計中主要涉及到光纜布線、安全保證、光分路器的級聯(lián)等問題。ODN系統(tǒng)的設計主要與城市居民小區(qū)的物理分布有關(guān)。常規(guī)結(jié)構(gòu)的ODN設計較為簡單，如下列舉了ODN設計中的一種光分路器級聯(lián)的方案供參考。
    例：4個小區(qū)，每個小區(qū)16棟樓，分前端機房距離第一個分光器5 km，第一個分光器距離各小區(qū)最遠2 km。
    可采用下列光分路器級聯(lián)的方式進行設計，由于光分路器的級聯(lián)與其級數(shù)無關(guān)，只與整個ODN系統(tǒng)的損耗有關(guān)，4個小區(qū)，每個區(qū)16棟樓，可用2個PON口進行覆蓋即可，如圖1所示：

    此設計方案可大量節(jié)省光纖，使布線更加靈活，減少了布線過程中所遇到的各種麻煩。其鏈路損耗如下：
    1×2光分路器損耗：3．2 dB
    1×16光分路器損耗：13．5 dB
    光纖損耗：0．32 dB／km(1 310nm波長)
    鏈路總損耗為：
    3．2+13．5+8．2x0．32+6 x0．5=22．32
    如OLT發(fā)射功率為PT=0dBm，ONU接收光功率為PR=-26 dBm，這是由于下行為數(shù)字基帶信號，ONU的接收功率一般可達-26 dBm，則
    PT-PR=0-(-26)=26 dB>22．32 dB
    這就保證了PT-PR>22．32dB的鏈路總損耗，才能達到IEEE802.3ah對EPON物理層規(guī)定數(shù)據(jù)通道誤碼率10-12要求。
2．3．2 ODN系統(tǒng)設計的光損耗計算
    根據(jù)PON系統(tǒng)特點，覆蓋范圍從OLT到ONU的各條光鏈路總長度應在20 km內(nèi)。ODN系統(tǒng)設計中，光網(wǎng)絡的光損耗應計算OLT到距OLT最遠的ONU的光路損耗L：
   
    式中：a為光纖損耗系數(shù)(dB／km)；l1為OLT到第一個分光器的距離(km)；l2為第一個分光器到第二個分光器的距離(km)；l3為第二個分光器到第三個分光器的距離(km)；l4為第三個分光器到距離第三個分光器最遠的ONU的距離(km)；Ls1、Ls2、Ls3分別為第一級、第二級、第三級分光器的損耗(dB)；a×0．5為a個活動光連接起的總損耗(dB)；PT為OLT／ONU的發(fā)射光功率(dBm)；PR為OLT／ONU的接收光功率(dBm)；a按1310 nm波長取值，即a=0．30-0．35 dB／km，光纖融熔拉錐型分光器的損耗Ls取值如下：
    1：2分光器Ls=3．2 dB；1：4分光器Ls=6．4 dB；1：6分光器Ls=8．5 dB；1：8分光器Ls=9．7 dB；1：16分光器Ls=13．5 dB；1：32分光器Ls=18．3 dB。
    可以看出，分光器的分支數(shù)越大，損耗也越大。因此，從OLT到ONU最多只能用三級分光器。
    無源光網(wǎng)絡設計時，在設計光路結(jié)構(gòu)方面，不能按照設備的接收極限值設計，通常需要留出至少3 dB的余量。即：
   
    由于不同廠家選用的光模塊不同，所以，PT-PR的值也不同。實際設計時應根據(jù)所選用的設備參數(shù)來確定PT-PR的值，并由此確定L的最終dB值。如本例所選設備其PT-PR=26dB，則光路損耗上限L=(PT-PR)-3=23 dB。倘若L超過此值，則不能滿足BER≤1×10-12的要求，須重新設計。

3 EPON技術(shù)的優(yōu)勢
    (1)與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性：以太網(wǎng)技術(shù)是迄今為止最成功和成熟的局域網(wǎng)技術(shù)。EPON只是對現(xiàn)有IEEE802．3協(xié)議作一定補充，基本上是與其兼容的。EPON與以太網(wǎng)的兼容性是其最大的優(yōu)勢之一。
    (2)高帶寬：EPON的下行信道為百兆／千兆的廣播方式，而上行信道為用戶共享的百兆／千兆信道。這比目前的接入方式，如Mode、ISDN、ADSL都要高得多。
    (3)低成本：首先，由于采用PON的結(jié)構(gòu)，EPON網(wǎng)絡中減少了大量的光纖和光器件以及維護成本。其次，以太網(wǎng)本身的價格優(yōu)勢使EPON具有無法比擬的低成本。EPON技術(shù)目前還處在研究討論階段，還有一些問題有待解決，包括上行信道復用技術(shù)、測距和時延補償技術(shù)、光器件和突發(fā)信號快速同步等方面。