作者：敖立
出版社：电子工业出版社
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光分配网ODN试读：
前言
激烈的市场竞争和技术的快速发展，用户对网络带宽和稳定性的要求越来越高，使得铜线宽带受到严重挑战，光进铜退的趋势不可避免，FTTx的大潮已经来临。在FTTx发展中，接入层需要新建一张巨大的光分配网（ODN）。ODN网络建设成本高昂，最高可占其总体投资的50%～70%，是FTTx投资的重点。相比铜线简单的P2P结构，ODN多采用P2MP拓扑，网络中的接续节点多，网络规划和工程建设环境复杂多变。其次，光纤比铜线敏感，更容易受损，施工难度大。再者，由于ODN网络需要延伸至用户侧，其入户需要因地制宜，同时也需要遵循一定的规范。ODN网络建成后，作为无源网络，如何对ODN进行高效的运营和维护，又是一个至关重要的问题。因此，光配线网（ODN）作为FTTx的重要组成部分，存在设计寿命长、施工环境复杂多变、建设周期长、维护管理困难等特点，受到业界的广泛关注。
本书涵盖了ODN网络规划设计、产品选型、工程实施、管理和维护的各个阶段所涉及的知识内容。全书共5章，第1章ODN概述，介绍ODN在FTTx网络中的位置。第2章ODN产品形态，介绍应用于ODN网络的各产品形态、主要的技术指标及应用场景。第3章ODN规划设计，系统地介绍ODN网络的拓扑结构、建设模式及造价分析。第4章ODN建设施工。建设施工是ODN网络建设中的重点和难点，本部分从场景分析入手，介绍设备施工规范、布线规范、线缆布防规范、测试验收规范等ODN建设施工中需要遵循的规范。第5章ODN管理和维护。ODN网络作为无源网络，其管理和维护具有人力投入大、效率低、易出错的特点，本章分析了当前ODN网络管理和维护中存在的问题，介绍了目前业界最新的智能ODN技术。
本书主要面向入门级的读者，对那些有一定的ODN背景知识，想进一步了解ODN规划设计、ODN建设施工等知识或从事相关工作的读者同样具有参考价值。
由于作者水平有限，书中缺点、错误在所难免，恳请批评指正。
电子邮件：aoli@mail.ritt.com.cn编著者2014年9月于北京第1章ODN概述本章要点√ ODN定义√ ODN范围√ ODN的重要性1.1 ODN定义
光分配网ODN（Optical Distribution Network），是基于PON（Passive OpticalNetwork）设备的FTTx光缆网络，其作用是为OLT（Optical Line Terminal）和ONU（Optical Network Unit）之间提供光传输通道。通常，由光纤光缆、光连接器、光分路器以及安装连接这些器件的配套设备组成。ODN包括馈线段、光缆分配点、配线段、用户接入点和入户段五部分。从局端机房到光缆分配点的馈线段，作为主干光缆，实现长距离覆盖；从光缆分配点到用户接入点的配线段，对馈线光缆的沿途用户区域进行光纤的就近分配；从用户接入点到终端的入户段，实现光纤入户，如图1.1所示。图1.1 ODN基本结构1.2 ODN范围
ODN位于OLT和ONU之间，其定界接口为紧靠OLT的光连接器后的S/R（S：光发信号参考点；R：光收信号参考点）参考点和ONU光连接器前R/S参考点，如图1.2所示。图1.2 ODN范围界定1.3 ODN的重要性
FTTx网络运营的成功与否，很大程度上取决于业务的质量，而业务的质量又依赖于ODN的质量。ODN作为FTTx的基础网络，具有如下特点：
①ODN是第三张固网，需满足带宽增长及下一代PON技术平滑演进需要，是固定网络接入未来50年发展的基础。
②施工环境复杂多变，一旦质量不能达标，其返工和改造的成本将十分昂贵。
③建设周期长，投入大。最高可占总体投资的50%～70%，是FTTx投资的重点，如图1.3所示。图1.3 ODN建设占FTTx建设的比例和周期
因此，ODN的建设将直接影响FTTx网络的综合成本、系统性能、可靠性及升级潜力。如何更经济和更快速地建设ODN网络，是运营商们普遍关心的问题。一个具有高可靠性、易扩展性和易维护性以及技术升级能力强的ODN网络，才能满足未来长期的业务开展和运营需求，确保运营商FTTx网络建设的投资收益。
从新西兰、澳大利亚、新加坡等国家纷纷成立国家宽带项目组负责光纤基础网络建设来看，ODN的建设已经上升到国家战略的层面。第2章ODN产品形态本章要点√ 光纤配线架√ 光缆交接箱√ 光缆分纤箱√ 光缆接头盒√ 终端盒／室内终端盒√ 分光器√ 光纤连接器√ 光纤光缆
根据ODN范围和基本结构，ODN的产品主要有以下几类：
● 光纤配线架；
● 光缆交接箱；
● 光缆分纤箱；
● 分光器；
● 光纤连接器；
● 光纤光缆；
● 光缆接头盒；
● 终端盒／室内终端盒。2.1 光纤配线架
光纤配线架（Optical Distribution Frame, ODF）产品作为光纤通信网络的重要节点产品主要实现光纤线路连接、分配和调度的功能，在FTTx-ODN建设场景中，同时可支持安装光分路单元，实现光信号的分光输出。（1）ODF具体的应用场景
①在传统光传输网络中，ODF应用于中心机房侧，实现光纤光缆的分配与调度管理。
②放置在CO机房配合中、大型OLT局点，实现光纤线路连接、分配和管理。
③放置在小区机房或大楼楼底，实现光纤线路连接和分配，以及光分路器的集中安装与管理。
④应用于数据中心，实现大量光纤的分配、调度、管理。（2）ODF提供的主要功能
①光缆的引入和保护。
②光纤熔接与配线功能。
③分光功能。
④标识记录。
⑤贮纤功能。
⑥接地功能。（3）ODF的组成
从实现上看，ODF主要由柜体、光缆引入单元、盘纤单元、熔配单元、光分路单元、底座等组成，如图2.1所示。图2.1 ODF结构图
①光缆引入单元：用于光缆固定，实现光缆加强芯的接地保护。
②盘纤单元：用于冗余尾纤或跳纤的盘储。
③柜体：为单元体提供安装空间。
④熔配单元：集成光纤熔接和配线功能。
⑤光分路单元：连接光线路终端和光网络单元的无源设备，用于分发下行数据并集中上行数据。
⑥底座：用于机房为防静电地板时，调节机柜的高度。
与ODF相关的配线和熔接原理如图2.2、图2.3、图2.4、图2.5所示。图2.2 配线原理图2.3 熔配分离原理图2.4 熔接原理图2.5 熔配一体化原理（4）ODF产品的种类
ODF产品按性能不同可分为以下两种。
第一种为传统的小容量ODF，一般容量在500～600芯。主要适用于机房空间较宽裕或机房光纤分配容量较小的场景，典型有：
①在传统光传输网络中应用于中心机房侧，实现光纤光缆的分配与调度。
②放置在CO机房配合小型OLT局点，实现光纤线路连接和分配。
③放置在小区机房或大楼楼底，实现光纤线路连接和分配，以及光分路器的集中安装。
第二种产品为可拼装的中、大容量，高密度ODF，一般单机柜容量在1 000芯以上，并且多个机柜可拼接为一个大型ODF系统，各ODF之间有清晰的走纤通道。主要适用于机房空间受限或机房光纤分配容量较大的场景：
①传统光传输网络中应用于中心机房侧，实现光纤光缆的分配与调度。
②放置在CO机房配合中、大型OLT局点，实现光纤线路连接和分配。
③放置在大型小区机房或大楼楼底，实现光纤线路连接和分配，以及光分路器的集中安装。
④应用于数据中心，实现大量光纤的分配与调度。2.2 光缆交接箱
光缆交接箱（Optical Cable Cross-conneting Cabinet, OCC）是用于连接主干光缆（馈线段）与配线光缆（配线段）的接口设备，实现光缆的固定和保护、光缆熔接成端、光纤熔接点保护、光纤线路分配与调度、内部设备防护和其他增值模块安装等功能。用在ODN中的光缆交接箱可以安装光分路器来实现光功率的分配。
①在FTTH-ODN网络中，在主干光缆段完成光纤、光缆的连接及分配、调度。
②在FTTx-ODN网络中，在允许建街边柜的国家和地区，可应用于光缆分配点处，通过安装光分路器实现分光功能。（1）OCC的功能
OCC提供的主要功能有：
①光缆的引入和保护。
②光纤熔接与配线功能。
③分光功能。
④贮纤功能。
⑤标识记录。
从实现上看，光缆交接箱主要由箱体、光缆开剥单元、光分路单元、熔配单元、底座等组成，如图2.6所示。图2.6 光缆交接箱结构图（2）OCC的种类
目前，市面上可见的光缆交接箱有以下几种：
1）传统光缆交接箱
①内部为标准为19英寸安装结构，一般采用SMC外壳，容量以288芯或576芯为主，密度较低。
②内部为标准为托盘式安装结构，一般采用SMC外壳，容量以288芯或576芯为主，密度较低。
2）新式光缆交接箱
内部模块分区设计，通常有专门的区域安装盒式分光器，并带有光纤停泊区设计，可以更好地管理未开通业务的光纤路由，一般采用铝制或不锈钢外壳。这类产品密度较高，容量为72～864芯。
3）预连接光缆交接箱
内部熔接工作已在工厂内预制完成，现场只需进行简单的光缆接头插接工作。这种交接箱可以极大地减少在现场的工作量，降低施工技能要求，并能保证链路的接续质量不受人为因素干扰。
OCC（光缆交接箱）主要应用于户外环境，具有能抵抗剧变气候和恶劣工作环境、防水气凝结、防水和防尘、防虫害和鼠害、抗冲击损坏能力强等特点。2.3 光缆分纤箱
光缆分纤箱（Optical fiber cable Distrbution Box, ODB）位于FTTx-ODN网络中的用户接入点，可实现配线光缆与入户光缆的接续、光纤的直通、分歧和保护功能。部分ODB兼容光分路器的安装以实现分光功能，从应用场景上分为室外型与室内型两种，从功能上可分为纯熔接ODB、纯熔配ODB、带分光配线功能ODB。（1）ODB的安装
①在FTTH-ODN网络建设中，室内型ODB安装在多层建筑楼道底层或高层楼道弱电井或配线间中，实现入户光缆的分歧或安装分光器实现分光及分歧。
②在FTTH-ODN网络建设中，室外型ODB架空或抱杆安装覆盖别墅型用户群，实现入户光缆的分歧或安装分光器实现分光及分歧。
③在FTTH-ODN网络建设中，室外型ODB安装在建筑的外墙上，覆盖高层或多层建筑用户，实现入户光缆的分歧或安装分光器实现分光及分歧。
④在传统光传输网络中，应用于远端机房及站点，实现光纤光缆的分配与调度管理。（2）ODB的功能
ODB提供的主要功能有：
①光缆的引入和保护。
②光缆纤芯的终接。
③光纤熔接接头保护。
④贮纤功能。
⑤调纤功能。
⑥光纤分路和配线功能。
⑦尾纤连接器的停泊功能。
⑧标识记录。
从实现上看，光缆分纤箱主要由箱体、光分路器单元、适配器面板、熔接盘、光缆进出孔等组成，如图2.7所示。图2.7 光缆分纤箱结构图（3）ODB的种类
目前，市面上可见的ODB共有以下几种。
①纯熔接ODB：一般容量为4～24芯，特点是单层结构，体积较小，主要用于将分光后的配线光缆分歧为入户缆，利于在狭窄的空间内进行部署。
②单层熔配（可带分光）ODB：一般容量为12～144芯，主要用于将分光后的配线光缆分歧为入户缆，或可直接安装分光器进行分光并输出入户缆。但单层结构存在熔接及配线在同一界面内施工的问题，容易引起不同阶段的施工互相干扰。
③双层熔配（可带分光）ODB：一般容量为12～144芯，主要用于将分光后的配线光缆分歧为入户缆，或可直接安装分光器进行分光并输出入户缆。双层结构可以清晰地将熔接与配线界面分开，不同阶段的施工不会互相干扰，有利于提高施工效率，降低返工率。目前，业界主流有左右双层和上下双层两种形式。
室外型ODB光缆分纤箱主要应用于户外环境，具有能抵抗剧变气候和恶劣工作环境、防水气凝结、防水和防尘、防虫害和鼠害、抗冲击损坏能力强等特点。2.4 光缆接头盒
光缆接头盒（Optical Fiber Cable Closure）的定义：相邻光缆间提供光学、密封和机械强度连续性的接续保护装置。
作为光通信网络中的重要节点产品，光缆接头盒主要用于光传输网络中光纤的接续和分歧，提供光缆直通和分歧接续的保护，并可根据网络需求提供配线和分光功能。光缆接头盒具有防水防尘、防动物啃咬、环境适应性强、抗冲击损坏能力强等特点。（1）光缆接头盒的分类
光缆接头盒产品在结构上分为卧式及帽式两种。其内部光纤管理单元灵活配置，可覆盖光传输及FTTx建设场景中的光缆接续、分歧及分光等建设场景。根据使用功能不同，可分为以下几类。
①直熔式接头盒：提供直通光缆、分歧光缆的引入、冗余光纤盘存、光纤熔接保护。
②分光式接头盒：接头盒内置分光器，提供光纤的分光及熔接保护。
③配线式接头盒：接头盒内可配置分光器及适配器，主要用于将分光后的配线光缆分歧为入户缆，或直接安装分光器进行分光并输出入户缆。
④挂缆接头盒（带自由呼吸孔）：提供光缆引入、盘存及熔接保护；可根据需要配置适配器、光分路器，直接引出用户缆。自由呼吸孔位于接头盒最底部，能有效防止因温差原因形成的凝露，保护光纤长期使用。挂缆接头盒属非密封类接头盒，仅适用于地上场景（挂壁或挂缆）。
⑤气吹光缆接头盒：适用于气吹场景，气吹微管引入至接头盒内，提供气吹光缆的直通、分歧熔接保护功能。（2）光缆接头盒密封方式
光缆接头盒常用的密封方式有热缩密封、胶带密封及机械密封，如图2.8、图2.9、图2.10所示，凝胶技术和冷缩密封技术处于发展和完善中。图2.8 热缩密封光缆接头盒图2.9 胶带密封光缆接头盒图2.10 机械密封光缆接头盒（3）光缆接头盒的技术指标
不同国家、地区及标准化组织对光缆接头盒的标准要求也有所差异，国际上主要依据的标准为ITU-T L.13（04/2003）、IEC61300-2系列要求及GR-771-CORE，我国有通信行业标准YD/T 814，表2.1中所列技术指标主要参考ITU-T L.13标准要求。表2.1 密封光缆接头盒技术指标
光缆接头盒配合不同的安装附件，可实现人井、手孔、管道、抱杆、架空、挂壁／缆、直埋等户外场景，如图2.11所示。图2.11 光缆接头盒安装场景2.5 终端盒／室内终端盒
终端盒（Terminal Box, TB）是室外光缆和室内光缆的成端点，也是安装中的工程界面点。具有配线功能，可以在不打扰用户的情况下测试OLT到TB之间的链路问题。
室内终端盒（Access Terminal Box, ATB）用于室内入户光缆的成端，起到尾纤盘储和保护接头的作用。外形美观，适用于家居环境。ATB主要分为挂墙式和嵌墙式两种，如图2.12所示。图2.12 ATB结构图（1）TB/ATB提供的主要功能
①带有光纤防尘装置，能保存至少50 mm的光纤余长。
②可以采用明装或安装方式，可以固定在室内墙面或弱电箱内。
③适用于光纤到户工程中用户光纤终端的成端，实现光纤熔接、裸纤保护和多余纤芯的存储，为用户提供业务开通时所需的光接口。（2）TB/ATB的主要技术指标
①材料：根据使用环境选择材料，一般为塑胶材料，如阻燃的ABS或ABS+PC。
②外壳防护等级：IP4X。
③最小弯曲半径：因为ATB是室内产品，直接连接ONT设备，同时受外观和尺寸限制，所以基本采用G657A和G657B等对宏弯不敏感的光纤，其弯曲半径为 R≥15 mm。2.6 分光器2.6.1 分光器概述及分类
分光器是一种无源光学元件，将耦合的下行视频和语音／数据信号分束给N个用户的ONT，将上行语音／数据信号发送给OLT。分光器（SPL）产品是ODN中的核心器件，主要起PON网络中从局端OLT出来的一条光纤分为多条光纤接入用户家中的作用。
分光器是在分光点上实现分光技术的无源功能器件。按照实现原理分为两类，一种是熔融拉锥式分光器（Fused Biconical Taper, FBT），另一种是平面光波导式分光器（Planar Lightwave Circuits, PLC）。分光器按分光比可以分为等比分光和不等比分光两类。其中等比分光的分光比从1：2～2：64都有，1×64光分路器损耗19.7 dB，通常应用1×64光分路器的ODN网络不能超过10 km。2×n的分光器提供了两个入光口，配合OLT可实现FTTH网络的保护机制。不等比分光的光功率不是均分的，常见的主要是1×2的。根据封装的不同形式，有模块式光分路单元、小型盒式光分路单元、19英寸上架型光分路单元、室内挂墙型光分路单元以及户外型光分路单元。2.6.2 分光器的一般技术指标
表征分光器性能的技术参数很多，其中和其他无源光器件类似的有插入损耗、回波损耗、方向性、偏振相关损耗、波长相关损耗、温度相关损耗等。分光器所特有的技术指标有分光比及均匀性等。1．插入损耗（Insertion Loss, IL）
插入损耗定义为某指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减少值，其数学表达式如下：
式中，ILi是第i个端口的插入损耗；是i个输出端口输出的光功率值；Pin是输入端口输入的总光功率值。插入损耗的典型测试方法如图2.13所示。图2.13 插入损测试方法2．回波损耗（Return Loss, RL）
回波损耗定义为入射光功率与同一路线返回光功率之比的对数，其数学表达式如下：
式中，RL是回波损耗，PRef是返回的光功率值；Pin是输入端口入射光功率值。回波损耗的典型测试方法如图2.14所示。图2.14 回波损耗测试方法
分光器的回波损耗，如果测试时需要把输出端绕起，称为输出端截止损耗，其测试方法如图2.15所示。图2.15 输出端截止损耗测试方法
分光器的回波损耗，如果输出端没有绕起，则称为输出端未截止损耗。未截止回损的值主要是由端面反射和插损计算得来，其测试方法如图2.16所示。图2.16 输出端未截止损耗测试方法
未截止回损由端面带来很大的反射损耗（菲涅尔反射，是由光纤和空气的折射率差带来的），当光纤端面垂直时，此损耗可由式（2.3）计算得来。
以计算下行光为例，信号经过分光器下行必然带来一个插如损耗，端面带来约14.7 dB（由以上公式得出）的损耗，然后反射回来的光经过分光器会带来一个插入损耗，但是有N个端口的光汇聚，因此同样也会带来一个与插入损耗相当的增益。因此，未截止损耗通常近似为14.7+IL（dB）3．均匀性（Uniformity, U）
均匀性定义为器件在工作带宽范围内，各输出端口输出光功率的最大变化量，用分贝表示，其数学表达式如下：
注意，只有均分型分光器具有该指标，由于加工工艺的限制，各输出端口不可能做到完全地均分。均匀性是衡量分光器各输出端口输出光功率不均匀程度的参数。4．偏振相关损耗（Polarization Dependent Loss, PDL）
偏振相关损耗定义为当传输信号的偏振态发生改变时，各输出端口输出光功率的最大变化量，以分贝表示，其数学表达式如下：
偏振相关损耗是衡量器件性能对于光信号偏振态敏感程度的技术指标，典型的测试方法如图2.17所示。图2.17 偏振相关损耗测试方法5．方向性（Directivity, D）
分光器的方向性定义为在正常工作时，输入一侧非注入光的一端的输出光功率（一般由波导内部反射产生）与另一端全部注入光功率的比值，以分贝来表示，其数学表达式如下：
式中，Pin代表输入端口的输入光功率；Pout代表输入一侧非注入光端口的输出光功率。方向性是衡量分光器定向传输特性的一个参数，是衡量不同输入端口之间抗干扰能力的指标，典型的测试如图2.18所示。图2.18 分光器方向性测试方法
根据国际通信联盟ITU-T L.37建议书，光分支器件可设计成单个波长（例如，1 310 nm或1 550 nm）工作、波长平坦的（对单窗口内波长的变化不敏感）或者与波长无关的（例如，对第二和第三窗口，1 260～1 360 nm和1 450～1 600 nm或1 260～1 360 nm和1 450～1 660 nm窗口内波长的变换不敏感）。表2.2是由CORECROSS公司提供的PLC型分光器的性能参数。表2.2 PLC型分光器的性能参数
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