适应5G业务发展的接入光缆网规划原则

摘要：根据5G新业务的特点，对接入光缆网规划原则提出一些见解，特别是对主干光缆环的建设提出规划思路。接入光缆网规划重点是规划综合接入区内的主干光节点和主干光缆环，提出了确定主干光节点的位置和容量的方法，并对不同业务的纤芯需求和纤芯数进行了分析和统计。

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前言

5G建设已经迫在眉睫，如果把5G基站视为“兵马”，那接入光缆网就是“粮草”，提前做好接入光缆网规划显得尤为重要。5G技术特点对移动基站分布密度提出了更高的要求，如何适应新业务发展需要，这为接入光缆网规划提出了新的课题。

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接入光缆网构架及分层原则

1.1  接入光缆网构架原则

接入网由业务节点接口（SUI）和用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体组成，接入光缆网就是连接SUI和UNI之间面向所有信息通信客户和上层业务网络的接入层基础物理网络。接入光缆网应遵循统一规划、分期建设的原则，“网络结构相当稳定，能适应新业务发展”是接入光缆规划的目标。

根据承载的业务划分，接入光缆网可分为公众接入网（主要针对家庭用户和一般政企用户）、政企接入网（主要针对重要政企用户）和基站接入网，现阶段部分通信运营商还是采取分别组网的方式（见图1）。这种按业务独立组网的方式，容易造成纤芯分布不均且不易调配，光缆利用率非常低。

图1    接入光缆网现状图

根据5G业务的特点，为达到覆盖效果，相比4G而言，5G基站将会非常密集，并且成均匀分布趋势。5G基站越来越靠近用户，与家庭用户分布特点类似，为了充分利用光纤资源，可以将上述3个相对独立的接入光缆网进行整合，采取综合接入方式（见图2）。综合接入方式就是划定一个全业务综合接入区，在该接入区内统一规划建设接入光缆网，通过灵活跳纤的方式承载所有业务接入（见图3）。接入区内一般设置一个综合接入点（全业务综合机房）。接入区根据道路和地形组建多个主干光缆环，在主干光缆环上设置多个主干光节点（主干光交），每个主干光节点覆盖一定的片区，相邻片区之间实现不重叠无盲区覆盖。在片区内设置多个配线光节点（配线光交），配线光节点覆盖相应小区（居住小区或重要政企驻地），负责收容本小区内的所有业务，从而在一个综合接入区内实现全业务承载。

图2    接入光缆网规划图

1.2  接入光缆网分层原则

根据业务类型不同接入光缆网可以分为2层或3层，根据用户特点和需求，采取分层次接入方式（见图3）。2层结构包括主干层（主干光节点、主干馈线光缆）和配线层（配线光节点、配线光缆），3层结构包括主干层、配线层和引入层（引入光节点、引入光缆），其中主干光缆以环型结构为主，配线光缆结构根据不同业务分为星型、树型和环型3种，引入光缆以星型和树型结构为主，个别重点用户也可以采用环型结构组网。不同用户分层结构详见表1。

图3    全业务承载和分层次接入示意图

表1    接入光缆网层次划分表

根据业务对网络质量、组网方式和安全性要求不同，建议重要政企部门和室外基站等业务采取2层接入方式，直接通过配线光缆接入；对于家庭用户、普通企业、营业网点等客户，建议采取3层接入方式，即通过引入光缆接入；室内分布系统根据其密集覆盖的特点，建议就近接入配线光节点，即也采取3层接入方式。

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接入光缆网规划思路

接入光缆网规划主要是对“点”“线”“面”3者进行统一部署，“点”是指综合接入点、主干光节点、配线光节点和引入光节点，“线”是指主干光缆环、配线光缆和引入光缆，“面”是指综合接入区、片区和小区。

接入光缆网整体规划思路是“面”→“点”→“线”，其中重点是规划确定综合接入区、主干光节点和主干光缆环。

2.1  综合接入区

根据接入方式分析，业务以PON接入方式为主。有关综合接入区合理覆盖面积可以参照《光纤接入网规划设计手册》和《接入光缆与ODN网络规划方法》等资料，按最经济OLT覆盖理论半径进行测算，详细计算方法本文因篇幅所限免于累述，具体结论可参照表2。

表2    综合接入点覆盖面积分析表

对现有已覆盖综合接入区，根据运营商现有局所分布，结合地形、道路和现有通信资源等因素综合划定，对不合理的接入区进行优化调整，对于新开发区，接入区初期可暂按3 000户/km2进行区域覆盖，后期根据用户密度提升情况再进行分割。在确定接入区时应综合考虑道路（或规划道路）和现有资源的分布情况，便于主干光缆环的建设。

根据道路和地形将综合接入区划分为若干个独立的片区，各片区需考虑主干光缆能到达和便于主干光节点的设置等因素。片区再划分为若干个小区，每相邻小区之间需无缝覆盖。

2.2  光节点

2.2.1  主干光节点

主干光节点需尽可能设置在片区的中心位置，并便于线缆进出。主干光节点所覆盖片区面积不宜过大，覆盖半径300~800 m，交接容量不宜超过576芯，一般覆盖5~9个配线光节点。

2.2.2  配线光节点

配线光节点需尽可能设置在小区的中心位置，并便于线缆进出，覆盖半径100~300 m，交接容量不宜超过288芯。

2.2.3  引入光节点

引入光节点直接接入用户，一般设置在相应楼层或引入点，接入容量不宜超过24芯。

2.3  主干光缆环

综合接入区确定后，根据道路和通信管道资源情况综合规划主干光缆环路由，主干光缆可以采取分批建设的模式，不具备建设条件的主干光缆可适当延后，但主干光缆纤芯需按中长期规划容量进行规划和建设。

主干光缆纤芯的确定需综合考虑业务传输类型，纤芯可按独享纤芯、共享纤芯和预留纤芯进行分配。共享纤芯和预留纤芯建议分配12~24芯，每个主干光节点的独享纤芯需考虑线缆收敛比（主干∶配线=1∶1.2~1.5）并整合为12倍数的纤芯。

主干光缆环上接入的主干光节点以2~4个为宜，主干光缆纤芯配置在144~300芯为宜。

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业务和接入方式分析

3.1  5G新业务接入方式分析

根据技术研究，三大通信营运商一致认为波分复用型无源光网络（WDMPON）接入技术将成为5G前传承载主流技术。PON按信号分配方式可分为功率分割型无源光网络（PSPON）和WDMPON。目前EPON、GPON均属于PSPON，PSPON采用星型耦合器分路，上行、下行传送采用TDMA/TDM方式，实现共享信道带宽，分路器通过功率分配将OLT发出的信号分配到各个ONU上。WDMPON则是将波分复用技术运用在PON中，光分路器（OBD）通过识别OLT发出来的各种波长，将信号分配到各路ONU。

采用WDMPON技术承载5G前传业务时，可以将OBD放置在配线光节点（或主干光节点），向下直连AAU/RRU，向上经主干光缆直连OLT。

3.2  主要承载的业务和接入方式

按用户类别进行划分，接入光缆网承载的业务主要包括如下3种。

a）家庭业务。家庭业务主要包括固定语音、上网和视频业务，一般采用PSPON+FTTH接入方式。

b）政企业务。家庭业务主要包括固定语音和上网业务，根据业务需要采用PSPON、MSTP、PTN、IPRAN、SDH、VPN等接入方式。

c）自营业务。自营业务主要包括运营商自身营业网点、移动基站和室内分布系统等，根据组网技术和对网络安全性要求不同可采取PSPON、IPRAN和WDMPON等接入方式。

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需求分析和纤芯统计

4.1  配线光缆纤芯需求分析

在接入光缆网规划和建设过程中，配线光缆连接主干光节点和配线光节点（或业务接入点），起到承上启下的作用，主干光缆的纤芯数需依据配线光缆汇总而来，在有引入光缆的场景中也要通过线缆收敛到配线光缆，因此配线光缆纤芯需求量的统计非常重要。根据不同业务对纤芯需求进行分析，具体详见表3。

表3     配线光缆纤芯需求分析表

家庭业务一般采取PSPON接入方式，在综合考虑实装率（75%）、分光比（1∶50）和线缆收敛比（配线∶引入=1∶1.5~1∶2）情况下，配线光缆纤芯数按覆盖住户数的1%~2%统计。

政企业务和自营业务采取PSPON接入方式时，在考虑分光比（1∶16~1∶32）的情况下，配线光缆纤芯数按用户接入点数量的3%~6%统计。

政企业务和自营业务采用非PON接入方式时，根据不同的传输方式（双芯单向/双芯双向），配线光缆纤芯数按业务接入点数量的2~4倍统计。

自营业务采用WDMPON接入方式时，在考虑分波比（1∶20）和传输方式（单芯单向/单芯双向）的情况下，配线光缆纤芯数按AAU/RRU数量的5%~10%统计。

4.2  用户规划数量统计

用户规划数量需按覆盖区域内规划期末的数据进行预估。

家庭用户按FTTH考虑，采用PSPON接入方式，用户数量按小区或区域内覆盖住宅数来统计。

当政企用户和自营业务采用PSPON接入方式时，根据客户需求，按接入的信息点数量来统计。

当政企用户和自营业务采用非PON接入方式时，根据客户接入的业务类型分别进行统计。

相比4G频段，5G频段更高，频谱越大衰减就越大，为了满足信号覆盖要求，必须通过增加大量的基站来弥补。根据测算，5G基站密度将是4G基站的2~3倍，5G站间距在城市中心区域为200~300 m，郊区为500~1 000 m，农村为1 500~2 500 m。国际电信联盟无线电通信局（ITU-R）定义了5G的3类典型业务场景：增强型移动宽带（eMBB）、大规模机器类通信（mMTC）、超可靠低时延通信（uRLLC）。其中uRLLC业务对5G站址分布起主要约束作用，特别是为了满足车联网（自动驾驶）对信号覆盖要求，城区街道和郊外主要道路上需做到无缝可视覆盖，道路沿线200~300 m需设置一个5G基站。

5G基站、AAU/RRU数量和配线（或引入）光缆纤芯数需根据基站分布密度进行测算，具体分析详见表4。

表4    每平方公里内5G基站及纤芯测算表

由表4可见，5G建设初期对接入光缆的纤芯需求主要集中在城市中心区域和主要道路。

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规划示例

5.1  规划场景设置

该规划示例场景在某城区，如图4所示综合接入区覆盖面积为7 km2，相应用户分布密度详见表5，各类用户均匀分布，主干光缆路由上有可用管道资源。

图4    综合接入区覆盖图

表5    相应用户分布密度

5.2  规划流程

5.2.1  统计配线光缆纤芯数

根据前文所述原则，本接入区规划配线光缆纤芯数如表6所示，规划纤芯按高配和低配的平均值，合计需要830芯。

表6    配线光缆纤芯汇总表

5.2.2  确定主干光节点数

主干光节点按覆盖半径500 m规划，本接入区需设置9个主干光节点，每个主干光节点至少占用主干光缆92芯以上。

5.2.3  组建主干光缆环

本接入区根据道路的实际分布情况组建3个主干光缆环（见图5），每个主干光缆环设置3个主干光节点，在适当考虑12~24芯共享和预留纤芯后，每个主干光缆环需配置288~300芯。

图5    主干光缆环路由图

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总结

接入光缆网规划重点是规划综合接入区内的主干光节点和主干光缆环，即选准主干光节点的位置和容量，确定主干光缆环的路由和纤芯数。5G基站作为接入光缆网中一类用户，只要在确定基站分布密度和对纤芯需求的情况下，接入光缆网的规划工作也并不难。接入光缆网的规划是一份长期的工作，经常受管道资源和主干光节点选址等因素限制，主干光缆环可能无法一次布放到位，这需要规划和建设部门持续推进或灵活处理。

▎参考文献：

［1］王庆. 光纤接入网规划设计手册［M］. 北京：人民邮电出版社，2009.

［2］中国电信股份有限公司.接入光缆与ODN网络规划方法［EB/OL］. ［2018-08-03］. https：//wenku.baidu.com/view/598c864a85245

8fb770b5659.html.

▎ 作者简介：

周子义，毕业于北京邮电大学，高级工程师，学士，主要从事光通信网络咨询、规划和设计工作；杨洋，毕业于中南大学，工程师，学士，主要从事承载网及接入光网的规划研究、建设项目管理工作。