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Computer system network and elecommunications
IP 微波在宽带 GPON(PON) 网络下的创新应用
郭鹏程
中国联通宿迁市分公司 江苏 宿迁 223800
【摘要】市政改造频繁，常常出现宽带小区主干被挖断情况，施工现场复杂，抢修时长较长，且常出现故障反反复复情况，
现场条件不满足抢通的，故障中断有的长达一周时间，小区宽带用户长期离线造成升级投诉，用户客户感知较差。本课题 方案采用 PON/GPON 协议、以太协议、无线微波等协议技术原理及数据信号交互技术，实现宽带小区主干临时代通，代通场 景不受现场施工影响，部署简单方便，有利于缩短故障时间，提升用户感知。
【关键词】IP 微波；PON/GPON；太阳能电池；信号交互
1 技术背景
随着城市配套改造及文明城市规范要求，各个小区 市政改造频繁，常常出现宽带小区主干被挖断情况，施 工现场复杂，抢修时长较长，且常出现故障反反复复情况，
现场条件不满足抢通的，故障中断有的长达一周时间，
小区宽带用户长期离线造成升级投诉，用户客户感知较 差，被动抢修时往往增加非常大的维护成本。
2 应用方案
2.1 原有技术缺点：一是故障面较大，施工现场复杂，
临时抢通业务往往出现再次被毁坏情况；二是为了抢通 业务，会临时代通、修复，或者多次抢修、割接，造成 维修费用较大、人工成本较大；需安排人员现场时时看护，
投入人力和时间较多；三是业务中断时间较长、中断频 次较高，造成用户多次投诉，用户感知较差；四是临时 代通业务，施工工艺较差，网络质量感知不佳。
２．２ 本技术特点
本项目属于技术创新领域，用于解决传统 IP 微波无 法在 PON 光网环境下使用问题，因而宽带小区主干光缆 中断的场景无法通过传统的无线传输方式来代通宽带小 区主干光缆，这是因为 PON(GPON) 无源光网络传输模式 为单纤双向光信号，而 IP 无线微波有线接入为双向光信 号，因此两者互通需要通过新的方式解决，本技术通过 PON 系统进行 PON/ 以太信号转换，通过 IP 微波以太信 号承载，实现宽带小区 PON 用户与 OLT 之间的线路代通，
可临时解决故障小区用户上网问题，待物理线路抢通完 毕后，恢复原线路。宽带小区客户送上来的以太数据通 过 PON 设备进行以太 /PON 信号转换，送到 pon 汇聚设 备，因为业务中断部分线路承载的是 PON 信号，因此加 入 IP 微波设备时需将 PON 信号转换为以太信号时才能借 用 IP 微波承载，因此需要在用户侧配置一台 PON（如华 为 5680t）设备，通过 PON 设备的 GPON 板卡接入，再通 过 PON 设备上行 GE 端口接入 IP 微波，IP 微波的以太信 号接入业务交互 PON 设备的 ETHB 板卡，从而实现信号转 换及业务代通。本方案由 3 部分组成：一是用户侧 PON 信号转换设备，二是 IP 微波设备，三是以太转 PON 信号 接入板。例如：本次测试方案中采用的是华为 5680t 设 备，该设备为交流供电接入，配备 220v 小型太阳能电池 板供电；IP 微波设备采用的是 RTN 900 分体式 IP 微波，
该设备通过 220v 小型太阳能电池板供电；以太转 PON 信 号接入板为华为 ETHB 接入板。
２．３ 相关技术原理
PON（Passive Optical Network） 网 络 是 一 种 点 到多点（P2MP）架构的无源光网络，目前主流的 PON 技 术 主 要 包 括 GPON、EPON（Ethernet Passive Optical Network） 和 BPON(Broadband Passive Optical Network) 几种技术。GPON 技术是目前应用范围最广的 无源光网络的光接入主流技术。其网络采用一根光纤 将 OLT 设备、分光器及 ONT( 光网络终端 ) 串接起来，
上行和下行的数据承载采用不同的波长来实现。上行为 1290nm 至 1330nm 范围的波长，下行为 1480nm 至 1500nm 范围的波长。GPON 系统是基于波分复用的原理，其通过 上行和下行不同波长在同一个光分网络上进行数据传输，
下行以广播的方式发送数据，而上行则通过 TDMA（时分 多址）的方式，基于时隙进行数据上传。因为 GPON 系统 的下行数据是基于广播的方式发送，往往一些非法接入 的 ONT 也可以接收到其他 ONT 的下行数据，从而会存在 安全隐患。因此 GPON 系统通过线路加密技术来解决这一 安全问题。GPON 系统采用 AES-128 加密算法对明文传输 的数据报文进行加密，数据以密文的方式传输，确保传 输安全性，另外，GPON 系统中所使用的加密算法，不额 外增加开销，因此对带宽效率影响很小。同样，GPON 系 统中的加密功能开启及使用，也不会让传输时延增大。
以太网无源光网络 EPON 技术。使用单根光纤不同种波 长传输双向 1.25Gbps 的数字信号，上行链路的波长是 1310nm，下行链路 的波长是 1490nm。EPON 的技术特 点 是，与 GPON 一样，具有长距离、高带宽、灵活组网、网 络节点无源等特性。BPON 采用的封装技术 ATM 封装，早 期用于承载 ATM 业务，随着 ATM 技术逐渐退出历史舞台，
BPON 技术也很少再被使用。
IP 微波技术，在传统业务上兼容了 PDH、SDH 等一 类 TDM 业务，同时对于 IP 分组化业务的接入、处理和空 口帧结构等方面也全面支持。IP 微波中频系统包含 TDM 交叉矩阵和 IP 分组交换单元，接口模式包括 E1、STM- 1/4、ATM、FE、GE 等各种业务接口，既支持对 TDM 和以 太业务的处理，也支持 MPLS 传输管理。IP 微波在服务 保障上，提供完善的端到端 QoS 保障机制，用以满足宽 带业务对业务质量精细化保证的需求。IP 微波技术，常
2021【3 】3
ISSN:2661-3719(Print); 2661-3727 (Online) 计算机系统网络和电信 219
用频段为 6~42 GHz 频段，3.5~112 MHz 波道间隔，以及 最高 4096QAM 的超高调制模式。大部分 IP 微波产品均能 提供多种业务接口（E1/SDH/FE/GE/2.5GE/10GE ），单 载波可支持最大 2.5 Gbps 空口吞吐量。在加密技术上，
一般采用 AES-256 加密以及防盗特性，保证高安全性。
采用特有的四层以太帧头压缩技术，为 IP 业务提供大的 吞吐量。
太阳能发电一般指能利用半导体直接将光能转换为 电能的一种能源形式。太阳能电池最普遍的一种形式是 晶硅类，晶硅类太阳能电池起源于 1839 年，贝克勒尔（法 国）是第一个发现了液态电解质的光生伏特现象的科学 家。晶硅类太阳能电池片主要是用硅半导体材料作为基 体制成较大面积的平面 PN 结，在规格约为 15 平方厘米 的 P 型硅片上经扩散炉扩散磷原子，扩散成一层很薄的 通过重掺杂的 N 型层，再经刻蚀到达 PECVD，然后在整 个 N 型层表面上镀上一层减反射膜，头盖骨减反射膜来 减少太阳光的反射损失，在扩散面镀印上金属栅线作为 太阳能电池片的正面接触电极。在刻蚀面镀印金属膜，
来作太阳能电池片的背面欧姆接触电极，然后烧结、封装。
当一定能量的光子照射到太阳能电池片上时，就会产生 许多新的电子 - 空穴对。由于电池材料不断吸收从而导 致入射光强不断减小，在沿着入射方向，电池片内部电 子 - 空穴对的密度将逐渐减小，在浓度差作用下的电子 - 空穴对将会朝着电池片内部进行扩散运动。当电子 - 空 穴对扩散达到 PN 结界限时，将会在内建电场的作用下被 拆分，空穴、电子受力从而被推向 P 区和 N 区，如果此 时电路正处于开路的状态，那么这些光生电子和空穴就 会分别集聚在 P 区和 N 区周围，因此 P 区便会得到附加 正电荷，同样 N 区也会得到附加负电荷，因此 P 区与 N 区累积的正负电荷将会在 PN 结上产生光生电动势（应当 注意的是太阳能电池片在现实当中，是不能够实现 P 型 和 N 型两种类型电池接触而形成 PN 结，因为没办法做到 分子级别拼接，因此实际生产过程中多为在 P 型硅的基 础上单面扩散制得 N 型），若此时接通太阳能电池片的 正负极就会形成电流。此时 PN 结的内部就会形成了由 N 区指向 P 区的光生电流产生。
２．４ 设计图
3 结束语
本技术方案用以解决单纤双向光信号和双纤双向光 信号之间数据传输问题。通过 IP 微波无线方式来实现传 输线路代通，解决了物理空间施工影响，不会出现多次 抢修情况，大幅降低了维修费用和人工成本，业务中断 时间较短、中断频次较少，不会造成用户多次投诉，用 户感知得到提升，工作实施时仅需安排少量人员现场看 护，设备布放在临时机房则不需要人员看护，人员得到 复用。在方案推广上，因为方案部署简单，对人员技术 水平要求不高，在本地维护中得到很好的推广和使用。
本方案结构简单、操作方便、易于部署，可以节省大量 工程施工成本，且设备可以重复利用，具有较高的效益 价值。
【参考文献】
[1] 张涛，李玲 .GPON 系统中 DBA 方案设计与性能 分析 [J]. 北京邮电大学学报 .2005.
[2] 刘冬 , 张崙 , 陈雪 .EPON 与 GPON 的综合比较 [J].
电信科学 .2005 年 06 期 .
作者简介：郭鹏程，1977 年 9 月，男，汉族，江苏 省宿迁市人，本科，主管，工程师，本科，研究方向：
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