FTTZ Fiber To The Zone 光纖到小區(qū)
FTTZ (Fiber To The Zone) 光纖到小區(qū)。
前言
Fiber-to-the-x （FTTx）光纖接入
(FTTx, x = H for home, P for premises, C for curb and N for node or neighborhood) 其中FTTH光纖到戶，F(xiàn)TTP光纖到駐地，F(xiàn)TTC光纖到路邊/小區(qū)，F(xiàn)TTN光纖到結(jié)點(diǎn)。
光纖到家庭(FTTH)是20年來人們不斷追求的夢想和探索的技術(shù)方向，但由于成本、技術(shù)、需求等方面的障礙，至今還沒有得到大規(guī)模推廣與發(fā)展。然而，這種進(jìn)展緩慢的局面最近有了很大的改觀。由于政策上的扶持和技術(shù)本身的發(fā)展，在沉寂多年后，F(xiàn)TTH再次成為熱點(diǎn)，步入快速發(fā)展期。目前所興起的各種相關(guān)寬帶應(yīng)用如VoIP、Online-game、E-learning、MOD (Multimedia on Demand)及智能家庭等所帶來生活的舒適與便利，HDTV所掀起的交互式高清晰度的收視革命都使得具有高帶寬、大容量、低損耗等優(yōu)良特性的光纖成為將數(shù)據(jù)傳送到客戶端的媒質(zhì)的必然選擇。正因?yàn)槿绱�，很多有識之士把FTTx(特別是光纖到家、光纖到駐地)視為光通信市場復(fù)蘇的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。并且預(yù)計(jì)今后幾年，F(xiàn)TTH網(wǎng)將會有更大的發(fā)展。本文將對FTTx的劃分，實(shí)施的主要技術(shù)以及FTTx現(xiàn)在在世界各地的發(fā)展做一個(gè)綜合的介紹。
1.FTTx劃分
FTTx技術(shù)主要用于接入網(wǎng)絡(luò)光纖化，范圍從區(qū)域電信機(jī)房的局端設(shè)備到用戶終端設(shè)備，局端設(shè)備為光線路終端(Optical Line Terminal; OLT)、用戶端設(shè)備為光網(wǎng)絡(luò)單元(Optical Network Unit; ONU)或光網(wǎng)絡(luò)終端(Optical Network Terminal; ONT)。根據(jù)光纖到用戶的距離來分類，如圖1所示，可分成光纖到交換箱(Fiber To The Cabinet; FTTCab)、光纖到路邊(Fiber To The Curb; FTTC)、光纖到大樓(Fiber To The Building; FTTB)及光纖到戶(Fiber To The Home; FTTH)等4種服務(wù)形態(tài)。美國運(yùn)營商Verizon將FTTB及FTTH合稱光纖到駐地(Fiber To The Premise; FTTP)。上述服務(wù)可統(tǒng)稱FTTx。
1.1.FTTC
FTTC為目前最主要的服務(wù)形式，主要是為住宅區(qū)的用戶作服務(wù)，將ONU設(shè)備放置于路邊機(jī)箱，利用ONU出來的同軸電纜傳送CATV信號或雙絞線傳送電話及上網(wǎng)服務(wù)。
1.2.FTTB
FTTB依服務(wù)對象區(qū)分有兩種，一種是公寓大廈的用戶服務(wù)，另一種是商業(yè)大樓的公司行號服務(wù)，兩種皆將ONU設(shè)置在大樓的地下室配線箱處，只是公寓大廈的ONU是FTTC的延伸，而商業(yè)大樓是為了中大型企業(yè)單位，必須提高傳輸?shù)乃俾剩蕴峁└咚俚臄?shù)據(jù)、電子商務(wù)、視頻會議等寬帶服務(wù)。
1.3.FTTH
至于FTTH，ITU認(rèn)為從光纖端頭的光電轉(zhuǎn)換器（或稱為媒體轉(zhuǎn)換器MC）到用戶桌面不超過100米的情況才是FTTH。FTTH將光纖的距離延伸到終端用戶家里，使得家庭內(nèi)能提供各種不同的寬帶服務(wù)，如VOD、在家購物、在家上課等，提供更多的商機(jī)。若搭配WLAN技術(shù)，將使得寬帶與移動結(jié)合，則可以達(dá)到未來寬帶數(shù)字家庭的遠(yuǎn)景。
2.FTTx技術(shù)分類
光纖連接ONU主要有兩種方式，一種是點(diǎn)對點(diǎn)形式拓?fù)?Point to Point; P2P)，從中心局到每個(gè)用戶都用一根光纖；另外一種是使用點(diǎn)對多點(diǎn)形式拓?fù)浞绞?Point to Multi-Point; P2MP)的無源光網(wǎng)絡(luò)(Passive Optical Network; PON)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。對于具有N個(gè)終端用戶的距離為M km的無保護(hù)FTTx系統(tǒng)，如果采用點(diǎn)到點(diǎn)的方案，需要2N個(gè)光收發(fā)器和NM km的光纖。但如果采用點(diǎn)到多點(diǎn)的方案，則需要N十1個(gè)光收發(fā)器、一個(gè)或多個(gè)(視N的大小)光分路器、和大約M km的光纖，在這一點(diǎn)上，采用點(diǎn)到多點(diǎn)的方案，大大地降低了光收發(fā)器的數(shù)量和光纖用量，并降低了中心局所需的機(jī)架空間，有著明顯的成本優(yōu)勢。
2.1.點(diǎn)到點(diǎn)的FTTx解決方案
點(diǎn)對點(diǎn)直接光纖連接具有容易管理、沒有復(fù)雜的上行同步技術(shù)和終端自動識別等優(yōu)點(diǎn)。另外上行的全部帶寬可被一個(gè)終端所用，這非常有利于帶寬的擴(kuò)展。但是這些優(yōu)點(diǎn)并不能抵消它在器件和光纖成本方面的劣勢。
Ethernet + Media Converter就是一種過渡性的點(diǎn)對點(diǎn)FTTH方案，此種方案使用媒體轉(zhuǎn)換器（Media Converter；MC）方式將電信號轉(zhuǎn)換成光信號進(jìn)行長距離的傳輸。其中MC是一個(gè)單純的光電/電光轉(zhuǎn)換器，它并不對信號包做加工，因此成本低廉。這種方案的好處是對于已有的電的Ethernet設(shè)備只需要加上MC即可。MC方式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。對于目前已經(jīng)普及的100 Mbps Ethernet網(wǎng)絡(luò)而言，100 Mbps的速率也可滿足接入網(wǎng)的需求，不必更換支持光纖傳輸?shù)木W(wǎng)卡，只需要加上MC，這樣用戶可以減少升級的成本，是點(diǎn)對點(diǎn)FTTH方案過渡期間網(wǎng)絡(luò)的解決方案。由于其技術(shù)架構(gòu)相當(dāng)簡單、便宜并直接結(jié)合以太網(wǎng)絡(luò)而一度成為日本FTTH的主流，但在2004 OFC會議中，NTT宣稱將從現(xiàn)在起日本FTTH標(biāo)案將采取點(diǎn)對多點(diǎn)(Point to Multi-Point, P2MP)架構(gòu)的PON網(wǎng)絡(luò)模式，勢必將影響MC的未來。
2.2.點(diǎn)到多點(diǎn)的FTTx解決方案
在光接人網(wǎng)中，如果光配線網(wǎng)(ODN)全部由無源器件組成，不包括任何有源節(jié)點(diǎn)，則這種光接人網(wǎng)就是PON。PON的架構(gòu)主要是將從光纖線路終端設(shè)備OLT下行的光信號，通過一根光纖經(jīng)由無源器件Splitter（光分路器），將光信號分路廣播給各用戶終端設(shè)備ONU/T，這樣就大幅減少網(wǎng)絡(luò)機(jī)房及設(shè)備維護(hù)的成本，更節(jié)省了大量光纜資源等建置成本，PON因而成為FTTH最新熱門技術(shù)。PON技術(shù)始于20世紀(jì)80年代初，目前市場上的PON產(chǎn)品按照其采用的技術(shù)，主要分為APON／BPON(ATM PON/寬帶PON)、EPON(以太網(wǎng)PON)和GPON(千兆比特PON)，其中，GPON是最新標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)品化的技術(shù)。不同PON技術(shù)有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)，如表1所示。
2.3.PON接入網(wǎng)技術(shù)
PON作為一種接入網(wǎng)技術(shù)，定位在常說的“最后一公里”，也就是在服務(wù)提供商、電信局端和商業(yè)用戶或家庭用戶之間的解決方案。
隨著寬帶應(yīng)用越來越多，尤其是視頻和端到端應(yīng)用的興起，人們對帶寬的需求越來越強(qiáng)烈。在北美，每個(gè)用戶的帶寬需求在5年內(nèi)將達(dá)到20～50Mb/s，而在10年內(nèi)將達(dá)到70Mb/s。在如此高的帶寬需求下，傳統(tǒng)的技術(shù)將無法勝任，而PON技術(shù)卻可以大顯身手。
1987年英國電信公司的研究人員最早提出了PON的概念。下面對幾種分別進(jìn)行介紹。
APON是在1995年提出的，當(dāng)時(shí)，ATM被期望為在局域網(wǎng)(LAN)、城域網(wǎng)(MAN)和主干網(wǎng)占據(jù)主要地位。各大電信設(shè)備制造商也研發(fā)出了APON產(chǎn)品，目前在北美、日本和歐洲都有APON產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用。然而APON經(jīng)過多年的發(fā)展，并沒有很好的占領(lǐng)市場。主要原因是ATM協(xié)議復(fù)雜，APON的推廣受阻的影響，另外設(shè)備價(jià)格較高，相對于接入網(wǎng)市場來說還較昂貴。由于APON只能為用戶端提供ATM服務(wù)，2001年底FSAN更新網(wǎng)頁把APON改名為BPON，即“寬帶PON”， APON標(biāo)準(zhǔn)衍變成為能夠提供其他寬帶服務(wù)（如Ethernet接入、視頻廣播和高速專線等）的BPON標(biāo)準(zhǔn)。
在局域網(wǎng)領(lǐng)域，Ethernet技術(shù)高速發(fā)展。Ethernet已經(jīng)發(fā)展成為了一個(gè)廣為接受的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在全球有超過400萬個(gè)以太端口，95％的LAN都是使用Ethernet技術(shù)。Ethernet技術(shù)發(fā)展很快，傳輸速率從 10 Mbit／s、100Mbit／s到1000Mbit／s、10 Gbit/s甚至40 Gbit／s，呈數(shù)量級提高；應(yīng)用環(huán)境也從LAN向MAN、核心網(wǎng)發(fā)展。
EPON就是是由IEEE 802．3工作組在2000年11月成立的EFM(Ethernet in the First Mile)研究小組提出的。EPON是幾個(gè)最佳的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的結(jié)合。EPON以Ethernet為載體，采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸方式，下行速率目前可達(dá)到10 Gbit／s，上行以突發(fā)的以太網(wǎng)包方式發(fā)送數(shù)據(jù)流。另外，EPON也提供一定的運(yùn)行維護(hù)和管理(OAM)功能。
EPON技術(shù)和現(xiàn)有的設(shè)備具有很好的兼容性。而且EPON還可以輕松實(shí)現(xiàn)帶寬到10 Gbit/s的平滑升級。新發(fā)展的服務(wù)質(zhì)量(QoS)技術(shù)使以太網(wǎng)對語音、數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)的支持成為可能。這些技術(shù)包括全雙工支持、優(yōu)先級(p802.1p)和虛擬局域網(wǎng)(VLAN)。但目前Ethernet支持多業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)還沒有形成，它對非數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，尤其是TDM業(yè)務(wù)還不能很好地支持。另外，和GPON相比它的傳輸效率較低。
2001年，F(xiàn)SAN組啟動了另外一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)工作，旨在規(guī)范工作速率高于1Gbit／s的PON網(wǎng)絡(luò)．這項(xiàng)工作被稱為Gigabit PON(GPON)。GPON除了支持更高的速率之外，還要以很高的效率支持多種業(yè)務(wù)，提供豐富的OAM＆P功能和良好的擴(kuò)展性。大多數(shù)先進(jìn)國家運(yùn)營商的代表，提出一整套“吉比特業(yè)務(wù)需求”(GSR)文檔，作為提交ITU-T的標(biāo)準(zhǔn)之一；反過來又成為提議和開發(fā)GPON解決方案的基礎(chǔ)。這說明GPON是一種按照消費(fèi)者的準(zhǔn)確需求設(shè)計(jì)、由運(yùn)營商驅(qū)動的解決方案，是值得產(chǎn)品用戶信賴的。
3.光纖回路分類
FTTx在傳輸層的設(shè)計(jì)中分為三類，分別是Duplex雙纖雙向回路，Simplex單纖雙向回路和Triplex單纖三向回路。其中雙纖回路是在OLT端和ONU端之間使用兩路光纖連接，一路為下行(Downstream)，信號由OLT端到ONU端；另一路為上行(Upstream)，信號由ONU端到OLT端。Simplex單纖回路又稱為Bidirectional，簡稱BIDI，這種方案只使用一條光纖連接OLT端和ONU端，并利用WDM方式，以不同波長的光信號分別傳送上行和下行的信號。這種利用WDM方式傳輸?shù)膯卫w回路和Duplex雙纖回路相比可減少一半的光纖使用量，可以降低ONU用戶端的成本，但是使用單纖方式時(shí)在光收發(fā)模塊上要引入分光合光單元，架構(gòu)比使用雙纖方式的光收發(fā)模塊復(fù)雜一點(diǎn)。BIDI上行信號選用1260至1360 nm波段的激光傳輸，下行則使用1480至1580 nm波段。而在雙纖回路中則是上下行都使用1310 nm波段傳送信號。
4.總結(jié)
在2004年中國光電產(chǎn)業(yè)論壇上，趙梓森院士等多位專家都認(rèn)為，未來的廣電市場將是推動FTTH在中國發(fā)展的主力軍，因此采用三波長的PON比較方便，其中一個(gè)波長（1550nm）傳輸廣播電視，2個(gè)波長（1310/1490nm）傳輸上下行數(shù)據(jù)，這就需要所謂的Triplex架構(gòu)。而Triplexer也就成為FTTH系統(tǒng)需要的一種關(guān)鍵元器件，烽火科技集團(tuán)根據(jù)市場需要又迅速推出單纖三向光電產(chǎn)品，主要應(yīng)用在FTTZ（光纖到小區(qū)）、FTTB（光纖到大樓）、FTTH（光纖到家）中。
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