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1引言
接入網(wǎng)（AN）是泛指用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口（SNI）間實(shí)現(xiàn)傳送承載功能的實(shí)體網(wǎng)絡(luò)，其目標(biāo)是建立一種標(biāo)準(zhǔn)化的接口方式，以一個(gè)可監(jiān)控的接入網(wǎng)絡(luò)，使用戶能夠獲得話音、租用線業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)多媒體、有線電視等綜合業(yè)務(wù)。接入網(wǎng)連接本地交換局和用戶，是用戶和骨干網(wǎng)之間的界面。
寬帶應(yīng)用的不斷發(fā)展造成了寬帶骨干網(wǎng)與接入網(wǎng)之間的瓶頸。近幾年，為了適應(yīng)市場發(fā)展需求，加之網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的泡沫和電信運(yùn)營商的大量投入，網(wǎng)絡(luò)容量一再擴(kuò)容，網(wǎng)絡(luò)帶寬一再提高，寬帶骨干網(wǎng)已經(jīng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)容量大大超過業(yè)務(wù)需求的現(xiàn)象，因此只有實(shí)現(xiàn)寬帶接入才是出路。
2傳統(tǒng)的接入方式
撥號(hào)接入技術(shù)與交換設(shè)備和用戶終端設(shè)備相比，自Alexander Graham Bell起就沒什么大的變化。本地交換自引入自動(dòng)交換和路由技術(shù)以來變得越來越快，也越來越可靠，交換設(shè)備的發(fā)展也正好迎合了用戶終端設(shè)備的發(fā)展。PC的運(yùn)行速度由5年前的100 MHz飛速發(fā)展到現(xiàn)在的2 GHz，1 GHz的以太網(wǎng)卡現(xiàn)在也已商用。隨著網(wǎng)絡(luò)終端速率的快速增長和大量LAN的增加，撥號(hào)接入技術(shù)由于受到固有的56 kbit/s的限制，已經(jīng)越來越不能滿足人們接入的需要。
為了解決接入網(wǎng)的瓶頸問題，提高用戶的接入帶寬，引入了不對稱數(shù)字用戶線（ADSL）。ADSL的一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)就是不需要改變接入網(wǎng)中現(xiàn)有的設(shè)備，只需在線路兩側(cè)安裝ADSL調(diào)制解調(diào)器即可。ADSL利用4 kHz以上的非語音頻率作為傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的專用通道。ADSL的上行速率和下行速率是不對稱的，數(shù)據(jù)通道中，下行帶寬占絕大部分。在普通電話雙絞線上，ADSL典型的上行速率為16~640 kbit/s，下行速率為1.544~8.192 Mbit/s，傳輸距離為3~6 km。盡管ADSL的速率比撥號(hào)接入有了很大的提高，但它還是不能提供像視頻點(diǎn)播等需要大帶寬的服務(wù)。
超高速數(shù)字用戶環(huán)路（VDSL）作為下一代銅線接入技術(shù)，其國際標(biāo)準(zhǔn)正在制定。在一對普通電話雙絞線上VDSL提供的典型速率為上行1.6~2.3 Mbit/s，下行12.96~55.2 Mbit/s（目前最高達(dá)到155 Mbit/s），速率比ADSL高約10倍，但傳輸距離比ADSL低得多，典型的傳輸距離為0.3~1.5 km。通過采用光纖到路邊，再通過銅線接入到用戶的方式可以克服距離限制。VDSL可同時(shí)傳送多種寬帶業(yè)務(wù)，如高清晰度電視（HDTV）、高清晰度圖像通信以及可視化計(jì)算等，但VDSL并沒有繼承ADSL的優(yōu)點(diǎn)，需要對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行較大的改造。
3無源光網(wǎng)絡(luò)
相對于VDSL，另一個(gè)理想的接入網(wǎng)就是無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）。PON從本地交換局到用戶形成一個(gè)樹型結(jié)構(gòu)，兩者之間只包括無源器件，像無源耦合器(見圖1)。在本地交換局，光鏈路終端（OLT）發(fā)送數(shù)據(jù)到用戶終端或光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU），OLT也接收從ONU發(fā)回的數(shù)據(jù)。PON相對于VDSL的最大優(yōu)點(diǎn)就是在本地交換局和用戶之間不需要任何的有源器件，就像ADSL一樣。
PON是未來接入網(wǎng)發(fā)展的方向。目前PON中的用戶平均可以獲得20 Mbit/s的速率，在需要的情況下可以達(dá)到更高。而且，PON的升級(jí)非常方便，只需要更新交換局和用戶的終端設(shè)備即可，不需要對光纖本地環(huán)線進(jìn)行改造。
3.1下行技術(shù)
如前所述，PON系統(tǒng)中，由一個(gè)OLT和多個(gè)ONU構(gòu)成一個(gè)樹型結(jié)構(gòu)。下行方向，PON以廣播的方式進(jìn)行，信號(hào)由OLT發(fā)出，經(jīng)過光纖到達(dá)無源光分路器，然后被平均分成N份發(fā)送到各個(gè)支路。因?yàn)槎鄠�(gè)ONU共享OLT發(fā)出的信號(hào)，所以O(shè)NU接收到的光信號(hào)只是OLT發(fā)出光信號(hào)的一部分。
3.2上行技術(shù)
PON的上行技術(shù)相對較復(fù)雜。由于從OLT到各個(gè)ONU之間的光纖長短不一，每路上行光信號(hào)的時(shí)延和衰減都不一樣，為了避免信號(hào)碰撞，引入了測距協(xié)議。測距主要是使OLT測出到每個(gè)ONU的延時(shí)時(shí)間。在OLT上電工作的時(shí)候，發(fā)送一個(gè)信號(hào)到各個(gè)ONU，然后ONU發(fā)回一個(gè)響應(yīng)，OLT發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的時(shí)差就是每個(gè)ONU的延時(shí)，將它作為ONU發(fā)送數(shù)據(jù)的偏移時(shí)間，來避免上行數(shù)據(jù)的碰撞。
上行技術(shù)的另一個(gè)問題就是噪聲漏斗效應(yīng)，每個(gè)ONU產(chǎn)生的噪聲通過光耦合器發(fā)送到OLT，在OLT匯聚形成強(qiáng)大的噪聲干擾，降低了接收機(jī)的靈敏度，所以需要一種有效的機(jī)制來降低這種噪聲干擾。目前的解決方案是在ONU不發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候關(guān)閉激光器，但是由于激光器的動(dòng)態(tài)特性，當(dāng)傳輸速率非常高的時(shí)候，激光器的預(yù)偏置時(shí)間將變得非常小，而這在實(shí)際應(yīng)用中很難實(shí)現(xiàn)。
4FSAN
為了形成一種統(tǒng)一的接入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，1995年7家電信公司成立了后來名為全服務(wù)接入網(wǎng)（FSAN）的G7（Group 7）。FSAN的目標(biāo)就是促成制定一種全球接入網(wǎng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，以便降低設(shè)備的費(fèi)用。FSAN下設(shè)兩個(gè)委員會(huì)，其中一個(gè)重點(diǎn)研究PON技術(shù)，通過ITU發(fā)布了Broadband PON（BPON）的7項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)建議（G.983）。另一個(gè)承擔(dān)VDSL的研究。
4.1BPON
Broadband PON是目前全球無源光網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)，它由ATM PON（APON）發(fā)展而來。BPON提供155 Mbit/s和622 Mbit/s的對稱和非對稱的傳輸速率，在這些速率下最大可接32個(gè)ONU，最遠(yuǎn)傳輸距離20 km。在下行方向，采用廣播方式將數(shù)據(jù)傳送到所有ONU。在上行方向，為了解決數(shù)據(jù)碰撞，采用了帶測距的時(shí)分復(fù)用（TDMA）協(xié)議。OLT是系統(tǒng)的主要部分，所有的ONU只有在得到OLT的授權(quán)后才可以發(fā)送數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)帶寬分配和波分復(fù)用是未來解決上行問題的發(fā)展方向。
BPON放棄了32個(gè)ONU的限制，通過在不發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候關(guān)閉激光器來解決噪聲漏斗效應(yīng)。
4.2GPON
FSAN同時(shí)也在制定下一代PON的規(guī)范，就是GPON，它的下行速率可以達(dá)到1.244 Gbit/s和2.488 Gbit/s，同時(shí)上行速率也可以達(dá)到155 Mbit/s，622 Mbit/s或者更高。通過采用前向糾錯(cuò)（FEC）獲得2～3 dB的額外增益，傳輸距離可以達(dá)到60 km，可連接64個(gè)ONU。GPON采用與BPON不同的關(guān)閉激光器技術(shù)，GPON分配給激光器的預(yù)偏置時(shí)間是16 ns。這樣FSAN將預(yù)偏置時(shí)間從155 Mbit/s的13 ns和622 Mbit/s的3.22 ns提高到了16 ns。同時(shí)，通過提高OLT發(fā)射器的發(fā)射功率，將ONU的接收靈敏度從BPON的－33 dB降到了－22 dB，這樣雖然提高了OLT設(shè)備的費(fèi)用，但同時(shí)降低了所有ONU設(shè)備的費(fèi)用，也就降低了總的設(shè)備費(fèi)用。
5最新的研究SuperPON
目前最新的PON研究方向是SuperPON。SuperPON分支比可達(dá)2 048，使用兩級(jí)光放大器（位于交換局和饋線與配線之間即分支點(diǎn)）使距離達(dá)到100 km，為了保證用戶有足夠的帶寬，比特率也相應(yīng)提高，下行2.5 Gbit/s，上行311 Mbit/s。下行方向采用EDFA光纖放大器，比較簡單，上行方向則不同，位于饋線與配線之間即分支點(diǎn)處的上行放大器接入來自多個(gè)ONU的輸入，是漏斗噪聲的匯合點(diǎn)，但由于上行方向?yàn)橥话l(fā)工作模式，可以安排上行放大器在有TDMA分組通過時(shí)才工作，以減小漏斗噪聲的影響。EDFA時(shí)間常數(shù)太長不適合這種運(yùn)用，而且上行1 310 nm波長也不是EDFA能勝任的，SOA（半導(dǎo)體光放大器）開關(guān)時(shí)間為ns量級(jí)堪當(dāng)此用，但在PON中SOA需要有足夠增益，這有賴于高驅(qū)動(dòng)電流控制。SOA工作狀態(tài)的切換由OAM根據(jù)ONU-ID（ONU識(shí)別符）控制。突發(fā)傳輸?shù)闹绷麟娖讲▌?dòng)問題因加入放大器而變得更嚴(yán)重，另外需要對大量ONU高效快速輪詢，這些都是SuperPON需要解決的。
6結(jié)束語
本文給出了接入網(wǎng)的概要，介紹了PON系統(tǒng)的工作原理和FSAN的一些工作，也描述了目前（BPON）和將來（GPON）的PON標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。
摘自 《中國有線電視》
