全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)

全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)

1、引言



隨著社會的發(fā)展，電信市場的開放以及寬帶新業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，已逐步形成了電信網(wǎng)、CATV網(wǎng)和
計算機(jī)網(wǎng)三大網(wǎng)絡(luò)并存的局面，而如何經(jīng)濟(jì)、高效地構(gòu)建滿足用戶需要的接入網(wǎng)絡(luò)更是成為競爭的
焦點。各類住處產(chǎn)業(yè)公司紛紛提出了各種接入網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建形式，以期在日趨激烈的競爭中占據(jù)一席之
地。例如：有線電視公司希望利用HFC（混合光纖／同軸電纜）技術(shù)，而電信運營商則傾向于光接
入網(wǎng)技術(shù)或xSAL來開展寬帶接入。但是單一的網(wǎng)絡(luò)形式難以滿足用戶對多種業(yè)務(wù)的接入要求，因
此國際上提出了利用滲透式的統(tǒng)一接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)——全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)（FSAN）來透明實現(xiàn)包括話
音、視像、多媒體數(shù)據(jù)等所有業(yè)務(wù)的接入。



從組網(wǎng)形式上看，F(xiàn)SAN并不是一種獨立于其它接入網(wǎng)的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而是旨在利用己有的一些
接入網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)全業(yè)務(wù)接入。該接入網(wǎng)不僅應(yīng)能支持窄帶、寬帶以及交互式寬帶業(yè)務(wù)，而且還應(yīng)
支持目前尚未定義的一些新業(yè)務(wù)，因而要求技術(shù)上的先進(jìn)性和可擴(kuò)展性；另一方面，應(yīng)能降低建設(shè)
費用。



2、三種典型的接入間組建方式及其局限



目前最常見的電信業(yè)務(wù)主要有三種：話音、CATV和Internet。我們首先分析這三種業(yè)務(wù)的接入組
網(wǎng)形式，以設(shè)計出全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。



xDSL技術(shù)是基于原有的電話雙絞線而提供的一種寬帶接入手段，其典型的接入速率為：HDSL利用
二對雙絞線能提供2Mbit／s的對稱速率；ADSL利用一對雙絞線，可提供的速率下行為6～
8Mbit／s，上行為640kbit／s；VDSL是xDSL技術(shù)中最為先進(jìn)的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，其上下行速率可達(dá)
26Mbit／s。雖然這種方式組網(wǎng)較為靈活，但是相對于光接入技術(shù)，xDSL所能提供的接入帶寬畢竟
有限，僅能實現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)以及幾路視頻業(yè)務(wù)的接入，發(fā)展?jié)摿Σ淮蟆?br>


HFC和基于PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）的FTTC是發(fā)展前景更為廣闊的兩種接入方式。兩者都是利用光纖先
將信號送入光節(jié)點，然后通過O／E變換后由銅介質(zhì)將信號送給用戶，但是兩者也存在較大區(qū)別；首
先，從信號接入方式看，HFC采用模擬頻帶傳輸，下行信號多采用FDM（頻分復(fù)用）／SCM（副載波
復(fù)用）方式，而FTTC采用數(shù)字基帶傳輸，信號間多采用TDM（時分復(fù)用）方式；其次，在電纜網(wǎng)結(jié)
構(gòu)方面，HFC多采用樹形分支結(jié)構(gòu)，而FTTC在光節(jié)點和各用戶終端間多采用星形或總線形連接；再
次，HFC業(yè)務(wù)傳送具有不對稱性，上行信道帶寬5～50MHz，下行帶寬50～750MHz，F(xiàn)TTC由于采用
數(shù)字基帶傳輸方式，因而就傳輸線路而言并不存在上下行帶寬的限制。



總之，與FTTC相比較，HFC在傳送模擬CATV信號方面具有很大優(yōu)勢，但是在開展話音、數(shù)據(jù)接入方
面可靠性較差，特別是上行情道易受噪聲“漏斗”效應(yīng)的影響以及頻帶窄從而引起信號間的串?dāng)_，
此外，模擬信道才數(shù)字業(yè)務(wù)的開展也存在一定的影響。但是如果HFC是在現(xiàn)有的CATV網(wǎng)的基礎(chǔ)上建
設(shè)，將在成上具有很大優(yōu)勢，而FTTC采用PON技術(shù)，提高了通信傳輸質(zhì)量，解決了上行傳輸中的帶
寬問題，但FTTC的最大問題是不支持模擬分配式視像業(yè)務(wù)CATV業(yè)務(wù)的傳送。因此必須優(yōu)化組合出
一種新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以方便地支持所有業(yè)務(wù)的接入。



3、全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)



全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特點是：采用WDM（波分復(fù)用）將數(shù)字通信信號和模擬CATV信號
在饋線段混傳；采用ATM作為數(shù)字多媒體住處的交換平臺；利用HFC和FTTC中的PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）
分別實現(xiàn)模擬電視和數(shù)字通信信號的分配。



全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)是由一個寬帶數(shù)字雙向傳輸系統(tǒng)和一個單向HFC模擬視像傳輸系統(tǒng)組成。其中， HFC
網(wǎng)主要是通過改造己有的CATV網(wǎng)，采用模擬副載波復(fù)用技術(shù)（SCM）實現(xiàn)59路CATV信號的傳輸，并
給0UN供電；寬帶數(shù)字雙向傳輸系統(tǒng)的上行速率為STM-1（1.55Mbit／s），下行速率為STM-1或
STM-2（622Mbit／s），傳送數(shù)字多媒體住處數(shù)字混合信號分別采用1310nm和1550nm波長

并通過WDM在主干光纖環(huán)網(wǎng)中傳輸，ATM作為數(shù)字接入網(wǎng)統(tǒng)一的交換平臺，實現(xiàn)多媒體住處的交
換、復(fù)用和傳輸，而模擬視像信號首先通過光纖傳至靠近用戶的服務(wù)小區(qū)，并由光放大器進(jìn)行功率
補(bǔ)償，通過光／電變換與電放大，再由同軸電纜廣播網(wǎng)將射頻信號傳送用戶。



目前考慮到價格因素，一般較少采用FTTH方式，最后的用戶引入線部分多用銅媒質(zhì)的傳輸線。如
果引入線是基于原先的電話雙絞線，可利用ADSL、VDSL等數(shù)字調(diào)制技術(shù)，以滿足寬帶數(shù)據(jù)以及幾
路視頻信號的接入要求。



4、FSAN組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)



4.1 APON系統(tǒng)



在無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）上實現(xiàn)基于ATM信元的傳輸，即APON技術(shù)，采用基于信元的傳輸系統(tǒng)主要是
由于ATM為點到多點的傳輸系統(tǒng)的復(fù)用和多路接入方式提供了很好的基礎(chǔ)，這種結(jié)構(gòu)允許接入網(wǎng)中
的多個用戶共享整個帶寬，如果只需交互型業(yè)務(wù)（包括VOD），一般采用155Mbit／s的下行速率，
如果還需傳送分配型業(yè)務(wù)，可將下行速率增加到622Mbit／s。



在APON中，考慮傳輸?shù)目煽啃�，采用雙纖雙工傳輸，系統(tǒng)帶寬擴(kuò)容可采用TDM方式，進(jìn)一步可考慮
用WDM技術(shù)。這種“點到多點”多分支的APON結(jié)構(gòu)特別適合未來將大量出現(xiàn)的下行分配型數(shù)字視頻
業(yè)務(wù)，如MPEG視頻流等。信元通過ATM信頭的VPI／VCI進(jìn)行二級尋址，并根據(jù)不同業(yè)務(wù)的QoS進(jìn)行
不同的轉(zhuǎn)接處理。例如，對于話音業(yè)務(wù)，必須考慮減小處理時延，以滿足話音業(yè)務(wù)的時延不超過
1ms的限制；對于同樣對時延要求嚴(yán)格而且自信量大的視像業(yè)務(wù)（如VOD）則在APON系統(tǒng)中應(yīng)普遍
采用永久性VP連接，以簡化連接信令和呼叫處理過程。



4.2 上行通信中采用的技術(shù)



為了最大限度地利用頻譜，APON給每個ONU都分配相同的頻譜，這樣有可能在同一時刻當(dāng)多個

ONU往上行信道發(fā)信息時發(fā)生沖突，從而在上行通信中引入了TDMA（時分多址接入）方式。



其機(jī)理為：APON系統(tǒng)通過OLT控制時隙劃分，從而保證同一時刻僅有一個ONU發(fā)出上行信號，除去
極少量的保護(hù)時間和同步等開銷外，頻帶幾乎全部利用；此外，TDMA能更有效地利用各種數(shù)字技
術(shù)，在預(yù)分配和按申請分配方面具有更地靈活性，尤其適合基于信元分組方式的ATM信元在上行信
道中的傳輸。但在上行通信中也面臨下面三個問題。



4.2.1 測距技術(shù)



由于APON工作于點到點的方式，到達(dá)接入節(jié)點的上行傳輸時延差異造成各個ONU的上行時隙交疊，
從而可能導(dǎo)致不同的ATM信元流發(fā)生碰撞。因此引入了測距技術(shù)對由于物理傳輸機(jī)制引發(fā)的時延差
異進(jìn)行補(bǔ)償，以確保不OUN所發(fā)出的信號能夠在OLT處準(zhǔn)確地復(fù)用到一起。



測距包括靜態(tài)測距和動態(tài)測距，前者用在新的ONU的安裝調(diào)測階段，以補(bǔ)償ONU與中心接收機(jī)的時
延差異；后者應(yīng)用于系統(tǒng)運行過程中，以進(jìn)一步地高精度連續(xù)校準(zhǔn)各個ONU上行信道由于溫度、光
電器件老化等對信道傳輸特性的影響。



4.2.2 突發(fā)信元的高速同步



由于上行方向的信元在光分路器上進(jìn)行時分交織復(fù)用，為了盡可能地減小連續(xù)信元音的開銷，獲得
最大的可用帶寬，必須提出一種快速的同步方法；而且由于測距的距離是有限的，因此要在連續(xù)的
突發(fā)之間留一段保護(hù)時間（精度可定在±1bit）。這樣，將每個突發(fā)信元的第一比特置于±1bit
的保護(hù)時間內(nèi)，中心局的接收機(jī)要能在空發(fā)信息的第一個比特出現(xiàn)時迅速建立起同步，因此在傳送
幀結(jié)構(gòu)中需加入同步保護(hù)字。



使用鎖相環(huán)并在每個突發(fā)前加一個足夠長的報頭可實現(xiàn)上行突發(fā)信號的高速同步，如利用

附加抽樣技術(shù)。在APON系統(tǒng)中，時鐘相位的校準(zhǔn)是通過一個3bit的調(diào)諧抽頭延遲線來實現(xiàn)的，在
每個APON信頭插入3bit來恢復(fù)正確的時鐘相位，對于一個理想的時鐘提取電路存在2dB的劣化。




每個ONU到中心接收機(jī)的路徑損耗不同，因此所接收到的上行光功率將存在較大的動態(tài)范圍。一方
面要求接收機(jī)能以最快速度動態(tài)調(diào)定“0”,“1”bit電平門限，另一方面則要求ONU的發(fā)射機(jī)根據(jù)
該節(jié)點的光路損耗情況自動調(diào)節(jié)，以降低接收機(jī)動態(tài)范圍。因此，針對前者，OLT中應(yīng)采用具有自
適應(yīng)功能的光接收機(jī)，在一定衰耗范圍內(nèi)維持恒定的傳輸電平值；對于后者，為了實現(xiàn)發(fā)射機(jī)的光
功率電平調(diào)節(jié)和接收機(jī)的快速門限設(shè)置，在每個上行ATM信元流中指示開銷。



4.3 APON信元的幀結(jié)構(gòu)



在FSAN中，其上、下行信道的ATM信元被打包成所謂的APON幀，每53個信元組成一個APON幀。


為了盡可能提高有效負(fù)載的傳輸效率，就應(yīng)盡量縮短信頭長度。研究和實踐均證明，一個8bit的
信頭已足夠為一個ATM信元提供所需功能。在上行APON幀的信頭中，2bit用于保護(hù)時間，3bit用于
光功率電平調(diào)節(jié)，另外3bit用于時鐘相位校準(zhǔn)。



這樣，一個字節(jié)的開銷足可以保證一個ATM信元在APON中的傳輸，即一個APON信元長度為
54byte，其中非ATM信元的傳輸開銷占1／54。對于上行信道，來自各個NT（網(wǎng)絡(luò)終端）的用戶數(shù)
據(jù)由相應(yīng)的AAL或CLAD適配成ATM格式，所形成的ATM信元再由ONU裝配成APON格式，然后進(jìn)入傳輸
系統(tǒng)；對于下行信道，從傳輸系統(tǒng)接收到的ATM信元根據(jù)它們的VPI／VCI值進(jìn)行分路，然后再轉(zhuǎn)換
成原數(shù)據(jù)送給用戶。



4.4 各類接口技術(shù)



FSAN需要在一個通用平臺上采用分層結(jié)構(gòu)，以方便對所有網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的分布式管理，各個設(shè)備之間
的接口實現(xiàn)無縫連接將是一個關(guān)鍵。按ITU-T的規(guī)定，一個全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)和接口配置，
在系統(tǒng)中需要配置網(wǎng)管接口（Q3）、傳輸接口、交換接口，以及各類用戶接口。



4.5 WDM和EDFA的應(yīng)用



雖然WDM能透明傳輸所承載的業(yè)務(wù)流，但在全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)中需要考慮的一個重要問題是數(shù)字信號和
模擬CATV信號間的串?dāng)_。由于在同一光纖中數(shù)、模信號的功率相差二個數(shù)量級，因此在系統(tǒng)中應(yīng)
采用高隔離度的WDM器件。



目前，1310nm／155Onm雙窗口器件應(yīng)用已很成熟，價格也較為便宜；另外，該雙窗口的隔離度也
可以做足夠大以抑制不同波長信號的串?dāng)_。



利用1550nm波長傳送模擬視像信號，結(jié)合EDFA可增大信號的覆蓋范圍。同時進(jìn)一步考慮EDFA對無
源光分路網(wǎng)絡(luò)中的功率補(bǔ)償作用；假設(shè)單模光纖的傳輸損耗為0.2dB／km，一個EDFA的出纖功率為
+22dB（160mW），分為四路輸出并忽略插入損耗，則每路的光功率為+16dB（40mW）。這樣，通
過EDFA輸出光功率分路，可覆蓋4個光節(jié)點，每個光節(jié)點到EDFA的距離約為80且出纖功率為11nW，
從而降低了整個網(wǎng)絡(luò)的成本并提高了可靠性。



當(dāng)無中斷距離超過10km時，普通的單模光纖在1550nm窗口的色散將對CSO（二階合成）產(chǎn)生嚴(yán)重影
響，為了進(jìn)一步延長傳輸距離，應(yīng)采取一些特殊的措施來改善CSO，如使用G.653的色散位移光張
（DSF），或利用色散補(bǔ)償光纖對旬散進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償。



5、FSAN的發(fā)展及我們對策



價格因素是接入網(wǎng)建設(shè)的一個敏感問題，因此建設(shè)FSAN應(yīng)盡量考慮降低成本，提供給用戶最大的
性能／價格比。目前，由于光纖制造技術(shù)的發(fā)展使得其價格大大降低，VLSI技術(shù)的發(fā)展使得商用
和家用的ONU的價格不斷降低；此外，標(biāo)準(zhǔn)的制定也將促使FSAN大規(guī)模的實施從而將大大減少用戶
成本。



由于FSAN將電信網(wǎng)和CATV網(wǎng)合二為一，兩套網(wǎng)絡(luò)可共用光纜、管孔等基本設(shè)施，避免了重復(fù)投
資；通過改造已有的CATV網(wǎng)作為FSAN的模擬視像傳輸通道并向APON供電，更進(jìn)一步地節(jié)約了成
本。另外，F(xiàn)SAN采用ATM技術(shù)保證了向未來多媒體數(shù)字業(yè)務(wù)的良好過渡，同時也能方便地開展原有
的一些業(yè)務(wù)（如模擬CATV），因此與ADSL、HFC、FTTC以及SDV（交換式數(shù)字視頻）相比較，無論
在傳輸容量、性能以及支持多種業(yè)務(wù)（特別是對我國目前應(yīng)用最多的寬帶業(yè)務(wù)模擬CATV業(yè)務(wù)）方
面將具有更大的優(yōu)勢。



另外，考慮到雖然數(shù)字CATV是廣播式電視的發(fā)展方向，但在目前模擬制式的電視信號仍占統(tǒng)治地
位的情況下，通過改造己敷設(shè)的CATV網(wǎng)以傳送模擬視像信號，不失為一種較好的方法，因此，在
FSAN系統(tǒng)中保留了單向HFC傳輸系統(tǒng)；隨著壓縮技術(shù)和硬件成本的不斷下降，再逐步過

渡到利用APON系統(tǒng)接入數(shù)字CATV業(yè)務(wù)。



中國信息產(chǎn)業(yè)部的成立對我們構(gòu)建統(tǒng)一的國家信息全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)提供了契機(jī)，原有體制上的一些敏
感問題正逐步得到解決。目前應(yīng)充分利用電信部門已建的大量雙絞銅線和正在建設(shè)的一些FTTC，
以及廣電部部門基于HFC的CATV網(wǎng)、統(tǒng)一規(guī)劃，協(xié)調(diào)管理；構(gòu)建一個能實現(xiàn)全業(yè)務(wù)接入的平臺。盡
管網(wǎng)絡(luò)在運營初期利用率較低，但隨著業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，其經(jīng)濟(jì)效益將越來越好。



當(dāng)然FSAN的發(fā)展也存在一系列問題，如網(wǎng)管系統(tǒng)的設(shè)計、簡化的MAC協(xié)議的制定等，但是隨技術(shù)的
發(fā)展，相信這些問題都將逐步得到解決。

（付軍 李樹新）