光接入網(wǎng)走向大眾

光接入網(wǎng)走向大眾（米勒）
    隨著光纖價格的不斷下降以及企業(yè)與家庭用戶對帶寬需求的持續(xù)增長，光纖系統(tǒng)將逐步
從核心網(wǎng)和城域網(wǎng)擴展到接入網(wǎng)。需求迅速擴大的寬帶服務(wù)應(yīng)用與快速成熟的光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)匯
合在一起，將使光系統(tǒng)逐漸滲透到所有領(lǐng)域----光將出現(xiàn)在所有的地方！
    光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個趨勢就是將光從網(wǎng)絡(luò)核心應(yīng)用推到顧客面前；動力來自兩個方面：一
是技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)能力的提高，使光鏈路的價格不斷下降；二是視頻點播等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的
普及，使用戶對帶寬的需求日益擴大。光纖進入大企業(yè)易進入中小用戶難
    大中型商業(yè)用戶通�？梢酝ㄟ^申低速同步光纖網(wǎng)（SONET）／同步數(shù)字體系（SDH）TDM復(fù)
用器連接核心網(wǎng)，并按環(huán)路形式部署以保護投資。人們已經(jīng)開發(fā)出一大批高性價比的TDM復(fù)用
器，其支流速率可以低至T1（1.5MbPS）干線速率則在OC－3（155Mbps）和OC－48（2.5Gbps）
之間。最近，由于價格的下降和需求的增加，人們還為網(wǎng)絡(luò)接入推出若干經(jīng)濟型MDM系統(tǒng)，借
助WDM協(xié)議獨立性，在單一光纖上同時傳輸包括OC—12（622MbPS）和千兆位以太同（1GbPs）
在內(nèi)的多種信號。
    光纖鏈路還越來越多地被用于交互連接LAN和校園網(wǎng)環(huán)境中的企業(yè)數(shù)據(jù)路由器和交換機。
隨著校園主干同從 10M轉(zhuǎn)向100M或千兆位以大網(wǎng)速率、人們開發(fā)出一大批價格低廉的光纖接
口。這些光纖鍵路通常是通過兩個分開的光纖雙向運行的單波長鏈路，可以在銅雙絞線的傳
輸極限（約100米）以外傳輸寬帶信號。對于基于光纖的千兆位以太網(wǎng)來說，目前流行的標準
采用850nm垂直空穴表面發(fā)射激光（VCSEL）以及傳輸距離約為250米的多模光纖。另一個流行
標準基于1，310nm邊緣發(fā)射激光，在SM光纖上大約傳輸5千米。業(yè)內(nèi)有望于2001年左右推出早
期產(chǎn)品，并在2002年推出一個用于10GB以太網(wǎng)的標準。
    鑒于成本及帶寬需求等方面的原因，將光纖拉近家庭和小型商業(yè)用戶將面臨比拉近大企
業(yè)大得多的挑戰(zhàn)。然而，這是一個非常重要的挑戰(zhàn)。首先，從運營商和制造商的角度來看，在
這一市場廣泛部署寬帶技術(shù)可以帶來巨大的收入；其次，撥號調(diào)制解調(diào)器可憐的終端用戶性能
（最高56Kbps）嚴重限制了互聯(lián)網(wǎng)的不斷增長。顯然，在全球范圍內(nèi)，對于面向家庭和小型商
業(yè)永動的寬帶數(shù)據(jù)連接，存在著相當多被禁錮的需求。人們面臨的挑戰(zhàn)是如何以較高的性能價
格比提供這種連接。將光纖拉近用戶是解決這一問題的一個基本部分。
    目前，通過數(shù)字環(huán)路承載（DLC）系統(tǒng)，光纖已被廣泛部署在家庭電話環(huán)路設(shè)施。這些系
統(tǒng)利用光纖將中心辦公室（CO）連接到遠程終端，后者將光信號轉(zhuǎn)換為電子信號，并將其傳輸
到雙絞線為上千上萬的用戶提供服務(wù)。原本針對語音服務(wù)設(shè)計的DLC實際上可以提供更高的容
量，升級的途徑包括在連接用戶的雙絞線上部署某種形式的數(shù)字用戶線（DSL）技術(shù)，或借助
光纖提供的較大帶寬將DLC單元連接到CO等。高性價比的PON
    為實現(xiàn)更高的帶寬，人們還可以通過無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）以更經(jīng)濟的方式將光纖拉進用戶。
在PON中，人們采用單一光纖將CO連接到無源光分解器，后者將信號分配給大約16個光網(wǎng)單元
（ONU）。ONU則負責光到電子的轉(zhuǎn)換并為用戶提供服務(wù)。如果ONU位于家庭，這就是所謂的FTTH
（光纖到戶）系統(tǒng)；如果ONU由若干（大約4到24個）用戶分享，這就是所謂的FTTC系統(tǒng)。由于
CO光電子設(shè)備以及CO到無源分解器之間光纖的成本由多個用戶分擔，與將光纖連接到所有ONU
相比，PON具有更高的性能價格比。
    目前，研究人員在實驗室已經(jīng)演示了許多PON系統(tǒng)。然而，多用戶共享光纖將帶來光纖帶
寬如何分配的問題。最簡單的處理方式就是所有用戶都使用相同的波長頻帶并共享帶寬。在從
CO到ONU的所謂下行方向，這就是時分復(fù)用（TDM）；而在上行方向，這被稱作時分多址（TDMA）。
與用戶之間距離很近的LAN環(huán)境不同，TDMA PON很難方便地探測到隨機發(fā)送用戶導(dǎo)致的沖突。因
此，人們通常使用某種可以確保上行傳送器具備在特定時間發(fā)送的絕對優(yōu)先權(quán)的協(xié)議。
    一些運營商已經(jīng)聯(lián)手建立了所謂的全服務(wù)接入網(wǎng)絡(luò)（FSAN）財團，旨在通過指定可供眾多
運營商購買的通用接入平臺，促進PON系統(tǒng)價格下降。FSAN網(wǎng)絡(luò)是一個粗糙WDM（CWDM）PON。上
/下行傳輸使用1.3/1.5μm頻段以及155Mbps基帶信號 ；TDMA協(xié)議用于上行傳輸；語音和數(shù)據(jù)服
務(wù)則以異步傳輸模式打包。FSAN網(wǎng)絡(luò)帶來一系列的試驗并在FTTC和FTTH系統(tǒng)中得到小規(guī)模的部署。
    FSAN為比較各種高帶寬PON體系結(jié)構(gòu)的可行性提供了有用的標準。在一項研究中，人們比較
了各種替代技術(shù)，并假設(shè)FSAN型光網(wǎng)中的每個ONU上下行分別要求10M和155M的帶寬。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，
WDM PON借助目前的商業(yè)化器件不能提供這種水平的服務(wù)；環(huán)路回送系統(tǒng)未能實現(xiàn)人們預(yù)想的目
標并對WDM路提出了不合適的要求。最具有性能價格比的WDM PON的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)被認為是一種所謂
的復(fù)合PON（CPON）。在上行方向CPON是一個TDMA PON（所有ONU共享整個1.3μm頻段）；而在
下行方向，CPON為每一ONU在1.5μm頻段提供了一個獨立的波長。
    光纖進入CATV領(lǐng)域
    與上述努力同步進行的是在有線電視（CATV）領(lǐng)域部署光纖。在此之前，典型的CATV網(wǎng)絡(luò)
使用極長的同軸電纜以及上百個順序排列的RF放大器，從而嚴重限制了服務(wù)帶寬（系統(tǒng)只能承
載20到30個電視頻道）并帶來可憐的可靠性和圖像質(zhì)量。通過將CATV信號以光的形式傳輸?shù)焦?br />纖節(jié)點，并在這些節(jié)點為500到2000個使用單位提供光到電子的轉(zhuǎn)換，可以將放大器數(shù)量減至3
到5個，同時提供高得多的容量、可靠性和圖像質(zhì)量。與電話使用的基帶數(shù)字信號相比，CATV
模擬信號相當脆弱，因此在實際中必須使用特殊的光。盡管如此，人們在寬帶視頻應(yīng)用中已經(jīng)
廣泛地部署了這些混合光纖同軸（HFC）網(wǎng)絡(luò)。
    為了通過電纜調(diào)制解調(diào)器提供數(shù)據(jù)服務(wù)，CATV公司現(xiàn)在需要將只支持下行廣播的單行網(wǎng)絡(luò)
變?yōu)殡p通道網(wǎng)絡(luò)，以便為用戶提供有針對性的數(shù)據(jù)服務(wù)。實現(xiàn)目標的一個方法是通過FTTC或
FTTH將光纖拉近用戶。這一方案的優(yōu)勢是可以有效防止噪音的進入，并透過單一的、易維護的、
具有良好升級性能的網(wǎng)絡(luò)，提供包括模擬CATV、視頻點播、通過電纜調(diào)制解調(diào)器的高速互聯(lián)網(wǎng)
接入、電話等全套服務(wù)。
    在CATV中提供更多向帶寬的另一處理方式就是將（使用高功率1.5μm EDFA在眾多接收器
上放大和分解的）廣播模擬下行信號與八條DWDM信道（其中每一條以QAM子承載格式傳輸多達
1G數(shù)字數(shù)據(jù)）結(jié)合起來。在遠程節(jié)點上，單個DWDM波長將被分解并與模擬信號的一部分融合在
一起，并將混合信號民送往八個獨立的光纖節(jié)點。也就是說，每個光纖節(jié)點將被接收到廣播模
擬信號。當然，如果需要的話，DWDM還可被用于上行方向以提高上行容量。這一處理方式既可
以獨立實施，也可以作為將光纖拉近用戶的整體計劃的一部分實施。
    對于接入應(yīng)用而言，價格是關(guān)鍵，這意味著要有非常廉價的光器件。對于企業(yè)網(wǎng)來說，關(guān)
鍵是廉價的850-nm VCSEL。對于電話網(wǎng)來說，關(guān)鍵是廉價的激光。模擬CATV系統(tǒng)已經(jīng)從使用
1.5μmDFB激光發(fā)展到采用非常廉價的具有高功率EDFA的1.5μm外部調(diào)制系統(tǒng)。為使DWDM系統(tǒng)
進一步介入接入領(lǐng)域，DWDM器件的價格需要出現(xiàn)大幅下降。此外，人們需要確保DWDM器件（激
光源、濾波器、路由器）可以在接入應(yīng)用所要求的較大溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定地運行。最后，為使
DWDM PON真正成為現(xiàn)實，人們需要為ONU提供非常廉價的單頻道激光。這種激光應(yīng)當在系統(tǒng)支
持的整個波長范圍內(nèi)可調(diào)，從而使運營商得以在任何被路由器丟棄的光纖中任意創(chuàng)建ONU。
摘自《中國計算機報》