寬帶接入FTTH之GTTH系統(tǒng)

寬帶接入FTTH之GTTH系統(tǒng)（王崇民、畢厚杰）
    由于經濟與文明的不斷進步，所以在未米的信息時代中，人類對寬帶多媒體信息
服務的需求將越來越大。以辛帶雙工的電話通信網絡和單向的CATV網絡為代表的傳統(tǒng)
接入網已不能滿足人類的要求。新型的高速、寬帶接入網技術不斷涌現。在傳統(tǒng)CATV
網絡基礎之上發(fā)展起來的雙向HFC（混合光纖同軸電纜吸FTTC（光纖到路邊）的SDV
（交換式數字視頻）系統(tǒng)剛剛面市，一種面向未來的新型超大容量的FTTH（光纖到戶）
光纖接入網之GThH（Gigabit－To－The－Home）系統(tǒng)就已初露端倪。
    GTTH系統(tǒng)結構及所提供的服務
    在局端，來自ATM、STM和其他專用的傳輸模式的數據流在SLT（用戶線路終端）內
被時分復用在一起，經過電／光轉換送至光纖傳輸線路。在用戶端的ONU（光纖網絡單
元）內，信號經過光／電轉換、解復用后送到用戶終端。GTTH系統(tǒng)具有如下特點：
    1．GTTH系統(tǒng)基于PON（無源光網絡）技術，由FTTH系統(tǒng)升級而來，基于先進的光
電子技術，保證了其能以相對低廉的代價提供速率高達2.5Gbit／s的下行數據流和15
6Mbit／s的上行數據流具有超大的帶寬。
    2．由于其超大的容量，因而除了可提供傳統(tǒng)的POTS、N－ISDN等服務，還可以輕
易地同時提供多種高速、寬帶服務。如HDTV廣播、數字電視廣播、3-D視頻服務。若將
1.2Gbit／S的速率提供給MPEG－2格式的6Mbit／s數字電視，那么可以同時傳輸200路
節(jié)目。GTTH還可利用額外的下行帶寬，提供超高速的下載服務和稍低速的上載服務。
如準VOD服務（只要簡單的網絡控制）；高速下載一些大容量的數據文件，如計算機
軟件、游戲軟件、電子出版物如報紙及電影。若假定提供給文件傳輸的速率是622Mbi
t／S，那么，傳輸2小時的電影文件（5.4GB）只需72s。
    3.GTTH系統(tǒng)具有很強的靈活性，可以集成各種格式、協議和傳輸模式的數據服務。
目前基于ATM的寬帶網是研究的熱點，但是，ATM也有它的不成熟、不完善之處，仍然
存在許多問題。如QOS、信元丟失、高昂的成本等問題。所以有必要保留STM（同步傳
輸模式）等其他傳輸模式。GTTH綜合了ATM和STM等其他傳輸模式，適應性相當廣泛。
    4．GTTH系統(tǒng)信號的傳輸基于先進波分復用技術，1.5pm的頻帶用于下行傳輸，
1.3pm的帶寬用于上行傳輸，保證了無沖突雙向傳輸，無復雜的接人控制協議。
    5.GTTH系統(tǒng)為用戶提供了多個接口，多種終端接入的能力�；�于多接口的結構，
2.5Gbit／s的下行信道被分成16個單元，每個單元156Mbit／s，在中心局端的用戶線
終端（SLT）所有的單元信道被逐比特地復用在一起，在光纖網絡單元（ONU）被解復
用（ONU）裝在家庭或辦公室，即用戶端）。單元信道可以獨立地使用。GTTH可以集
成各種各樣的系統(tǒng)和服務，即使它們的信號格式、傳輸協議、傳輸模式（ATM或STM）
不同也沒有關系。GTTH綜合了基于ATM－PON的寬帶通信系統(tǒng)、使用MPEG－2傳輸流的
數字廣播系統(tǒng)和其他的一些有自己的傳輸模式的專用系統(tǒng)。每個系統(tǒng)與用戶端都通過
一塊線路接口卡聯系，這樣一來，系統(tǒng)更改。服務升級、新服務引入都簡單而靈活，
通過更換接口卡即可實現。另外的一個基于單元信道劃分的優(yōu)越之處就是減小了用戶
接口卡的速率。2.5Gbit／S的速率在ONU端就被解復用了，用戶只從ONU接收156Mbit
／s的下行信號，由此CMOS集成電路的實現復雜度大大下降。
    NEC公司的GTTH演示系統(tǒng)
    對于GTTH系統(tǒng)的實用化，最大的障礙是它的成本。為了降低它的成本，必須降低
其中關鍵的高速光電器件的成本，尤其是用戶端ONU中的光接收機和解復用器的成本。
    NEC公司已經研制出了高速的CMOS復用／解復用芯片、波導P-i-n光電二極管和單
芯片接收機等GTTH的關鍵器件。NEC公司的復用和解復用芯片采用了高速的0.5pm的CM
OS技術，可以處理最高速度達3Gbit／s的數字信號，且功耗非常小。而且由于CMOS工
藝具有易于大規(guī)模集成的特性，所以可以進一步給復用器和解復用器芯片增加某些功
能，如信道識別和選擇、糾錯、信號加擾等。其單芯片接收機集成了接收光信號的所
有電路，如前級放大器、自動增益控制（AGC）電路、鎖柏環(huán)（PLL）電路等模塊，無
需任何輔助電路就可完成提取定時、重整波形、碼元再生等功能。它可處理速率為2.5
Gbit／s的信號。波導p-i-n光電二極管與單芯片接收機組成了一部結構緊湊的、免調
試的光接收機。
    其中單芯片接收機的敏感度是一19.5dBm，即在10-9的誤比特率時，接收機所要
求的最小信號功率是一19.5dBm。通常局端的SLT（用戶線路終端）的輸出功率是6－
11dBm，即單芯片接收機具有25－30dB的性能裕量，這足以補償光纖傳輸引入的損耗。
如果使用雪崩二極管（APD），此性能裕量還可提高10dB。NEC已經研制了一種超晶格
的APD，且其成本較低。
    NEC的演示系統(tǒng)主要提供數字視頻廣播、超高速下載服務（如基于ATM的文件傳輸
和Internet訪問）。視頻廣播使用的是6Mbit／S的MPEG－2傳輸流，演示系統(tǒng)將兩路
MPEG－2傳輸流經過8B10B編碼后，與啞數據流復用為156Mhit／S的單元信道速率數據，
在ONU內部，一個視頻解復用器芯片可以應用戶的請求，解出某一路MPEG－2傳輸流。
另外，該芯片還提供了單元信道識別、10B／8B津碼的功能。演示系統(tǒng)還演示了在10ms
內快速選擇一路數字視頻廣播和120Mbit／s速率的快速下載能力。
    FTTH系統(tǒng)向GTTH系統(tǒng)的升級
    在日本，超大容量、高度靈活的GTTH系統(tǒng)將逐漸向商業(yè)和居民住宅區(qū)滲透。這是
閑為日本已經將基于PON結構的FTTH作為下一代接入網的發(fā)展方向，計劃用窄帶的PON
系統(tǒng)提供N－ISDN和POTS服務，用ATM－PON系統(tǒng)提供基于ATM信無的多媒體服務。而G
TTH包容了ATM－PON系統(tǒng)，而且對它是全兼容的。這意味著，ATM－PON系統(tǒng)的上行和
下行信號可以分別通過GTTH系統(tǒng)的1.3pm和1.5pm的光纖傳輸，而不需要改變它的信號
格式。接入方式和OAM系統(tǒng)。而現存的POTS、N－ISDN、雙向多媒體服務（如VOD、高
速Internet訪問、視頻會議等）將可以由GTTH系統(tǒng)的ATM－PON子系統(tǒng)來提供。因而
由FTTH升級至GTTH是可行的。
    除了支持寬帶雙向數據服務外，GTTH還可以提供超大容量的數字視頻廣播服務。
這是絕無僅有的。GTTH系統(tǒng)能提供所有現存接入系統(tǒng)都不能及的大容量的HDTV和數
字視頻廣播服務。因而在將來，FTTH也有必要升級至GTTH系統(tǒng)。GTTH系統(tǒng)將是繼FTT
H系統(tǒng)之后的時代的寵兒。