關(guān)于寬帶光纖接入網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)深入研究

　　光接入網(wǎng)(OAN)從技術(shù)上可分為兩大類：有源光網(wǎng)絡(luò)(AON)和無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)。AON又可分為基于SDH的AON和基于PDH的AON。PON又可分為基于ATM的PON(APON)以及基于以太網(wǎng)的PON(EPON )。

1　寬帶OAN系統(tǒng)

1、1　基于SDH系統(tǒng)的AON

　　隨著骨干網(wǎng)傳輸容量不斷增大，傳輸網(wǎng)的接入方式也越來越多樣化。從技術(shù)上來看，接入層的相對(duì)帶寬需求較小，需要提供IP、TDM和ATM等綜合業(yè)務(wù)傳送。以SDH為基礎(chǔ)并能夠提供IP、ATM傳送與處理的系統(tǒng)將是解決接入層傳送的主要方法，這種方式可廉價(jià)地在一個(gè)業(yè)務(wù)提供點(diǎn)（POP）上提供高質(zhì)量專線、ATM、IP 等業(yè)務(wù)的接入、傳送和保護(hù)。

　　在接入網(wǎng)中應(yīng)用SDH的主要優(yōu)勢(shì)在于：SDH可以提供理想的網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)可靠性；SDH的固有靈活性使得在發(fā)展極其迅速的蜂窩通信系統(tǒng)中采用SDH系統(tǒng)尤其適合。當(dāng)然, 考慮到接入網(wǎng)對(duì)成本的高度敏感性和運(yùn)行環(huán)境的惡劣性,適用于接入網(wǎng)的SDH設(shè)備必須是高度緊湊、低功耗和低成本的新型系統(tǒng)。

　　接入網(wǎng)用SDH的最新發(fā)展趨勢(shì)是支持IP接入，目前至少需要支持以太網(wǎng)接口的映射，于是除了攜帶話音業(yè)務(wù)量以外，可以利用部分SDH凈負(fù)荷來傳送IP業(yè)務(wù)，從而使SDH也能支持IP的接入。支持的方式有多種，除了現(xiàn)有的點(diǎn)到點(diǎn)通信協(xié)議(PPP)方式外，還有在SDH上的鏈路接入規(guī)程(LAPS)和通用成幀規(guī)程(GFP)等方式。

　　Ethernet over SDH系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)IP數(shù)據(jù)包多交換光廣域網(wǎng)，它本質(zhì)上采用的是無連接網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，內(nèi)在的全網(wǎng)狀連接提供適合于分布式通信的無連接網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，為業(yè)務(wù)提供者節(jié)省大量的光帶寬。Ethernet over SDH將以太網(wǎng)的二層交換靈活性和資源優(yōu)化能力與現(xiàn)有的SDH光網(wǎng)絡(luò)的大容量、高帶寬效率和低協(xié)議開銷相結(jié)合，從而得到一種高速、經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)接入解決方案。Ethernet over SDH 系統(tǒng)的幀映射過程采用的是LAPS協(xié)議幀，而不是PPP幀。它首先將以太網(wǎng)的MAC幀封裝成LAPS協(xié)議幀，然后將LAPS協(xié)議幀映射到SDH幀中。Ethernet over SDH技術(shù)克服了傳統(tǒng)SDH在數(shù)據(jù)傳送上的局限性，為SDH的接入開拓了新天地。

1、2　PON

　　PON是一種純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，它能避免外部設(shè)備的電磁干擾和雷電影響，減少線路和外部設(shè)備的故障率，提高系統(tǒng)可靠性，同時(shí)可節(jié)省維護(hù)成本，是電信維護(hù)部門長期期待的技術(shù)。PON的業(yè)務(wù)透明性較好，原則上可適用于任何制式和速率的信號(hào)。特別是APON可以通過利用ATM的集中和統(tǒng)計(jì)復(fù)用，再結(jié)合無源分路器對(duì)光纖和光線路終端的共享作用，使成本可望比傳統(tǒng)的以電路交換為基礎(chǔ)的PDH/SDH接入系統(tǒng)低20%～40%。

　　APON的業(yè)務(wù)開發(fā)是分階段實(shí)施的，初期主要是VP專線業(yè)務(wù)。相對(duì)普通專線業(yè)務(wù)，APON提供的 VP專線業(yè)務(wù)設(shè)備成本低、體積小、省電、系統(tǒng)可靠穩(wěn)定且性價(jià)比有一定優(yōu)勢(shì)。第2步實(shí)現(xiàn)一次群和二次群電路仿真業(yè)務(wù)，提供企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的連接和企業(yè)電話和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。第3步實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口，提供互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)業(yè)務(wù)和VLAN業(yè)務(wù)。以后再逐步擴(kuò)展至其他業(yè)務(wù)，成為名符其實(shí)的 全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)系統(tǒng)。APON能否大量應(yīng)用的一個(gè)重要因素是價(jià)格。目前APON產(chǎn)品的業(yè)務(wù)供給能力有限，成本過高，其市場前景由于ATM在全球范圍的受挫而不確定，但其技術(shù)優(yōu)勢(shì)是明顯的。特別是綜合考慮運(yùn)行維護(hù)成本，則在新建地區(qū)，高度競爭的地區(qū)或需要替代舊銅纜系統(tǒng)的地區(qū)，此時(shí)敷設(shè)PON系統(tǒng)，無論是光纖到路邊(FTTC),還是光纖到大樓(FTTB)方式都是一種有遠(yuǎn)見的選擇。

1、3　EPON

　　EPON是幾種最佳的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的結(jié)合。EPON采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，無源光纖傳輸方式，在以太網(wǎng)上提供多種業(yè)務(wù)。目前，IP/Ethernet應(yīng)用占到整個(gè)局域網(wǎng)通信的95%以上，EPON由于使用上述經(jīng)濟(jì)而高效的結(jié)構(gòu)，從而成為連接接入網(wǎng)最終用戶的一種最有效的通信方法。10Gbit/s以太主干和城域環(huán)的出現(xiàn)也將使EPON成為未來全光網(wǎng)中最佳的最后一公里的解決方案。

　　在一個(gè)EPON中，不需任何復(fù)雜的協(xié)議，光信號(hào)就能準(zhǔn)確地傳送到最終用戶，來自最終用戶的數(shù)據(jù)也能被集中傳送到中心網(wǎng)絡(luò)。在物理層，EPON使用1000BASE的以太PHY，同時(shí)在PON的傳輸機(jī)制上，通過新增加的MAC控制命令來控制和優(yōu)化各光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)與光線路終端(OLT)之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信和實(shí)時(shí)的TDM通信，在協(xié)議的第二層，EPON采用成熟的全雙工以太技術(shù)，使用TDM，由于ONU在自己的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)，因此沒有碰撞，不需CDMA/CD，從而充分利用帶寬。另外，EPON通過在MAC層中實(shí)現(xiàn)802。1p來提供與APON類似的QoS。

2　幾種光接入方式

2、1　光纖分布網(wǎng)絡(luò)(FDN)

　　FDN分為有源光纖網(wǎng)絡(luò)和無源光纖網(wǎng)絡(luò)。

　　無源光纖網(wǎng)絡(luò)與有源光纖網(wǎng)絡(luò)之間的區(qū)別在于它以一對(duì)光無源分路器取代了有源光纖網(wǎng)絡(luò)中的遠(yuǎn)端光纖設(shè)備(ROLT)。從而兩者采用的傳輸協(xié)議也各不相同,有源光纖網(wǎng)絡(luò)采用PDH或SDH傳輸協(xié)議，而無源光纖網(wǎng)絡(luò)則必須采用TDMA或TCM方式。因此，無源光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離及容量必然受到一定限制。另外，有源光纖網(wǎng)絡(luò)還有技術(shù)簡單、易于實(shí)現(xiàn)和組網(wǎng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。無源光纖網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性在于不需要機(jī)房，降低了維護(hù)的工作量與費(fèi)用。

2、2　光纖同軸混合網(wǎng)絡(luò)(HFC)

　　HFC網(wǎng)是從有線電視(CATV)發(fā)展起來的。它可以提供CATV業(yè)務(wù)以及話音、數(shù)據(jù)和其他交互型業(yè)務(wù)。HFC網(wǎng)是一種以模擬頻分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ),綜合應(yīng)用模擬和數(shù)字傳輸技術(shù)、光纖和同軸電纜技術(shù)及射頻技術(shù)的高度分布式智能寬帶用戶接入網(wǎng)絡(luò),是CATV和電話網(wǎng)結(jié)合的產(chǎn)物。HFC網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍可達(dá)100 km,而且傳輸信號(hào)的衰減小，噪聲低,是理想的CATV 網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù) 。

　　HFC的典型結(jié)構(gòu)采用光纜作為CATV的干線傳輸網(wǎng)絡(luò),以有線電視臺(tái)前端為中心星形或環(huán)形分布,一直延伸到城市內(nèi)居民區(qū)和辦公小區(qū)以及郊區(qū)的縣鄉(xiāng)村,形成許多的光節(jié)點(diǎn)。從光節(jié)點(diǎn)開始,通過傳統(tǒng)的同軸電纜將有線電視信號(hào)送到最終用戶。

　　這種方式可充分利用CATV原有網(wǎng)絡(luò)，建網(wǎng)快，造價(jià)低；同時(shí)由于同軸電纜的帶寬較大，可作為寬帶綜合業(yè)務(wù)的接入平臺(tái)。HFC是一種為有線電視運(yùn)營機(jī)構(gòu)所看好的技術(shù)。

2、3　光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)

　　根據(jù)ONU在OAN中所處位置的不同，OAN又可分為FTTC、FTTB、光纖到辦公室(FTTO)和光纖到家(FTTH)等多種類型。

　　在FTTC結(jié)構(gòu)中，ONU設(shè)置在路邊或電線桿的分線盒邊。從ONU到各個(gè)用戶之間采用雙絞線 銅纜;如傳送寬帶圖象業(yè)務(wù),則采用同軸電纜。FTTC的主要特點(diǎn)之一是引入線部分仍可采用現(xiàn)有的銅纜設(shè)施，可以推遲引入部分的光纖投資。從目前來看,FTTC在提供2 Mbit/s以下窄帶業(yè)務(wù)時(shí)是OAN中最現(xiàn)實(shí)、最經(jīng)濟(jì)的方案。但如需提供窄帶與寬帶的綜合業(yè)務(wù),則這一結(jié)構(gòu)不甚理想。

　　在FTTB結(jié)構(gòu)中,ONU被直接放到樓內(nèi),再經(jīng)多對(duì)雙絞線分送各用戶。FTTB與FTTC相比，光纖化程度進(jìn)一步提高，因而更適用于高密度以及需提供窄帶和寬帶綜合業(yè)務(wù)的用戶區(qū)。

　　FTTO和FTTH結(jié)構(gòu)均在路邊設(shè)置無源光分路器，并將ONU移至用戶的辦公室或家中，是真正全透明的光纖網(wǎng)絡(luò)。它們不受任何傳輸制式、帶寬、波長和傳輸技術(shù)的約束，是OAN發(fā)展的理想模式和長遠(yuǎn)目標(biāo)。

3　接入技術(shù)應(yīng)用及比較

　　寬帶接入網(wǎng)的建設(shè)起點(diǎn)是目前困擾電信運(yùn)營商的主要問題之一,寬帶化是發(fā)展方向，這是業(yè)界的共識(shí)，但從何著手?如何保證有效的投資回報(bào)率？這其中有許多值得探討的地方。

　　雖然近幾年數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長速率達(dá)到了40%，比話音年增長率10%的速率要高許多，但其實(shí)際的業(yè)務(wù)量占整個(gè)通信量的比率還是較低的，約為3%。從全國范圍來看,地區(qū)的差異還是很大的，甚至一個(gè)城市內(nèi)部的區(qū)域也存在著較大的發(fā)展不平衡，而且各個(gè)點(diǎn)發(fā)展也是不均衡的。所以在寬帶數(shù)據(jù)接入網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)時(shí)，不能沿用固定的一種模式，而要根據(jù)實(shí)際情況采用相應(yīng)的解決方案，同時(shí)又要充分考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。當(dāng)前在應(yīng)用中有這樣的傾向：IP擔(dān)當(dāng)骨干層的傳輸，如IP over SDH、IP over DWDM以及IP over Optical等,下一代的IP網(wǎng)絡(luò)將是可以支持全業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。

　　隨著近幾年OAN的快速發(fā)展,已逐步實(shí)現(xiàn)了FTTC和FTTB,全光網(wǎng)絡(luò)當(dāng)然是最終的趨勢(shì)。但在現(xiàn)階段，F(xiàn)TTH還不現(xiàn)實(shí),連接用戶的最后幾百米,也就是入戶段的技術(shù)也是精彩紛呈。主要依據(jù)的傳送媒質(zhì)有:基于雙絞線的xDSL技術(shù)、基于銅軸線的HFC技術(shù)、無線技術(shù)、光纖的APON/EPON技 術(shù)以及以太網(wǎng)技術(shù)等。這5種主要技術(shù)各有其技術(shù)特點(diǎn)，同時(shí)也就決定了它們各自的應(yīng)用場合。

3、1　xDSL

　　數(shù)字用戶線（DSL）是基于普通電話線的寬帶接入技術(shù)，它在同一對(duì)銅線上分別傳送數(shù)據(jù)和 語音信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)并不通過電話交換設(shè)備，從而減輕了電話交換機(jī)的負(fù)擔(dān)；而且無需撥號(hào)，一直在線，屬于專線上網(wǎng)方式，因此使用DSL上網(wǎng)并不需要繳付額外的電話費(fèi)。

　　xDSL中的“x”代表各種數(shù)字用戶線技術(shù)，如非對(duì)稱數(shù)字用戶線（ADSL）、高速數(shù)字用戶線（HDSL）和高速不對(duì)稱數(shù)字用戶線（VDSL）等。它們的主要區(qū)別在于上下行鏈路的對(duì)稱性以及傳輸速率和有效距離有所不同。

　　ADSL是目前眾多DSL技術(shù)中較為成熟的一種，其優(yōu)點(diǎn)是帶寬較大、連接簡單和投資較小，因此發(fā)展很快。HDSL是利用兩對(duì)或三對(duì)銅雙絞線，為用戶提供PDH一次群速率的雙工數(shù)字連接。

　　VDSL是速率更高的ADSL，也有人稱其為寬帶數(shù)字用戶線（BDSL）。VDSL系統(tǒng)一般用于光纖接入網(wǎng)中的最后一段入戶連接，其傳輸距離只有100 m（155 Mbit/s時(shí)）到1 km（13 Mbit/s時(shí)），它的下行傳輸速率可達(dá)13、26、52 Mbit/s甚至155 Mbit/s。采用VDSL技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的方案，可以解決IP接入方案的問題，用戶不必重新布放高成本的5類雙絞線，僅僅通過VDSL終端適配器，就可以接上Internet，通過普通電話線就可以傳輸高速以太網(wǎng)信號(hào)，而且也不用擔(dān)心轉(zhuǎn)向IP化接入會(huì)帶來的問題。

3、2　HFC

　　Cable Modem是近幾年發(fā)展起來的，主要用于有線電視網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。目前大多數(shù)新建的有線電視網(wǎng)都采用HFC網(wǎng)絡(luò)，其巨大的帶寬和相對(duì)經(jīng)濟(jì)性使其對(duì)有線電視公司和新成立的電信公司很具吸引力。由于Cable Modem是作為一種在HFC網(wǎng)上提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的設(shè)備，因此它通常等 同于HFC寬帶接入技術(shù)。

　　對(duì)于HFC網(wǎng)上的Cable Modem，由于采用無連接技術(shù)，用戶的PC機(jī)可以一直保持在線狀態(tài)，無需撥號(hào)過程，且不占用電話。但從傳統(tǒng)的有線電視網(wǎng)升級(jí)到HFC有很大的改造難度。首先，頻帶資源顯然不足；其次，傳統(tǒng)有線電視網(wǎng)上采用的都是單向放大器和相關(guān)設(shè)備，需要全部更換才能滿足HFC的要求；再次，HFC接入方案采用分層樹形結(jié)構(gòu)，這種技術(shù)本身是一個(gè)共享型網(wǎng)絡(luò)，這就意味著用戶要和鄰近用戶分享帶寬，所以HFC的理論傳輸速率也會(huì)受到影響。

　　HFC由于存在雙向改造和漏斗效應(yīng),在用戶相對(duì)集中且每光節(jié)點(diǎn)用戶量在200戶左右時(shí)是較佳的方案。��

3、3　無線接入

　　無線通信技術(shù)有其靈活方便的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于通信網(wǎng)的各個(gè)領(lǐng)域。

　　無線局域網(wǎng)利用無線射頻(RF）技術(shù)在空中傳輸數(shù)據(jù)、話音和視頻信號(hào)。作為傳統(tǒng)布線網(wǎng)絡(luò)的一種替代方案或延伸，無線局域網(wǎng)將企業(yè)和個(gè)人從辦公桌邊解放了出來，使他們可以隨時(shí)隨地獲取信息。因此，無線局域網(wǎng)可以為各類企業(yè)以及他們的移動(dòng)辦公的員工帶來很多好處。它的主要特點(diǎn)是：移動(dòng)性、靈活性和易用性，并且具有合理的價(jià)格。至于安全方面的考慮，由于有最早是作為軍事應(yīng)用的這一背景，無線局域網(wǎng)通常內(nèi)置的安全監(jiān)測(cè)特性使其比大多數(shù)布線局域網(wǎng)都要安全得多。依靠復(fù)雜的加密技術(shù)，可以使非法的接收者截聽無線局域網(wǎng)的流量信號(hào)異常困難。
　
　　無線局域網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)在已經(jīng)到了一個(gè)關(guān)鍵的階段。大家已經(jīng)非常清楚地認(rèn)識(shí)到，統(tǒng)一的無線系統(tǒng)（即可以混傳語音、視頻和數(shù)據(jù)的平臺(tái)）將在今后20年內(nèi)在信息訪問方面占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著企業(yè)對(duì)高速、穩(wěn)定且不間斷的信息訪問方式的需求日益急切，無線局域網(wǎng)廠商們正在考慮在具備大眾吸引力的價(jià)位上提供創(chuàng)新且技術(shù)完善的解決方案。

3、4　光纖接入

　　光纖接入技術(shù)與其他接入技術(shù)相比，最大優(yōu)勢(shì)在于可用帶寬寬，而且還有巨大潛力可以開發(fā)，在這方面其他接入技術(shù)根本無法與其相比。光纖接入網(wǎng)還有傳輸質(zhì)量好、傳輸距離長、抗干擾能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)可靠性高和節(jié)約管道資源等特點(diǎn)。另外，SDH和APON設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化程度都比較高，有利于降低生產(chǎn)和運(yùn)行維護(hù)成本。

　　當(dāng)然，與其他接入技術(shù)相比，光纖接入網(wǎng)也存在一定的劣勢(shì)。最大的問題是成本還比較高，尤其是光節(jié)點(diǎn)離用戶越近，每個(gè)用戶分?jǐn)偟慕尤朐O(shè)備成本就越高。另外，與無線接入相比，光纖接入網(wǎng)還需要管道資源。這也是很多新興運(yùn)營商看好光纖接入技術(shù)，但又不得不選擇無線接入技術(shù)的原因。

3、5　以太網(wǎng)

　　以太網(wǎng)技術(shù)對(duì)于企事業(yè)用戶一直是最流行的接入方法，主要原因是已具備強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和豐富的經(jīng)驗(yàn)，而且目前所有流行的操作系統(tǒng)和應(yīng)用也都是與以太網(wǎng)兼容的。由于以太網(wǎng)的幀格式和IP數(shù)據(jù)格式是一致的，用以太網(wǎng)傳輸IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，中間不需任何格式轉(zhuǎn)換，因此以太網(wǎng)接入能夠與IP網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無縫結(jié)合，而且還具有優(yōu)良的可擴(kuò)展性。

　　由于性價(jià)比高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、容易安裝開通以及可靠性高等，使寬帶以太網(wǎng)接入技術(shù)成為新興運(yùn)營商的首選方案之一。然而，由于計(jì)費(fèi)、管理以及有源器件多等因素，以太網(wǎng)作為居民用戶的接入方式目前正在大力推廣階段，但隨著城市智能化小區(qū)的建設(shè)，以太網(wǎng)接入也不失為一種較為理想的方案。

4　總結(jié)與展望

　　接入網(wǎng)的共同趨勢(shì)都是逐漸將光纖化推向用戶。FTTC將逐漸向FTTH發(fā)展,而HFC將逐漸 從較大的節(jié)點(diǎn)向較小的節(jié)點(diǎn)發(fā)展,然后逐漸將光纖推進(jìn)至分支點(diǎn)(FTTT)甚至實(shí)現(xiàn)FTTH。光纖到戶后,就消除了FTTC中的金屬引入線和HFC中的同軸電纜,避免了金屬腐蝕等問題,接入網(wǎng)的瓶頸也隨之消失。然而光纖到戶將是一個(gè)漫長的過程,需要投入大量的資金和人力。因此多采用混合接入模式,例如HFC，將FTTC與VDSL技術(shù)相結(jié)合提供了光纖敷設(shè)成本、電子設(shè)備成本和提供的帶寬能力方面的最佳平衡,也是一種比較現(xiàn)實(shí)、理想的寬帶混合接入方案。

　　總之,隨著接入網(wǎng)業(yè)務(wù)的不斷增多，所需的網(wǎng)絡(luò)帶寬將會(huì)越來越寬,交互性越來越強(qiáng)，接入網(wǎng)的寬帶化將是不可避免的趨勢(shì)。接入網(wǎng)市場將會(huì)成為未來幾年信息產(chǎn)業(yè)中最炙手可熱的市場之一,人們的生活也將因之而改變。