青海建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 蔣雯雯

1 研究背景和意義

進(jìn)入21世紀(jì)后，通信技術(shù)成為發(fā)展最為迅猛的技術(shù)之一，迅速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)時代，將會呈現(xiàn)更多新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)并存的現(xiàn)象。即將到來的網(wǎng)絡(luò)化世界，將有大量的業(yè)務(wù)拓展，而電信行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施所能提供的計(jì)算能力能否滿足極大的接入需求，這是電信行業(yè)所要解決的首要問題[1]。

移動寬帶未來幾年會成為推動電信行業(yè)增長的新力量，它呈現(xiàn)出的爆發(fā)式增長趨勢，將會使高速移動寬帶技術(shù)更加成熟，從而推動整個移動寬帶產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)一步發(fā)展。為了保證寬帶業(yè)務(wù)順利開展，用戶的寬帶連接能實(shí)現(xiàn)端到端，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)寬帶化和數(shù)字化的前提下，接入網(wǎng)成為一大熱點(diǎn)，也成為運(yùn)營商的高利潤增長點(diǎn)。電信行業(yè)的整合和用戶業(yè)務(wù)需求不斷增長帶來的競爭新局面，使得接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)和業(yè)務(wù)模式上面臨著一系列革命和挑戰(zhàn)。

1.1 建設(shè)光纖接入網(wǎng)的必要性

經(jīng)過多年的快速發(fā)展，光纜化和數(shù)字化已經(jīng)成為通信骨干網(wǎng)和中繼線路網(wǎng)的明顯特點(diǎn)，但用戶接入網(wǎng)仍然是窄帶模擬式，這就成為接入網(wǎng)發(fā)展的“瓶頸”。目前接入網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)，就是如何打破網(wǎng)絡(luò)接入的瓶頸，為全球現(xiàn)有的數(shù)10 億條接入線提供超寬頻帶。雖然以前廣泛使用的銅纜能夠?qū)崿F(xiàn)雙向交互，但它所能提供的帶寬仍然是有限的，不足以支持高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)。

要解決這個問題，就得采用寬帶數(shù)字傳輸技術(shù)，發(fā)展光纖接入是實(shí)現(xiàn)寬帶接入技術(shù)最根本、最有效的辦法，光纖接入網(wǎng)市場將會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。只有建設(shè)出能夠滿足各類用戶多種業(yè)務(wù)需求的光纖接入網(wǎng)，才能在市場競爭中立于不敗之地，才能在新世紀(jì)的信息高速公路的競賽中處于優(yōu)勝者地位。

1.2 光纖接入網(wǎng)在我國的發(fā)展形勢

光纖接入網(wǎng)被認(rèn)為是未來接入網(wǎng)的發(fā)展方向，特別是光纖到戶FTTH 光纖接入技術(shù)。FTTH 以其寬頻帶、大容量、較高的可靠性等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的青睞。寬帶接入技術(shù)中的無源光網(wǎng)絡(luò)PON 技術(shù)帶寬高、覆蓋廣、接口豐富、能實(shí)現(xiàn)單纖接入及綜合業(yè)務(wù)接入。PON 系統(tǒng)的引入，對于商業(yè)用戶而言，網(wǎng)絡(luò)接入速度大大提升，綜合業(yè)務(wù)能力快速發(fā)展，業(yè)務(wù)質(zhì)量得到了極大的保證；對于普通家庭用戶而言，一根光纖改變了人與人之間的通信方式，人們在聊天時不僅能聽到對方的聲音，更能通過視頻系統(tǒng)看到對方，同時還能實(shí)現(xiàn)無線上網(wǎng)、視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò)電視等業(yè)務(wù)，而且上網(wǎng)速度和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性得到很大提升；對于運(yùn)營商而言，由于光纖自身的高度穩(wěn)定性，使得運(yùn)行維護(hù)成本大大降低。因此不管是業(yè)務(wù)發(fā)展還是技術(shù)走向，始終離不開光纖的發(fā)展和進(jìn)步，在“智慧城市”的建設(shè)過程中，光纖寬帶建設(shè)也將成為重要的基石。

目前，光纖接入網(wǎng)在我國還是從高端發(fā)展到低端，從城市發(fā)展到農(nóng)村。在城市中，從商業(yè)用戶向住宅小區(qū)過渡。除了北京、上海、廣州等個別發(fā)達(dá)城市，其他城市地區(qū)主要為光纖到樓，盡量將光纜通至大樓的每個樓層。以此為基礎(chǔ)，逐步將光纖向普通住宅用戶滲透。光纖接入網(wǎng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)和實(shí)施過程中，均應(yīng)大于用戶的實(shí)際需求。

2 光纖接入網(wǎng)

2.1 光纖接入網(wǎng)的概念及結(jié)構(gòu)

接入網(wǎng)AN 指骨干網(wǎng)與用戶終端之間的所有設(shè)備。在整個通信網(wǎng)中，它處于一個很重要的地位，相對于核心網(wǎng)，AN 介于本地交換機(jī)和用戶之間，采用數(shù)字傳輸技術(shù)，經(jīng)過有限的標(biāo)準(zhǔn)接口，為用戶提供各種電信服務(wù)。

光纖接入網(wǎng)OAN，是指在接入網(wǎng)中，將光纖作為本地交換機(jī)與用戶之間的主要傳輸介質(zhì)，采用光纖傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息傳送。它泛指本地交換機(jī)與用戶之間采用光纖通信的系統(tǒng)[2]。

光纖接入網(wǎng)包括局端設(shè)備光線路終端OLT 和遠(yuǎn)端設(shè)備光網(wǎng)絡(luò)單元ONU。OLT 主要是為光纖接入網(wǎng)提供與本地交換機(jī)之間的接口，光纖接入網(wǎng)通過OLT 與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)相連，同時OLT 完成與用戶端的ONU 之間的通信，它將本地交換機(jī)與用戶接入完全隔開。OLT 可以放置在交換局端或者遠(yuǎn)端，它可以對自身和用戶端進(jìn)行維護(hù)和監(jiān)控。ONU 的主要功能是處理光信號并終結(jié)來自O(shè)LT的光纖，為用戶提供業(yè)務(wù)接口，光纖接入網(wǎng)通過ONU與用戶相連。ONU 可以接入多種用戶終端，并可實(shí)現(xiàn)用戶端的電接口與網(wǎng)絡(luò)端的光接口之間的光電轉(zhuǎn)換，同時也具有相應(yīng)的維護(hù)和監(jiān)控功能。用戶終端通過UNI 接口連接到光纖接入網(wǎng)，光纖接入網(wǎng)通過業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)SN 相連接，通過Q3 接口與電信管理網(wǎng)相連接，光纖接入網(wǎng)允許與多個業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)相連。

2.2 光纖接入網(wǎng)的接入方式

根據(jù)接入光纖的末端到用戶的距離和ONU 在OAN中的位置，光纖接入網(wǎng)可分為光纖到交接箱即FTTCab、光纖到路邊即FTTC、光纖到大樓即FTTB、光纖到戶即FTTH 和光纖到辦公室即FTTO 等，可統(tǒng)稱為FTTx[3]。以上幾種接入方式中，由于FTTH 和FTTO 用戶業(yè)務(wù)量大，而且由于EPON 技術(shù)的發(fā)展，接入成本不斷降低，所以FTTH 和FTTO 的發(fā)展很快。

2.3 光纖接入網(wǎng)的業(yè)務(wù)支持能力

OAN 是一種支持雙向交互式業(yè)務(wù)的系統(tǒng)，主要支持速率在2Mbit/s 以下的窄帶業(yè)務(wù)，主要有以下7 種基本業(yè)務(wù)：（1）普通電話業(yè)務(wù)；（2）租用線業(yè)務(wù)；（3）分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；（4）ISDN 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)基本速率接入業(yè)務(wù)；（5）ISDN 一次群速率業(yè)務(wù)；（6）n×64kbit/s；（7）2Mbit/s（成幀或不成幀）。

另外，還可能支持其他的一些業(yè)務(wù)，如各種多媒體業(yè)務(wù)（速率在2Mbit/s 以下），將來還可能支持各種寬帶業(yè)務(wù)，諸如CATV、視頻點(diǎn)播或數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)等，而且還可能支持模擬廣播式業(yè)務(wù)。

光纖接入網(wǎng)演進(jìn)的路線是首先發(fā)展FTTB 和FTTC系統(tǒng)，然后再發(fā)展到FTTH，通過一根光纖為用戶提供語音、數(shù)據(jù)、視頻和多媒體等多類業(yè)務(wù)。目前，我國的FTTH 無疑是將各級城市住宅小區(qū)的住戶作為主要目標(biāo)市場，也包括商業(yè)大廈的住戶。它們的突出特點(diǎn)是：住戶密度高，一般住宅小區(qū)都有500-3000 的住戶，一些大的住宅小區(qū)甚至能夠達(dá)到上萬個住戶。為了滿足電信運(yùn)營商相互競爭的需要，且能實(shí)現(xiàn)多種電信業(yè)務(wù)綜合接入，也便于小區(qū)通信接入設(shè)備的安裝和線路交接，住宅小區(qū)包括商業(yè)大廈在修建時都會配備通信機(jī)房。一般機(jī)房到用戶的距離普遍小于1km，機(jī)房內(nèi)都已被主要電信運(yùn)營商和有線電視運(yùn)營商鋪設(shè)小芯數(shù)（一般為4 到12 芯）光纜，小區(qū)內(nèi)的接入線纜資源歸屬各運(yùn)營商所有。

根據(jù)光纖用戶環(huán)路傳輸設(shè)施中是否采用有源器件，現(xiàn)有的FTTH 技術(shù)主要包括無源光網(wǎng)絡(luò)PON 和有源光網(wǎng)絡(luò)AON，它們各有優(yōu)勢，根據(jù)需求應(yīng)用于不同的環(huán)境。

3 光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

3.1 有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）

有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）是指從局端到用戶的設(shè)備均為有源設(shè)備。它主要由OLT、ONU 和光纖傳輸線路組成，屬于一點(diǎn)對多點(diǎn)的光纖通信系統(tǒng)。在OAN 中，ONU 設(shè)備串聯(lián)在光纖網(wǎng)絡(luò)中，上級ONU 將信號進(jìn)行光-電-光變換后，再傳送至下級的每個ONU。它將本地交換機(jī)送來的信號在光纖系統(tǒng)中進(jìn)行分路后，再通過復(fù)用設(shè)備經(jīng)由用戶接口傳送給用戶。AON 適合應(yīng)用于遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)要求覆蓋的用戶數(shù)較多、用戶線平均長度較長的地方。

AON 可分為PDH 和SDH，現(xiàn)通常都是基于SDH的有源光網(wǎng)絡(luò)。它的特點(diǎn)是：傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸容量大、技術(shù)較成熟、設(shè)備均為有源設(shè)備。

3.2 無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）

無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)是指在OLT 與ONU 之間的光分配網(wǎng)絡(luò)ODN 包含了光纖以及無源分光器或者耦合器等無源器件，不含有任何有源設(shè)備。它是一種實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光纖接入系統(tǒng)。其ONU 設(shè)備通過光分路器并接在光纖網(wǎng)絡(luò)上，OLT 直接將信號發(fā)送至各個ONU。信號經(jīng)過光分路器、無源光功率分配器等傳送至用戶，信號在傳輸過程中無再生放大，能實(shí)現(xiàn)透明傳輸，信號處理全由局端和用戶端設(shè)備完成。無源光網(wǎng)絡(luò)最大的亮點(diǎn)就是“無源”。因此，PON 系統(tǒng)可以有效降低光纖接入成本，提高接入性能，非常便于向?qū)拵I(yè)務(wù)升級，是光纖接入技術(shù)中較好的一個方案。

PON 由局側(cè)的OLT、用戶側(cè)的ONU/ONT、以及包含了光纖以及無源分光器或者耦合器的光分配網(wǎng)絡(luò)組成。ONU 和ONT 都屬于用戶端設(shè)備，它們的不同之處在于ONU 與用戶之間還有其他網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)元管理系統(tǒng)等，而ONT 直接位于用戶端。它通常組成點(diǎn)到多點(diǎn)的樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其下行采用時分復(fù)用方式、上行采用時分多址接入方式。

與AON 相比，PON 系統(tǒng)的局端與用戶端之間沒有有源設(shè)備，不需要給設(shè)備供電，便使其成本降低、維護(hù)簡單、抗干擾能力強(qiáng)，因此PON 技術(shù)成為目前實(shí)現(xiàn) FTTH采用的最主要的技術(shù)。PON 發(fā)展到現(xiàn)在已有多種形式，如ATM 無源光網(wǎng)絡(luò)APON（ATM PON）、寬帶無源光網(wǎng)絡(luò)BPON、以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)EPON 和千兆以太無源光網(wǎng)絡(luò)GPON 等，但是其基本構(gòu)造差異不大。目前在PON技術(shù)中有兩個最主要的也是占主流地位的PON 標(biāo)準(zhǔn)，一個是由美國電氣和電子工程師協(xié)會IEEE 802.3ah 工作組制定的EPON 標(biāo)準(zhǔn)，另一個是由ITU/FSAN 制定的GPON 標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 EPON 和GPON 簡介

3.3.1 EPON 簡介

EPON 即以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)，是基于以太網(wǎng)的PON技術(shù)。EPON 系統(tǒng)由OLT、ONU 和無源光分路器POS三個部分組成，POS 是連接在OLT 和ONU 中間的無源設(shè)備。由于EPON 兼具了以太網(wǎng)和PON 的優(yōu)點(diǎn)，于是成為光纖接入網(wǎng)技術(shù)的熱點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)雙向傳輸以太網(wǎng)信號，EPON 系統(tǒng)采用單纖波分復(fù)用技術(shù)，其下行標(biāo)稱波長為1490nm，上行標(biāo)稱波長為1310nm，目前可以提供上下行對稱的1.25Gbit/s 的帶寬。在EPON 標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)最大傳輸距離的不同，將EPON接口光收發(fā)指標(biāo)分為10km（P×10）和20km（P×20）兩個類型，在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)中，通常采用P×20 類型接口，僅需一個OLT 和一根主干光纖即可實(shí)現(xiàn)20km 的傳輸距離和1∶32 分路比，并可獲得較大的光功率預(yù)算[4]。

3.3.2 GPON 簡介

GPON 即千兆無源光網(wǎng)絡(luò)，也叫吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)。與其他PON 系統(tǒng)一樣，GPON 系統(tǒng)也是由局端的OLT、用戶端的ONT/ONU 和ODN 以及網(wǎng)管系統(tǒng)組成，ODN用于連接前兩種設(shè)備，由單模光纖和無源分光器等無源設(shè)備組成。相對于其他PON 標(biāo)準(zhǔn)而言，GPON 是最新的寬帶無源光接入技術(shù)，除了效率更高、覆蓋范圍更廣等優(yōu)點(diǎn)之外，最顯著的特點(diǎn)是提供了前所未有的高帶寬，目前可支持的主要速率下行高達(dá)2.5Gbit/s，上行可達(dá)1.25Gbit/s，另外其非對稱性和可選擇性也更能適應(yīng)不同寬帶業(yè)務(wù)的需求，而且與EPON 不同的是，GPON 并不是完全異步的。

GPON 系統(tǒng)同樣采用的是單纖雙向傳輸?shù)姆绞?，上下行?biāo)稱波長與EPON 系統(tǒng)相同。GPON 采用通用封裝方法對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、ATM 業(yè)務(wù)或TDM 業(yè)務(wù)等多種業(yè)務(wù)進(jìn)行直接承載。GPON 信道編碼采用NRZ 碼，與EPON 的變長幀傳輸方式不同，GPON 采用的是125μs 固定幀長結(jié)構(gòu)，可以更精確的傳送時鐘信號。GPON 可支持的最大邏輯距離為60km，最大物理距離為20km，分光比一般為1∶64，但主流廠家產(chǎn)品的分光比都可平滑升級到1∶128[5]。

3.3.3 EPON 和GPON 比較

EPON 和GPON 各有千秋，在安全性和QoS 等方面，二者的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相當(dāng)；在帶寬、業(yè)務(wù)承載、OAM 等方面，GPON 考慮得更多，但是EPON 在時間和成本上的優(yōu)勢是GPON 無法比擬的，EPON 的芯片設(shè)計(jì)難度比較低，技術(shù)更加簡單有效和成熟穩(wěn)定，產(chǎn)業(yè)鏈也比GPON 更完整，更早投入大規(guī)模商用。在組網(wǎng)和建網(wǎng)的過程中，二者的建設(shè)模式并無太大區(qū)別。GPON 技術(shù)比較適合三網(wǎng)融合和全業(yè)務(wù)運(yùn)營的應(yīng)用類型，EPON 技術(shù)比較適合互聯(lián)網(wǎng)接入的應(yīng)用類型。對于要求節(jié)省成本、QoS 安全性要求不高的客戶群，EPON 技術(shù)無疑是主導(dǎo)，因此EPON 比較適合部署中小規(guī)模的FTTx，如個人用戶和家庭用戶；而對于帶寬、QoS 和多業(yè)務(wù)要求較高的大型商業(yè)企業(yè)用戶，GPON會更加適合，因此GPON 適合于部署大規(guī)模的FTTx。

4 結(jié)語

寬帶網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)已經(jīng)逐步滲透到我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的各個領(lǐng)域和各個環(huán)節(jié)，不管是大型的商業(yè)企業(yè)用戶，還是普通的家庭用戶，寬帶網(wǎng)絡(luò)在加快推進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、促進(jìn)電子政務(wù)和電子商務(wù)發(fā)展、提升政府行政管理和公共服務(wù)水平、推動文化教育和醫(yī)療衛(wèi)生等社會事業(yè)發(fā)展、滿足人們?nèi)找嬖鲩L的多樣化信息需求等方面發(fā)揮了越來越重要的作用。光纖接入網(wǎng)在不斷的發(fā)展過程中，已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢。目前，光纖接入技術(shù)正快速地向著高帶寬、可管理、更經(jīng)濟(jì)、更方便、更良好的服務(wù)質(zhì)量方向發(fā)展，規(guī)模越來越大，在得到這樣一個不可多得的發(fā)展機(jī)遇的同時，光纖接入網(wǎng)在未來的發(fā)展也仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步發(fā)展和壯大。可以預(yù)見的是，光纖接入技術(shù)的綜合化更能容易地結(jié)合不同技術(shù)的優(yōu)勢，更好地滿足業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，并能適應(yīng)未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的演變趨勢。