寬帶光纖接入網(wǎng)技術(shù)

寧景波

（中國鐵通通化分公司，吉林 通化 134002）

1 引言

光纖接入技術(shù)最大優(yōu)勢是可用帶寬，開發(fā)潛力巨大，在這方面其他接入技術(shù)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)可靠性高等特點(diǎn)。另外，SDH和APON設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化程度都較高，有利于降低生產(chǎn)和運(yùn)行維護(hù)成本。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及以及用戶對多媒體業(yè)務(wù)需求的日益增長，光纖接入網(wǎng)技術(shù)越來越顯示出技術(shù)上和應(yīng)用上的優(yōu)勢。光纖接入網(wǎng)（OAN）從技術(shù)上可分為有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）和無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）兩種，光纖接入技術(shù)還可以和其他寬帶接入技術(shù)配合起來實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)寬帶接入。

2 接入網(wǎng)技術(shù)分析

2.1 基于SDH系統(tǒng)的AON技術(shù)

接入網(wǎng)的相對帶寬需求較小，需要提供IP、TDM和ATM等綜合業(yè)務(wù)傳送。以SDH為基礎(chǔ)并能提供IP、ATM傳送與處理的系統(tǒng)將是解決接入網(wǎng)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 及 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。

接入網(wǎng)采用 SDH的最新發(fā)展趨勢是支持 IP接入，即Ethernet over SDH技術(shù)。目前至少需要支持以太網(wǎng)接口的映射，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。

2.2 無源光網(wǎng)絡(luò)PON技術(shù)

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。PON不包含有源光器件，可以減少線路和外部設(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。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。

PON網(wǎng)絡(luò)由光線路終端（OLT）、光配線網(wǎng)絡(luò)（ODN）以及光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）構(gòu)成。根據(jù)ONU在OAN中所處位置的不同，OAN又可分為光纖到小區(qū)FTTC、光纖到大樓FTTB、光纖到辦公室（FTTO）和光纖到家（FTTH）等多種應(yīng)用類型。

在FTTC結(jié)構(gòu)中，ONU設(shè)置在路邊或電線桿的分線盒處。從ONU到各個(gè)用戶之間采用雙絞線或同軸電纜。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，F(xiàn)TTC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)多對雙絞線分送各用戶。FTTB比FTTC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)。

2.2.1 ATM無源光網(wǎng)絡(luò)（APON）

APON是在PON網(wǎng)絡(luò)中采用ATM信元作為信息基本結(jié)構(gòu)，它利用ATM的集中和統(tǒng)計(jì)復(fù)用技術(shù)，再結(jié)合無源分路器實(shí)現(xiàn)對光纖和 OLT的共享，其成本比傳統(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、系統(tǒng)可靠穩(wěn)定且性價(jià)比有一定優(yōu)勢。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)，其技術(shù)優(yōu)勢是明顯的。

2.2.2 以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）

EPON是以太網(wǎng)技術(shù)和PON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的應(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。10 Gbit/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1 000 BASE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ONU與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TDM技術(shù)，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)802.1 p來提供與APON類似的QoS。

2.2.3 吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）

GPON技術(shù)是基于ITU－TG.984.x標(biāo)準(zhǔn)的最新一代寬帶無源光綜合接入技術(shù)。其下行速率高達(dá)2.5 Gbit/s，其非對稱特性更能適應(yīng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。提供 QoS的全業(yè)務(wù)保障，同時(shí)承載ATM信元和（或）GEM幀，有很好的提供服務(wù)等級、支持QoS保證和全業(yè)務(wù)接入的能力。承載GEM幀時(shí)，可以將TDM業(yè)務(wù)映射到GEM幀中，使用標(biāo)準(zhǔn)的8 kHz（125 μs）幀，能夠直接支持 TDM業(yè)務(wù)。GPON還規(guī)定了在接入網(wǎng)層面上的保護(hù)機(jī)制和完整的OAM功能。

GPON中的多業(yè)務(wù)映射到 ATM信元或 GEM幀中進(jìn)行傳送，對各種業(yè)務(wù)類型都能提供相應(yīng)的QoS保證。GPON具有高帶寬、高效率、大覆蓋范圍、用戶接口豐富等優(yōu)點(diǎn)，被大多數(shù)運(yùn)營商視為實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)寬帶化、綜合化改造的理想技術(shù)。目前，GPON技術(shù)、設(shè)備相對復(fù)雜，隨著GPON技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用，GPON設(shè)備的成本將會(huì)下降。

2.3 光纖同軸混合網(wǎng)絡(luò)（HFC）

HFC網(wǎng)是從有線電視（CATV）發(fā)展起來的寬帶接入技術(shù)。它利用Cable Modem技術(shù)將CATV網(wǎng)絡(luò)改造為HFC網(wǎng)絡(luò)，用來提供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，而且傳輸信號的衰減小、噪聲低，是理想的CATV網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。

2.4 光纖寬帶IP接入技術(shù)（FTTx＋LAN）

隨著寬帶以太網(wǎng)和吉比特以太網(wǎng)的出現(xiàn)，以及光纖傳輸技術(shù)的進(jìn)步，使得在單模光纖上千兆以太網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)無中繼傳輸距離達(dá)100 km以上，各種速率的以太網(wǎng)不僅可以構(gòu)成局域網(wǎng)，也可以構(gòu)成城域網(wǎng)甚至廣域網(wǎng)，即 FTTx＋LAN技術(shù)。這種技術(shù)主要采用高速IP路由交換技術(shù)和千兆以太網(wǎng)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)寬帶多媒體多業(yè)務(wù)信息網(wǎng)絡(luò)的高速接入。

3 結(jié)束語

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，全光網(wǎng)絡(luò)將是最終的理想。隨著近年來 OAN的快速發(fā)展，F(xiàn)TTx已逐步實(shí)現(xiàn)了FTTC和FTTB，將逐漸向FTTH發(fā)展。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)的瓶頸也將隨之消失。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。因此采用混合接入技術(shù)，如 HFC模式、FTTC＋VDSL模式、FTTx＋LAN模式，來提供寬帶業(yè)務(wù)接入，在光纖敷設(shè)成本、電子設(shè)備成本和提供的帶寬能力方面實(shí)現(xiàn)最佳平衡，是目前比較現(xiàn)實(shí)和理想的光纖寬帶接入技術(shù)方案。

1 陳潔.無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在光進(jìn)銅退中的應(yīng)用［J］.網(wǎng)絡(luò)電信，2008（3）：36～38

2 劉文、相里晨.EPON 與以太網(wǎng)接入技術(shù)應(yīng)用瞻望［J］.河南科技，2008（4）：29