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　摘要　本文介紹了寬帶光接入網(wǎng)的應(yīng)用類(lèi)型，對(duì)FTTx的幾種應(yīng)用模式進(jìn)行了歸納，并對(duì)當(dāng)前寬帶接入網(wǎng)應(yīng)用的EPON、GPON技術(shù)進(jìn)行了比較，最后對(duì)未來(lái)的一些技術(shù)熱點(diǎn)進(jìn)行了闡述和分析。

1、概述

　　接入網(wǎng)“光進(jìn)銅退”的趨勢(shì)已經(jīng)得到包括運(yùn)營(yíng)商在內(nèi)的業(yè)界的廣泛認(rèn)同，光接入將成為下一代接入網(wǎng)采用的主要技術(shù)之一。寬帶光接入網(wǎng)（broadband optical access network，BOAN）具有以下一些主要特征：

　　●全程以光纖作為傳輸媒質(zhì)或者光纖作為主干傳輸媒質(zhì)，以金屬線或無(wú)線作為用戶(hù)末端傳輸媒質(zhì)；

　　●具有高帶寬、長(zhǎng)距離的傳送能力；

　　●支持多業(yè)務(wù)接入，包括各種窄帶業(yè)務(wù)、寬帶業(yè)務(wù)以及對(duì)未來(lái)業(yè)務(wù)的擴(kuò)展支持能力和上述業(yè)務(wù)的同時(shí)接入；

　　●支持IP作為上層業(yè)務(wù)的承載，可以作為下一代網(wǎng)的接入層網(wǎng)絡(luò)；

　　●支持接入網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)。

2、寬帶光接入網(wǎng)的應(yīng)用類(lèi)型

　　寬帶光接入網(wǎng)有很多應(yīng)用類(lèi)型統(tǒng)稱(chēng)為FTTx，對(duì)于各種應(yīng)用類(lèi)型，為了避免混淆，可統(tǒng)一定義為以下4種標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型：

　　（1）光纖到交接箱

　　光纖到交接箱（fiber to the cabinet，F(xiàn)TTCab）是寬帶光接入網(wǎng)的典型應(yīng)用類(lèi)型之一，其特征是以光纖替換傳統(tǒng)饋線電纜，光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）部署在交接箱（FP）處，ONU下采用其他介質(zhì)接入到用戶(hù)。例如采用現(xiàn)有的金屬線或者無(wú)線，每個(gè)ONU支持?jǐn)?shù)百到1 000左右用戶(hù)數(shù)。

　　國(guó)內(nèi)外與FTTCab概念相當(dāng)?shù)钠渌�術(shù)語(yǔ)有：光纖到節(jié)點(diǎn)或光纖到鄰里（fiber to the node或neighbourhood，F(xiàn)TTN），光纖到小區(qū)（fiber to the zone，F(xiàn)TTZ）。

　　（2）光纖到樓宇/分線盒

　　光纖到樓宇/分線盒（fiber to the building/curb，F(xiàn)TTB/C）是寬帶光接入網(wǎng)的典型應(yīng)用類(lèi)型之一，其特征是以光纖替換用戶(hù)引入點(diǎn)之前的銅線電纜，ONU部署在傳統(tǒng)的分線盒（用戶(hù)引入點(diǎn)）處，ONU下采用其他介質(zhì)接入用戶(hù)，如現(xiàn)有的金屬線或無(wú)線，每個(gè)ONU典型支持用戶(hù)數(shù)為十多戶(hù)到一百戶(hù)左右。

　　“curb”一詞漢語(yǔ)直譯是“路邊”，在國(guó)外一些典型居住環(huán)境下，當(dāng)ONU部署到路邊時(shí)，每個(gè)ONU面對(duì)的典型用戶(hù)數(shù)為幾戶(hù)到幾十戶(hù)，ONU所占據(jù)的位置就是傳統(tǒng)銅線網(wǎng)絡(luò)的分線盒點(diǎn)，與光纖到樓宇（FTTB）的應(yīng)用場(chǎng)合是類(lèi)似的，這與中國(guó)國(guó)內(nèi)光纖到路邊的ONU大多是部署到交接箱且所面對(duì)的用戶(hù)數(shù)量多為數(shù)百戶(hù)的應(yīng)用不同。

　　（3）光纖到公司/辦公室

　　光纖到公司/辦公室（fiber to the office，F(xiàn)TTO）是寬帶光接入網(wǎng)的典型應(yīng)用類(lèi)型之一，其特征是僅利用光纖傳輸媒質(zhì)連接通信局端和公司或辦公室用戶(hù)的接入方式，引入光纖由單個(gè)公司或辦公室用戶(hù)獨(dú)享，ONU/ONT（光網(wǎng)絡(luò)終端）之后的設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)由用戶(hù)管理。

　　與FTTO概念相當(dāng)?shù)钠渌麌?guó)內(nèi)外術(shù)語(yǔ)有FTTP（fiber to the premise），在國(guó)外，F(xiàn)TTP的應(yīng)用類(lèi)型包含了兩種含義，一種是用全光接入的方式實(shí)現(xiàn)到單個(gè)住宅用戶(hù)的應(yīng)用，一種是用全光接入的方式實(shí)現(xiàn)到商務(wù)小樓（fiber to the business，F(xiàn)TTBusiness），本處指后一種應(yīng)用場(chǎng)合。

　　（4）光纖到家庭用戶(hù)

　　光纖到家庭用戶(hù)（fiber to the home，F(xiàn)TTH）是寬帶光接入網(wǎng)的典型應(yīng)用類(lèi)型之一，其特征是僅利用光纖傳輸媒質(zhì)連接通信局端和家庭住宅的接入方式，引入光纖由單個(gè)家庭住宅獨(dú)享。在某些場(chǎng)合，F(xiàn)TTP與其概念相當(dāng)。

3、寬帶光接入網(wǎng)應(yīng)用類(lèi)型的基本特征

　　表1給出帶寬接入網(wǎng)的4種應(yīng)用類(lèi)型的主要特征，各自適用于不同的網(wǎng)絡(luò)條件和應(yīng)用需求，共同服務(wù)于接入網(wǎng)的寬帶化和光纖化演進(jìn)的進(jìn)程。具體配置模型和應(yīng)用類(lèi)型的選用，需要綜合考慮各種因素，如用戶(hù)類(lèi)型、成本、現(xiàn)有線路資源、服務(wù)提供靈活性和業(yè)務(wù)類(lèi)型等。

表1　寬帶光接入網(wǎng)典型應(yīng)用類(lèi)型的主要特征

4、寬帶光接入網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展

　　4.1　當(dāng)前寬帶光接入網(wǎng)應(yīng)用的技術(shù)

　　目前，大量應(yīng)用于寬帶光接入網(wǎng)的技術(shù)主要是以EPON、GPON為代表的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。EPON是基于吉比特以太網(wǎng)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，繼承了以太網(wǎng)的低成本和易用性以及光網(wǎng)絡(luò)的高帶寬，是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)FTTH眾多技術(shù)中性?xún)r(jià)比最高的一種。隨著EPON國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3ah在2004年正式發(fā)布，EPON的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟已經(jīng)吸引了眾多廠商的積極參與，從核心芯片、光模塊到系統(tǒng)，EPON的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)日趨成熟。EPON技術(shù)是一個(gè)由制造商驅(qū)動(dòng)的解決方案，而GPON是一種按照消費(fèi)者的準(zhǔn)確需求設(shè)計(jì)、由運(yùn)營(yíng)商驅(qū)動(dòng)的解決方案，其標(biāo)準(zhǔn)化主要由FSAN和ITU-T來(lái)推動(dòng)。

　　作為PON技術(shù)的兩大代表，EPON和GPON技術(shù)在成本投入、支持速率等方面各有優(yōu)劣。和GPON技術(shù)相比，EPON的技術(shù)門(mén)檻較低，核心芯片的設(shè)計(jì)難度較低，目前已經(jīng)有不少芯片廠商加入了EPON芯片設(shè)計(jì)的陣營(yíng)，其產(chǎn)業(yè)鏈更成熟。但是，GPON在技術(shù)上更具優(yōu)勢(shì)，它能支持多種速率等級(jí)，可支持上下行不對(duì)稱(chēng)速率，上行不一定要支持1 Gbit/s以上速率，因此與EPON只能支持對(duì)稱(chēng)1 Gbit/s單一速率相比，GPON的光器件選擇余地更大。另外，GPON不僅能像EPON那樣支持ClassA和B的ODN（光分配網(wǎng)）等級(jí)，還能支持ClassC，因此可支持高達(dá)1:128的分路比和長(zhǎng)達(dá)20 km的傳輸距離。GPON無(wú)論是在傳輸匯聚層還是在業(yè)務(wù)適配層的效率都是最高的，因此在總效率和等效系統(tǒng)成本方面都有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。隨著GPON技術(shù)的逐漸成熟，價(jià)格不太敏感但對(duì)技術(shù)有高要求的商業(yè)用戶(hù)將真正成為GPON的用戶(hù)群。所以，在今后一兩年內(nèi)，基于這兩種技術(shù)的產(chǎn)品市場(chǎng)定位可能有所不同，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，如果GPON能夠在產(chǎn)業(yè)化方面取得突破性進(jìn)展，市場(chǎng)空間更大。

　　從理論上分析，GPON似乎比EPON更具優(yōu)勢(shì)，但就當(dāng)前業(yè)內(nèi)提供的各種EPON/GPON產(chǎn)品，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試來(lái)看，EPON和GPON各有千秋：

　　●EPON/GPON設(shè)備的PON接口物理層參數(shù)都能較好地滿(mǎn)

　　足標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)最大分路比1：32和最大傳輸距離20 km。

　　●只承載IP業(yè)務(wù)時(shí)，EPON設(shè)備的系統(tǒng)帶寬容量下行可高于900 Mbit/s，上行可達(dá)到900 Mbit/s左右，除去線路編碼對(duì)容量的影響，封裝效率較高。但承載E1等TDM業(yè)務(wù)時(shí)，幀封裝格式和同步定時(shí)會(huì)帶來(lái)較大的開(kāi)銷(xiāo)，承載效率不高。

　　●EPON/GPON可實(shí)現(xiàn)光纖保護(hù)倒換功能，在全光纖保護(hù)倒換方式下，由于采用熱備份方式，倒換過(guò)程中業(yè)務(wù)中斷時(shí)間＜50 ms，但在骨干光纖保護(hù)倒換方式下（即只保護(hù)OLT（光線路終端）和光分路器之間的光通道），由于ONU需要重新進(jìn)行注冊(cè)，倒換過(guò)程中業(yè)務(wù)中斷時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)＞50 ms。

　　●當(dāng)前EPON/GPON設(shè)備承載TDM業(yè)務(wù)（如E1、POTS）的實(shí)現(xiàn)方式各不相同，分別采用了不同的時(shí)鐘同步方式，但E1業(yè)務(wù)傳輸延時(shí)、抖動(dòng)特性均能滿(mǎn)足要求。當(dāng)同時(shí)承載TDM和IP業(yè)務(wù)時(shí)，即使在系統(tǒng)帶寬擁塞條件下，仍能保證TDM業(yè)務(wù)QoS。

　　●根據(jù)所采用的同步定時(shí)方式的不同，各廠商的EPON/GPON設(shè)備在E1時(shí)鐘同步方面存在差異，但均無(wú)法容忍E1定時(shí)信號(hào)上的大幅度噪聲，達(dá)不到PDH同步接口網(wǎng)絡(luò)限值要求，但能滿(mǎn)足E1業(yè)務(wù)接口的網(wǎng)絡(luò)限值要求。EPON/GPON設(shè)備是否能應(yīng)用于對(duì)定時(shí)要求嚴(yán)格的業(yè)務(wù)如移動(dòng)基站互連，將取決于目前EPON/GPON上游網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的同步定時(shí)情況，如果EPON/GPON上游網(wǎng)絡(luò)提供的業(yè)務(wù)定時(shí)信號(hào)質(zhì)量不好，EPON/GPON系統(tǒng)將無(wú)法吸收定時(shí)信號(hào)的噪聲從而提供給下游網(wǎng)絡(luò)較好的業(yè)務(wù)定時(shí)信號(hào)。

　　●在帶寬管理能力方面，EPON設(shè)備均支持動(dòng)態(tài)帶寬分配功能（DBA），而目前的GPON設(shè)備僅支持靜態(tài)帶寬分配功能，在承載IP業(yè)務(wù)時(shí)系統(tǒng)帶寬利用率不高。此外，EPON/GPON設(shè)備均具有限速功能，可采取一定的策略區(qū)分業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)并實(shí)現(xiàn)QoS保證。

　　●EPON/GPON設(shè)備具有多業(yè)務(wù)支持能力，可同時(shí)接入IP數(shù)據(jù)/視頻、TDM數(shù)據(jù)/語(yǔ)音以及CATV視頻業(yè)務(wù)，IP業(yè)務(wù)的承載效率較高。可支持多種以太網(wǎng)協(xié)議，能夠基本滿(mǎn)足業(yè)務(wù)開(kāi)展需求。

　　從成本的角度來(lái)看，無(wú)論采用何種PON，每用戶(hù)的主要成本主要取決于ONT和OLT。GPON在作為新技術(shù)剛出現(xiàn)時(shí)，其ONT和OLT的成本會(huì)相對(duì)高一些。但是，目前GPON的核心芯片及光器件復(fù)雜度和技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)與EPON相近，在相同的設(shè)備配置（如業(yè)務(wù)接口類(lèi)型等）情況下，設(shè)備成本將主要取決于采購(gòu)數(shù)量。根據(jù)業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)從2006年下半年起。隨著ONT和OLT器件成本的進(jìn)一步優(yōu)化和網(wǎng)絡(luò)部署的規(guī)模化，GPON與EPON成本將更加接近。如表2所示，該比較基于1:32分路比，10 km傳輸距離，室內(nèi)型ONU，僅支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的設(shè)備的前提。

表2　每線EPON與GPON的價(jià)格趨勢(shì)比較（單位：歐元）

　　4.2　寬帶光接入網(wǎng)的新技術(shù)熱點(diǎn)

　　4.2.1 10 Gbit/s的xPON技術(shù)

　　EPON主要用于提供高帶寬業(yè)務(wù)接入能力，但傳輸速率為1 Gbit/s的EPON設(shè)備在10 km、1:32配置下，每個(gè)ONU用戶(hù)只能獲得約30 Mbit/s的下行接入速率，當(dāng)采用更高的分路比時(shí)，用戶(hù)獲得的帶寬將進(jìn)一步降低，這對(duì)接入HDTV為代表的高帶寬業(yè)務(wù)帶來(lái)了一定的困難和限制。為此，IEEE提出研究傳輸速率為10 Gbit/s的EPON技術(shù)，以適應(yīng)高分路比條件下的高帶寬需求，與1 Gbit/s EPON類(lèi)似，IEEE 10 Gbit/s EPON重點(diǎn)在物理層和MAC層方面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作，其指導(dǎo)思想仍然是在降低10 Gbit/s EPON技術(shù)復(fù)雜度和犧牲指標(biāo)的同時(shí)保證其技術(shù)和相關(guān)模塊的可實(shí)現(xiàn)性和經(jīng)濟(jì)性。

　　但業(yè)界目前對(duì)10 Gbit/s EPON的標(biāo)準(zhǔn)化工作仍然存在爭(zhēng)議，原因是1 Gbit/s EPON目前在全球都沒(méi)有太大規(guī)模的應(yīng)用，而對(duì)于更大帶寬10 Gbit/s EPON的需求更是遙遙無(wú)期，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作似乎沒(méi)有太大的必要性。ITU-T內(nèi)部也有人提出對(duì)GPON進(jìn)行10 Gbit/s速率的標(biāo)準(zhǔn)化工作，但遭到了很多代表的反對(duì)，原因就是因?yàn)闃I(yè)界現(xiàn)實(shí)的需求不太迫切。

　　4.2.2　WDM-PON技術(shù)

　　目前已經(jīng)逐步商用化的光接入技術(shù)主要是以APON、EPON和GPON為代表的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)，這幾類(lèi)傳統(tǒng)PON技術(shù)的共同特點(diǎn)是：OLT和ONU之間通過(guò)光分路器分配光信號(hào)，上下行分別采用TDMA/TDM技術(shù)并且分別使用不同的固定波長(zhǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。因?yàn)橄到y(tǒng)中引入光分路器帶來(lái)了較大光衰耗，所以傳統(tǒng)xPON技術(shù)在傳輸距離和分路比等方面都受到了限制。同時(shí)由于共享上行帶寬，因此各ONU獲得的上行帶寬有限，對(duì)于今后HDTV等高帶寬業(yè)務(wù)需求較難滿(mǎn)足。針對(duì)這種情況，在接入網(wǎng)中引入波分復(fù)用技術(shù)（WDM）成為一種很好的解決方法，WDM-PON技術(shù)被視為其中較有代表性的一種技術(shù)。

　　早期的WDM技術(shù)由于價(jià)格昂貴主要應(yīng)用于骨干網(wǎng)和城域骨干網(wǎng)，隨著WDM光器件價(jià)格的下降，小波數(shù)的WDM技術(shù)開(kāi)始在接入網(wǎng)中應(yīng)用。WDM-PON技術(shù)采用ONU獨(dú)享上/下行波長(zhǎng)的方式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)信息，結(jié)合了WDM波長(zhǎng)獨(dú)享和PON樹(shù)形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在傳輸帶寬、用戶(hù)管理與信息安全、系統(tǒng)可靠性和可擴(kuò)容性等方面都具有很大的優(yōu)勢(shì)。

　　但目前相對(duì)其他寬帶接入方式，WDM-PON初期投資大，近幾年無(wú)法大規(guī)模推廣。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，一方面WDM、DWDM技術(shù)在骨干網(wǎng)及城域網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用，必將促進(jìn)WDM器件成熟，促使其價(jià)格下降；另一方面，用戶(hù)對(duì)高帶寬業(yè)務(wù)的需求必將不斷增長(zhǎng)，WDM技術(shù)將成為寬帶接入的解決方案。WDM-PON系統(tǒng)關(guān)鍵器件的研究最近也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。大功率LED、AWG復(fù)用/解復(fù)用器發(fā)展迅速，價(jià)格也在迅速下降，這就意味著WDM-PON的應(yīng)用要比原先預(yù)計(jì)的要早一些。

　　WDM-PON目前有兩種技術(shù)方向：固定分配波長(zhǎng)方式和動(dòng)態(tài)分配波長(zhǎng)方式。動(dòng)態(tài)分配波長(zhǎng)方式技術(shù)難度更大，涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括多波長(zhǎng)光源、波分復(fù)用器、WDM接收機(jī)、波長(zhǎng)監(jiān)控和ONU光源等。動(dòng)態(tài)分配波長(zhǎng)方式的WDM-PON是行業(yè)研究的熱點(diǎn)。

　　國(guó)內(nèi)外對(duì)WDM-PON技術(shù)研究方向如下：

　　●可靠穩(wěn)定的無(wú)源波分復(fù)用器件。PLC（planar light circuit）技術(shù)在最近幾年里發(fā)展十分迅猛。AWG（arrayed waveguide grating）是PLC技術(shù)的代表產(chǎn)品。在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)使用溫度自補(bǔ)償?shù)腁WG可以實(shí)現(xiàn)可靠的波分復(fù)用器件。目前已經(jīng)有數(shù)家公司能夠提供成熟的產(chǎn)品。

　　●廉價(jià)的具有自適應(yīng)能力的光發(fā)射器件。國(guó)際、國(guó)內(nèi)的許多公司及科研單位正在研發(fā)適于WDM-PON光器件。比較成熟的技術(shù)包括注入鎖定激光器和反射型半導(dǎo)體放大器等。

　　●簡(jiǎn)單的、低成本的ONT端光源技術(shù)。目前可行的ONT光源技術(shù)或其替代方案為光環(huán)回技術(shù)和頻譜分割光源。可以在OLT中使用EDFA解決光環(huán)回技術(shù)的功率預(yù)算問(wèn)題，另外鉗制的F-P激光器或集成放大器LED等寬帶光源技術(shù)逐漸成熟將有望提供ONT寬帶光源。

　　WDM-PON系統(tǒng)面臨的最大困難在于器件成本過(guò)高，目前大多數(shù)研究都是處于實(shí)驗(yàn)室的理論研究，但是在光接入網(wǎng)方面表現(xiàn)搶眼的韓國(guó)最近開(kāi)始測(cè)試并少量試用WDM-PON系統(tǒng)。其最大運(yùn)營(yíng)商KT與一家新興器件公司Novera于2005年開(kāi)始合作進(jìn)行50 000戶(hù)、16波的WDM-PON實(shí)驗(yàn)。Novera的突破在于使局端設(shè)備不需要多個(gè)激光器從而降低了系統(tǒng)成本，可能使用了波長(zhǎng)鎖定和溫度穩(wěn)定AWG技術(shù)。同時(shí)該公司預(yù)測(cè)利用特殊的光學(xué)技術(shù)，有可能將每用戶(hù)成本降低到目前EPON每用戶(hù)成本2倍以下，隨著使用量的增長(zhǎng)價(jià)格還會(huì)降低。

　　目前，WDM-PON技術(shù)還不穩(wěn)定，但隨著相關(guān)器件技術(shù)成熟和用戶(hù)帶寬需求增長(zhǎng)，將推動(dòng)業(yè)界和市場(chǎng)對(duì)WDM-PON技術(shù)的持續(xù)關(guān)注。