ＦＴＴＨ無源光纖接入技術分析

摘要：光纖到戶隨著其成本的逐漸下降已成為接入技術中的重點發展技術。本文主要針對目前提出的實現光纖到戶兩種最具潛力的EPON和GPON技術的特征進行分析說明。

關鍵詞：FTTH GEPON GPON APON

0 引言

隨著用戶對寬帶接入提出越來越高的要求，現有的寬帶接入方式，如ADSL和LAN接入，由于存在傳輸距離短、接入帶寬有限、安全性不高、QoS沒有很好的保證等問題，已越來越不能滿足用戶的需求。光接入技術快速發展，從有源光接入技術(PDH、SDH、MSTP、點到點以太網系統)到PON無源光接入技術(APON、BPON、GPON、EPON、GEPON)。最后，由于光纖本身的成本，光收發模塊、OLT和ONU的設備成本，以及現有光纖到戶的配套成本不斷下降，使得目前實現光纖到戶的設備成本和線路成本比以前有了大幅度的下降。

1 光接入網

根據ITU-T建議G..982，光接入網OAN可以定義為共享同樣網絡側接口且由光接入傳輸系統支持的一系列接入鏈路，由一個光線路終端OLT，至少需要一個光配線網ODN、一個光網絡單元ONU及適配設施AF組成，可能包括若干與同一OL1相連的ODN。并根據接入網室外傳輸設施是否含有有源設備，OAN可以劃分為有源光網絡AON和無源光網絡PON。前者采用有源的電復用器分路，可延長傳輸距離，擴大ONU數并可能重新利用部分現有銅纜設施，種類有SDH環、ATMVP環等；后者則采用無源光功率分配器(耦合器)將信息送至各用戶，易于擴容和展開業務，維護費用較低，但對光器件要求較高，需要較為復雜的多址接入協議。無源光網絡PON是光纖接入的發展方向。PON作為一個共享系統其發展方向是覆蓋更多的用戶且使每一用戶有足夠的業務帶寬，也就是說要求PON上下行比特率更高，分支比更多，傳輸距離更長。以下將對無源光接入網作進一步分析。

2 無源光纖接入技術

無源光網絡(PON)是一種純介質網絡，其主要特點是在接入網中去掉了有源設備，從而避免了電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設備的故障率，簡化了供電配置和網管復雜性，降低了運營維護成本。其次，PON的業務透明性較好，帶寬寬，可適用于任何制式和速率的信號。并且局端設備和光纖(從饋線段一直到引入線)由用戶共享，因而光纖線路長度和收發設備數量較少，相應成本較其它點到點通信方式要低。隨著光纖向用戶日益推進，其綜合優勢越來越明顯。PON的每個用戶的成本隨著分享OLT的用戶數量的增加而迅速下降，因而非常適合于分散的小企業和居民用戶，尤其是新建區域。具體的說無源光網絡(PON)，是指在OLT(光線路終端)和ONU(光網絡單元)之間的光分配網絡(ODN)沒有任何有源電子設備。其典型的拓撲結構為點對多點的星型結構(如圖1所示)。在光分支點不需要節點設備，只需要安裝一個簡單的無源光分路器，因此具有節省光纜資源、帶寬資源共享、節省機房投資、安全性高、綜合建網成本低、維護成本低、可靠性高等優點。

2.1 APON和BPON 早期的窄帶無源光網絡是基于TDM的，性能價格比不好，已經自然消亡。ATM化的無源光網絡(APON/BPON)可以利用ATM的集中和統計復用，再結合無源分路器對光纖和光線路終端的共享作用，使性能價格比大大改進。然而，APON/BPON的業務適配提供很復雜，業務提供能力有限，數據傳送速率和效率不高，成本較高，其市場前景由于ATM的衰落而黯淡。最后，從業務發展趨勢看，APON的可用帶寬仍然不夠。

2.2 EPON 隨著IP的崛起和發展，基于以太網的PON的概念，即在與APON類似的結構和G.983的基礎上，設法保留其精華部分——物理層PON，而以以太網代替ATM作為鏈路層協議，構成一個可以提供更大帶寬、更低成本和更強業務能力的新的結合體——EPON。

EPON主要基于IEEE802.3ah標準，與傳統點到點以太網主要不同之處在于采用點到多點通信方式。其下行方向工作于TDM方式，數據流以變長以太幀方式廣播到ONU，每個ONU根據以太幀的MAC地址，決定取舍。上行方向工作于TDMA方式，來自不同時隙的ONU數據流匯聚到公共光纖設施和OLT。此外，傳統以太網工作于連續光傳輸模式，在收發兩個方向都是連續的比特流，因此收端的定時和判決容易實現。而EPON的上行比特流是輪流發送的突發數據包，OLT的接收定時恢復、判決門限設置、測距和延時補償比較復雜。從EPON的結構上看，其關鍵優點是極大地簡化了傳統的多層重疊網結構。

IEEE802.3ah規范的EPON技術的上下行波長是1310nm和1490nm，上下行速率均為1.25Gbit/s，傳輸距離是10/20km，分路比是32/16，主要業務是數據和語音，增加一個1550nm電視廣播波長后，成為語音、數據和電視三合一的所謂三重業務捆綁服務。對于傳送單一以太網業務而言，EPON是一種很好的解決方案。（系統參考配置如圖2所示）。

2.3 GPON 2001年，在IEEE積極制定EPON標準的同時，FSAN組織開始發起制定速率超過1Gbit/s的PON網絡標準——吉比特以太網無源光網絡(GPON)，隨后，ITU-T也介入了這一新標準的制定工作并于2003年1月通過兩個有關GPON的新標準——G.984.1和G.984.2。按照這一最新標準的規定，GPON可以提供1.244Gbit/s和2.488Gbit/s的下行速率和ITU規定的多種標準上行速率，即可以靈活地提供對稱和非對稱速率。傳輸距離至少達20km，系統分路比可以為1:16、1:32、1:64乃至1:128，而EPON只提供1.25Gbit/s對稱速率，分路比最多為1:32。即GPON在速率、速率靈活性、傳輸距離和分路比方面有優勢。其次，GPON采用了兩種適配方式，除了傳統的ATM外，還在傳輸匯聚層采用了一個全新的基于SDH的標準通用組幀程序(GFP)，這是一種可以透明、高效地將各種數據信號封裝進現有SDH網絡的通用標準信號適配映射技術，可以適應任何用戶信號格式和任何傳輸網絡制式，無需附加ATM或IP封裝層，封裝效率高、提供業務靈活，而APON/BPON和EPON對每種特定業務都需要提供特定的適配方法。第三，由于GPON采用GFP映射，其傳輸匯聚層本質上是同步的，還使用標準SDH的125μs幀，使GPON可以支持端到端的定時和其它準同步業務，特別是可以直接高質量、靈活地支持實時的TDM語音業務，延時和抖動性能很好。而EPON在承載TDM業務方面沒有具體規定，導致廠家可以采用不同方法來承載，包括一層、二層和三層均可以，互操作性較差，性能難以確保。第四，GPON在網管方面具有豐富的功能，包括帶寬授權分配、動態帶寬分配、鏈路監測、保護倒換、密鑰交換和各種告警功能等，比EPON考慮周到。不過，EPON在網管功能上比普通以太網有了明顯改進，可以提供遠端故障指示、遠端環回控制和鏈路監視等基本管理功能，也能滿足基本管理功能。第五，在QoS方面，GPON可以通過使用指針調整ONU的授權帶寬和授權周期來保證業務的帶寬和延時要求。而EPON主要采用優先級隊列結合DBA算法來保證帶寬和延時，也能基本滿足不同業務的QoS要求。從技術角度，GPON是BPON的繼承和發展。GPON繼承了BPON的很多基本特點，例如兩者都使用同樣的OLT核心技術，包括ONU的激活和測距等，使用同樣的物理光纖設施和光功率預算值，同樣的管理軟件棧等。另一方面，GPON采用了一些最新的技術成果，除了最重要的GFP封裝技術外，還包括前向糾錯等新技術。（如圖3所示）

3 結束語

目前EPON技術已基本成熟，且系統運行相對穩定，能夠滿足IPTV、寬帶上網、VoIP等寬帶業務的發展需求。雖然GPON技術在傳輸能力、速率靈活性和分路比等方面有優勢，OAM功能和保護機制也相對完善，支持TDM業務承載，但其技術實現復雜。國外有較多運營商選擇GPON技術作為未來實現FTTH的主要方式；而我國國內對未來FTTH大規模的應用，是選擇EPON技術還是GPON技術目前還沒有定論，不過，可以肯定地講，EPON和GPON技術的最終抉擇，將取決于設備成本、業務支持能力和互通性等多方面因素。

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