光纖接入網的發展及應用

青海建筑職業技術學院 蔣雯雯

1 研究背景和意義

進入21世紀后，通信技術成為發展最為迅猛的技術之一，迅速發展的網絡時代，將會呈現更多新機遇和新挑戰并存的現象。即將到來的網絡化世界，將有大量的業務拓展，而電信行業基礎設施所能提供的計算能力能否滿足極大的接入需求，這是電信行業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增長的新力量，它呈現出的爆發式增長趨勢，將會使高速移動寬帶技術更加成熟，從而推動整個移動寬帶產業鏈進一步發展。為了保證寬帶業務順利開展，用戶的寬帶連接能實現端到端，在網絡技術寬帶化和數字化的前提下，接入網成為一大熱點，也成為運營商的高利潤增長點。電信行業的整合和用戶業務需求不斷增長帶來的競爭新局面，使得接入網網絡在技術和業務模式上面臨著一系列革命和挑戰。

1.1 建設光纖接入網的必要性

經過多年的快速發展，光纜化和數字化已經成為通信骨干網和中繼線路網的明顯特點，但用戶接入網仍然是窄帶模擬式，這就成為接入網發展的“瓶頸”。目前接入網技術發展的焦點，就是如何打破網絡接入的瓶頸，為全球現有的數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實現雙向交互，但它所能提供的帶寬仍然是有限的，不足以支持高速數據網絡和因特網。

要解決這個問題，就得采用寬帶數字傳輸技術，發展光纖接入是實現寬帶接入技術最根本、最有效的辦法，光纖接入網市場將會成為未來幾年信息產業中最炙手可熱的市場之一，人們的生活也將因之而改變。只有建設出能夠滿足各類用戶多種業務需求的光纖接入網，才能在市場競爭中立于不敗之地，才能在新世紀的信息高速公路的競賽中處于優勝者地位。

1.2 光纖接入網在我國的發展形勢

光纖接入網被認為是未來接入網的發展方向，特別是光纖到戶FTTH 光纖接入技術。FTTH 以其寬頻帶、大容量、較高的可靠性等優點，越來越受到人們的青睞。寬帶接入技術中的無源光網絡PON 技術帶寬高、覆蓋廣、接口豐富、能實現單纖接入及綜合業務接入。PON 系統的引入，對于商業用戶而言，網絡接入速度大大提升，綜合業務能力快速發展，業務質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，更能通過視頻系統看到對方，同時還能實現無線上網、視頻點播、網絡電視等業務，而且上網速度和網絡穩定性得到很大提升；對于運營商而言，由于光纖自身的高度穩定性，使得運行維護成本大大降低。因此不管是業務發展還是技術走向，始終離不開光纖的發展和進步，在“智慧城市”的建設過程中，光纖寬帶建設也將成為重要的基石。

目前，光纖接入網在我國還是從高端發展到低端，從城市發展到農村。在城市中，從商業用戶向住宅小區過渡。除了北京、上海、廣州等個別發達城市，其他城市地區主要為光纖到樓，盡量將光纜通至大樓的每個樓層。以此為基礎，逐步將光纖向普通住宅用戶滲透。光纖接入網在規劃設計、建設和實施過程中，均應大于用戶的實際需求。

2 光纖接入網

2.1 光纖接入網的概念及結構

接入網AN 指骨干網與用戶終端之間的所有設備。在整個通信網中，它處于一個很重要的地位，相對于核心網，AN 介于本地交換機和用戶之間，采用數字傳輸技術，經過有限的標準接口，為用戶提供各種電信服務。

光纖接入網OAN，是指在接入網中，將光纖作為本地交換機與用戶之間的主要傳輸介質，采用光纖傳輸技術實現信息傳送。它泛指本地交換機與用戶之間采用光纖通信的系統[2]。

光纖接入網包括局端設備光線路終端OLT 和遠端設備光網絡單元ONU。OLT 主要是為光纖接入網提供與本地交換機之間的接口，光纖接入網通過OLT 與業務節點相連，同時OLT 完成與用戶端的ONU 之間的通信，它將本地交換機與用戶接入完全隔開。OLT 可以放置在交換局端或者遠端，它可以對自身和用戶端進行維護和監控。ONU 的主要功能是處理光信號并終結來自OLT的光纖，為用戶提供業務接口，光纖接入網通過ONU與用戶相連。ONU 可以接入多種用戶終端，并可實現用戶端的電接口與網絡端的光接口之間的光電轉換，同時也具有相應的維護和監控功能。用戶終端通過UNI 接口連接到光纖接入網，光纖接入網通過業務節點接口與業務節點SN 相連接，通過Q3 接口與電信管理網相連接，光纖接入網允許與多個業務節點相連。

2.2 光纖接入網的接入方式

根據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，可統稱為FTTx[3]。以上幾種接入方式中，由于FTTH 和FTTO 用戶業務量大，而且由于EPON 技術的發展，接入成本不斷降低，所以FTTH 和FTTO 的發展很快。

2.3 光纖接入網的業務支持能力

OAN 是一種支持雙向交互式業務的系統，主要支持速率在2Mbit/s 以下的窄帶業務，主要有以下7 種基本業務：（1）普通電話業務；（2）租用線業務；（3）分組數據業務；（4）ISDN 綜合業務數字網基本速率接入業務；（5）ISDN 一次群速率業務；（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務，如各種多媒體業務（速率在2Mbit/s 以下），將來還可能支持各種寬帶業務，諸如CATV、視頻點播或數據通信業務等，而且還可能支持模擬廣播式業務。

光纖接入網演進的路線是首先發展FTTB 和FTTC系統，然后再發展到FTTH，通過一根光纖為用戶提供語音、數據、視頻和多媒體等多類業務。目前，我國的FTTH 無疑是將各級城市住宅小區的住戶作為主要目標市場，也包括商業大廈的住戶。它們的突出特點是：住戶密度高，一般住宅小區都有500-3000 的住戶，一些大的住宅小區甚至能夠達到上萬個住戶。為了滿足電信運營商相互競爭的需要，且能實現多種電信業務綜合接入，也便于小區通信接入設備的安裝和線路交接，住宅小區包括商業大廈在修建時都會配備通信機房。一般機房到用戶的距離普遍小于1km，機房內都已被主要電信運營商和有線電視運營商鋪設小芯數（一般為4 到12 芯）光纜，小區內的接入線纜資源歸屬各運營商所有。

根據光纖用戶環路傳輸設施中是否采用有源器件，現有的FTTH 技術主要包括無源光網絡PON 和有源光網絡AON，它們各有優勢，根據需求應用于不同的環境。

3 光網絡技術

3.1 有源光網絡（AON）

有源光網絡（AON）是指從局端到用戶的設備均為有源設備。它主要由OLT、ONU 和光纖傳輸線路組成，屬于一點對多點的光纖通信系統。在OAN 中，ONU 設備串聯在光纖網絡中，上級ONU 將信號進行光-電-光變換后，再傳送至下級的每個ONU。它將本地交換機送來的信號在光纖系統中進行分路后，再通過復用設備經由用戶接口傳送給用戶。AON 適合應用于遠端節點要求覆蓋的用戶數較多、用戶線平均長度較長的地方。

AON 可分為PDH 和SDH，現通常都是基于SDH的有源光網絡。它的特點是：傳輸距離遠、傳輸容量大、技術較成熟、設備均為有源設備。

3.2 無源光網絡（PON）

無源光網絡(PON)是指在OLT 與ONU 之間的光分配網絡ODN 包含了光纖以及無源分光器或者耦合器等無源器件，不含有任何有源設備。它是一種實現點對多點拓撲結構的光纖接入系統。其ONU 設備通過光分路器并接在光纖網絡上，OLT 直接將信號發送至各個ONU。信號經過光分路器、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，能實現透明傳輸，信號處理全由局端和用戶端設備完成。無源光網絡最大的亮點就是“無源”。因此，PON 系統可以有效降低光纖接入成本，提高接入性能，非常便于向寬帶業務升級，是光纖接入技術中較好的一個方案。

PON 由局側的OLT、用戶側的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絡組成。ONU 和ONT 都屬于用戶端設備，它們的不同之處在于ONU 與用戶之間還有其他網絡以及網元管理系統等，而ONT 直接位于用戶端。它通常組成點到多點的樹形拓撲結構，其下行采用時分復用方式、上行采用時分多址接入方式。

與AON 相比，PON 系統的局端與用戶端之間沒有有源設備，不需要給設備供電，便使其成本降低、維護簡單、抗干擾能力強，因此PON 技術成為目前實現 FTTH采用的最主要的技術。PON 發展到現在已有多種形式，如ATM 無源光網絡APON（ATM PON）、寬帶無源光網絡BPON、以太網無源光網絡EPON 和千兆以太無源光網絡GPON 等，但是其基本構造差異不大。目前在PON技術中有兩個最主要的也是占主流地位的PON 標準，一個是由美國電氣和電子工程師協會IEEE 802.3ah 工作組制定的EPON 標準，另一個是由ITU/FSAN 制定的GPON 標準。

3.3 EPON 和GPON 簡介

3.3.1 EPON 簡介

EPON 即以太網無源光網絡，是基于以太網的PON技術。EPON 系統由OLT、ONU 和無源光分路器POS三個部分組成，POS 是連接在OLT 和ONU 中間的無源設備。由于EPON 兼具了以太網和PON 的優點，于是成為光纖接入網技術的熱點。

為實現雙向傳輸以太網信號，EPON 系統采用單纖波分復用技術，其下行標稱波長為1490nm，上行標稱波長為1310nm，目前可以提供上下行對稱的1.25Gbit/s 的帶寬。在EPON 標準中，根據最大傳輸距離的不同，將EPON接口光收發指標分為10km（P×10）和20km（P×20）兩個類型，在實際的網絡中，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現20km 的傳輸距離和1∶32 分路比，并可獲得較大的光功率預算[4]。

3.3.2 GPON 簡介

GPON 即千兆無源光網絡，也叫吉比特無源光網絡。與其他PON 系統一樣，GPON 系統也是由局端的OLT、用戶端的ONT/ONU 和ODN 以及網管系統組成，ODN用于連接前兩種設備，由單模光纖和無源分光器等無源設備組成。相對于其他PON 標準而言，GPON 是最新的寬帶無源光接入技術，除了效率更高、覆蓋范圍更廣等優點之外，最顯著的特點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2.5Gbit/s，上行可達1.25Gbit/s，另外其非對稱性和可選擇性也更能適應不同寬帶業務的需求，而且與EPON 不同的是，GPON 并不是完全異步的。

GPON 系統同樣采用的是單纖雙向傳輸的方式，上下行標稱波長與EPON 系統相同。GPON 采用通用封裝方法對以太網業務、ATM 業務或TDM 業務等多種業務進行直接承載。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 固定幀長結構，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，二者的標準規范相當；在帶寬、業務承載、OAM 等方面，GPON 考慮得更多，但是EPON 在時間和成本上的優勢是GPON 無法比擬的，EPON 的芯片設計難度比較低，技術更加簡單有效和成熟穩定，產業鏈也比GPON 更完整，更早投入大規模商用。在組網和建網的過程中，二者的建設模式并無太大區別。GPON 技術比較適合三網融合和全業務運營的應用類型，EPON 技術比較適合互聯網接入的應用類型。對于要求節省成本、QoS 安全性要求不高的客戶群，EPON 技術無疑是主導，因此EPON 比較適合部署中小規模的FTTx，如個人用戶和家庭用戶；而對于帶寬、QoS 和多業務要求較高的大型商業企業用戶，GPON會更加適合，因此GPON 適合于部署大規模的FTTx。

4 結語

寬帶網絡和服務已經逐步滲透到我國經濟社會發展的各個領域和各個環節，不管是大型的商業企業用戶，還是普通的家庭用戶，寬帶網絡在加快推進傳統產業轉型升級、促進電子政務和電子商務發展、提升政府行政管理和公共服務水平、推動文化教育和醫療衛生等社會事業發展、滿足人們日益增長的多樣化信息需求等方面發揮了越來越重要的作用。光纖接入網在不斷的發展過程中，已經成為必然的發展趨勢。目前，光纖接入技術正快速地向著高帶寬、可管理、更經濟、更方便、更良好的服務質量方向發展，規模越來越大，在得到這樣一個不可多得的發展機遇的同時，光纖接入網在未來的發展也仍面臨著巨大的挑戰，需要進一步發展和壯大。可以預見的是，光纖接入技術的綜合化更能容易地結合不同技術的優勢，更好地滿足業務的發展需求，并能適應未來網絡技術的演變趨勢。