光纖接入網(wǎng)技術(shù)綜述及優(yōu)劣分析
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近年來，以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新技術(shù)革命正在深刻地改變傳統(tǒng)的電信概念和體系結(jié)構(gòu)，隨著各國接入網(wǎng)市場的逐漸開放，電信管制政策的放松，競爭的日益加劇和擴(kuò)大，新業(yè)務(wù)需求的迅速出現(xiàn)，有線技術(shù)（包括光纖技術(shù)）和無線技術(shù)的發(fā)展，接入網(wǎng)開始成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在巨大的市場潛力驅(qū)動下，產(chǎn)生了各種各樣的接入網(wǎng)技術(shù)。光纖通信具有通信容量大、質(zhì)量高、性能穩(wěn)定、防電磁干擾、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在干線通信中，光纖扮演著重要角色，在接入網(wǎng)中，光纖接入也將成為發(fā)展的重點(diǎn)。光纖接入網(wǎng)是發(fā)展寬帶接入的長遠(yuǎn)解決方案。
一、光纖接入網(wǎng)的基本構(gòu)成
光纖接入網(wǎng)(OAN)，是指用光纖作為主要的傳輸媒質(zhì)，實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)的信息傳送功能。通過光線路終端(OLT)與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)相連，通過光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)與用戶連接。光纖接入網(wǎng)包括遠(yuǎn)端設(shè)備——光網(wǎng)絡(luò)單元和局端設(shè)備——光線路終端，它們通過傳輸設(shè)備相連。系統(tǒng)的主要組成部分是OLT和遠(yuǎn)端ONU。它們在整個接入網(wǎng)中完成從業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口(SNI)到用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)間有關(guān)信令協(xié)議的轉(zhuǎn)換。接入設(shè)備本身還具有組網(wǎng)能力，可以組成多種形式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。同時接入設(shè)備還具有本地維護(hù)和遠(yuǎn)程集中監(jiān)控功能，通過透明的光傳輸形成一個維護(hù)管理網(wǎng)，并通過相應(yīng)的網(wǎng)管協(xié)議納入網(wǎng)管中心統(tǒng)一管理。
OLT的作用是為接入網(wǎng)提供與本地交換機(jī)之間的接口，并通過光傳輸與用戶端的光網(wǎng)絡(luò)單元通信。它將交換機(jī)的交換功能與用戶接入完全隔開。光線路終端提供對自身和用戶端的維護(hù)和監(jiān)控，它可以直接與本地交換機(jī)一起放置在交換局端，也可以設(shè)置在遠(yuǎn)端。
ONU的作用是為接入網(wǎng)提供用戶側(cè)的接口。它可以接入多種用戶終端，同時具有光電轉(zhuǎn)換功能以及相應(yīng)的維護(hù)和監(jiān)控功能。ONU的主要功能是終結(jié)來自 OLT的光纖，處理光信號并為多個小企業(yè)，事業(yè)用戶和居民住宅用戶提供業(yè)務(wù)接口。ONU的網(wǎng)絡(luò)端是光接口，而其用戶端是電接口。因此ONU具有光/電和電 /光轉(zhuǎn)換功能。它還具有對話音的數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換功能。ONU通常放在距離用戶較近的地方，其位置具有很大的靈活性。
光纖接入網(wǎng)（OAN）從系統(tǒng)分配上分為有源光網(wǎng)絡(luò)(AON，ActiveOpticalNetwork)和無源光網(wǎng)絡(luò)(PON，PassiveOpticaOpticalNetwork)兩類。
二、有源光纖接入網(wǎng)
有源光網(wǎng)絡(luò)又可分為基于SDH的AON和基于PDH的AON。有源光網(wǎng)絡(luò)的局端設(shè)備（CE）和遠(yuǎn)端設(shè)備（RE）通過有源光傳輸設(shè)備相連，傳輸技術(shù)是骨干網(wǎng)中已大量采用的SDH和PDH技術(shù)，但以SDH技術(shù)為主，本文主要討論SDH（同步光網(wǎng)絡(luò)）系統(tǒng)。
1．基于SDH的有源光網(wǎng)絡(luò)
SDH的概念最初于1985年由美國貝爾通信研究所提出，稱之為同步光網(wǎng)絡(luò)（SynchronousOpticalNETwork,SONET）。它是由一整套分等級的標(biāo)準(zhǔn)傳送結(jié)構(gòu)組成的，適用于各種經(jīng)適配處理的凈負(fù)荷（即網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口比特流中可用于電信業(yè)務(wù)的部分）在物理媒質(zhì)如光纖、微波、衛(wèi)星等上進(jìn)行傳送。該標(biāo)準(zhǔn)于1986年成為美國數(shù)字體系的新標(biāo)準(zhǔn)。國際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)部（ITU—T）的前身國際電報電話資詢委員會（CCITT）于1988年接受SONET概念，并與美國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ANSI）達(dá)成協(xié)議，將SONET修改后重新命名為同步數(shù)字系列（SynchronousDigitalHierarchy,SDH）,使之成為同時適應(yīng)于光纖、微波、衛(wèi)星傳送的通用技術(shù)體制。
SDH網(wǎng)是對原有PDH（PlesiochronousDigitalHierarchy準(zhǔn)同步數(shù)字系列）網(wǎng)的一次革命。PDH是異步復(fù)接，在任一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上接入接出低速支路信號都要在該節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行復(fù)接、碼變換、碼速調(diào)整、定時、擾碼、解擾碼等過程，并且PDH只規(guī)定了電接口，對線路系統(tǒng)和光接口沒有統(tǒng)一規(guī)定，無法實(shí)現(xiàn)全球信息網(wǎng)的建立。隨著SDH技術(shù)引入，傳輸系統(tǒng)不僅具有提供信號傳播的物理過程的功能，而且提供對信號的處理、監(jiān)控等過程的功能。 SDH通過多種容器C和虛容器VC以及級聯(lián)的復(fù)幀結(jié)構(gòu)的定義，使其可支持多種電路層的業(yè)務(wù)，如各種速率的異步數(shù)字系列、DQDB、FDDI、ATM等，以及將來可能出現(xiàn)的各種新業(yè)務(wù)。段開銷中大量的備用通道增強(qiáng)了SDH網(wǎng)的可擴(kuò)展性。通過軟件控制使原來PDH中人工更改配線的方法實(shí)現(xiàn)了交叉連接和分插復(fù)用連接，提供了靈活的上/下電路的能力，并使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)可變，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展的靈活性和安全性，可在更大幾何范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電路的保護(hù)、高度和通信能力的優(yōu)化利用，從而為增強(qiáng)組網(wǎng)能力奠定基礎(chǔ)，只需幾秒就可以重新組網(wǎng)。特別是SDH自愈環(huán)，可以在電路出現(xiàn)故障后，幾十毫秒內(nèi)迅速恢復(fù)。SDH的這些優(yōu)勢使它成為寬帶業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)。
在接入網(wǎng)中應(yīng)用SDH（同步光網(wǎng)絡(luò)）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固有的靈活性使對于發(fā)展極其迅速的蜂窩通信系統(tǒng)采用SDH系統(tǒng)尤其適合。當(dāng)然，考慮到接入網(wǎng)對成本的高度敏感性和運(yùn)行環(huán)境的惡劣性，適用于接入網(wǎng)的SDH設(shè)備必須是高度緊湊，低功耗和低成本的新型系統(tǒng)，其市場應(yīng)用前景看好。
接入網(wǎng)用SDH的最新發(fā)展趨勢是支持IP接入，目前至少需要支持以太網(wǎng)接口的映射，于是除了攜帶話音業(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。支持的方式有多種，除了現(xiàn)有的PPP 方式外，利用VC12的級聯(lián)方式來支持IP傳輸也是一種效率較高的方式?？傊?，作為一種成熟可靠提供主要業(yè)務(wù)收入的傳送技術(shù)在可以預(yù)見的將來仍然會不斷改進(jìn)支持電路交換網(wǎng)向分組
網(wǎng)的平滑過渡。
2．基于PDH的有源光網(wǎng)絡(luò)
準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH）以其廉價的特性和靈活的組網(wǎng)功能，曾大量應(yīng)用于接入網(wǎng)中。尤其近年來推出的SPDH設(shè)備將SDH概念引入PDH系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性，這種改良的PDH系統(tǒng)在相當(dāng)長一段時間內(nèi)，仍會廣泛應(yīng)用。
三、無源光纖接入網(wǎng)絡(luò)
無源光網(wǎng)絡(luò)（PON），是指在OLT和ONU之間是光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)，沒有任何有源電子設(shè)備，它包括基于ATM的無源光網(wǎng)絡(luò)APON及基于IP的PON。
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，省電、系統(tǒng)可靠穩(wěn)定、性能價格比有一定優(yōu)勢。第二步實(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)電話及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。第三步實(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)展至其它業(yè)務(wù)，成為名副其實(shí)的全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)系統(tǒng)。
APON采用基于信元的傳輸系統(tǒng)，允許接入網(wǎng)中的多個用戶共享整個帶寬。這種統(tǒng)計復(fù)用的方式，能更加有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源。APON能否大量應(yīng)用的一個重要因素是價格問題。目前第一代的實(shí)際APON產(chǎn)品的業(yè)務(wù)供給能力有限，成本過高，其市場前景由于ATM在全球范圍內(nèi)的受挫而不確定，但其技術(shù)優(yōu)勢是明顯的。特別是綜合考慮運(yùn)行維護(hù)成本，在新建地區(qū)，高度競爭的地區(qū)或需要替代舊銅纜系統(tǒng)的地區(qū)，此時敷設(shè)PON系統(tǒng)，無論是FTTC，還是FTTB方式都是一種有遠(yuǎn)見的選擇。在未來幾年能否將性能價格比改進(jìn)到市場能夠接受的水平是APON技術(shù)生存和發(fā)展的關(guān)鍵。
IPPON的上層是IP，這種方式可更加充分地利用網(wǎng)絡(luò)資源，容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)帶寬的動態(tài)分配，簡化中間層的復(fù)雜設(shè)備?；赑ON的OAN不需要在外部站中安裝昂貴的有源電子設(shè)備，因此使服務(wù)提供商可以高性價比地向企業(yè)用戶提供所需的帶寬。
無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）是一種純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，避免了外部設(shè)備的電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設(shè)備的故障率，提高了系統(tǒng)可靠性，同時節(jié)省了維護(hù)成本，是電信維護(hù)部門長期期待的技術(shù)。無源光接入網(wǎng)的優(yōu)勢具體體現(xiàn)在以下幾方面：
?。?）無源光網(wǎng)體積小，設(shè)備簡單，安裝維護(hù)費(fèi)用低，投資相對也較小。
?。?）無源光設(shè)備組網(wǎng)靈活，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可支持樹型、星型、總線型、混合型、冗余型等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
?。?）安裝方便，它有室內(nèi)型和室外型。其室外型可直接掛在墻上，或放置于“H”桿上，無須租用或建造機(jī)房。而有源系統(tǒng)需進(jìn)行光電、電光轉(zhuǎn)換，設(shè)備制造費(fèi)用高，要使用專門的場地和機(jī)房，遠(yuǎn)端供電問題不好解決，日常維護(hù)工作量大。
?。?）無源光網(wǎng)絡(luò)適用于點(diǎn)對多點(diǎn)通信，僅利用無源分光器實(shí)現(xiàn)光功率的分配。
?。?）無源光網(wǎng)絡(luò)是純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，徹底避免了電磁干擾和雷電影響，極適合在自然條件惡劣的地區(qū)使用。
?。?）從技術(shù)發(fā)展角度看，無源光網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容比較簡單，不涉及設(shè)備改造，只需設(shè)備軟件升級，硬件設(shè)備一次購買，長期使用，為光纖入戶奠定了基礎(chǔ)，使用戶投資得到保證。
四、光接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
光纖接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是指傳輸線路和節(jié)點(diǎn)的幾何排列圖形，它表示了網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的相互位置與相互連接的布局情況。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對網(wǎng)絡(luò)功能、造價及可靠性等具有重要影響。其三種基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是:總線形、環(huán)形和星形，由此又可派生出總線—星形、雙星形、雙環(huán)形、總線—總線形等多種組合應(yīng)用形式，各有特點(diǎn)、相互補(bǔ)充。
1．總線形結(jié)構(gòu)
總線形結(jié)構(gòu)是以光纖作為公共總線(母線)、各用戶終端通過某種耦合器與總線直接連接所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 。這種結(jié)構(gòu)屬串聯(lián)型結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是:共享主干光纖，節(jié)省線路投資，增刪節(jié)點(diǎn)容易，彼此干擾較??；但缺點(diǎn)是損耗累積，用戶接收機(jī)的動態(tài)范圍要求較高；對主干光纖的依賴性太強(qiáng)。
2．環(huán)形結(jié)構(gòu)
環(huán)形結(jié)構(gòu)是指所有節(jié)點(diǎn)共用一條光纖鏈路，光纖鏈路首尾相接自成封閉回路的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自愈，即無需外界干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)即可在較短的時間里從失效故障中恢復(fù)所傳業(yè)務(wù)。
3．星形結(jié)構(gòu)
星形結(jié)構(gòu)是各用戶終端通過一個位于中央節(jié)點(diǎn)(設(shè)在端局內(nèi))具有控制和交換功能的星形耦合器進(jìn)行信息交換，這種結(jié)構(gòu)屬于并聯(lián)形結(jié)構(gòu)。它不存在損耗累積的問題，易于實(shí)現(xiàn)升級和擴(kuò)容，各用戶之間相對獨(dú)立，業(yè)務(wù)適應(yīng)性強(qiáng)。但缺點(diǎn)是所需光纖代價較高，對中央節(jié)點(diǎn)的可靠性要求極高。星形結(jié)構(gòu)又分為單星形結(jié)構(gòu)、有源雙星形結(jié)構(gòu)及無源雙星形結(jié)構(gòu)三種。
?。?）單星形結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)是用光纖將位于電信交換局的OLT與用戶直接相連，基本上都是點(diǎn)對點(diǎn)的連接，與現(xiàn)有銅纜接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)相似。每戶都有單獨(dú)的一對線，直接連到電信局，因此單星型可與原有的銅現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)兼容；用戶之間互相獨(dú)立，保密性好；升級和擴(kuò)容容易，只要兩端的設(shè)備更換就可以開通新業(yè)務(wù)，適應(yīng)性
強(qiáng)。缺點(diǎn)是成本太高，每戶都需要單獨(dú)的一對光纖或一根光纖（雙向波分復(fù)用），要通向千家萬戶，就需要上千芯的光纜，難于處理，而且每戶都需要專用的光源檢測器，相當(dāng)復(fù)雜。
?。?）有源雙星形結(jié)構(gòu)：它在中心局與用戶之間增加了一個有源接點(diǎn)。中心局與有源接點(diǎn)共用光纖，利用時分復(fù)用（TDM）或頻分復(fù)用（FDM）傳送較大容量的信息，到有源接點(diǎn)再換成較小容量的信息流，傳到千家萬戶。其優(yōu)點(diǎn)是靈活性較強(qiáng)，中心局有源接點(diǎn)間共用光纖，光纜芯數(shù)較少，降低了費(fèi)用。缺點(diǎn)是有源接點(diǎn)部分復(fù)雜，成本高，維護(hù)不方便；另外，如要引入寬帶新業(yè)務(wù)，將系統(tǒng)升級，則需將所有光電設(shè)備都更換，或采用波分復(fù)用疊加的方案，這比較困難。
?。?）無源雙星形結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)保持了有源雙星形結(jié)構(gòu)光纖共享的優(yōu)點(diǎn)，將有源接點(diǎn)換成了無源分路器，維護(hù)方便，可靠性高，成本較低。由于采取了一系列措施，保密性也很好，是一種較好的接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
五、光纖接入網(wǎng)的形式
根據(jù)光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）的位置，光纖接入方式可分為如下幾種：
FTTB（光纖到大樓）；FTTC（光纖到路邊）；FTTZ（光纖到小區(qū)）；FTTH（光纖到用戶）；FTTO（光纖到辦公室）；FTTF（光纖到樓層）；FTTP（光纖到電桿）；FTTN（光纖到鄰里）；FTTD（光纖到門）；FTTR（光纖到遠(yuǎn)端單元）。
其中最主要的是FTTB（光纖到大樓）、FTTC（光纖到路邊）、FTTH（光纖到用戶）三種形式。FTTC主要是為住宅用戶提供服務(wù)的，光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）設(shè)置在路邊，即用戶住宅附近，從ONU出來的電信號再傳送到各個用戶，一般用同軸電纜傳送視頻業(yè)務(wù)，用雙絞線傳送電話業(yè)務(wù)。FTTB的ONU設(shè)置在大樓內(nèi)的配線箱處，主要用于綜合大樓、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育、及大型娛樂場所，為大中型企事業(yè)單位及商業(yè)用戶服務(wù)，提供高速數(shù)據(jù)、電子商務(wù)、可視圖文等寬帶業(yè)務(wù)。FTTH是將ONU放置在用戶住宅內(nèi)，為家庭用戶提供各種綜合寬帶業(yè)務(wù)，F(xiàn)TTH是光纖接入網(wǎng)的最終目標(biāo)，但是每一用戶都需一對光纖和專用的ONU，因而成本昂貴，實(shí)現(xiàn)起來非常困難。
六、光接入網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)與劣勢
與其他接入技術(shù)相比，光纖接入網(wǎng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1）光纖接入網(wǎng)能滿足用戶對各種業(yè)務(wù)的需求。人們對通信業(yè)務(wù)的需求越來越高，除了打電話、看電視以外，還希望有高速計算機(jī)通信、家庭購物、家庭銀行、遠(yuǎn)程教學(xué)、視頻點(diǎn)播（VOD）以及高清晰度電視（HDTV）等。這些業(yè)務(wù)用銅線或雙絞線是比較難實(shí)現(xiàn)的。
?。?）光纖可以克服銅線電纜無法克服的一些限制因素。光纖損耗低、頻帶寬，解除了銅線徑小的限制。此外，光纖不受電磁干擾，保證了信號傳輸質(zhì)量，用光纜代替銅纜，可以解決城市地下通信管道擁擠的問題。
（3）光纖接入網(wǎng)的性能不斷提高，價格不斷下降，而銅纜的價格在不斷上漲。
?。?）光纖接入網(wǎng)提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，有完善的監(jiān)控和管理系統(tǒng)，能適應(yīng)將來寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的需要，打破“瓶頸”，使信息高速公路暢通無阻。
當(dāng)然，與其它接入網(wǎng)技術(shù)相比，光纖接入網(wǎng)也存在一定的劣勢。最大的問題是成本還比較高。尤其是光節(jié)點(diǎn)離用戶越近，每個用戶分?jǐn)偟慕尤朐O(shè)備成本就越高。另外，與無線接入網(wǎng)相比，光纖接入網(wǎng)還需要管道資源。這也是很多新興運(yùn)營商看好光纖接入技術(shù)，但又不得不選擇無線接入技術(shù)的原因。
現(xiàn)在，影響光纖接入網(wǎng)發(fā)展的主要原因不是技術(shù)，而是成本，到目前為止，光纖接入網(wǎng)的成本仍然太高。但是采用光纖接入網(wǎng)是光纖通信發(fā)展的必然趨勢，盡管目前各國發(fā)展光纖接入網(wǎng)的步驟各不相同，但光纖到戶是公認(rèn)的接入網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)。
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