金子般閃光的無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
加入技術(shù)交流群
掃碼加入
和技術(shù)大咖面對面交流
海量資料庫查詢
PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)無需現(xiàn)場供電設(shè)備，即可在超過 20 公里的距離內(nèi)實現(xiàn)高速、可靠的最后一公里接入；
所有 PON特點 都支持一根干線光纖上的至少 32 個節(jié)點。研究業(yè)已證明可以支持更多的節(jié)點；
帶寬需求極大的設(shè)備，如HDTV 和流媒體，使業(yè)界將研發(fā)重點轉(zhuǎn)向速度更快的 PON 技術(shù)，而網(wǎng)絡(luò)運營商正在安裝首批大型的 BPON（寬帶 PON）和 EPON（以太網(wǎng) PON）系統(tǒng)。
PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）接入技術(shù)會影響到高端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的價值基準(zhǔn)。
當(dāng)談及超長距離WAN、長距離WAN和 MAN的時候，就會認(rèn)為這三種通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是親戚。它們?nèi)疾捎煤唵蔚牟呗詠砝糜邢薜奈锢砻襟w及其通信帶寬。它們均通過聚合或拆分異種負(fù)荷數(shù)據(jù)來優(yōu)化媒體使用。
不可否認(rèn)，這種簡單的模型忽略了每一種通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特有的許多技術(shù)要求。但它卻指出了一個容易被忽略的、很多現(xiàn)代通信所依賴的根本優(yōu)點：有地址標(biāo)記的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)聚合的結(jié)合，使通信系統(tǒng)能夠?qū)⒁粋€近乎無限復(fù)雜的一點對多點網(wǎng)絡(luò)模型映射到一個費用足可負(fù)擔(dān)的、可靠的點對點結(jié)構(gòu)上。
如果用單位時間的數(shù)據(jù)傳輸距離來表示總數(shù)據(jù)負(fù)荷，那么，一旦從過大的企業(yè)規(guī)模中得以復(fù)原，就會看到超長距離、長距離和城域三種鏈路的通信能力換算起來非常方便。這種觀察不僅靜態(tài)地保持在一定時間的某個特定點上，而且也動態(tài)地保持在為了滿足不斷增長的客戶要求、應(yīng)用需求及網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)模型，網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)鏈路及物理層技術(shù)發(fā)生的演進(jìn)上。
事實上，超長距離、長距離和城域三種鏈路通信能力的換算與動態(tài)平衡，主要歸因于數(shù)據(jù)聚合的經(jīng)濟(jì)性。較低層的增長需求要向上層反映，而某一層的創(chuàng)新則有利于另一層的開發(fā)，特別是物理層。
分級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有神奇的作用，而且在過去十年里，在無法預(yù)測的全球通信業(yè)大增長中發(fā)揮了這樣的作用。這種作用到網(wǎng)絡(luò)接入部分為止。
系統(tǒng)遲早要將所有聚合的數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，把所有虛擬地址解碼為物理位置，并為整個龐大的多點網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)。在CO（中心局）和CP （用戶住宅）之間引人注目的最后一公里上，大多數(shù)接入技術(shù)的換算都很差，特別是在比較它們的負(fù)荷傳送能力，即每單位時間的數(shù)據(jù)傳送距離比特時尤為如此。
既有媒質(zhì)的繼承
使接入部分業(yè)務(wù)升級復(fù)雜化并在許多情況下造成業(yè)務(wù)升級混亂的是，既有媒體，主要是銅質(zhì) UTP（非屏蔽雙絞線），在已安裝的基礎(chǔ)設(shè)施中占支配地位。UTP及其終端設(shè)備和維護(hù)方法都適合于該媒體的原來的預(yù)期用途——窄頻帶電話與電報，但不適用于較高帶寬的負(fù)荷。
限制UTP 寬帶性能的因素有很多：
內(nèi)含50個以上雙絞線的干線電纜，其雙絞線間的電容很大，足以在高于語音頻帶的頻率上引起串?dāng)_。如同無線通信一樣，一個信道的信號是另一信道的噪聲（參考文獻(xiàn) 1）。由于串?dāng)_造成的 SNR（信噪比）下降對于CO端附近的上行鏈路信號非常有害，因為在CO端，信號路由最密集，而且輸出信號比輸入的信號強得多。
在整個頻譜內(nèi)，銅線損耗會使 SNR 隨距離的增長而不斷降低。降低銅損耗的各種方法會大幅度增加服務(wù)提供商的基本建設(shè)費用和運營費用。除了銅線損耗外，由電纜與接地間的電容產(chǎn)生的旁路損耗，會使寬帶信號衰減得比語音信號更嚴(yán)重。
信號路徑具有難以控制的特性阻抗，從而產(chǎn)生信號反射。即使在撥號調(diào)制解調(diào)器的相對低速下，終端設(shè)備也必須使用回聲消除技術(shù)來減小 ISI（符號間干擾）。
當(dāng)信號帶寬增加到超出撥號調(diào)制解調(diào)器的信號帶寬時，用戶端或中心局的未接終端負(fù)載的短截線會成為回聲源，進(jìn)一步增大 ISI。
與雙絞線相比較，同軸電纜具有更寬的帶寬，并有希望更好控制其阻抗，但同軸電纜的旁路損耗往往很大，而且同軸電纜及其終端設(shè)備都很昂貴。此外，如同所有的銅互連線一樣，同軸電纜或者需要進(jìn)行電隔離，或者需要采用其它方法來減小信號源與信號目的地之間的對地電位差。
對于最后一公里傳輸?shù)膬?nèi)容，通信接入市場正在向一種稱為三重業(yè)務(wù)（即一個接入服務(wù)提供商在一條饋線上提供的語音、視頻和數(shù)據(jù)）的基本配置靠攏。這類業(yè)務(wù)不只使電信運營商與電纜（Cable）運營商展開競爭，而且還對接入鏈路技術(shù)提出了性能要求，并且促進(jìn)接入提供商去升級自己的基礎(chǔ)設(shè)施（附文“PON 全球狀況概覽”）。
在這樣的應(yīng)用場合，光纖媒體可以克服銅媒體的許多弱點：
光纜天生不受串?dāng)_的影響。盡管小部分信號能量也會從光纖芯中逸出，但不存在相應(yīng)的機制使這部分能量耦合到鄰近的光路中；
光纖饋送存在由于內(nèi)部散射引起的串行損耗，但這種損耗在現(xiàn)代光纜中很小而且可以預(yù)測。高純玻璃光纖的信號衰減在1550 nm 波長時約為 0.15 dB/km ，而同軸電纜的信號衰減在50 MHz頻率上則為 10 dB/km（參考文獻(xiàn) 2）；
在玻璃光纖中，最近似于旁路損耗的要算從光纖包層中逸出的光，它會被光纖護(hù)套吸收。與銅纜的旁路損耗相比，這種損耗也很小，而且還具有與信號頻率無關(guān)的特性；
色散會在光纜中造成 ISI，但在接入部分常用的距離和信號帶寬內(nèi)不會影響到信號質(zhì)量（參考文獻(xiàn) 3）；
光纖饋送不受感應(yīng)干擾的影響，具有自隔離功能，從而沒有地電位問題；
許多機構(gòu)提出了各種 FTTx（光纖到建筑、到路邊、到家庭或到街區(qū)）方案。但有一種基于標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備——PON——在高速增長市場上深受歡迎，而且看來有望在光接入網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)主導(dǎo)地位。
向無源光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)軍
與許多傳統(tǒng)接入技術(shù)相比，PON 有很多優(yōu)點，其中一個優(yōu)點是，它與MAN 和WAN一樣，允許接入網(wǎng)絡(luò)至少小規(guī)模地傳送聚合的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)行的 PON 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每根光纜可以有 32 個 CP 節(jié)點，與全 CO-到-CP 的點對點實現(xiàn)方案相比，這是一大改進(jìn)。除了 PON 的擴建費用因光纖共用而很低之外，無源光網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)費用也很低，因為在 CO 和 CP 之間唯一的裝置是無源分光器（圖 1）。
PON 系統(tǒng)的前端和用戶接口分別稱為 OLT（光線路終端）和 ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）。OLT和ONU都包括一個 MAC（媒體接入控制器），一個光發(fā)送器、一個光接收器以及一個 WDM（波分復(fù)用器）。OLT 的發(fā)送器與 ONU 的接收器工作在同一波長上，因而，OLT 的接收器則調(diào)諧在 ONU 的發(fā)送波長上。每個 ONU 拆分聚合的下行數(shù)據(jù)，并捕捉具有其地址的那部分通信數(shù)據(jù)。由于所有的數(shù)據(jù)都是以廣播形式發(fā)送的，因此系統(tǒng)會對數(shù)據(jù)加密以確保安全。
PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)無需現(xiàn)場供電設(shè)備，即可在超過 20 公里的距離內(nèi)實現(xiàn)高速、可靠的最后一公里接入；
所有 PON特點 都支持一根干線光纖上的至少 32 個節(jié)點。研究業(yè)已證明可以支持更多的節(jié)點；
帶寬需求極大的設(shè)備，如HDTV 和流媒體，使業(yè)界將研發(fā)重點轉(zhuǎn)向速度更快的 PON 技術(shù)，而網(wǎng)絡(luò)運營商正在安裝首批大型的 BPON（寬帶 PON）和 EPON（以太網(wǎng) PON）系統(tǒng)。
PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）接入技術(shù)會影響到高端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的價值基準(zhǔn)。
當(dāng)談及超長距離WAN、長距離WAN和 MAN的時候，就會認(rèn)為這三種通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是親戚。它們?nèi)疾捎煤唵蔚牟呗詠砝糜邢薜奈锢砻襟w及其通信帶寬。它們均通過聚合或拆分異種負(fù)荷數(shù)據(jù)來優(yōu)化媒體使用。
不可否認(rèn)，這種簡單的模型忽略了每一種通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特有的許多技術(shù)要求。但它卻指出了一個容易被忽略的、很多現(xiàn)代通信所依賴的根本優(yōu)點：有地址標(biāo)記的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)聚合的結(jié)合，使通信系統(tǒng)能夠?qū)⒁粋€近乎無限復(fù)雜的一點對多點網(wǎng)絡(luò)模型映射到一個費用足可負(fù)擔(dān)的、可靠的點對點結(jié)構(gòu)上。
如果用單位時間的數(shù)據(jù)傳輸距離來表示總數(shù)據(jù)負(fù)荷，那么，一旦從過大的企業(yè)規(guī)模中得以復(fù)原，就會看到超長距離、長距離和城域三種鏈路的通信能力換算起來非常方便。這種觀察不僅靜態(tài)地保持在一定時間的某個特定點上，而且也動態(tài)地保持在為了滿足不斷增長的客戶要求、應(yīng)用需求及網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)模型，網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)鏈路及物理層技術(shù)發(fā)生的演進(jìn)上。
事實上，超長距離、長距離和城域三種鏈路通信能力的換算與動態(tài)平衡，主要歸因于數(shù)據(jù)聚合的經(jīng)濟(jì)性。較低層的增長需求要向上層反映，而某一層的創(chuàng)新則有利于另一層的開發(fā)，特別是物理層。
分級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有神奇的作用，而且在過去十年里，在無法預(yù)測的全球通信業(yè)大增長中發(fā)揮了這樣的作用。這種作用到網(wǎng)絡(luò)接入部分為止。
系統(tǒng)遲早要將所有聚合的數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，把所有虛擬地址解碼為物理位置，并為整個龐大的多點網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)。在CO（中心局）和CP （用戶住宅）之間引人注目的最后一公里上，大多數(shù)接入技術(shù)的換算都很差，特別是在比較它們的負(fù)荷傳送能力，即每單位時間的數(shù)據(jù)傳送距離比特時尤為如此。
既有媒質(zhì)的繼承
使接入部分業(yè)務(wù)升級復(fù)雜化并在許多情況下造成業(yè)務(wù)升級混亂的是，既有媒體，主要是銅質(zhì) UTP（非屏蔽雙絞線），在已安裝的基礎(chǔ)設(shè)施中占支配地位。UTP及其終端設(shè)備和維護(hù)方法都適合于該媒體的原來的預(yù)期用途——窄頻帶電話與電報，但不適用于較高帶寬的負(fù)荷。
限制UTP 寬帶性能的因素有很多：
內(nèi)含50個以上雙絞線的干線電纜，其雙絞線間的電容很大，足以在高于語音頻帶的頻率上引起串?dāng)_。如同無線通信一樣，一個信道的信號是另一信道的噪聲（參考文獻(xiàn) 1）。由于串?dāng)_造成的 SNR（信噪比）下降對于CO端附近的上行鏈路信號非常有害，因為在CO端，信號路由最密集，而且輸出信號比輸入的信號強得多。
在整個頻譜內(nèi)，銅線損耗會使 SNR 隨距離的增長而不斷降低。降低銅損耗的各種方法會大幅度增加服務(wù)提供商的基本建設(shè)費用和運營費用。除了銅線損耗外，由電纜與接地間的電容產(chǎn)生的旁路損耗，會使寬帶信號衰減得比語音信號更嚴(yán)重。
信號路徑具有難以控制的特性阻抗，從而產(chǎn)生信號反射。即使在撥號調(diào)制解調(diào)器的相對低速下，終端設(shè)備也必須使用回聲消除技術(shù)來減小 ISI（符號間干擾）。
當(dāng)信號帶寬增加到超出撥號調(diào)制解調(diào)器的信號帶寬時，用戶端或中心局的未接終端負(fù)載的短截線會成為回聲源，進(jìn)一步增大 ISI。
與雙絞線相比較，同軸電纜具有更寬的帶寬，并有希望更好控制其阻抗，但同軸電纜的旁路損耗往往很大，而且同軸電纜及其終端設(shè)備都很昂貴。此外，如同所有的銅互連線一樣，同軸電纜或者需要進(jìn)行電隔離，或者需要采用其它方法來減小信號源與信號目的地之間的對地電位差。
對于最后一公里傳輸?shù)膬?nèi)容，通信接入市場正在向一種稱為三重業(yè)務(wù)（即一個接入服務(wù)提供商在一條饋線上提供的語音、視頻和數(shù)據(jù)）的基本配置靠攏。這類業(yè)務(wù)不只使電信運營商與電纜（Cable）運營商展開競爭，而且還對接入鏈路技術(shù)提出了性能要求，并且促進(jìn)接入提供商去升級自己的基礎(chǔ)設(shè)施（附文“PON 全球狀況概覽”）。
在這樣的應(yīng)用場合，光纖媒體可以克服銅媒體的許多弱點：
光纜天生不受串?dāng)_的影響。盡管小部分信號能量也會從光纖芯中逸出，但不存在相應(yīng)的機制使這部分能量耦合到鄰近的光路中；
光纖饋送存在由于內(nèi)部散射引起的串行損耗，但這種損耗在現(xiàn)代光纜中很小而且可以預(yù)測。高純玻璃光纖的信號衰減在1550 nm 波長時約為 0.15 dB/km ，而同軸電纜的信號衰減在50 MHz頻率上則為 10 dB/km（參考文獻(xiàn) 2）；
在玻璃光纖中，最近似于旁路損耗的要算從光纖包層中逸出的光，它會被光纖護(hù)套吸收。與銅纜的旁路損耗相比，這種損耗也很小，而且還具有與信號頻率無關(guān)的特性；
色散會在光纜中造成 ISI，但在接入部分常用的距離和信號帶寬內(nèi)不會影響到信號質(zhì)量（參考文獻(xiàn) 3）；
光纖饋送不受感應(yīng)干擾的影響，具有自隔離功能，從而沒有地電位問題；
許多機構(gòu)提出了各種 FTTx（光纖到建筑、到路邊、到家庭或到街區(qū)）方案。但有一種基于標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備——PON——在高速增長市場上深受歡迎，而且看來有望在光接入網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)主導(dǎo)地位。
向無源光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)軍
與許多傳統(tǒng)接入技術(shù)相比，PON 有很多優(yōu)點，其中一個優(yōu)點是，它與MAN 和WAN一樣，允許接入網(wǎng)絡(luò)至少小規(guī)模地傳送聚合的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)行的 PON 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每根光纜可以有 32 個 CP 節(jié)點，與全 CO-到-CP 的點對點實現(xiàn)方案相比，這是一大改進(jìn)。除了 PON 的擴建費用因光纖共用而很低之外，無源光網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)費用也很低，因為在 CO 和 CP 之間唯一的裝置是無源分光器（圖 1）。
PON 系統(tǒng)的前端和用戶接口分別稱為 OLT（光線路終端）和 ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）。OLT和ONU都包括一個 MAC（媒體接入控制器），一個光發(fā)送器、一個光接收器以及一個 WDM（波分復(fù)用器）。OLT 的發(fā)送器與 ONU 的接收器工作在同一波長上，因而，OLT 的接收器則調(diào)諧在 ONU 的發(fā)送波長上。每個 ONU 拆分聚合的下行數(shù)據(jù)，并捕捉具有其地址的那部分通信數(shù)據(jù)。由于所有的數(shù)據(jù)都是以廣播形式發(fā)送的，因此系統(tǒng)會對數(shù)據(jù)加密以確保安全。
評論