寬帶光接入網技術趨勢詳解摘要本文介紹了寬帶光接入網的應用類型，對FTTx的幾種應用模式進行了歸納，并對當前寬帶接入網應用的EPON、GPON技術進行了比擬，最后對未來的一些技術熱點進行了闡述和分析。1、概述接入網“光進銅退〞的趨勢已經得到包括運營商在內的業界的廣泛認同，光接入將成為下一代接入網采用的主要技術之一。寬帶光接入網〔broadbandopticalaccessnetwork，BOAN〕具有以下一些主要特征：●全程以光纖作為傳輸媒質或者光纖作為主干傳輸媒質，以金屬線或無線作為用戶末端傳輸媒質；●具有高帶寬、長距離的傳送能力；●支持多業務接入，包括各種窄帶業務、寬帶業務以及對未來業務的擴展支持能力和上述業務的同時接入；●支持IP作為上層業務的承載，可以作為下一代網的接入層網絡；●支持接入網絡的平滑演進。2、寬帶光接入網的應用類型寬帶光接入網有很多應用類型統稱為FTTx，對于各種應用類型，為了防止混淆，可統一定義為以下4種標準類型：〔1〕光纖到交接箱光纖到交接箱〔fibertothecabinet，FTTCab〕是寬帶光接入網的典型應用類型之一，其特征是以光纖替換傳統饋線電纜，光網絡單元〔ONU〕部署在交接箱〔FP〕處，ONU下采用其他介質接入到用戶。例如采用現有的金屬線或者無線，每個ONU支持數百到1000左右用戶數。國內外與FTTCab概念相當的其他術語有：光纖到節點或光纖到鄰里〔fibertothenode或neighbourhood，FTTN〕，光纖到小區〔fibertothezone，FTTZ〕。〔2〕光纖到樓宇/分線盒光纖到樓宇/分線盒〔fibertothebuilding/curb，FTTB/C〕是寬帶光接入網的典型應用類型之一，其特征是以光纖替換用戶引入點之前的銅線電纜，ONU部署在傳統的分線盒〔用戶引入點〕處，ONU下采用其他介質接入用戶，如現有的金屬線或無線，每個ONU典型支持用戶數為十多戶到一百戶左右。“curb〞一詞漢語直譯是“路邊〞，在國外一些典型居住環境下，當ONU部署到路邊時，每個ONU面對的典型用戶數為幾戶到幾十戶，ONU所占據的位置就是傳統銅線網絡的分線盒點，與光纖到樓宇〔FTTB〕的應用場合是類似的，這與中國國內光纖到路邊的ONU大多是部署到交接箱且所面對的用戶數量多為數百戶的應用不同。〔3〕光纖到公司/辦公室光纖到公司/辦公室〔fibertotheoffice，FTTO〕是寬帶光接入網的典型應用類型之一，其特征是僅利用光纖傳輸媒質連接通信局端和公司或辦公室用戶的接入方式，引入光纖由單個公司或辦公室用戶獨享，ONU/ONT〔光網絡終端〕之后的設備或網絡由用戶管理。與FTTO概念相當的其他國內外術語有FTTP〔fibertothepremise〕，在國外，FTTP的應用類型包含了兩種含義，一種是用全光接入的方式實現到單個住宅用戶的應用，一種是用全光接入的方式實現到商務小樓〔fibertothebusiness，FTTBusiness〕，本處指后一種應用場合。〔4〕光纖到家庭用戶光纖到家庭用戶〔fibertothehome，FTTH〕是寬帶光接入網的典型應用類型之一，其特征是僅利用光纖傳輸媒質連接通信局端和家庭住宅的接入方式，引入光纖由單個家庭住宅獨享。在某些場合，FTTP與其概念相當。3、寬帶光接入網應用類型的根本特征表1給出帶寬接入網的4種應用類型的主要特征，各自適用于不同的網絡條件和應用需求，共同效勞于接入網的寬帶化和光纖化演進的進程。具體配置模型和應用類型的選用，需要綜合考慮各種因素，如用戶類型、本錢、現有線路資源、效勞提供靈活性和業務類型等。

4、寬帶光接入網的技術開展4.1當前寬帶光接入網應用的技術目前，大量應用于寬帶光接入網的技術主要是以EPON、GPON為代表的無源光網絡技術。EPON是基于吉比特以太網的無源光網絡技術，繼承了以太網的低本錢和易用性以及光網絡的高帶寬，是當前實現FTTH眾多技術中性價比最高的一種。隨著EPON國際標準IEEE802.3ah在2004年正式發布，EPON的產業聯盟已經吸引了眾多廠商的積極參與，從核心芯片、光模塊到系統，EPON的產業鏈已經日趨成熟。EPON技術是一個由制造商驅動的解決方案，而GPON是一種按照消費者的準確需求設計、由運營商驅動的解決方案，其標準化主要由FSAN和ITU-T來推動。作為PON技術的兩大代表，EPON和GPON技術在本錢投入、支持速率等方面各有優劣。和GPON技術相比，EPON的技術門檻較低，核心芯片的設計難度較低，目前已經有不少芯片廠商參加了EPON芯片設計的陣營，其產業鏈更成熟。但是，GPON在技術上更具優勢，它能支持多種速率等級，可支持上下行不對稱速率，上行不一定要支持1Gbit/s以上速率，因此與EPON只能支持對稱1Gbit/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〕等級，還能支持ClassC，因此可支持高達1:128的分路比和長達20km的傳輸距離。GPON無論是在傳輸會聚層還是在業務適配層的效率都是最高的，因此在總效率和等效系統本錢方面都有相當的優勢。隨著GPON技術的逐漸成熟，價格不太敏感但對技術有高要求的商業用戶將真正成為GPON的用戶群。所以，在今后一兩年內，基于這兩種技術的產品市場定位可能有所不同，從長遠看，如果GPON能夠在產業化方面取得突破性進展，市場空間更大。從理論上分析，GPON似乎比EPON更具優勢，但就當前業內提供的各種EPON/GPON產品，通過實驗室測試來看，EPON和GPON各有千秋：●EPON/GPON設備的PON接口物理層參數都能較好地滿足標準，可實現最大分路比1：32和最大傳輸距離20km。●只承載IP業務時，EPON設備的系統帶寬容量下行可高于900Mbit/s，上行可到達900Mbit/s左右，除去線路編碼對容量的影響，封裝效率較高。但承載E1等TDM業務時，幀封裝格式和同步定時會帶來較大的開銷，承載效率不高。●EPON/GPON可實現光纖保護倒換功能，在全光纖保護倒換方式下，由于采用熱備份方式，倒換過程中業務中斷時間＜50ms，但在骨干光纖保護倒換方式下〔即只保護OLT〔光線路終端〕和光分路器之間的光通道〕，由于ONU需要重新進行注冊，倒換過程中業務中斷時間遠遠＞50ms。●當前EPON/GPON設備承載TDM業務〔如E1、POTS〕的實現方式各不相同，分別采用了不同的時鐘同步方式，但E1業務傳輸延時、抖動特性均能滿足要求。當同時承載TDM和IP業務時，即使在系統帶寬擁塞條件下，仍能保證TDM業務QoS。●根據所采用的同步定時方式的不同，各廠商的EPON/GPON設備在E1時鐘同步方面存在差異，但均無法容忍E1定時信號上的大幅度噪聲，達不到PDH同步接口網絡限值要求，但能滿足E1業務接口的網絡限值要求。EPON/GPON設備是否能應用于對定時要求嚴格的業務如移動基站互連，將取決于目前EPON/GPON上游網絡內的同步定時情況，如果EPON/GPON上游網絡提供的業務定時信號質量不好，EPON/GPON系統將無法吸收定時信號的噪聲從而提供應下游網絡較好的業務定時信號。●在帶寬管理能力方面，EPON設備均支持動態帶寬分配功能〔DBA〕，而目前的GPON設備僅支持靜態帶寬分配功能，在承載IP業務時系統帶寬利用率不高。此外，EPON/GPON設備均具有限速功能，可采取一定的策略區分業務優先級并實現QoS保證。●EPON/GPON設備具有多業務支持能力，可同時接入IP數據/視頻、TDM數據/語音以及CATV視頻業務，IP業務的承載效率較高。可支持多種以太網協議，能夠根本滿足業務開展需求。從本錢的角度來看，無論采用何種PON，每用戶的主要本錢主要取決于ONT和OLT。GPON在作為新技術剛出現時，其ONT和OLT的本錢會相對高一些。但是，目前GPON的核心芯片及光器件復雜度和技術指標已經與EPON相近，在相同的設備配置〔如業務接口類型等〕情況下，設備本錢將主要取決于采購數量。根據業內人士預測從2006年下半年起。隨著ONT和OLT器件本錢的進一步優化和網絡部署的規模化，GPON與EPON本錢將更加接近。如表2所示，該比擬基于1:32分路比，10km傳輸距離，室內型ONU，僅支持數據業務的設備的前提。表2每線EPON與GPON的價格趨勢比擬〔單位：歐元〕20052006200720232023EPON1721381179989GPON240150120102924.2寬帶光接入網的新技術熱點4.2.110Gbit/s的xPON技術EPON主要用于提供高帶寬業務接入能力，但傳輸速率為1Gbit/s的EPON設備在10km、1:32配置下，每個ONU用戶只能獲得約30Mbit/s的下行接入速率，當采用更高的分路比時，用戶獲得的帶寬將進一步降低，這對接入HDTV為代表的高帶寬業務帶來了一定的困難和限制。為此，IEEE提出研究傳輸速率為10Gbit/s的EPON技術，以適應高分路比條件下的高帶寬需求，與1Gbit/sEPON類似，IEEE10Gbit/sEPON重點在物理層和MAC層方面進行標準化工作，其指導思想仍然是在降低10Gbit/sEPON技術復雜度和犧牲指標的同時保證其技術和相關模塊的可實現性和經濟性。但業界目前對10Gbit/sEPON的標準化工作仍然存在爭議，原因是1Gbit/sEPON目前在全球都沒有太大規模的應用，而對于更大帶寬10Gbit/sEPON的需求更是遙遙無期，對其進行標準化工作似乎沒有太大的必要性。ITU-T內部也有人提出對GPON進行10Gbit/s速率的標準化工作，但遭到了很多代表的反對，原因就是因為業界現實的需求不太迫切。4.2.2WDM-PON技術目前已經逐步商用化的光接入技術主要是以APON、EPON和GPON為代表的無源光網絡〔PON〕技術，這幾類傳統PON技術的共同特點是：OLT和ONU之間通過光分路器分配光信號，上下行分別采用TDMA/TDM技術并且分別使用不同的固定波長進行數據傳輸。因為系統中引入光分路器帶來了較大光衰耗，所以傳統xPON技術在傳輸距離和分路比等方面都受到了限制。同時由于共享上行帶寬，因此各ONU獲得的上行帶寬有限，對于今后HDTV等高帶寬業務需求較難滿足。針對這種情況，在接入網中引入波分復用技術〔WDM〕成為一種很好的解決方法，WDM-PON技術被視為其中較有代表性的一種技術。早期的WDM技術由于價格昂貴主要應用于骨干網和城域骨干網，隨著WDM光器件價格的下降，小波數的WDM技術開始在接入網中應用。WDM-PON技術采用ONU獨享上/下行波長的方式來傳輸數據信息，結合了WDM波長獨享和PON樹形結構的特點，在傳輸帶寬、用戶管理與信息平安、系統可靠性和可擴容性等方面都具有很大的優勢。但目前相對其他寬帶接入方式，WDM-PON初期投資大，近幾年無法大規模推廣。從長遠來看，一方面WDM、DWDM技術在骨干網及城域網中得到了廣泛的應用，必將促進WDM器件成熟，促使其價格下降；另一方面，用戶對高帶寬業務的需求必將不斷增長，WDM技術將成為寬帶接入的解決方案。WDM-PON系統關鍵器件的研究最近也取得了長足進步。大功率LED、AWG復用/解復用器開展迅速，價格也在迅速下降，這就意味著WDM-PON的應用要比原先預計的要早一些。WDM-PON目前有兩種技術方向：固定分配波長方式和動態分配波長方式。動態分配波長方式技術難度更大，涉及的關鍵技術包括多波長光源、波分復用器、WDM接收機、波長監控和ONU光源等。動態分配波長方式的WDM-PON是行業研究的熱點。國內外對WDM-PON技術研究方向如下：●可靠穩定的無源波分復用器件。PLC〔planarlightcircuit〕技術在最近幾年里開展十分迅猛。AWG〔arrayedwaveguidegrating〕是PLC技術的代表產品。在無源光網絡中，通過使用溫度自補償的AWG可以實現可靠的波分復用器件。目前已經有數家公司能夠提供成熟的產品。●廉價的具有自適應能力的光發射器件。國際、國內的許多公司及科研單位正在研發適于WDM-PON光器件。比擬成熟的技術包括注入鎖定激光器和反射型半導體放大器等。●簡單的、低本錢的ONT端光源技術。目前可行的ONT光源技術或其替代方案為光環回技術和頻譜分割光源。可以在OLT中使用EDFA解決光環回技術的功率預算問題，另外鉗制的F-P激光器或集成放大器LED等寬帶光源技術逐漸成熟將有望提供ONT寬帶光源。WDM-PON系統面臨的最大困難在于器件本錢過高，目前大多數研究都是處