光纖寬帶接入

以互聯網為代表的新技術革命正在深刻地改變傳統的電信概念和體系結構，隨着各國接入網市場的逐漸開放，電信管制政策的放鬆，競爭的日益加劇和擴大，新業務需求的迅速出現，有線技術（包括光纖技術）和無線技術的發展，接入網開始成為人們關注的焦點。 從整個電信網的角度講，可以將全網劃分為公用網和用户駐地網（CPN）兩大塊，其中CPN屬用户所有，因而，通常意義的電信網指公用電信網部分。公用電信網又可以劃分為長途網、中繼網和接入網3部分。長途網和中繼網合併稱為核心網。相對於核心網，接入網介於本地交換機和用户之間，主要完成使用户接入到核心網的任務，接入網由業務節點接口（SNI）和用户網絡接口（UNI）之間一系列傳送設備組成。在巨大的市場潛力驅動下，產生了各種各樣的接入網技術。

光纖接入網(OAN)，它們在整個接入網中完成從業務節點接口(SNI)到用户網絡接口(UNI)間有關信令協議的轉換。接入設備本身還具有組網能力，可以組成多種形式的網絡拓撲結構。同時接入設備還具有本地維護和遠程集中監控功能，通過透明的光傳輸形成一個維護管理網，並通過相應的網管協議納入網管中心統一管理。

OLT的作用是為接入網提供與本地交換機之間的接口，並通過光傳輸與用户端的光網絡單元通信。它將交換機的交換功能與用户接入完全隔開。光線路終端提供對自身和用户端的維護和監控，它可以直接與本地交換機一起放置在交換局端，也可以設置在遠端。

ONU的作用是為接入網提供用户側的接口。它可以接入多種用户終端，同時具有光電轉換功能以及相應的維護和監控功能。ONU的主要功能是終結來自OLT的光纖，處理光信號併為多個小企業，事業用户和居民住宅用户提供業務接口。ONU的網絡端是光接口，而其用户端是電接口。因此ONU具有光/電和電/光轉換功能。它還具有對話音的數/模和模/數轉換功能。ONU通常放在距離用户較近的地方，其位置具有很大的靈活性。

光纖接入網（OAN）從系統分配上分為有源光網絡(AON，ActiveOpticalNetwork)和無源光網絡(PON，PassiveOpticaOpticalNetwork)兩類

有源光網絡又可分為基於SDH的AON和基於PDH的AON。有源光網絡的局端設備（CE）和遠端設備（RE）通過有源光傳輸設備相連，傳輸技術是骨幹網中已大量採用的SDH和PDH技術，但以SDH技術為主，本文主要討論SDH（同步光網絡）系統。

SDH的概念最初於1985年由美國貝爾通信研究所提出，稱之為同步光網絡（SynchronousOpticalNETwork,SONET）。它是由一整套分等級的標準傳送結構組成的，適用於各種經適配處理的淨負荷（即網絡節點接口比特流中可用於電信業務的部分）在物理媒質如光纖、微波、衞星等上進行傳送。該標準於1986年成為美國數字體系的新標準。國際電信聯盟標準部（ITU—T）的前身國際電報電話資詢委員會（CCITT）於1988年接受SONET概念，並與美國標準協會（ANSI）達成協議，將SONET修改後重新命名為同步數字系列（SynchronousDigitalHierarchy,SDH）,使之成為同時適應於光纖、微波、衞星傳送的通用技術體制。

SDH網是對原有PDH（PlesiochronousDigitalHierarchy準同步數字系列）網的一次革命。PDH是異步復接，在任一網絡節點上接入接出低速支路信號都要在該節點上進行復接、碼變換、碼速調整、定時、擾碼、解擾碼等過程，並且PDH只規定了電接口，對線路系統和光接口沒有統一規定，無法實現全球信息網的建立。隨着SDH技術引入，傳輸系統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、監控等過程的功能。SDH通過多種容器C和虛容器VC以及級聯的復幀結構的定義，使其可支持多種電路層的業務，如各種速率的異步數字系列、DQDB、FDDI、ATM等，以及將來可能出現的各種新業務。段開銷中大量的備用通道增強了SDH網的可擴展性。通過軟件控制使原來PDH中人工更改配線的方法實現了交叉連接和分插複用連接，提供了靈活的上/下電路的能力，並使網絡拓撲動態可變，增強了網絡適應業務發展的靈活性和安全性，可在更大幾何範圍內實現電路的保護、高度和通信能力的優化利用，從而為增強組網能力奠定基礎，只需幾秒就可以重新組網。特別是SDH自愈環，可以在電路出現故障後，幾十毫秒內迅速恢復。SDH的這些優勢使它成為寬帶業務數字網的基礎傳輸網。

在接入網中應用SDH（同步光網絡）的主要優勢在於：SDH可以提供理想的網絡性能和業務可靠性；SDH固有的靈活性使對於發展極其迅速的蜂窩通信系統採用SDH系統尤其適合。當然，考慮到接入網對成本的高度敏感性和運行環境的惡劣性，適用於接入網的SDH設備必須是高度緊湊，低功耗和低成本的新型系統，其市場應用前景看好。

接入網用SDH的最新發展趨勢是支持IP接入，至少需要支持以太網接口的映射，於是除了攜帶話音業務量以外，可以利用部分SDH淨負荷來傳送IP業務，從而使SDH也能支持IP的接入。支持的方式有多種，除了現有的PPP方式外，利用VC12的級聯方式來支持IP傳輸也是一種效率較高的方式。總之，作為一種成熟可靠提供主要業務收入的傳送技術在可以預見的將來仍然會不斷改進支持電路交換網向分組網的平滑過渡。

準同步數字系列（PDH）以其廉價的特性和靈活的組網功能，曾大量應用於接入網中。尤其推出的SPDH設備將SDH概念引入PDH系統，進一步提高了系統的可靠性和靈活性，這種改良的PDH系統在相當長一段時間內，仍會廣泛應用。

無源光網絡（PON），是指在OLT和ONU之間是光分配網絡(ODN)，沒有任何有源電子設備，它包括基於ATM的無源光網絡APON及基於IP的PON。

APON的業務開發是分階段實施的，初期主要是VP專線業務。相對普通專線業務，APON提供的VP專線業務設備成本低，體積小，省電、系統可靠穩定、性能價格比有一定優勢。第二步實現一次羣和二次羣電路仿真業務，提供企業內部網的連接和企業電話及數據業務。第三步實現以太網接口，提供互聯網上網業務和VLAN業務。以後再逐步擴展至其它業務，成為名副其實的全業務接入網系統。

APON採用基於信元的傳輸系統，允許接入網中的多個用户共享整個帶寬。這種統計複用的方式，能更加有效地利用網絡資源。APON能否大量應用的一個重要因素是價格問題。第一代的實際APON產品的業務供給能力有限，成本過高，其市場前景由於ATM在全球範圍內的受挫而不確定，但其技術優勢是明顯的。特別是綜合考慮運行維護成本，在新建地區，高度競爭的地區或需要替代舊銅纜系統的地區，此時敷設PON系統，無論是FTTC，還是FTTB方式都是一種有遠見的選擇。在未來幾年能否將性能價格比改進到市場能夠接受的水平是APON技術生存和發展的關鍵。

IPPON的上層是IP，這種方式可更加充分地利用網絡資源，容易實現系統帶寬的動態分配，簡化中間層的複雜設備。基於PON的OAN不需要在外部站中安裝昂貴的有源電子設備，因此使服務提供商可以高性價比地向企業用户提供所需的帶寬。

無源光網絡（PON）是一種純介質網絡，避免了外部設備的電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設備的故障率，提高了系統可靠性，同時節省了維護成本，是電信維護部門長期期待的技術。無源光接入網的優勢具體體現於以下幾方面：

（1）無源光網體積小，設備簡單，安裝維護費用低，投資相對也較小。

（2）無源光設備組網靈活，拓撲結構可支持樹型、星型、總線型、混合型、冗餘型等網絡拓撲結構。

（3）安裝方便，它有室內型和室外型。其室外型可直接掛在牆上，或放置於“H”杆上，無須租用或建造機房。而有源系統需進行光電、電光轉換，設備製造費用高，要使用專門的場地和機房，遠端供電問題不好解決，日常維護工作量大。

（4）無源光網絡適用於點對多點通信，僅利用無源分光器實現光功率的分配。

（5）無源光網絡是純介質網絡，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使用。

（6）從技術發展角度看，無源光網絡擴容比較簡單，不涉及設備改造，只需設備軟件升級，硬件設備一次購買，長期使用，為光纖入户奠定了基礎，使用户投資得到保證。

光纖接入網的拓撲結構，是指傳輸線路和節點的幾何排列圖形，它表示了網絡中各節點的相互位置與相互連接的佈局情況。網絡的拓撲結構對網絡功能、造價及可靠性等具有重要影響。其三種基本的拓撲結構是:總線形、環形和星形，由此又可派生出總線—星形、雙星形、雙環形、總線—總線形等多種組合應用形式，各有特點、相互補充。

1．總線形結構

總線形結構是以光纖作為公共總線(母線)、各用户終端通過某種耦合器與總線直接連接所構成的網絡結構。這種結構屬串聯型結構，特點是:共享主幹光纖，節省線路投資，增刪節點容易，彼此干擾較小；但缺點是損耗累積，用户接收機的動態範圍要求較高；對主幹光纖的依賴性太強。

2．環形結構

環形結構是指所有節點共用一條光纖鏈路，光纖鏈路首尾相接自成封閉迴路的網絡結構。這種結構的突出優點是可實現網絡自愈，即無需外界干預，網絡即可在較短的時間裏從失效故障中恢復所傳業務。

3．星形結構

星形結構是各用户終端通過一個位於中央節點(設在端局內)具有控制和交換功能的星形耦合器進行信息交換，這種結構屬於並聯形結構。它不存在損耗累積的問題，易於實現升級和擴容，各用户之間相對獨立，業務適應性強。但缺點是所需光纖代價較高，對中央節點的可靠性要求極高。星形結構又分為單星形結構、有源雙星形結構及無源雙星形結構三種。

（1）單星形結構：該結構是用光纖將位於電信交換局的OLT與用户直接相連，基本上都是點對點的連接，與現有銅纜接入網結構相似。每户都有單獨的一對線，直接連到電信局，因此單星型可與原有的銅現網絡兼容；用户之間互相獨立，保密性好；升級和擴容容易，只要兩端的設備更換就可以開通新業務，適應性強。缺點是成本太高，每户都需要單獨的一對光纖或一根光纖（雙向波分複用），要通向千家萬户，就需要上千芯的光纜，難於處理，而且每户都需要專用的光源檢測器，相當複雜。

（2）有源雙星形結構：它在中心局與用户之間增加了一個有源接點。中心局與有源接點共用光纖，利用時分複用（TDM）或頻分複用（FDM）傳送較大容量的信息，到有源接點再換成較小容量的信息流，傳到千家萬户。其優點是靈活性較強，中心局有源接點間共用光纖，光纜芯數較少，降低了費用。缺點是有源接點部分複雜，成本高，維護不方便；另外，如要引入寬帶新業務，將系統升級，則需將所有光電設備都更換，或採用波分複用疊加的方案，這比較困難。

（3）無源雙星形結構：這種結構保持了有源雙星形結構光纖共享的優點，將有源接點換成了無源分路器，維護方便，可靠性高，成本較低。由於採取了一系列措施，保密性也很好，是一種較好的接入網結構。

根據光網絡單元（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）；FTTH（光纖到用户）；FTTO（光纖到辦公室）；FTTF（光纖到樓層）；FTTP（光纖到電杆）；FTTN（光纖到鄰里）；FTTD（光纖到門）；FTTR（光纖到遠端單元）。

其中最主要的是FTTB（光纖到大樓）、FTTC（光纖到路邊）、FTTH（光纖到用户）三種形式。FTTC主要是為住宅用户提供服務的，光網絡單元（ONU）設置在路邊，即用户住宅附近，從ONU出來的電信號再傳送到各個用户，一般用同軸電纜傳送視頻業務，用雙絞線傳送電話業務。FTTB的ONU設置在大樓內的配線箱處，主要用於綜合大樓、遠程醫療、遠程教育、及大型娛樂場所，為大中型企事業單位及商業用户服務，提供高速數據、電子商務、可視圖文等寬帶業務。FTTH是將ONU放置在用户住宅內，為家庭用户提供各種綜合寬帶業務，FTTH是光纖接入網的最終目標，但是每一用户都需一對光纖和專用的ONU，因而成本昂貴，實現起來非常困難。

與其他接入技術相比，光纖接入網具有如下優點：

（1）光纖接入網能滿足用户對各種業務的需求。人們對通信業務的需求越來越高，除了打電話、看電視以外，還希望有高速計算機通信、家庭購物、家庭銀行、遠程教學、視頻點播（VOD）以及高清晰度電視（HDTV）等。這些業務用銅線或雙絞線是比較難實現的。

（2）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）光纖接入網的性能不斷提高，價格不斷下降，而銅纜的價格在不斷上漲。

（4）光纖接入網提供數據業務，有完善的監控和管理系統，能適應將來寬帶綜合業務數字網的需要，打破“瓶頸”，使信息高速公路暢通無阻。

當然，與其它接入網技術相比，光纖接入網也存在一定的劣勢。最大的問題是成本還比較高。尤其是光節點離用户越近，每個用户分攤的接入設備成本就越高。另外，與無線接入網相比，光纖接入網還需要管道資源。這也是很多新興運營商看好光纖接入技術，但又不得不選擇無線接入技術的原因。

影響光纖接入網發展的主要原因不是技術，而是成本，光纖接入網的成本仍然太高。但是採用光纖接入網是光纖通信發展的必然趨勢，儘管各國發展光纖接入網的步驟各不相同，但光纖到户是公認的接入網的發展目標。