光纖接入及FTTH的技術應用解析

隨著用戶和業(yè)務對帶寬需求的不斷增加，帶寬高、擴展性好、運維成本低的寬帶光纖接入技術正成為電信領域的熱點，受到國內外運營商的廣泛關注，尤其是在日本，EPON|0">EPON(以太網無源光網絡)技術得到了快速發(fā)展，有上百萬線的商用。中國國內對寬帶光纖接入技術也十分關注，進行了較多的研究和試驗工作。本文將從國內“十一五”期間寬帶業(yè)務與帶寬需求出發(fā)，對光纖接入及FTTH|0">FTTH技術與應用進行較為深入的分析。

1、國內寬帶業(yè)務與帶寬需求

根據對用戶業(yè)務需求的廣泛調研和對行業(yè)相關寬帶業(yè)務規(guī)劃的深入分析，在“十一五”期間，我國的寬帶業(yè)務需求呈現以下特征：

●近期(2007～2008年)，家庭上網業(yè)務不再滿足于以文字為主要表示形式，更注重內容的交互和多媒體方式的呈現。音視頻成為網上聊天的主要方式，因此對視頻質量的要求越來越高，要求達到標清程度。企業(yè)逐漸更多地使用視頻會議，以減少成本。IPTV業(yè)務用戶逐漸增多，對體驗要求越來越高，圖像逐步達到高清程度。部分特殊行業(yè)如賓館，開始使用IPTV的增值業(yè)務。VoIP逐漸普及。

●遠期(2009～2010年)，信息家電和家庭遠程監(jiān)控開始普及。網上聊天更注重交互性和便捷性，開始使用主叫號碼進行識別和呼叫。普通用戶家庭有了兩臺電視機同時使用IPTV的需求，人們開始不滿足簡單的節(jié)目收看，有了對節(jié)目定制的互動體驗要求。普通用戶家庭有了兩部VoIP電話的需求。

2、FTTH相關技術及最新進展

寬帶光纖接入技術指的是利用光纖作為傳輸媒質提供寬帶接入的技術，主要包括點到點有源光以太網接入技術和點到多點的寬帶無源光網絡技術。

(1)點對點光以太網接入技術及最新進展

點到點光以太網接入技術的早期主要通過“媒質轉換器(MC)+傳統(tǒng)以太網交換機”方式實現，用于FTTH小區(qū)接入和部分企業(yè)客戶專線接入。為了改善傳統(tǒng)MC方式的點對點光以太網的網絡管理能力弱的問題，國際標準組織IEEE、ITU-T分別推出了點對點光以太網接入技術標準。其中，IEEE推出的802.3ah標準由于較為完善、適用范圍廣、OAM能力和可擴展性較強，正成為點對點光以太網的主流標準。但目前符合802.3ah標準的P2P設備尚不成熟，還處于研發(fā)階段，能提供測試的設備廠商也較少。特別是由于業(yè)界對寬帶PON技術的高度關注，主流設備廠商都不愿意在點到點光以太網接入上進行過多投入，這將在很大程度上限制標準的點對點光以太網接入技術的商用進程。

(2)寬帶PON技術及最新進展

目前受業(yè)界廣泛關注和認可的EPON和GPON(吉比特無源光網絡)技術已取得較大進展。EPON技術已較成熟，從芯片到設備的產業(yè)鏈較為健全，國內外有較多的廠商提供EPON設備，成本不斷下降，在國外有超過百萬線的規(guī)模應用，是目前寬帶光纖接入及FTTH的主要實現方式之一。在我國，EPON技術已在芯片和設備方面經過了互通測試，預計2007年將有一定規(guī)模的商用。

基于G.984標準的GPON技術近一年取得了較大發(fā)展，有較多的廠家提供了GPON試商用和測試設備。從我國國內組織的相關GPON系統(tǒng)測試情況來看，GPON技術和設備在總體上還不夠成熟，在基本功能與性能、業(yè)務承載能力、網絡管理能力、互通性、穩(wěn)定性和可靠性等方面還有待完善，尚不具備規(guī)模商用的能力。存在的主要問題有：

●GPON產業(yè)鏈不健全，目前市場上尚沒有完整的商用芯片解決方案;

●GPON的上行吞吐量與EPON系統(tǒng)比，沒有什么優(yōu)勢，接近或略大于1Gbit/s;

●GPON系統(tǒng)支持TDM(時分復用)業(yè)務的上下行傳輸時延與EPON系統(tǒng)比沒有明顯優(yōu)勢，且不具備通過E1業(yè)務通道傳遞2Mbit/s時鐘信號的能力;

●網管功能和ONU(光網絡單元)遠程管理功能——OMCI(ONU管理和控制接口)有待進一步完善，各廠商開發(fā)的GPON網管系統(tǒng)功能不完善，對于G.984.4中定義的OMCI功能，多數廠商沒有完全實現，ONU遠程管理的能力仍然較弱，有待進一步加強;

●設備尚不具備互通能力。

(3)FTTH試驗情況

為探索寬帶光纖接入網及FTTH應用的可行性和業(yè)務模式，我國的部分電信運營商從2005年開始啟動了有關FTTH的現場試驗，在部分省市利用EPON技術試驗了FTTH、FTTO、FTTB等多種組網方式的經濟性及其承載高速上網、VoIP、IPTV等Triple-Play(三重播放)和TDM業(yè)務的能力。試驗情況表明：

●FTTH目前成本較高，尚不具備大規(guī)模商用的經濟條件;EPON+LAN/DSL方式建設成本較低，接近ADSL和現有的FTTB+LAN建設成本。

●基于EPON的FTTH網絡，可滿足包括高速上網、VoIP、IPTV等Triple-Play業(yè)務的需求。EPON系統(tǒng)承載E1業(yè)務的時延、抖動、誤碼率等指標能夠滿足標準規(guī)定，利用PWE3技術在EPON上傳輸E1業(yè)務是可行的。

(4)點對點光以太網接入與寬帶PON技術比較

與點到多點的寬帶PON系統(tǒng)相比，點到點光以太網系統(tǒng)技術實現簡單，避免了復雜的上行同步技術和終端自動識別技術，用戶可以獨享100/1000Mbit/s的對稱接入帶寬，數據安全性高、傳輸距離長、組網靈活，成本隨用戶數的實際增長而線性增加，在用戶分散地區(qū)成本較低、投資風險小。其不足之處在于為光纖設施專用，對光纖資源消耗量大，建設成本高，OAMP能力弱，可擴展性差，存在供電、維護、QoS等問題。目前由于業(yè)界關注度不夠，其技術成熟度也是一個較大的問題。

與點對點光以太網接入技術相比，采用無源光分支器的EPON和GPON技術，標準化程度高，業(yè)務透明性好，可以節(jié)省OLT(光線路終端)光接口和光纖，系統(tǒng)擴展性好，便于維護管理，是光纖接入的主要實現方式。從技術發(fā)展走勢看，EPON和GPON技術也會領先發(fā)展于點對點光以太網接入技術。寬帶PON技術的不足之處在于，與點對點系統(tǒng)相比，其用戶帶寬共享、用戶數據無法實現物理層的隔離，用戶的獨立性和安全性稍差一些。

3、基于PON技術的FTTx應用場景

從前面的分析可以看出，到2010年，需要滿足用戶上行在6Mbit/s以上、下行在20Mbit/s以上的帶寬需求。目前的ADSL和ADSL2+很難滿足這樣的帶寬需求，基于銅纜的VDSL2技術雖然理論上可以提供幾十兆比特每秒的雙向帶寬，但必須將銅纜距離控制在1km距離范圍內，所以，為了滿足未來用戶和業(yè)務的高帶寬需求，必須加速“光進銅退”進程。另一方面，基于EPON和GPON的FTTH可以為用戶提供高達100 Mbit/s的雙向對稱帶寬，但由于設備和運維成本的限制，目前對于普通大眾用戶規(guī)模推行FTTH是不現實的。FTTx與LAN、DSL、WiMAX結合使用是近期內EPON和GPON技術的主要應用模式。

3.1EPON和GPON技術的應用

目前EPON技術已基本成熟，且系統(tǒng)運行相對穩(wěn)定，能夠滿足IPTV、寬帶上網、VoIP等寬帶業(yè)務的發(fā)展需求。雖然GPON技術在傳輸能力、速率靈活性和分路比等方面有優(yōu)勢，OAM功能和保護機制也相對完善，支持TDM業(yè)務承載，但其技術實現復雜，研發(fā)進度明顯落后于EPON系統(tǒng)，目前芯片和設備廠商均較少，所以，目前寬帶光接入及FTTH的實現應主要選擇EPON技術。

雖然EPON技術較GPON技術成熟，但具有傳輸速率高、業(yè)務承載效率高、OAM功能和擴展能力強等特點的GPON技術似乎更值得期待。國外有較多運營商選擇GPON技術作為未來實現FTTH的主要方式;而我國國內對未來FTTH大規(guī)模的應用，是選擇EPON技術還是GPON技術目前還沒有定論，不過，可以肯定地講，EPON和GPON技術的最終抉擇，將取決于設備成本、業(yè)務支持能力和互通性等多方面因素。

3.2FTTx與LAN、DSL的結合應用

由于目前FTTH的綜合建網成本很高，遠高于DSL和FTTN+LAN等方式，所以短期內與DSL、LAN結合使用，將是EPON、GPON技術的主要發(fā)展方式。目前，FTTx與LAN結合使用正成為新建商業(yè)樓宇的主流接入方式，FTTx與ADSL2+結合使用在解決農村信息化和新建接入點方面有一定的應用。

(1)FTTx與LAN、DSL結合應用的場景

FTTx與LAN的結合使用，減少了網絡級聯層次，為商業(yè)用戶分布密集的寫字樓、工業(yè)園區(qū)、網吧用戶和5類線入戶的小區(qū)用戶提供了FTTB和FTTO接入，主要用于：
●用戶分布較密集(10個及10個以上)的商業(yè)樓宇接入;

●滿足用戶數十兆比特每秒至100Mbit/s的帶寬需求;

●利用EPON的高帶寬和綜合業(yè)務能力，提供語音、上網、視頻會議等Triple-Play業(yè)務;

●滿足網吧用戶的高帶寬和Triple-Play業(yè)務需求。

●FTTx與DSL的結合使用，推進了“光進銅退”，縮短了銅纜距離，可滿足用戶和業(yè)務的高帶寬需求，主要用于：

●DSL帶寬提速的網絡改造;

●為光纖資源短缺的農村地區(qū)提供寬帶接入和Triple-Play業(yè)務;

●為新建小區(qū)提供寬帶接入和Triple-Play業(yè)務。

(2)FTTx與LAN、DSL的結合方式

FTTx與LAN、DSL的結合主要有兩種方式：一種是LAN或DSL作為獨立的LAN接入交換機或DSLAM(數字用戶線接入復接器)設備級聯至EPON、GPON設備;另一種是EPON、GPON設備的ONU內置LAN交換機或小型DSLAM設備，提供EPON+LAN或DSL接入。

方式1由于LAN接入交換機或DSLAM設備與EPON和GPON的ONU是獨立的，其設備性能相互不受影響，適用于用戶規(guī)模較大或已有接入網帶寬提速網絡改造的場合。方式2由于ONU內置，既可以節(jié)約機房投資，又可通過對ONU的管理實現對LAN交換機或DSLAM設備的管理，在用戶規(guī)模不大的新建小區(qū)或節(jié)點是主要的發(fā)展模式，如對于5類線入戶的新建小區(qū)，可考慮采用ONU內置LAN交換機的EPON+LAN模式提供FTTB接入;在中高檔小區(qū)，通過ONU內置LAN交換機或小型DSLAM設備，提供EPON+LAN或DSL接入。

3.3FTTx與WiMAX的結合使用

WiMAX由于傳輸距離遠、傳輸速度高，且沒有布線要求，近年來受到業(yè)界廣泛關注，目前已有十幾款固定WiMAX產品通過WiMAX論壇的認證。所以，隨著固定WiMAX的發(fā)展成熟，當成本下降到一定程度后，采用EPON技術的FTTN與WiMAX結合使用將是寬帶光纖接入的另一種應用模式，主要用于光纖資源短缺、應急或農村地區(qū)，提供VoIP、IPTV、寬帶上網等融合業(yè)務。

對于FTTx與WiMAX的結合使用，可以考慮采用ONU內置WiMAX中心站實現，以利于節(jié)省機房投資及實現對WiMAX設備的管理。多數設備商均有這方面的開發(fā)計劃，不過由于WiMAX本身的不成熟，目前尚無成熟的商業(yè)產品問世。

4、綜合的FTTx應用策略

FTTH具有傳輸容量大、傳輸距離遠、傳輸質量高、可靠性好、維護成本低、抗電磁干擾和保密性強等優(yōu)點，是寬帶接入的最終發(fā)展方向，也是國內外電信運營商網絡和業(yè)務轉型期所關注的重點領域。但綜合考慮建設成本、業(yè)務需求、技術成熟度等多方面因素，FTTH尚未達到大規(guī)模商用的階段，FTTH的最終實現還需經歷相當長的時期。

4.1點對點光以太網接入與寬帶PON技術應用

基于標準的點對點光以太網技術具有帶寬高、安全性好、技術簡單，不需要復雜的上行同步和終端自動識別技術，成本低廉等優(yōu)點，適用于對私密性和帶寬有較高要求的商業(yè)客戶或分布稀疏的高端住宅用戶。但目前符合IEEE802.3ah標準的設備尚不成熟，市場上相關產品比較少，尚不具備規(guī)模應用的條件。對于現有業(yè)務需求仍需要采用傳統(tǒng)的“MC+以太網交換機”的實現方式。

寬帶PON技術與點對點有源方式相比，具有標準化程度高，業(yè)務透明性好，節(jié)省主干光纖和OLT光接口等特點，是寬帶光纖接入的主要實現方式，適用于用戶區(qū)域較分散但區(qū)域用戶分布相對集中的密集用戶地區(qū)，尤其是新建區(qū)域，如寫字樓、網吧集中區(qū)和工業(yè)園區(qū)等。

4.2FTTH與其他寬帶接入技術的發(fā)展

FTTH的大規(guī)模應用將面臨網絡建設成本、業(yè)務需求驅動、技術成熟度等多方面因素考驗，總體上講，FTTH的大規(guī)模商用還需要經歷相當長一段時間。具體體現在：

●網絡建設成本是FTTH規(guī)模應用的最大阻礙。目前FTTH的綜合建網成本遠高于DSL、LAN接入等。

●缺乏殺手級應用來驅動FTTH的發(fā)展，近期沒有明顯的高帶寬的業(yè)務需求。

●FTTH相關技術的成熟度，尤其是EPON、GPON技術的選擇是阻礙FTTH規(guī)模建設的又一因素。FTTH相關技術總體上講，在設備穩(wěn)定性、互聯互通、維護管理等方面，遠不如目前主流的ADSL和ADSL2+技術成熟，DSL技術的主流地位將在未來一段時期內保持不變。

從前面分析可以看出，短期內FTTH難以大規(guī)模應用。在目前以DSL銅纜接入技術為主的大環(huán)境下，FTTH將在較長時期內與DSL技術互為補充，滿足用戶和業(yè)務不斷增長的帶寬需求。特別是支持雙向對稱100Mbit/s速率的VDSL2技術將成為短距離、高速率應用的重要技術，將與EPON、GPON互為補充，在未來相當長一段時間可滿足用戶和業(yè)務的高帶寬需求，具體表現如下：

●短期內，與EPON、GPON實現FTTH接入相比，VDSL2的成本優(yōu)勢明顯，將是商業(yè)和高端用戶接入的首選;

●EPON/GPON+VDSL2將是VDSL2、EPON和GPON技術的主要應用模式;

●VDSL2的發(fā)展將帶動光纖盡量接近用戶，提供面向FTTH的平滑升級。

4.3FTTH切入點的選擇與應用

在目前建設成本、業(yè)務驅動和技術成熟度等因素制約下，短期內，對于普通家庭用戶尚不宜采用FTTH方式。目前可考慮在用戶分布密集的商業(yè)樓宇、大客戶和新建高檔住宅小區(qū)提供FTTH接入，滿足用戶的高帶寬和Triple-Play融合業(yè)務需求。

FTTH的切入應以業(yè)務支撐和網絡運維為重點，首先只有解決了FTTH的網絡運維問題，如設備的集中管理和維護以及ONU的遠程管理，FTTH才具備大規(guī)模商用的能力。其次，FTTH具備大規(guī)模應用能力后，還需要高帶寬的業(yè)務來驅動其使用。當前可借助網絡和業(yè)務綜合的發(fā)展需要，通過開發(fā)高速視頻、網絡下載等對帶寬和QoS要求高的業(yè)務，充分發(fā)揮FTTH高帶寬、高服務質量的優(yōu)勢，拓展FTTH的應用范圍。