光接入網的基本概述與應用

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    一、光接入網的基本概念

    所謂光接入網（OAN）就是采用光纖傳輸技術的接入網，泛指本地交換機或遠端模塊與用戶之間采用光纖通信或部分采用光纖通信的系統。

    通常，OAN指采用基帶數字傳輸技術，并以傳輸雙向交互式業務為目的的接入傳輸系統，將來應能以數字或模擬技術升級傳輸帶寬廣播式和交互式業務。

    在北美，美國貝爾通信研究所規范了一種稱為光纖環路系統（FITL）的概念，其實質和目的與ITU－T所規定的OAN基本一致，兩者都是指電話公司采用的主要適用于雙向交互式通信業務的光接入網結構。

    目前的接入網仍然主要是銅纜網，約占94%，攜帶的業務主要是電話業務。銅纜網的故障率很高，維護運行成本也很高，僅美國貝爾電話運營公司每年用于其用戶銅纜網維護運行和滿足新用戶增長要求的花費，就達30億美元。在光通信時代，花費巨額費用去維護運行一個將要淘汰的銅纜網，實 在是迫不得已之舉。

    OAN和FITL概念的提出，正是為了達到將上述大規模接入網投資，和花費逐漸轉向光纖的目的�？偟目�，在電信網中引入OAN或FITL的最基本的目標有兩條：首先是為了減少銅纜網的維護運行費用和故障率。其次是為了支持開發新業務，特別是多媒體和帶寬新業務，從而加強競爭力，增加新業務收入，補償建設光接入網所需的新投資。除了上 述兩個基本目標外，采用光接入網，可以滿足用戶希望較快提供業務，改 進業務質量和可用性的要求，也可以節約城市擁擠不堪的地下管道空間， 延長傳輸覆蓋距離，適應擴大的本地交換區等其他目的，其結果當然也把 接入網的數字化，進一步推向了用戶

    簡言之，采用光接入網已經成為解決電信發展瓶頸的主要途徑，其應用場合不僅最適合那些新建的用戶區，而且也是需要更新的現有銅纜網的主要代替手段。

    二、系統接入方式

    從光接入網系統接入方式看，可以劃分為三類接入方式：

    1、綜合的FITL系統

    這類系統的主要特點是通過一個開放的高速數字接口與數字交換機相連。由于接口是開放的，因而FITL系統不必依賴于交換機制造廠商，可以工作在多廠家環境，有利于將競爭機制引入接入網，從而降低了接入網成本。這種方式代表了FITL的主要發展方向。目前這類標準開放接口有兩大類，一類是美國貝爾通信研究所為綜合的數字環路載波（IDLC）系統提出的TR－303開放接口；另一類是ITU－T提出的V.5.1和V.5.2開放接口，后者比前者僅多了集中和保護功能。這類接口將成為OAN的標準開放式數字接口。遺撼的是兩者卻互不兼容。

    2、通用的FITL系統

    這類系統在FITL和交換機之間需要應用一個局內終端設備，在北美稱之為局端（COT）。其功能是進行數模轉換，并將來自FITL系統的信號分解為單個的話帶信號，以單頻接口方式經單頻主配線架與交換機相連。由于接口是音頻話帶接口，因而這種方式適合于任何交換機環境，包括模擬交換機和尚不具備標準開放接口的數字交換機。然而，由于需要增加局內終端設備、音頻主配線架和用戶交換終端，因而這種方式的成本和維護費用，要比綜合的FITL系統高。其好處是通用性。

    3、專用交換的FITL系統

    這類系統與交換機之間不存在開放的標準接口，而是工廠自行開發的專用內部接口，因而交換機和FITL系統必須由同一制造廠家生產。這種方式往往是迫不得已的方法，不是發展方向，將逐漸淘汰。

    三、參考配置和應用類型

    1、功能參考配置

    ITU－T建議G．982提出了一個與業務和應用無關的光接入網功能參考配置。盡管參考配置是以無源光網絡（PON）為例的，但原則上也適用其他配置結構，例如將無源光分路器用復用器代替就成了有源雙星型結構。

    2、應用類型

    按照ONU在光接入網中所處的具體位置不同，可以將OAN劃分為三種基本不同的應用類型。

    （1）光纖到路邊（FTTC）

    在FTTC結構中引入線部分是用戶專用的，現有銅纜設施仍能利用，因而可以推遲耗資巨大的引入線部分（有時甚至配線部分，取決于ONU位置）的光纖投資，具有較好的經濟性。先敷設了一條很靠近用戶的潛在寬帶傳輸鏈路，一旦有寬帶業務需要，可以很快地將光纖引至用戶處，實現光纖到家的戰略目標。同樣，如果經濟性需要，也可以用同軸電纜將帶寬業務提供給用戶。由于其光纖化程度已十分靠近用戶，因而可以較充分地享受光纖化所帶來的一系列優點，諸如節省管道空間，易于維護，傳輸距離長，帶寬大等。由于FTTC結構是一種光纜／銅纜混合系統，最后一段仍然為銅纜，還有室外有源設備需要維護，從維護運行的觀點仍不理想。但是如果綜合考慮初始投資和年維護運行費用的話，FTTC結構在提供2Mbit/s以下窄帶業務時，仍然是OAN中最現實經濟的。然而對于將來需要同時提供窄帶和寬帶業務時，這種結構就不夠理想了，屆時初期對窄帶業務合適的光功率顧算值，對以后的帶寬業務就不夠了，可能不得不減少節點數和用戶數，或者采用1．5UM波長區來傳帶寬業務。還有一種方案是干脆將帶寬業務放在獨立的光纖中傳輸，例如采用HFC結構。此時在HFC上傳模擬或數字圖像業務，而FTTC主要用來傳窄帶交互型業務，具有一定靈活性和獨立性，但需要有兩套基本獨立的基礎設施。

    （2）光纖到樓（FTTB）

    FTTB也可以看作是FTTC的一種變形，不同處在于將ONU直接放到樓內（通常為居民住宅公寓或小企事業單位辦公樓），再經多對雙絞線，將業務分送給各個用戶。FTTB是一種點到多點結構，通常不用于點到點結構。FTTB的光纖化程度比FTTC更進一步，光纖已敷到樓，因而更適于高密度用戶區，也更接近于長遠發展目標。預計會獲得越來越廣泛的應用，特別是那些新建工業區或居民樓以及與帶寬傳輸系統共處一地的場合。

    （3）光纖到家（FTTH）和光纖到辦公室（FTTO）

    在原來的FTTC結構中，如果將設置在路邊的ONU換成無源光分路器，然后將ONU移到用戶家，即為FTTH結構。如果將ONU放在大企事業用戶（公司、大學、研究所、政府機關等等）終端設備處，并能提供一定范圍的靈活的業務，則構成所謂的光纖到辦公室（FTTO）結構。由于大企事業單位所需業務量大，因而FTTO結構在經濟上比較容易成功，發展很快�？紤]到FTTO也是一種純光纖連接網絡，因而可以歸入與FTTH一類的結構。然而，由于兩者的應用場合不同，結構特點也不同。FTTO主要用于大企事業用戶，業務量需求大，因而在結構上適于點到點或環形結構。而FTTH用于居民住宅用戶，業務量需求很小，因而經濟的結構必須是點到多點方式。

    其主要特點：

    由于整個接入網是全透明光網絡，因而對傳輸制式（例如PDH或SDH，數字或模擬等）、帶寬、波長和傳輸技術沒有任何限制，適于引入新業務，是一種最理想的業務透明網絡，是接入網發展的長遠目標。由于本地交換機與用戶之間無任何有源電子設備，ONU安裝在住戶處，因而環境條件大為改善，可以采用低成本元器件。同時，ONU可以本地供電，不僅供電成本降低，而且故障率也大大減少。最后，維護安裝測試工作也得以簡化，維護成本可以降低，是網絡運營者長期以來一直追求的理想網絡目標。由于只有當光纖直接通達住戶，每個用戶才真正有了名符其實的帶寬鏈路，B－ISDN的實現才有了最終的保證，采用各種WDM或FDM技術，真正發掘光纖巨大潛在帶寬的工作才有可能。

    四、業務支持能力

    OAN是一種為變向交互式業務而設計的系統，初期主要支持2Mbit/s以下速率的業務，基本業務有下面7類：

    普通電話業務（POTS）；

    租用線；

    分組數據；

    ISDN基本速率接入（BRA）；

    ISDN一次群速率接入（PRA）；

    N＊64Kbit/s；

    2Mbit/s（成幀和不成幀）。

    除了上述7種基本窄帶業務外，還有其他一些可能支持的業務，特別是在將來應能支持帶寬業務，諸如單向廣播式業務（如CATM業務）、雙向交互式業務（如VOD或數據通信業務）等，而且還可能支持模擬廣播式業務。如有些國家就計劃在近期利用1.4UM波長來開放幾十路模擬方式的副載波復用（SCM）電視節目。

    五、配置結構的選擇

    光接入網的配置結構選擇取決于眾多的因素，十分復雜，需要詳細的分析比較和綜合計算。下面僅列出幾個基本考慮因素和原則。

    1、用戶類型

    用戶類型是配置結構選擇所要首先考慮的因素，定位不準自然不會有合理的選擇。通常，不同的用戶類型往往需要配置不同的結構。例如企事業用戶所需的用戶線數目總是大于居民住宅用戶，因而FTTO和FTTC都可用于這類用戶。前者適于業務量要求較大的大企事業用戶，而后者主要適用于小企事業用戶和居民住宅用戶。居民住宅用戶通常只需要1－2根用戶電話線而已，因而必須采用具有較大共享能力的結構。例如FTTC，FTTB和FTTR；FTTC更適于分散用戶，而FTTB更適于集中的公寓住宅用戶。長遠看，則FTTH是方向。

    2、成本

    成本是接入網支柱能否成功的關鍵，成本高低在很大程度上取決于ONU成本究竟能在多大程度上為用戶共享分擔。顯然，FTTH共享程度最低，用戶側需要安裝專用于一個用戶的ONU，其初裝費用和維護成本都最高。美國Ra.net公司的成本模型計算結果表明，當ONU能為24至32個用戶共享成本最佳。與FTTC和FTTB相比，FTTH的成本要高很多，目前計劃安裝FTTH的原因，只能是其他非成本考慮因素。在相當一段時間內，FTTC和FTTB將成為最經濟可行的居民用戶線解決方案。對于大企事業用戶，由于所需用戶線數量大，平均每線的成本下降，因而FTTO結構是最經濟可行的方案。像城市的新建辦公大樓、飯店和大公司，現在就可直接采用FTTO結構，而沒必要再敷設大量銅纜用戶線了。在考慮成本時，不僅要考慮初始成本，還要考慮整個壽命期的成本，包括將來線路增長或整修的花費及運營成本（供給、維護和供電等）。這樣一來，FTTH的好處就顯示出來了。按照美國貝爾通信研究所的研究結果，盡管FTTH的初始成本比FTTC要高很多，但供電成本可以節約75%至90%，供給成本可以節約20%以上，業務保證成本可以節約25%至40%，因而總的壽命期成本，已可以與其他方式相比。

    3、與本地交換的綜合

    隨著交換技術和光纖傳輸技術的進展，特別是光纖傳輸成本的大幅度下降，多數電話公司正在重新組織配置接入網，主要趨勢是減少本地交換機的數量，增加交換機容量，擴大接入網的覆蓋范圍，而安裝光接入網，往往構成上述網絡重新配置計劃的一部分。如果能將遠端交換和集中功能結合在ONU內，將使上述網絡重新配置計劃比較容易實現。然而此時ONU必須能為較大數量的用戶服務，才具有經濟性，初步研究分析結果表明，一個ONU應能服務256個用戶，才比較經濟可行。此時，SDH環形結構可以將結合的FTTC／FTTB／FTTR接入網聯成一體。

    4、服務靈活性

    服務靈活性往往是企事業用戶特別重視的特性。FTTO結構可以快速地靈活地按請求提供或切斷數據業務，十分適合企事業用戶的活動特性。通常，隨著共享ONU的用戶數的減少，能為每個用戶提供特殊服務的能力會相應增加。對于大企事業用戶，又由于業務量需求大，因而FTTO提供了最靈活的服務。

    5、業務類型

    從長遠的觀點看，光接入網必須能提供帶寬圖像業務，包括交互型和分配型的圖像業務。顯然，適于提供交互型低速業務（電話和數據）的配置結構，未必能適于提供帶寬圖像業務，尤其是分配型圖像業務。這方面，純光的FTTH和FTTO結構具有最好的業務透明性。此外，ONU設置的位置越靠近用戶的地方，將來的升級更新越容易。當然還有別的考慮因素，這兒就不能一一細述了。

    六、光接入網的主要發展趨勢

    以上介紹的，主要是目前已經完成標準化且有商用產品的光接入網技術，下一步的主要發展趨勢有：

    帶寬化

    向帶寬的發展是下一步光接入網的重要發展方向，可行方式很多。除了前述利用1550NM窗口開通模擬廣播電視的方式外，尚有各種數字方式，所謂的交換式數字圖像（SOV），就是一種最流行的方式，與數字HFC結合的方式也是可行的。

    ATM化

    ATM在核心網應用中的種種優點，在原理上也能適用于處于網絡邊緣地帶的接入網環境，這對于支持未來的靈活多變的多媒體通信很有價值。將ATM帶到用戶住宅，是用戶接入網的邏輯發展方向�；旌辖M網接入網的復雜多變環境導致了技術的多元化，因而以PON為基礎的光接入網怎樣與其他接入技術混合組網，取長補短是十會重要的。主要的混合接入方式，有光接入網與甚高比特率數字用戶線（VDSL）的結合；光接入網與HFC的結合；光接入網與無線接入的結合以及光接入網與SDH的結合，這方面尚有很多實際問題需要研究。光接入網的種種優勢表明這是一種代表接入網發展方向的新技術，它的發展正逐步由小規模試驗和商用走向大規模應用階段，預計將成為接入網發展的主流趨勢。我國也應不失時機地開展體制標準研究和現場試驗工作，以便以適當的時機和適當的步驟，將光接入網納入到我國接入網的總體發展規劃中來，為下一世紀的信息高速公路的建設，奠定堅實的信息接入通道。

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