光纤接入网的发展及应用

青海建筑职业技术学院 蒋雯雯

1 研究背景和意义

进入21世纪后，通信技术成为发展最为迅猛的技术之一，迅速发展的网络时代，将会呈现更多新机遇和新挑战并存的现象。即将到来的网络化世界，将有大量的业务拓展，而电信行业基础设施所能提供的计算能力能否满足极大的接入需求，这是电信行业所要解决的首要问题[1]。

移动宽带未来几年会成为推动电信行业增长的新力量，它呈现出的爆发式增长趋势，将会使高速移动宽带技术更加成熟，从而推动整个移动宽带产业链进一步发展。为了保证宽带业务顺利开展，用户的宽带连接能实现端到端，在网络技术宽带化和数字化的前提下，接入网成为一大热点，也成为运营商的高利润增长点。电信行业的整合和用户业务需求不断增长带来的竞争新局面，使得接入网网络在技术和业务模式上面临着一系列革命和挑战。

1.1 建设光纤接入网的必要性

经过多年的快速发展，光缆化和数字化已经成为通信骨干网和中继线路网的明显特点，但用户接入网仍然是窄带模拟式，这就成为接入网发展的“瓶颈”。目前接入网技术发展的焦点，就是如何打破网络接入的瓶颈，为全球现有的数10 亿条接入线提供超宽频带。虽然以前广泛使用的铜缆能够实现双向交互，但它所能提供的带宽仍然是有限的，不足以支持高速数据网络和因特网。

要解决这个问题，就得采用宽带数字传输技术，发展光纤接入是实现宽带接入技术最根本、最有效的办法，光纤接入网市场将会成为未来几年信息产业中最炙手可热的市场之一，人们的生活也将因之而改变。只有建设出能够满足各类用户多种业务需求的光纤接入网，才能在市场竞争中立于不败之地，才能在新世纪的信息高速公路的竞赛中处于优胜者地位。

1.2 光纤接入网在我国的发展形势

光纤接入网被认为是未来接入网的发展方向，特别是光纤到户FTTH 光纤接入技术。FTTH 以其宽频带、大容量、较高的可靠性等优点，越来越受到人们的青睐。宽带接入技术中的无源光网络PON 技术带宽高、覆盖广、接口丰富、能实现单纤接入及综合业务接入。PON 系统的引入，对于商业用户而言，网络接入速度大大提升，综合业务能力快速发展，业务质量得到了极大的保证；对于普通家庭用户而言，一根光纤改变了人与人之间的通信方式，人们在聊天时不仅能听到对方的声音，更能通过视频系统看到对方，同时还能实现无线上网、视频点播、网络电视等业务，而且上网速度和网络稳定性得到很大提升；对于运营商而言，由于光纤自身的高度稳定性，使得运行维护成本大大降低。因此不管是业务发展还是技术走向，始终离不开光纤的发展和进步，在“智慧城市”的建设过程中，光纤宽带建设也将成为重要的基石。

目前，光纤接入网在我国还是从高端发展到低端，从城市发展到农村。在城市中，从商业用户向住宅小区过渡。除了北京、上海、广州等个别发达城市，其他城市地区主要为光纤到楼，尽量将光缆通至大楼的每个楼层。以此为基础，逐步将光纤向普通住宅用户渗透。光纤接入网在规划设计、建设和实施过程中，均应大于用户的实际需求。

2 光纤接入网

2.1 光纤接入网的概念及结构

接入网AN 指骨干网与用户终端之间的所有设备。在整个通信网中，它处于一个很重要的地位，相对于核心网，AN 介于本地交换机和用户之间，采用数字传输技术，经过有限的标准接口，为用户提供各种电信服务。

光纤接入网OAN，是指在接入网中，将光纤作为本地交换机与用户之间的主要传输介质，采用光纤传输技术实现信息传送。它泛指本地交换机与用户之间采用光纤通信的系统[2]。

光纤接入网包括局端设备光线路终端OLT 和远端设备光网络单元ONU。OLT 主要是为光纤接入网提供与本地交换机之间的接口，光纤接入网通过OLT 与业务节点相连，同时OLT 完成与用户端的ONU 之间的通信，它将本地交换机与用户接入完全隔开。OLT 可以放置在交换局端或者远端，它可以对自身和用户端进行维护和监控。ONU 的主要功能是处理光信号并终结来自OLT的光纤，为用户提供业务接口，光纤接入网通过ONU与用户相连。ONU 可以接入多种用户终端，并可实现用户端的电接口与网络端的光接口之间的光电转换，同时也具有相应的维护和监控功能。用户终端通过UNI 接口连接到光纤接入网，光纤接入网通过业务节点接口与业务节点SN 相连接，通过Q3 接口与电信管理网相连接，光纤接入网允许与多个业务节点相连。

2.2 光纤接入网的接入方式

根据接入光纤的末端到用户的距离和ONU 在OAN中的位置，光纤接入网可分为光纤到交接箱即FTTCab、光纤到路边即FTTC、光纤到大楼即FTTB、光纤到户即FTTH 和光纤到办公室即FTTO 等，可统称为FTTx[3]。以上几种接入方式中，由于FTTH 和FTTO 用户业务量大，而且由于EPON 技术的发展，接入成本不断降低，所以FTTH 和FTTO 的发展很快。

2.3 光纤接入网的业务支持能力

OAN 是一种支持双向交互式业务的系统，主要支持速率在2Mbit/s 以下的窄带业务，主要有以下7 种基本业务：（1）普通电话业务；（2）租用线业务；（3）分组数据业务；（4）ISDN 综合业务数字网基本速率接入业务；（5）ISDN 一次群速率业务；（6）n×64kbit/s；（7）2Mbit/s（成帧或不成帧）。

另外，还可能支持其他的一些业务，如各种多媒体业务（速率在2Mbit/s 以下），将来还可能支持各种宽带业务，诸如CATV、视频点播或数据通信业务等，而且还可能支持模拟广播式业务。

光纤接入网演进的路线是首先发展FTTB 和FTTC系统，然后再发展到FTTH，通过一根光纤为用户提供语音、数据、视频和多媒体等多类业务。目前，我国的FTTH 无疑是将各级城市住宅小区的住户作为主要目标市场，也包括商业大厦的住户。它们的突出特点是：住户密度高，一般住宅小区都有500-3000 的住户，一些大的住宅小区甚至能够达到上万个住户。为了满足电信运营商相互竞争的需要，且能实现多种电信业务综合接入，也便于小区通信接入设备的安装和线路交接，住宅小区包括商业大厦在修建时都会配备通信机房。一般机房到用户的距离普遍小于1km，机房内都已被主要电信运营商和有线电视运营商铺设小芯数（一般为4 到12 芯）光缆，小区内的接入线缆资源归属各运营商所有。

根据光纤用户环路传输设施中是否采用有源器件，现有的FTTH 技术主要包括无源光网络PON 和有源光网络AON，它们各有优势，根据需求应用于不同的环境。

3 光网络技术

3.1 有源光网络（AON）

有源光网络（AON）是指从局端到用户的设备均为有源设备。它主要由OLT、ONU 和光纤传输线路组成，属于一点对多点的光纤通信系统。在OAN 中，ONU 设备串联在光纤网络中，上级ONU 将信号进行光-电-光变换后，再传送至下级的每个ONU。它将本地交换机送来的信号在光纤系统中进行分路后，再通过复用设备经由用户接口传送给用户。AON 适合应用于远端节点要求覆盖的用户数较多、用户线平均长度较长的地方。

AON 可分为PDH 和SDH，现通常都是基于SDH的有源光网络。它的特点是：传输距离远、传输容量大、技术较成熟、设备均为有源设备。

3.2 无源光网络（PON）

无源光网络(PON)是指在OLT 与ONU 之间的光分配网络ODN 包含了光纤以及无源分光器或者耦合器等无源器件，不含有任何有源设备。它是一种实现点对多点拓扑结构的光纤接入系统。其ONU 设备通过光分路器并接在光纤网络上，OLT 直接将信号发送至各个ONU。信号经过光分路器、无源光功率分配器等传送至用户，信号在传输过程中无再生放大，能实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完成。无源光网络最大的亮点就是“无源”。因此，PON 系统可以有效降低光纤接入成本，提高接入性能，非常便于向宽带业务升级，是光纤接入技术中较好的一个方案。

PON 由局侧的OLT、用户侧的ONU/ONT、以及包含了光纤以及无源分光器或者耦合器的光分配网络组成。ONU 和ONT 都属于用户端设备，它们的不同之处在于ONU 与用户之间还有其他网络以及网元管理系统等，而ONT 直接位于用户端。它通常组成点到多点的树形拓扑结构，其下行采用时分复用方式、上行采用时分多址接入方式。

与AON 相比，PON 系统的局端与用户端之间没有有源设备，不需要给设备供电，便使其成本降低、维护简单、抗干扰能力强，因此PON 技术成为目前实现 FTTH采用的最主要的技术。PON 发展到现在已有多种形式，如ATM 无源光网络APON（ATM PON）、宽带无源光网络BPON、以太网无源光网络EPON 和千兆以太无源光网络GPON 等，但是其基本构造差异不大。目前在PON技术中有两个最主要的也是占主流地位的PON 标准，一个是由美国电气和电子工程师协会IEEE 802.3ah 工作组制定的EPON 标准，另一个是由ITU/FSAN 制定的GPON 标准。

3.3 EPON 和GPON 简介

3.3.1 EPON 简介

EPON 即以太网无源光网络，是基于以太网的PON技术。EPON 系统由OLT、ONU 和无源光分路器POS三个部分组成，POS 是连接在OLT 和ONU 中间的无源设备。由于EPON 兼具了以太网和PON 的优点，于是成为光纤接入网技术的热点。

为实现双向传输以太网信号，EPON 系统采用单纤波分复用技术，其下行标称波长为1490nm，上行标称波长为1310nm，目前可以提供上下行对称的1.25Gbit/s 的带宽。在EPON 标准中，根据最大传输距离的不同，将EPON接口光收发指标分为10km（P×10）和20km（P×20）两个类型，在实际的网络中，通常采用P×20 类型接口，仅需一个OLT 和一根主干光纤即可实现20km 的传输距离和1∶32 分路比，并可获得较大的光功率预算[4]。

3.3.2 GPON 简介

GPON 即千兆无源光网络，也叫吉比特无源光网络。与其他PON 系统一样，GPON 系统也是由局端的OLT、用户端的ONT/ONU 和ODN 以及网管系统组成，ODN用于连接前两种设备，由单模光纤和无源分光器等无源设备组成。相对于其他PON 标准而言，GPON 是最新的宽带无源光接入技术，除了效率更高、覆盖范围更广等优点之外，最显著的特点是提供了前所未有的高带宽，目前可支持的主要速率下行高达2.5Gbit/s，上行可达1.25Gbit/s，另外其非对称性和可选择性也更能适应不同宽带业务的需求，而且与EPON 不同的是，GPON 并不是完全异步的。

GPON 系统同样采用的是单纤双向传输的方式，上下行标称波长与EPON 系统相同。GPON 采用通用封装方法对以太网业务、ATM 业务或TDM 业务等多种业务进行直接承载。GPON 信道编码采用NRZ 码，与EPON 的变长帧传输方式不同，GPON 采用的是125μs 固定帧长结构，可以更精确的传送时钟信号。GPON 可支持的最大逻辑距离为60km，最大物理距离为20km，分光比一般为1∶64，但主流厂家产品的分光比都可平滑升级到1∶128[5]。

3.3.3 EPON 和GPON 比较

EPON 和GPON 各有千秋，在安全性和QoS 等方面，二者的标准规范相当；在带宽、业务承载、OAM 等方面，GPON 考虑得更多，但是EPON 在时间和成本上的优势是GPON 无法比拟的，EPON 的芯片设计难度比较低，技术更加简单有效和成熟稳定，产业链也比GPON 更完整，更早投入大规模商用。在组网和建网的过程中，二者的建设模式并无太大区别。GPON 技术比较适合三网融合和全业务运营的应用类型，EPON 技术比较适合互联网接入的应用类型。对于要求节省成本、QoS 安全性要求不高的客户群，EPON 技术无疑是主导，因此EPON 比较适合部署中小规模的FTTx，如个人用户和家庭用户；而对于带宽、QoS 和多业务要求较高的大型商业企业用户，GPON会更加适合，因此GPON 适合于部署大规模的FTTx。

4 结语

宽带网络和服务已经逐步渗透到我国经济社会发展的各个领域和各个环节，不管是大型的商业企业用户，还是普通的家庭用户，宽带网络在加快推进传统产业转型升级、促进电子政务和电子商务发展、提升政府行政管理和公共服务水平、推动文化教育和医疗卫生等社会事业发展、满足人们日益增长的多样化信息需求等方面发挥了越来越重要的作用。光纤接入网在不断的发展过程中，已经成为必然的发展趋势。目前，光纤接入技术正快速地向着高带宽、可管理、更经济、更方便、更良好的服务质量方向发展，规模越来越大，在得到这样一个不可多得的发展机遇的同时，光纤接入网在未来的发展也仍面临着巨大的挑战，需要进一步发展和壮大。可以预见的是，光纤接入技术的综合化更能容易地结合不同技术的优势，更好地满足业务的发展需求，并能适应未来网络技术的演变趋势。