光纤接入及FTTH技术与应用分析

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随着用户和业务对带宽需求的不断增加，带宽高、扩展性好、运维成本低的宽带光纤接入技术正成为电信领域的热点，受到国内外运营商的广泛关注，尤其是在日本，EPON（以太网无源光网络）技术得到了快速发展，有上百万线的商用。中国国内对宽带光纤接入技术也十分关注，进行了较多的研究和试验工作。本文将从国内“十一五”期间宽带业务与带宽需求出发，对光纤接入及FTTH技术与应用进行较为深入的分析。
　　1、国内宽带业务与带宽需求
　　1.1　宽带业务的需求
　　根据对用户业务需求的广泛调研和对行业相关宽带业务规划的深入分析，在“十一五”期间，我国的宽带业务需求呈现以下特征：
　　●近期（2007～2008年），家庭上网业务不再满足于以文字为主要表示形式，更注重内容的交互和多媒体方式的呈现。音视频成为网上聊天的主要方式，因此对视频质量的要求越来越高，要求达到标清程度。企业逐渐更多地使用视频会议，以减少成本。IPTV业务用户逐渐增多，对体验要求越来越高，图像逐步达到高清程度。部分特殊行业如宾馆，开始使用IPTV的增值业务。VoIP逐渐普及。
　　●远期（2009～2010年），信息家电和家庭远程 监控开始普及。网上聊天更注重交互性和便捷性，开始使用主叫号码进行识别和呼叫。普通用户家庭有了两台电视机同时使用IPTV的需求，人们开始不满足简单的节目收看，有了对节目定制的互动体验要求。普通用户家庭有了两部VoIP电话的需求。
　　1.2　带宽的需求
　　根据上述宽带业务的分阶段需求和这些业务对带宽的需求，可以粗略估算出“十一五”期间中国的电信互联网应用的大致带宽需求。
2008年后随着人们对高清电视的需求和普及。IPTV对带宽的需求将增至5～6 Mbit/s，并随着家里安装第二台高清电视的普及，IPTV对带宽的需求将会增至10～12 Mbit/s。在短期内视频通信带宽需求在500 kbit/s左右，随着人们对高清可视通信和家庭远程监控的需求，2008年后带宽需求会增至1～2 Mbit/s。在短期内上网业务对带宽的需求为1～2 Mbit/s，2008年后随着高速互联网访问需求的增加，对带宽的需求也会增至2～4 Mbit/s。
　　总体上看，接入带宽需求越来越高，尤其是上行带宽需求正逐步增加。近期（2007～2008年），用户线路带宽保证上行在1 Mbit/s以上，下行在10 Mbit/s以上，可在较长时期内满足开展各种宽带增值业务的需求；远期（2009～2010年），用户线路带宽保证上行在6 Mbit/s以上，下行在20 Mbit/s以上，可在较长时期内满足开展各种宽带增值业务的需求。
　　2、FTTH相关技术及最新进展
　　宽带光纤接入技术指的是利用光纤作为传输媒质提供宽带接入的技术，主要包括点到点有源光以太网接入技术和点到多点的宽带无源光网络技术。
　　（1）点对点光以太网接入技术及最新进展
　　点到点光以太网接入技术的早期主要通过“媒质转换器（MC）+传统以太网交换机”方式实现，用于FTTH小区接入和部分企业客户专线接入。为了改善传统MC方式的点对点光以太网的网络管理能力弱的问题，国际标准组织IEEE、ITU-T分别推出了点对点光以太网接入技术标准。其中，IEEE推出的802.3ah标准由于较为完善、适用范围广、OAM能力和可扩展性较强，正成为点对点光以太网的主流标准。但目前符合802.3ah标准的P2P设备尚不成熟，还处于研发阶段，能提供测试的设备厂商也较少。特别是由于业界对宽带PON技术的高度关注，主流设备厂商都不愿意在点到点光以太网接入上进行过多投入，这将在很大程度上限制标准的点对点光以太网接入技术的商用进程。
　　（2）宽带PON技术及最新进展
　　目前受业界广泛关注和认可的EPON和GPON（吉比特无源光网络）技术已取得较大进展。EPON技术已较成熟，从芯片到设备的产业链较为健全，国内外有较多的厂商提供EPON设备，成本不断下降，在国外有超过百万线的规模应用，是目前宽带光纤接入及FTTH的主要实现方式之一。在我国，EPON技术已在芯片和设备方面经过了互通测试，预计2007年将有一定规模的商用。
　　基于G.984标准的GPON技术近一年取得了较大发展，有较多的厂家提供了GPON试商用和测试设备。从我国国内组织的相关GPON系统测试情况来看，GPON技术和设备在总体上还不够成熟，在基本功能与性能、业务承载能力、网络管理能力、互通性、稳定性和可靠性等方面还有待完善，尚不具备规模商用的能力。存在的主要问题有：
　　●GPON产业链不健全，目前市场上尚没有完整的商用芯片解决方案；
　  ●GPON的上行吞吐量与EPON系统比，没有什么优势，接近或略大于1Gbit/s；

　　●GPON系统支持TDM（时分复用）业务的上下行传输时延与EPON系统比没有明显优势，且不具备通过E1业务通道传递2 Mbit/s时钟信号的能力；
　　●网管功能和ONU（光网络单元）远程管理功能——OMCI（ONU管理和控制接口）有待进一步完善，各厂商开发的GPON网管系统功能不完善，对于G.984.4中定义的OMCI功能，多数厂商没有完全实现，ONU远程管理的能力仍然较弱，有待进一步加强；
　　●设备尚不具备互通能力。
　　（3）FTTH试验情况
　　为探索宽带光纤接入网及FTTH 应用的可行性和业务模式，我国的部分电信运营商从2005年开始启动了有关FTTH的现场试验，在部分省市利用EPON技术试验了FTTH、FTTO、 FTTB等多种组网方式的经济性及其承载高速上网、VoIP、IPTV等Triple-Play（三重播放）和TDM业务的能力。试验情况表明：
　　●FTTH目前成本较高，尚不具备大规模商用的经济条件；EPON+LAN/DSL方式建设成本较低，接近ADSL和现有的FTTB+LAN建设成本。
　　●基于EPON的FTTH网络，可满足包 
括高速上网、VoIP、IPTV等Triple-Play业务的需求。EPON系统承载E1业务的时延、抖动、误码率等指标能够满足标准规定，利用PWE3技术在EPON上传输E1业务是可行的。
　　（4）点对点光以太网接入与宽带PON技术比较
　　与点到多点的宽带PON系统相比，点到点光以太网系统技术实现简单，避免了复杂的上行同步技术和终端自动识别技术，用户可以独享100/1000 Mbit/s的对称接入带宽，数据安全性高、传输距离长、组网灵活，成本随用户数的实际增长而线性增加，在用户分散地区成本较低、投资风险小。其不足之处在于为光纤设施专用，对光纤资源消耗量大，建设成本高，OAM&amp能力弱，可扩展性差，存在供电、维护、QoS等问题。目前由于业界关注度不够，其技术成熟度也是一个较大的问题。
　　与点对点光以太网接入技术相比，采用无源光分支器的EPON和GPON技术，标准化程度高，业务透明性好，可以节省OLT（光线路终端）光接口和光纤，系统扩展性好，便于维护管理，是光纤接入的主要实现方式。从技术发展走势看，EPON和GPON技术也会领先发展于点对点光以太网接入技术。宽带 PON技术的不足之处在于，与点对点系统相比，其用户带宽共享、用户数据无法实现物理层的隔离，用户的独立性和安全性稍差一些。
　　3、基于PON技术的FTTx应用场景
　　从前面的分析可以看出，到2010年，需要满足用户上行在6 Mbit/s以上、下行在20 Mbit/s以上的带宽需求。目前的ADSL和ADSL2+很难满足这样的带宽需求，基于铜缆的VDSL2技术虽然理论上可以提供几十兆比特每秒的双向带宽，但必须将铜缆距离控制在1 km距离范围内，所以，为了满足未来用户和业务的高带宽需求，必须加速“光进铜退”进程。另一方面，基于EPON和GPON的FTTH可以为用户提供高达 100 Mbit/s的双向对称带宽，但由于设备和运维成本的限制，目前对于普通大众用户规模推行FTTH是不现实的。FTTx与LAN、DSL、WiMAX结合使用是近期内EPON和GPON技术的主要应用模式。
　　3.1　EPON和GPON技术的应用
　　目前EPON技术已基本成熟，且系统运行相对稳定，能够满足IPTV、宽带上网、VoIP等宽带业务的发展需求。虽然GPON技术在传输能力、速率灵活性和分路比等方面有优势，OAM功能和保护机制也相对完善，支持TDM业务承载，但其技术实现复杂，研发进度明显落后于EPON系统，目前芯片和设备厂商均较少，所以，目前宽带光接入及FTTH的实现应主要选择EPON技术。
　　虽然EPON技术较GPON技术成熟，但具有传输速率高、业务承载效率高、OAM功能和扩展能力强等特点的GPON技术似乎更值得期待。国外有较多运营商选择GPON技术作为未来实现FTTH的主要方式；而我国国内对未来FTTH大规模的应用，是选择EPON技术还是GPON技术目前还没有定论，不过，可以肯定地讲，EPON和GPON技术的最终抉择，将取决于设备成本、业务支持能力和互通性等多方面因素。
　　3.2　FTTx与LAN、DSL的结合应用
　　由于目前FTTH的综合建网成本很高，远高于DSL和FTTN+LAN等方式，所以短期内与DSL、LAN结合使用，将是EPON、GPON技术的主要发展方式。目前，FTTx与LAN结合使用正成为新建商业楼宇的主流接入方式，FTTx与ADSL2+结合使用在解决农村信息化和新建接入点方面有一定的应用。
    （1）FTTx与LAN、DSL结合应用的场景
　　FTTx与LAN的结合使用，减少了网络级联层次，为商业用户分布密集的写字楼、工业园区、网吧用户和5类线入户的小区用户提供了FTTB和FTTO接入，主要用于：

　　●用户分布较密集（10个及10个以上）的商业楼宇接入；
　　●满足用户数十兆比特每秒至100 Mbit/s的带宽需求；
　　●利用EPON的高带宽和综合业务能力，提供语音、上网、视频会议等Triple-Play业务；
　　●满足网吧用户的高带宽和Triple-Play业务需求。
　　FTTx与DSL的结合使用，推进了“光进铜退”，缩短了铜缆距离，可满足用户和业务的高带宽需求，主要用于：
　　●DSL带宽提速的网络改造；
　　●为光纤资源短缺的农村地区提供宽带接入和Triple-Play业务；
　　●为新建小区提供宽带接入和Triple-Play业务。
　　（2）FTTx与LAN、DSL的结合方式
　　FTTx与LAN、DSL的结合主要有两种方式：一种是LAN或DSL作为独立的LAN接入交换机或DSLAM（数字用户线接入复接器）设备级联至 EPON、GPON设备；另一种是EPON、GPON设备的ONU内置LAN交换机或小型DS 
LAM设备，提供EPON+LAN或DSL接入。
　　方式1由于LAN接入交换机或DSLAM设备与EPON和GPON的ONU是独立的，其设备性能相互不受影响，适用于用户规模较大或已有接入网带宽提速网络改造的场合。方式2由于ONU内置，既可以节约机房投资，又可通过对ONU的管理实现对LAN交换机或DSLAM设备的管理，在用户规模不大的新建小区或节点是主要的发展模式，如对于5类线入户的新建小区，可考虑采用ONU内置LAN交换机的EPON+LAN模式提供FTTB接入；在中高档小区，通过ONU内置LAN交换机或小型DSLAM设备，提供EPON+LAN或DSL接入。
　　3.3　FTTx与WiMAX的结合使用
　　WiMAX由于传输距离远、传输速度高，且没有布线要求，近年来受到业界广泛关注，目前已有十几款固定WiMAX产品通过WiMAX论坛的认证。所以，随着固定WiMAX的发展成熟，当成本下降到一定程度后，采用EPON技术的FTTN与WiMAX结合使用将是宽带光纤接入的另一种应用模式，主要用于光纤资源短缺、应急或农村地区，提供VoIP、 IPTV、宽带上网等融合业务。
　　对于FTTx与WiMAX的结合使用，可以考虑采用ONU内置WiMAX中心站实现，以利于节省机房投资及实现对WiMAX设备的管理。多数设备商均有这方面的开发计划，不过由于WiMAX本身的不成熟，目前尚无成熟的商业产品问世。
　　4、综合的FTTx应用策略
　　FTTH具有传输容量大、传输距离远、传输质量高、可靠性好、维护成本低、抗电磁干扰和保密性强等优点，是宽带接入的最终发展方向，也是国内外电信运营商网络和业务转型期所关注的重点领域。但综合考虑建设成本、业务需求、技术成熟度等多方面因素，FTTH尚未达到大规模商用的阶段，FTTH的最终实现还需经历相当长的时期。
　　4.1　点对点光以太网接入与宽带PON技术应用
　　基于标准的点对点光以太网技术具有带宽高、安全性好、技术简单，不需要复杂的上行同步和终端自动识别技术，成本低廉等优点，适用于对私密性和带宽有较高要求的商业客户或分布稀疏的高端住宅用户。但目前符合IEEE 802.3ah标准的设备尚不成熟，市场上相关产品比较少，尚不具备规模应用的条件。对于现有业务需求仍需要采用传统的“MC+以太网交换机”的实现方式。
　　宽带PON技术与点对点有源方式相比，具有标准化程度高，业务透明性好，节省主干光纤和OLT光接口等特点，是宽带光纤接入的主要实现方式，适用于用户区域较分散但区域用户分布相对集中的密集用户地区，尤其是新建区域，如写字楼、网吧集中区和工业园区等。
　　4.2　FTTH与其他宽带接入技术的发展
　　FTTH的大规模应用将面临网络建设成本、业务需求驱动、技术成熟度等多方面因素考验，总体上讲，FTTH的大规模商用还需要经历相当长一段时间。具体体现在：
　　●网络建设成本是FTTH规模应用的最大阻碍。目前FTTH的综合建网成本远高于DSL、LAN接入等。
　　●缺乏杀手级应用来驱动FTTH的发展，近期没有明显的高带宽的业务需求。
　　●FTTH相关技术的成熟度，尤其是EPON、GPON技术的选择是阻碍FTTH规模建设的又一因素。FTTH相关技术总体上讲，在设备稳定性、互联互通、维护管理等方面，远不如目前主流的ADSL和ADSL2+技术成熟，DSL技术的主流地位将在未来一段时期内保持不变。
    从前面分析可以看出，短期内FTTH难以大规模应用。在目前以DSL铜缆接入技术为主的大环境下，FTTH将在较长时期内与DSL技术互为补充，满足用户和业务不断增长的带宽需求。特别是支持双向对称100 Mbit/s速率的VDSL2技术将成为短距离、高速率应用的重要技术，将与EPON、GPON互为补充，在未来相当长一段时间可满足用户和业务的高带宽需求，具体表现如下：

　　●短期内，与EPON、GPON实现FTTH接入相比，VDSL2的成本优势明显，将是商业和高端用户接入的首选；
　　●EPON/GPON+VDSL2将是VDSL2、EPON和GPON技术的主要应用模式；
　　●VDSL2的发展将带动光纤尽量接近用户，提供面向FTTH的平滑升级。
　　4.3　FTTH切入点的选择与应用
　　在目前建设成本、业务驱动和技术成熟度等因素制约下，短期内，对于普通家庭用户尚不宜采用FTTH方式。目前可考虑在用户分布密集的商业楼宇、大客户和新建高档住宅小区提供FTTH接入，满足用户的高带宽和Triple-Play融合业务需求。
　　FTTH的切入应以业务支撑和网络运维为重点，首先只有解决了FTTH的网络运维问题，如设备的集中管理和维护以及ONU的远程管理，FTTH才具备大规模商用的能力。其次，FTTH具备大规模应用能力 后，还需要高带宽的业务来驱动其使用。当前可借助网络和业务综合的发展需要，通过开发高速视频、网络下载等对带宽和QoS要求高的业务，充分发挥FTTH高带宽、高服务质量的优势，拓展FTTH的应用范围。
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