全業(yè)務接入網(wǎng)

全業(yè)務接入網(wǎng)（付軍、李樹新）
摘要本文介紹了全業(yè)務接入網(wǎng)（FSAN）的網(wǎng)絡結構，討論了其中的的關鍵技術；ATM無源
光網(wǎng)絡（APON）設計、APON幀結構以及WDM和EDFA在網(wǎng)絡中的應用，最后提出了自己的建
議。
  關鍵詞  全業(yè)務接入網(wǎng)  APON  TDMA
1.引言
    隨著社會的發(fā)展，電信市場的開放以及寬帶新業(yè)務的不斷涌現(xiàn)，已逐步形成了電信網(wǎng)、
CATV網(wǎng)和計算機網(wǎng)三大網(wǎng)絡并存的局面，而如何經(jīng)濟、高效地構建滿足用戶需要的接入網(wǎng)
絡更是成為競爭的焦點。各類住處產(chǎn)業(yè)公司紛紛提出了各種接入網(wǎng)絡構建形式，以期在日
趨激烈的競爭中占據(jù)一席之地。例如：有線電視公司希望利用HFC（混合光纖／同軸電纜）
技術，而電信運營商則傾向于光接入網(wǎng)技術或XSAL來開展寬帶接入。但是單一的網(wǎng)絡形式
難以滿足用戶對多種業(yè)務的接入要求，因此國際上提出了利用滲透式的統(tǒng)一接入網(wǎng)絡系統(tǒng)
一一全業(yè)務接入網(wǎng)（FSAN）來透明實現(xiàn)包括話音、視像、多媒體數(shù)據(jù)等所有業(yè)務的接入。
    從組網(wǎng)形式上看，F(xiàn)SAN并不是一種獨立于其它接入網(wǎng)的新型網(wǎng)絡結構，而是旨在利用
已有的一些接入網(wǎng)技術來實現(xiàn)全業(yè)務接入。該接入網(wǎng)不僅應能支持窄帶、寬帶以及交互式
定帶業(yè)務，而日還應支持目前尚未定義的一些新業(yè)務，因而要求技術上的先進性和可擴展
性；另一方面，應能降低建設費用。
2、三種典型的接入網(wǎng)組建方式及其局限
    目前最常見的電信業(yè)務主要有三種：話音、CATV和Internet，其網(wǎng)絡參考配置。我們
首先分析這三種業(yè)務的接入組網(wǎng)形式，以設計出全業(yè)務接入網(wǎng)的網(wǎng)絡結構。
    xDSL技術是基于原有的電話雙絞線而提供的一種寬帶接入手段，其典型的接入速率為：
HDSL利用二對雙絞線能提供2Mbit／s的對稱速率；ADSL利用一對雙絞線，可提供的速率下
行為6－8Mbit／s，上行為640kbit／s；VDSL是XDSL技術中最為先進的數(shù)字調制技術，其
上下行速率可達26Mbit/s。雖然這種方式組網(wǎng)較為靈活，但是相對于光接入技術，XDSL所
能提供的接入帶寬畢竟有限，僅能實現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)以及幾路視頻業(yè)務的接入，發(fā)展?jié)摿Σ?br />大。
    HFC和基于PON（無源光網(wǎng)絡）的FTTC是發(fā)展前景更為廣闊的兩種接入方式。兩者都是
利用光纖光將信號送入光節(jié)點，然后通過O／E變換后由銅介質將信號送給用戶，但是兩者
也存在較大區(qū)別；首先，從信號接入方式看，HFC采用模擬頻帶傳輸，下行信號多采用FDM
（頻分復用）／SCM（副載波復用）方式，而FTTC采用數(shù)字基帶傳輸，信號間多采用TDM
（時分復用）方式；其次，在電纜網(wǎng)結構方面，HFC多采用樹形分支結構，而FTTC在光節(jié)
點和各用戶終端間多采用星形或總線形連接；再次，HFC業(yè)務傳送具有不對稱性，上行信
道帶寬5-50MHZ，下行帶定50-750MHZ，F(xiàn)TTC由于采用數(shù)字基帶傳輸方式，因而就傳輸線路
而言并不存在上下行帶寬的限制。
    總之，與FTTC相比較，HFC在傳送模擬CATV信號方面具有很大優(yōu)勢，但是在開展話音、
數(shù)據(jù)接入方面可靠性較差，特別是上行信道易受噪聲“漏斗”效應的影響以及頻帶窄從而
引起信號間的串擾，此外，模擬信道對數(shù)字業(yè)務的開展也存在一定的影響。但是如果HFC
是在現(xiàn)有的VATV網(wǎng)的基礎上建設，將在成上具有很大優(yōu)勢，而FTTC采用PON技術，提高了
通信傳輸質量，解決了上行傳輸中的帶寬問題，但FTTC的最大問題是不支持模擬分配式視
像業(yè)務CATV業(yè)務的傳送。因此必須優(yōu)化組合出一種新的網(wǎng)絡量結構，以方便地支持所有業(yè)
務的接入。
3、全業(yè)務接入網(wǎng)的網(wǎng)絡結構
    全業(yè)務接入網(wǎng)的網(wǎng)絡拓撲結構，其特點是：采用WDM（波分復用）將數(shù)字通信信號和
模擬CATV信號在饋線段混傳；采用ATM作為數(shù)字多媒體住處的交換平臺；利用HFC和FTTC中
的PON（無源光網(wǎng)絡）分別實現(xiàn)模擬電視和數(shù)字通信信號的分配。
    全業(yè)務接入網(wǎng)是由一個寬帶數(shù)字雙向傳輸系統(tǒng)和一個單向HFC模擬視像傳輸系統(tǒng)組成。
其中，HFC網(wǎng)主要是通過改造已有的CATV網(wǎng)，采用模擬副載波復用技術（SCM）實現(xiàn)59路
CATV信號的傳輸，并給OUN供電；寬帶數(shù)字雙向傳輸系統(tǒng)的上行速率為STM－1（1.55Mbit
/S），下行速率為 STM－1或STM－2（622Mbit／S），傳送數(shù)字多媒體住處數(shù)字混合信號
分別采用1310nm和1550nm波長并通過WDM在主干光纖環(huán)網(wǎng)中傳輸，ATM作為數(shù)字接入網(wǎng)統(tǒng)
一的交換平臺，實現(xiàn)多媒體住處的交換、復用和傳輸，而模擬視像信號首先通過光纖傳
至靠近用戶的服務小區(qū)，并由光放大器進行功率補償，通過光／電變換與電放大，再由
同軸電纜廣播網(wǎng)將射頻信號傳送用戶。
    目前考慮到價格因素，一般較少采用FTTH方式，最后的用戶引入線部分多用鋼媒質
的傳輸線。如果引入線是基于原先的電話雙絞線，可利用ADSL、VDSL等數(shù)字調制技術，
以滿足寬帶數(shù)據(jù)以及幾路視頻信號的接入要求。
4 FSAN組網(wǎng)的關鍵技術
4.1 APON系統(tǒng)
    在無源光網(wǎng)絡（PON）上實現(xiàn)基于ATM信元的傳輸，即APON技術，采用基于信元的傳
輸系統(tǒng)主要是由于ATM為點到多點的傳輸系統(tǒng)的復用和多路接入方式提供了很好的基礎，
這種結構允許接入網(wǎng)中的多個用戶共享整個帶寬，如果只需交互型業(yè)務（包括VOD），
一般采用155Mbit/s的下行速率，如果還需傳送分配型業(yè)務，可將下行速率增加到622Mb
it/s。
    在APON中，考慮傳輸?shù)目煽啃�，采用雙纖雙工傳輸，系統(tǒng)帶寬擴容可采用TDM方式，
進一步可考慮用WDM技術。這種“點到多點”多分支的APON結構特別適合本來將大量出
現(xiàn)的下行分配型數(shù)字視頻業(yè)務，如MPEG視頻流等。信元通過ATM信頭的VPI／VCI進行二
級尋址，并根據(jù)不同業(yè)務的QOS進行不同的轉接處理。例如，對于話音業(yè)務，必須考慮
減小處理時延，以滿足話音業(yè)務的時延不超過1ms的限制；對于同樣對時延要求嚴格而
且自信量大的視像業(yè)務（如VOD）則在APON系統(tǒng)中應普遍采用永久性VP連接，以簡化連
接信令和呼叫處理過程。
4.2上行通信中采用的技術
    為了最人限度地利用頻譜，APON給每個ONU都分配相同的頻譜，這樣有可能在同一
時刻當多個ONU往上行信道發(fā)信息時發(fā)生沖突，從而在上行通信中引入了TDMA（時分多
址接入）方式。
    其機理為：APON系統(tǒng)通過OLT控制時隙劃分，從而保證同一時刻僅有一個ONU發(fā)出
上行信號，除去極少量的保護時間和同步等開銷外，頻帶幾乎全部利用；此外，TDMA
能更有效地利用各種數(shù)字技術，在預分配和按申請分配方面具有更地靈活性，尤其適
合基于信元分組方式的ATM信元在上行信道中的傳輸。但在上行通信中也面臨下面三個
問題。
4.2.1測距技術
    由于APON工作于點到點的方式，到達接入節(jié)點的上行傳輸時延差異造成各個ONU的
上行時隙交疊，從而可能導致不同的ATM信元流發(fā)生碰撞。因此引入了測距技術對由于
物理傳輸機制弓沒的時延差異進行補償，以確保不OUN所發(fā)出的信號能夠在OLT處準確
地復用到一起。
    測距包括靜態(tài)測距和動態(tài)測距，前者用在新的ONU的安裝調測階段，以補償ONU與
中心接收機的時延差異；后者應用于系統(tǒng)運行過程中，以進一步地高精度連續(xù)核準各
個ONU上行信道由于溫度、光電器件老化等對信道傳輸特性的影響。
4.2.2突發(fā)信元的高速同步
    由于上行方向的信元在光分路器上進行時分交織復用，為了盡可能地減小連續(xù)信
元音的開銷，獲得最大的可用帶寬，必須提出～種快速的同步方法；而且由于測距的
距離是有限的，因此要在連續(xù)的突發(fā)之間留一段保護時間（精度可定在±bit）。這
樣，將每個突發(fā)信元的第一比特置于±1bit的保護時間內，中心局的接收機要能在空
發(fā)信息的第一個比特出現(xiàn)時迅速建立起同步，因此在傳送幀結構中需加入同步保護字。
    使用鎖柏環(huán)并在每個突發(fā)前加一個足夠長的報頭可實現(xiàn)上行突發(fā)信號的高速同步，
如利用附加抽樣技術。在APON系統(tǒng)中，時鐘相位的校準是通過一個3bit的調諧抽頭延
遲線來實現(xiàn)的，在每個APON信頭插入3bit來恢復正確的時鐘相讓，對于一個理想的時
鐘提取電路存在2dB的劣化。
    每個ONU到中心接收機的路徑損耗不同，因此所接收到的上行光功率將存在較大
的動態(tài)范圍。一方面要求接收機能以最快速度動態(tài)調定“0、“1bit電平門限，另一
方面則要求ONU的發(fā)射機根據(jù)該節(jié)點的光路損耗情況自動調節(jié)，以降低接收機動態(tài)范
圍。因此，針對前者，OLT中應采用具有自適應功能的光接收機，在一定衰耗范圍內
維持恒定的傳輸電平值；對于后者，為了實現(xiàn)發(fā)射機的光功率電平調節(jié)和接收機的快
速門限設置，在每個上行ATM信元流中指示開銷。
4.3 APON信元的幀結構
    在FSAN中，其上、下行信道的ATM信元被打包成所謂的APON幀，每53個信元組成
一個APON幀。為了盡可能提高有效負載的傳輸效率，就應盡量縮短信頭長度。研究和
實踐均證明，一個8bit的信頭已足夠為一個ATM信元提供所需功能。在上行APON幀的
信頭中，2bit用于保護時間，3bit用于光功率電平調節(jié)，另外3bit用于時鐘相位校準。
    這樣，一個字節(jié)的開銷足可以保證一個ATM信元在APON中的傳輸，即一個APON信
元長度為54byte，其中非ATM信元的傳輸開銷占1／54。對于上行信道，來自各個NT
（網(wǎng)絡終端）的用戶數(shù)據(jù)由相應的AAL或CLAD適配成ATM格式，所形成的ATM信元再由
ONU裝配成APON格式，然后進入傳輸系統(tǒng)；對于下行信道，從傳輸系統(tǒng)接收到的ATM
信無根據(jù)它們的VPI／VCI值進行分路，然后再轉換成原數(shù)據(jù)送給用戶。
4.4備類接口技術
    FSAN需要在一個通用平臺上采用分層結構，以方便對所有網(wǎng)絡業(yè)務的分布式管
理，各個設備之間的接口實現(xiàn)無縫連接將是一個關鍵。按ITU－T的規(guī)定，一個全業(yè)
務接入網(wǎng)的分層結構和接口配置，在系統(tǒng)中需要配置網(wǎng)管接口（Q3）、傳輸接口、
交換接口，以及各類用戶接口。
4.5 WDM和EDFA的應用
    雖然WDM能透明傳輸所承載的業(yè)務流，但在全業(yè)務接入網(wǎng)中需要考慮的一個重要
問題是數(shù)字信號和模擬CATV信號間的串擾。由于在同一光纖中數(shù)、橫信號的功率相
差二個數(shù)量級，因此在系統(tǒng)中應采用高隔離度的WDM器件。
    目前，1310nm／1550nm雙窗口器件應用已很成熟，價格也較為便宜；另外，該
雙窗口的隔離度也可以做足夠大以抑制不同波長信號的串擾。
    利用1550nm波長傳送模擬現(xiàn)像信號，結合EDFA可增大信號的覆蓋范圍。同時進
一步考慮EDFA對無源光分路網(wǎng)絡中的功率補償作用；假設單模光纖的傳輸損耗為0.2
dB／km，一個EDFA的出纖功率為+22dB（160mw），分為四路輸出并忽略插入損耗，
則每路的光功率為+16dB（40m）。這樣，通過EDFA輸出光功率分路，可覆蓋4個光
節(jié)點，每個光節(jié)點到EDFA的距離約為80且出纖功率為1mw，從而降低了整個網(wǎng)絡的
成本并提高了可靠性。
    當無中斷距離超過10km時，普通的單模光纖在1550nm窗口的色散將對CSO（二
階合成）產(chǎn)生嚴重影響，為了進一步延長傳輸距離，應采取一些特殊的措施來改善
CSO，如使用G.653的色散位移光張（DSF），或利用色散補償光纖對旬散進行負補
償。
5、FSAN的發(fā)展及我們對策
    價格因素是接入網(wǎng)建設的一個敏感問題，因此建設FSAN應盡量考慮降低成本，
提供給用戶最大的性能／價格比。目前，由于光纖制造技術的發(fā)展使得其價格大大
降低，VLSI技術的發(fā)展使得商用和家用的ONU的價格不斷降低；此外，標準的制定
也將促使FSAN大規(guī)模的實施從而將大大減少用戶成本。
    由于FSAN將電信網(wǎng)和CATV網(wǎng)合二為一，兩套網(wǎng)絡可共用光纜、管孔等基本設
施，避免了重復投資；通過改造已有的CATV網(wǎng)作為FSAN的模擬視像傳輸通道并向
APON供電，更進一步地節(jié)約了成本。另外，F(xiàn)SAN采用ATM技術保證了向未來多媒體
數(shù)字業(yè)務的良好過渡，同時也能方便地開展原有的一些業(yè)務（如模擬CATV），因
此與ADSL、HFC、FTTC以及SDV（交換式數(shù)字視頻）相比較，無論在傳輸容量、性
能以及支持多種業(yè)務（特別是對我國目前應用最多的寬帶業(yè)務模擬CATV業(yè)務）方
面將具有更大的優(yōu)勢。
    另外，考慮到雖然數(shù)字CATV是廣播式電視的發(fā)展方向，但在目前模擬制式的
電視信號仍占統(tǒng)治地位的情況下，通過改造已敷設的CATV網(wǎng)以傳送模擬視像信號，
不失為一種較好的方法，因此，在FSAN系統(tǒng)中保留了單向HFC傳輸系統(tǒng)；隨著壓
縮技術和硬件成本的不斷下降，再逐步過渡到利用APON系統(tǒng)接入數(shù)字CATV業(yè)務。
    中國信息產(chǎn)業(yè)部的成立對我們構建統(tǒng)一的國家信息全業(yè)務接入網(wǎng)提供了契機，
原有體制上的一些敏感問題正逐步得到解決。目前應充分利用電信部門已建的大
量雙續(xù)銅線和正在建設的一些FTTC，以及廣電部部門基于HFC的CATV網(wǎng)、統(tǒng)一規(guī)劃，
協(xié)調管理，構建一個能實現(xiàn)全業(yè)務接入的平臺。盡管網(wǎng)絡在運營初期利用率較低，
但隨著業(yè)務的不斷發(fā)展，其經(jīng)濟效益將越來越好。
    當然FSAN的發(fā)展也存在一系列問題，如網(wǎng)管系統(tǒng)的設計、簡化的MAC協(xié)議的制
定等，但是隨技術的發(fā)展，相信這些問題都將逐步得到解決。