FTTH應(yīng)用及其網(wǎng)絡(luò)測試

摘要　本文從FTTH技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)及總體網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成出發(fā)，給出了FTTH網(wǎng)絡(luò)的光損、OTDR鏈路及接口等測試方法，并對國際上FTTH應(yīng)用進展情況進行了闡述。

0、引言

近年來，用戶對帶寬的需求不斷增長，ADSL接入方式的帶寬在不久的將來會成為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的瓶頸。像高速通信、家庭購物、實時遠程教育、視頻點播（VOD）、高清晰度電視（HDTV）等業(yè)務(wù)是銅線或雙絞線勉力為之才能達到的目標(biāo)，而FTTH在帶寬方面的優(yōu)勢使之輕而易舉。FTTH的顯著技術(shù)特點是：不但提供更大帶寬，且增強了網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)格式、速率、波長和協(xié)議的透明性，放寬了對環(huán)境條件和供電等要求，簡化了維護和安裝，具有同時傳輸TDM、IP數(shù)據(jù)和視頻廣播的能力，其中TDM和IP數(shù)據(jù)采用IEEE 802.3以太網(wǎng)的格式進行傳輸，輔以電信級的網(wǎng)管系統(tǒng)，足以保證傳輸質(zhì)量，通過擴展第三個波長（通常為1550nm）即可實現(xiàn)視頻業(yè)務(wù)廣播傳輸。

1、FTTH系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

FTTH（光纖到戶）是指將光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）安裝在住家用戶或企業(yè)用戶處，是FTTX系列中除FTTD外最靠近用戶的光接入網(wǎng)類型。通過無源光網(wǎng)絡(luò)（PON），F(xiàn)TTH可令多個用戶共享單個光纖連接，而無需使用任何有源元件，即通過光電光（OEO）轉(zhuǎn)換來生成和轉(zhuǎn)換光的元件，從而大大降低了網(wǎng)絡(luò)安裝、管理和維護成本。

圖1　為FTTH的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1為光纖路徑到家的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在中心局（也稱為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器）處，公共交換電話網(wǎng)絡(luò)（PSTN）和Internet服務(wù)通過光線路終端（OLT）同光配線網(wǎng)（ODN）相連。使用下行1490nm和上行1310nm的波長來傳送數(shù)據(jù)和語音，視頻轉(zhuǎn)換器可將視頻服務(wù)轉(zhuǎn)變成波長為1550nm的光學(xué)格式，1550nm和1490nm的波長由WDM耦合器合并，然后一起被下行傳輸；網(wǎng)絡(luò)中使用的三種波長（1310、1490和1550nm）在同一條光纖上同時以各種方向傳輸不同的信息。主光纖或饋線在中心局和分線器之間傳輸光學(xué)信號，這樣就可以在同一條饋線上連接許多光學(xué)網(wǎng)絡(luò)終端（ONT），每個用戶都需要一個ONT，它可為不同服務(wù)（POTS、以太網(wǎng)和視頻）提供連接，由于一個FTTx網(wǎng)絡(luò)一般可向32個用戶提供服務(wù)，因此為一個團體提供服務(wù)時通常需要多個這類源自同一個中心局的網(wǎng)絡(luò)。

2、FTTH的應(yīng)用模式

FTTH可以用多種技術(shù)實現(xiàn)，如有源光接入的P2P以及無源光接入的各種無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)。無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)是一種點到多點的光纖接入技術(shù)，它由局側(cè)的OLT（光線路終端）、用戶側(cè)的ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）以及ODN（光分配網(wǎng)絡(luò)）組成。一般其下行采用TDM廣播方式，上行采用TDMA（時分多址接入）方式，而且可以靈活地組成樹型、星型、總線型等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（典型結(jié)構(gòu)為樹形結(jié)構(gòu)）。其中在20世紀(jì)90年代曾經(jīng)熱過一陣的窄帶PON，因為不能支持寬帶業(yè)務(wù)接入，目前已經(jīng)很少有人提起。在日本大搞光纖到戶的初期也曾大量采用寬帶PON中的ATM PON（APON或BPON），但隨著ATM本身受到冷漠而不再“風(fēng)光”。目前看好的主要是GPON和EPON（如表1所示），兩者的標(biāo)準(zhǔn)都已基本形成，但從產(chǎn)品成熟度來說，EPON已經(jīng)走在前面，所以目前在全球被廣泛采用。國內(nèi)在EPON系統(tǒng)技術(shù)上可以說走在了世界前列，特別是在同時支持寬、窄帶業(yè)務(wù)方面，既可支持FE的以太網(wǎng)接入、提供CATV業(yè)務(wù)，也可以支持普通電話（POTS）和IP電話。

表1　PONs關(guān)鍵特性比較

2.1　BPON及GPON

B-PON系統(tǒng)是ATM-PON（Asynchronous Transfer Mode base PON）系統(tǒng)的更名，以強調(diào)它不會受限于ATM的業(yè)務(wù)量，它是以ATM作為基本技術(shù)的PON系統(tǒng)，傳輸速率上行為155Mbit/s，下行傳輸速率為622 Mbit/s；以后又追加了上行傳輸速率可到622 Mbit/s，下行傳輸速率可到1.2Gbit/s，數(shù)據(jù)傳送使用ATM信元�，F(xiàn)在關(guān)于B-PON的國際標(biāo)準(zhǔn)是ITU-T的G.983系列建議。

GPON是運營商驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)，有周到的運營新標(biāo)準(zhǔn)G.984.1和G.984.2，提供1.2和2.4G的下行速率和所有標(biāo)準(zhǔn)上行速率，距離20公里，分路比1:16--64，乃至1:128；GPON無論在擾碼效率、匯聚層效率、承載協(xié)議率和業(yè)務(wù)適配效率都最高；此外GPON要滿足很高的突發(fā)同步指標(biāo)和較高功率預(yù)算，只能用DFB發(fā)送+APD接收，比EPON的FP+PIN貴，成品率也低，再加上EPON己進入使目前GPON在成本遠高于EPON；GPON成熟度也不如EPON，無論芯片還是模塊。

應(yīng)用：從2002年開始，符合ITU-T G.983系列的BPON網(wǎng)絡(luò)在日本被廣泛鋪設(shè)。由于BPON在OLT和ONU端都不提供ATM接口，而只提供以太網(wǎng)接口，從而NTT公司試圖為用戶改用EPON目前，美國的運營商就傾向于采用BPON設(shè)備來實現(xiàn)FTTH，BPON的一個缺點是線路速率不高，最高配置為下行622Mbps/上行155Mbps，2004年BroadLight公司宣布了它的第一個BPON技術(shù)的擴展方案EBPON，支持1.25Gbps的下行速率，1:64的分路比，并且可向GPON平滑過渡，成本也不高，SBC公司決定在新型住宅小區(qū)采用B/GPON FTTH方案，而在現(xiàn)有的單元采用GigE FTTN+DSL方案，SBC公司期望在2007年擁有100萬B/GPON FTTH和1700萬FTTC+DSL用戶群。北美運營商已涉足BPON及GPON的標(biāo)準(zhǔn)研究，并宣稱在將來FTTX應(yīng)用中將采用BPON、GPON標(biāo)準(zhǔn)，原因是這兩個標(biāo)準(zhǔn)的靈活性支持CBR應(yīng)用，并與他們過去的基于TDM架構(gòu)相兼容。

2.2　EPON

IEEE已通過成立802.3ah即第一英里以太網(wǎng)（ethernet for the first mile，EFM）工作組的方式開始了EPON的標(biāo)準(zhǔn)化工作。EFM指出了以Ethernet技術(shù)為核心的EPON的許多優(yōu)點，包括協(xié)議成熟，技術(shù)簡單，易于擴展，面向用戶等，并堅信Ethernet PON可以消除WAN/LAN連接中ATM和IP之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。EPON系統(tǒng)的主要功能包括VLAN、動態(tài)帶寬分配功能（DBA）、業(yè)務(wù)QoS保證、加密功能、組播功能、認(rèn)證功能、VLANStacking以及光纖保護倒換功能等，其中最后3種功能為EPON系統(tǒng)可選功能。EPON結(jié)合了以太網(wǎng)設(shè)備/器件價格低廉，更適合基于以太網(wǎng)各種業(yè)務(wù)的傳送以及PON的優(yōu)勢，并且加強了傳統(tǒng)以太網(wǎng)比較弱的運行維護管理功能。

應(yīng)用：據(jù)Dittberner公司分析，到2013年光纖接入技術(shù)的全球投資將從2004年的37億美元增加到228億美元。亞太地區(qū)將成為全球最大的FTTH市場，占全球總市場的52.8%（即120億美元）。Alloptic、Centillium、Passave、Teknovus等公司生產(chǎn)的EPON主要是面向亞洲市場。在日本，F(xiàn)TTH業(yè)務(wù)主要提供的是基于以太網(wǎng)的高速因特網(wǎng)接入業(yè)務(wù)，所以基于以太網(wǎng)的E-PON技術(shù)被一些運營商視為下一代的接入網(wǎng)絡(luò)。NTT和KDDI兩家公司由于激烈的市場競爭需要采用Gbit FTTH業(yè)務(wù)，已等不及GPON標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。由于標(biāo)準(zhǔn)的問題和提供廣播視頻或終端點播（POT）業(yè)務(wù)并非他們的首選，所以他們決定將其新老用戶轉(zhuǎn)向EPON應(yīng)用。NTT公司目前擁有100萬FTTX用戶（包括PON及P2P用戶），這些用戶也打算轉(zhuǎn)向EPON應(yīng)用。

2.3　混合TDM/WDM-PONs

WDM-PON是使用最昂貴的設(shè)備，它不象遠距離傳輸那樣，其費用由每個網(wǎng)絡(luò)的幾十個用戶承擔(dān)。然而，它能給每個用戶提供Gbit/S的速率，而這是TDM-PON所不能提供的，關(guān)鍵是如何以合理的費用方式完成。

應(yīng)用：TDM-PONs的應(yīng)用已經(jīng)開始，預(yù)計在2009年前全球用戶數(shù)量有望超過1000萬，由于不斷增長的帶寬要求及如何以靈活和合理成本來過渡到WDM-PONs，一些混合TDM/WDM-PONs已經(jīng)提出，包括三星公司的混合PON和Stanford公司的SUCCESS—DWA及SUCCESS—HPON。在SUCCESS—HPON體系（圖2）提供了從TDM過度到WDM—PON的平滑路徑，它以較低的價格提供了課余WDMPON相比的帶寬。通過從中心局發(fā)送一個連續(xù)波（CW）來調(diào)制上行數(shù)據(jù)流，從而免除了在用戶的WDM光網(wǎng)絡(luò)單元使用固體或可調(diào)諧激光器，使光網(wǎng)絡(luò)單元（ONUs）更廉價。ONUs端調(diào)制CWS有幾種選擇，筆者建議在ONUs端調(diào)制CWs使用半導(dǎo)體激光器，讓CO可調(diào)諧激光器和接收機被網(wǎng)絡(luò)用戶共享上行和下行數(shù)據(jù)流，這樣可以減少所需器件的數(shù)量。在韓國，當(dāng)前的VDSL系統(tǒng)能提供54Mbit/S的速率，已建立了一個與住宅有關(guān)的Internet連通的網(wǎng)絡(luò)。韓國電信決定用WDM-PON使每個用戶達到100Mbit/S的帶寬，預(yù)計在2006年的晚些時候開始推出，其體系細(xì)節(jié)尚未公開。

圖2　SUCCESS-HPON體系結(jié)構(gòu)