FTTH網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的具體應(yīng)用及其網(wǎng)絡(luò)測試

近年來，用戶對于帶寬的需求不斷增長，非對稱用戶線路（ADSL）接入方式的帶寬在不久的將來將成為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的瓶頸。而光纖到戶（FTTH）在帶寬方面的優(yōu)勢使得它成為未來網(wǎng)絡(luò)接入發(fā)展的理想方向，因?yàn)樗�能夠滿足用戶的多種需求，像高速通信、家庭購物、實(shí)時遠(yuǎn)程教育、視頻點(diǎn)播（VOD）、高清晰度電視（HDTV）等等，可這些業(yè)務(wù)都是銅線或雙絞線勉力為之才能達(dá)到的目標(biāo)，而對FTTH來說則是輕而易舉。FTTH的顯著技術(shù)特點(diǎn)是不但提供更大的帶寬，而且增強(qiáng)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(hù)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IEEE802.3以太網(wǎng)的格式進(jìn)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(kuò)展第三個波長（通常為1550nm）即可實(shí)現(xiàn)視頻業(yè)務(wù)廣播傳輸。

1、FTTH系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

1.1FTTH系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
FTTH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，是光纖到X處（FTTx）系列中除光纖到桌面（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(hù)成本。ITU-TG.983.1所定義的FTTx系統(tǒng)如下：

圖1為FTTH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）同光分配網(wǎng)絡(luò)（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3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)（普通電話業(yè)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)，為一個團(tuán)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)。

圖1  為FTTH的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2國際FTTH標(biāo)準(zhǔn)制定情況
點(diǎn)對點(diǎn)（P2P）
G.797PDH環(huán)境下的靈活復(fù)用設(shè)備
G.798SDH環(huán)境下的靈活復(fù)用設(shè)備
G.985100Mb/s點(diǎn)對點(diǎn)以太網(wǎng)光接入系統(tǒng)
窄帶無源光網(wǎng)絡(luò)（NPON）
G.982支持綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）基本速率及其對應(yīng)速率業(yè)務(wù)的光接入網(wǎng)
ATM無源光網(wǎng)絡(luò)（APON）
G.983.1基于PON的寬帶光接入系統(tǒng)
G.983.2APON的ONT管理和控制接口規(guī)范
G.983.3利用波長分配具有增加業(yè)務(wù)能力的寬帶光接入系統(tǒng)
G.983.4利用動態(tài)帶寬分配具有增加業(yè)務(wù)能力的寬帶光接入系統(tǒng)
G.983.5具有增強(qiáng)生存性的寬帶光接入系統(tǒng)
G.983.6具有保護(hù)特性的BPON的OTN管理和控制接口規(guī)范
G.983.7具有動態(tài)帶寬分配的BPON的OTN管理和控制接口規(guī)范
G.983.8支持IP、ISDN、Video、VLAN、VC交叉連接的BPON的OTN管理和控制接口規(guī)范
G.983.9支持WLAN接口的寬帶無源光網(wǎng)絡(luò)（BPON）的OTN管理和控制接口規(guī)范
G.983.10支持?jǐn)?shù)字用戶環(huán)路接口的寬帶無源光網(wǎng)絡(luò)（BPON）的OTN管理和控制接口規(guī)范
千兆比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）
G.984.1GPON的一般特性
G.984.2GPON物理媒質(zhì)相關(guān)（PMD）子層規(guī)范
G.984.3GPON的傳輸匯聚層
G984.4GPONONT管理和控制接口
以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）
IEEE802.3ah以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EFM）
光纖
G.6yz用于建筑物內(nèi)外的光纖

中國
中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（CCSA）TC6WP2已經(jīng)對FTTH系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)研

2、用于FTTH的PON
FTTH涉及的技術(shù)很多，包括光器件、光傳輸系統(tǒng)、光纖光纜、安裝、維護(hù)、監(jiān)控等方面，其中傳輸技術(shù)和設(shè)備是關(guān)鍵，而PON技術(shù)便是公認(rèn)的實(shí)現(xiàn)FTTH的最佳技術(shù)。PON技術(shù)是一種點(diǎn)到多點(diǎn)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，上行采用時分多址接入（TDMA）方式，而且可以靈活地組成樹形、星形、總線形等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（典型結(jié)構(gòu)為樹形結(jié)構(gòu)）。

2.1BPON及GPON
BPON系統(tǒng)過去被稱作ATM-PON（AsynchronousTransferModebased PON）系統(tǒng)，它是以ATM作為基本技術(shù)的PON系統(tǒng)，傳輸速率上行為155Mb/s，下行傳輸速率為622Mb/s；以后又追加了上行傳輸速率可到622Mb/s，下行傳輸速率可到1.2Gb/s，數(shù)據(jù)傳送使用ATM信元�，F(xiàn)在關(guān)于BPON的國際標(biāo)準(zhǔn)是ITU-T的G.983系列建議。

GPON是運(yùn)營商驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)，有周到的運(yùn)營新標(biāo)準(zhǔn)G.984.1和G.984.2.提供1.2G和2.4G的下行速率和所有標(biāo)準(zhǔn)上行速率，距離20km，分路比1:16～1:64，乃至1:128。GPON無論擾碼效率、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，只能用分布反饋激光器（DFB）發(fā)送+雪崩光電二極管（APD）接收，比EPON的法布里-珀羅激光器（FP）+光電二極管（PIN）貴，成品率也低，再加上EPON已進(jìn)入，使目前GPON成本遠(yuǎn)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-TG.983系列的BPON網(wǎng)絡(luò)在日本被廣泛鋪設(shè)。由于在OLT和ONU端都不提供ATM接口，而只提供以太網(wǎng)接口，從而日本電報電話公司（NTT）公司試圖為用戶改用EPON。目前，美國的運(yùn)營商就傾向于采用BPON設(shè)備來實(shí)現(xiàn)FTTH，BPON的一個缺點(diǎn)是線路速率不高，最高配置為下行622Mb/s/上行155Mb/s。2004年BroadLight公司宣布了它的第一個BPON技術(shù)的擴(kuò)展方案擴(kuò)展型寬帶無源光網(wǎng)絡(luò)（EBPON），支持1.25Gb/s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/GPONFTTH方案，而在現(xiàn)有的單元采用千兆以太網(wǎng)光纖到鄰里+數(shù)字用戶線（GigEFTTN+DSL）方案。SBC公司期望在2007年擁有100萬B/GPON FTTH和1700萬光纖到路邊（FTTC）+DSL用戶群。北美運(yùn)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)的靈活性支持固定碼率（CBR）應(yīng)用，并與他們過去的基于TDM架構(gòu)相兼容。

2.2EPON
IEEE已通過成立802.3ah即第一英里以太網(wǎng)（EFM，EthernetfortheFirst Mile）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(diǎn)，包括協(xié)議成熟、技術(shù)簡單、易于擴(kuò)展、面向用戶等，并堅(jiān)信Ethernet PON可以消除WAN／LAN連接中ATM和IP之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換問題。EPON系統(tǒng)的主要功能包括VLAN、動態(tài)帶寬分配（DBA）功能、業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）保證、加密功能、組播功能、認(rèn)證功能、虛擬局域網(wǎng)準(zhǔn)疊（VLANStacking）以及光纖保護(hù)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(qiáng)了傳統(tǒng)以太網(wǎng)比較弱的運(yùn)行維護(hù)管理功能。

應(yīng)用：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EPON技術(shù)被一些運(yùn)營商視為下一代的接入網(wǎng)絡(luò)。NTT和日本移動電話運(yùn)營商（KDDI）兩家公司由于激烈的市場競爭需要采用GbitFTTH業(yè)務(wù)，已等不及GPON標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，但由于標(biāo)準(zhǔn)的問題，提供廣播視頻或終端點(diǎn)播業(yè)務(wù)并非他們的首選，因而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-PON
WDM-PON是使用最昂貴的設(shè)備，它不像遠(yuǎn)距離傳輸那樣，其費(fèi)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Gb/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(fèi)用方式完成。

應(yīng)用：TDM-PON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（如圖2所示）來過渡到WDM-PON，一些混合TDM/WDM-PON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。在韓國，當(dāng)前的VDSL系統(tǒng)能提供54Mb/s的速率，韓國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(dá)到100Mb/s的帶寬，預(yù)計在2005年的晚些時候開始推出，其體系細(xì)節(jié)尚未公開。

3、FTTH網(wǎng)絡(luò)測試
FTTH網(wǎng)絡(luò)可以分為3段：饋線段、配線段和入戶線段。由于FTTx的網(wǎng)絡(luò)中使用了大損耗的無源器件，使得光纖鏈路的損耗特性成為最為關(guān)鍵的評估對象。圖3為FTTH主要測試過程，包括了光纖總的損耗特性，熔接點(diǎn)的損耗特性，接頭的損耗特性，光分配器的插入損耗，光纖和接頭的回?fù)p特性等。

圖3  FTTH測試、維護(hù)過程

3.1光損測量
光損是使用兩臺光損測試裝置（OLTS）進(jìn)行測量，要求連續(xù)進(jìn)行兩次測試。兩臺OLTS首先使用各自的光源一起測定基準(zhǔn)，然后每個OLTS通過被測試段向另一個OLTS發(fā)送校準(zhǔn)功率值，這樣可以測量接收功率并計算損耗。分線器損耗取決于分流比，1×2分線器的損耗約為3dB，輸出端的數(shù)量每翻一番，損耗增加3dB。1×32分線器的損耗至少為15dB，下行和上行信號都會產(chǎn)生這種損耗。如果考慮WDM耦合器、熔接、連接器和光纖本身的組合損耗，就很容易理解在網(wǎng)絡(luò)安裝期間精確測量端到端雙向光損，對確保每個ONT接收足夠的功率是必不可少的。

3.2光回?fù)p（ORL）測量
ORL為入射功率與反射功率之比，在被測試設(shè)備（DUT）（如光纖段或鏈路）的輸入端進(jìn)行測量，它是指從某單一界面的反射量或由某事件（如從光纖末端（玻璃）過渡到空氣）導(dǎo)致的反射量。ORL測量值越大表示反射越少，也就越好，鏈路ORL由光纖芯的Rayleigh反向散射和鏈路上所有界面的反射組成。ORL對于模擬傳輸特別重要，如FTTx系統(tǒng)中使用的1550nmCATV信號。雖然Rayleigh反向散射是光纖所固有的，無法完全消除，帶有空氣/玻璃或玻璃/空氣界面的不同網(wǎng)絡(luò)元素（主要是連接器和元件）會導(dǎo)致產(chǎn)生反射，但如果特別注意或精心設(shè)計，完全可以改善這種情況。要優(yōu)化傳輸質(zhì)量，必須控制好背反射效應(yīng)（例如，光源信號干擾或輸出功率的不穩(wěn)定性）。

3.3使用OTDR的鏈路檢測
光時域反射儀（OTDR）檢測包括未對準(zhǔn)、失配、角度故障、連接器套圈上的灰塵、光纖斷裂和巨大彎曲。巨大彎曲屬于不必要的事件，當(dāng)光纖彎曲得比其最小彎曲半徑還緊時（帶纏繞太緊等）就會引起該事件。通過比較在131Onm、1490nm和1550nm時的損耗很容易檢測該事件。這是因?yàn)榫薮髲澢�在較長波長（1550nm）時比在較短波長（1310nm）時具有更明顯的損耗。巨大彎曲檢測最適用的OTDR波長為1625nm（波長越長越好）。OTDR使用單個反射返回所花費(fèi)的時間來確定每個事件的距離，光纖在其整個長度上均勻地反向散射該光的一小部分。OTDR測量該反向散射的光來確定光纖的衰減，反向散射光的突然減少對應(yīng)著由于熔接或其他事件引起的光損。

由于OTDR測量意味著光可以通過耦合器向后和向前傳播，因此OTDR接收器（耦合器之后和耦合器之前）看到的反向散射功率比最高可達(dá)到-36dB（0.025%）。要準(zhǔn)確測量如此不同的功率級別，必須消除或至少大大降低OTDR接收器電子設(shè)備內(nèi)的非線性、負(fù)脈沖信號和長期恢復(fù)性。最先進(jìn)的OTDR允許將光纖終端閾值盡可能高地設(shè)定為20dB，以區(qū)分光纖終端和大PON損耗。圖4包含高端口計數(shù)耦合器的光纖鏈路的傳統(tǒng)OTDR軌跡。

圖4  標(biāo)準(zhǔn)OTDR的軌跡

3.4測量1310nm上行數(shù)據(jù)
當(dāng)測量來自O(shè)NT波長為1310nm的上行信號的功率時，該信號以相反方向沿著同一光纖傳輸，而且G.983實(shí)現(xiàn)1310nm上行信號保持沉默狀態(tài)，直到該數(shù)據(jù)被1490nm下行信號支撐并被分配了一個傳輸窗口。這就要求在OLT（1490nm的下行數(shù)據(jù)）和ONT（1310nm的上行數(shù)據(jù)）之間建立通信鏈路才能測量ONT發(fā)射的功率。這將防止直接在發(fā)送器端口使用標(biāo)準(zhǔn)功率表測量131Onm的上行信號。相反，有必要使用諸如耦合器這類設(shè)備，該類設(shè)備允許通過其中一個端口建立通信的同時在另一個端口測量功率。耦合器將不得不使損耗降到足夠低，以使鏈路保持活動狀態(tài)，而且需要熟悉鏈路傳輸特性，以判斷來自1310nm上行信號的功率。

3.5測量稀疏數(shù)據(jù)流
測量的稀疏數(shù)據(jù)流時通常測量它在測量范圍內(nèi)（通常在1Hz和幾kHz之間）看到的平均功率，在出現(xiàn)同步光纖網(wǎng)（SONET）數(shù)據(jù)流OC-X（其中X為3、12、48、192甚至768）或擾頻ATM時，這種方法可以很好地發(fā)揮作用，此時占空比平均趨于50%，傳輸速度足夠快以至于不會被低帶寬功率表檢測到。但是，在G.983實(shí)現(xiàn)中，ONT的131Onm上行信號僅在通過OLT分配并管理的預(yù)定時隙內(nèi)傳輸。例如，激活時在客戶沒有有效發(fā)送任何131Onm上行數(shù)據(jù)時，ONT僅能使用單一單元格（424位）回復(fù)OLT輪詢，表示此時不必向它分配其他時隙。G.983強(qiáng)加最小限制，即每個ONT發(fā)送器至少每隔1OOms檢測一次。而且速率為155Mb/s或622Mb/s的424位僅分別持續(xù)約為2.72s和約為682ns。假定單元格中占空比約為50%（即擾頻數(shù)據(jù)），則每100ms的相應(yīng)占空比可以低至約為O.0003%（對于622Mb/s，682ns內(nèi)為50%，100ms剩余時間內(nèi)為0%）。很明顯，如果不了解有效占空比，則標(biāo)準(zhǔn)功率表不會準(zhǔn)確反應(yīng)已將時隙分配給ONT且在這些時隙內(nèi)讀取數(shù)據(jù)的OLT處接收到的功率。

3.6接口測試
接口測試包括PON接口測試、業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口（SNI）測試以及用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）測試。SNI接口測試包括GE接口測試、E1接口測試以及V5.2接口測試，V5.2接口測試還應(yīng)包括V5.2協(xié)議一致性測試。UNI接口測試應(yīng)包括10/100M以太網(wǎng)接口測試、E1接口測試以及接入網(wǎng)遠(yuǎn)端Z接口測試等。

3.7ODN（光分配網(wǎng)絡(luò)）特性的測試
ODN主要是由無源光分路器、無源光衰減器、光纖以及光接頭等無源器件組成，對ODN的測試主要是針對分路器的測試以及最大光纖傳輸距離的測試。對分路器的測試，主要包括分路器插入損耗、分路器均勻一致性以及最大分路比的測試等。

3.8測距測試
測距是PON系統(tǒng)為了無沖突的傳輸上行信號所必需的功能。測距測量的是每個ONU和OLT之間的邏輯距離。當(dāng)每個ONU接收到與其連接的OLT的發(fā)送授權(quán)時確定發(fā)送定時，測距測試主要包括測距能力、靜態(tài)測距能力、動態(tài)測距能力以及測距精度。

4、結(jié)論
迄今為止，F(xiàn)TTH主要在日本、韓國和美國得到一定規(guī)模的應(yīng)用。我國是一個發(fā)展中國家，電信產(chǎn)品消費(fèi)水平普遍較低，目前商業(yè)FTTH用戶還非常少（幾乎為零），F(xiàn)TTH推廣尚處于起步階段。為此，選擇適合我國國情的FTTH技術(shù)對推動我國FTTH的普及至關(guān)重要。隨著應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，F(xiàn)TTH設(shè)備以及固線的成本有極大的下降空間。在業(yè)務(wù)融合上，從過去能夠提供普通的電話業(yè)務(wù)到廣播電視，如高清晰電視、流媒體到現(xiàn)在目前正在實(shí)踐的FTTH，今后寬帶市場的走向一定時間內(nèi)會出現(xiàn)ADSL、FTTB+LAN、FTTH共存，短時間內(nèi)ADSL將持續(xù)占主流，DSL和FTTH將會共同發(fā)展。在FTTH設(shè)備價格由于建設(shè)量的增大而逐步降低到DSL的水平后，F(xiàn)TTH市場容量將會大量增加。