摘要　本文介紹了寬帶光接入網(wǎng)的應用類型，對FTTx的幾種應用模式進行了歸納，并對當前寬帶接入網(wǎng)應用的EPON、GPON技術進行了比較，最后對未來的一些技術熱點進行了闡述和分析。

1、概述

　　接入網(wǎng)“光進銅退”的趨勢已經(jīng)得到包括運營商在內(nèi)的業(yè)界的廣泛認同，光接入將成為下一代接入網(wǎng)采用的主要技術之一。寬帶光接入網(wǎng)（broadband optical access network，BOAN）具有以下一些主要特征：

　　●全程以光纖作為傳輸媒質(zhì)或者光纖作為主干傳輸媒質(zhì)，以金屬線或無線作為用戶末端傳輸媒質(zhì)；

　　●具有高帶寬、長距離的傳送能力；

　　●支持多業(yè)務接入，包括各種窄帶業(yè)務、寬帶業(yè)務以及對未來業(yè)務的擴展支持能力和上述業(yè)務的同時接入；

　　●支持IP作為上層業(yè)務的承載，可以作為下一代網(wǎng)的接入層網(wǎng)絡；

　　●支持接入網(wǎng)絡的平滑演進。

2、寬帶光接入網(wǎng)的應用類型

　　寬帶光接入網(wǎng)有很多應用類型統(tǒng)稱為FTTx，對于各種應用類型，為了避免混淆，可統(tǒng)一定義為以下4種標準類型：

　�。�1）光纖到交接箱

　　光纖到交接箱（fiber to the cabinet，F(xiàn)TTCab）是寬帶光接入網(wǎng)的典型應用類型之一，其特征是以光纖替換傳統(tǒng)饋線電纜，光網(wǎng)絡單元（ONU）部署在交接箱（FP）處，ONU下采用其他介質(zhì)接入到用戶。例如采用現(xiàn)有的金屬線或者無線，每個ONU支持數(shù)百到1 000左右用戶數(shù)。

　　國內(nèi)外與FTTCab概念相當?shù)钠渌�術語有：光纖到節(jié)點或光纖到鄰里（fiber to the node或neighbourhood，F(xiàn)TTN），光纖到小區(qū)（fiber to the zone，F(xiàn)TTZ）。

　　（2）光纖到樓宇/分線盒

　　光纖到樓宇/分線盒（fiber to the building/curb，F(xiàn)TTB/C）是寬帶光接入網(wǎng)的典型應用類型之一，其特征是以光纖替換用戶引入點之前的銅線電纜，ONU部署在傳統(tǒng)的分線盒（用戶引入點）處，ONU下采用其他介質(zhì)接入用戶，如現(xiàn)有的金屬線或無線，每個ONU典型支持用戶數(shù)為十多戶到一百戶左右。

　　“curb”一詞漢語直譯是“路邊”，在國外一些典型居住環(huán)境下，當ONU部署到路邊時，每個ONU面對的典型用戶數(shù)為幾戶到幾十戶，ONU所占據(jù)的位置就是傳統(tǒng)銅線網(wǎng)絡的分線盒點，與光纖到樓宇（FTTB）的應用場合是類似的，這與中國國內(nèi)光纖到路邊的ONU大多是部署到交接箱且所面對的用戶數(shù)量多為數(shù)百戶的應用不同。

　　（3）光纖到公司/辦公室

　　光纖到公司/辦公室（fiber to the office，F(xiàn)TTO）是寬帶光接入網(wǎng)的典型應用類型之一，其特征是僅利用光纖傳輸媒質(zhì)連接通信局端和公司或辦公室用戶的接入方式，引入光纖由單個公司或辦公室用戶獨享，ONU/ONT（光網(wǎng)絡終端）之后的設備或網(wǎng)絡由用戶管理。

　　與FTTO概念相當?shù)钠渌麌鴥?nèi)外術語有FTTP（fiber to the premise），在國外，F(xiàn)TTP的應用類型包含了兩種含義，一種是用全光接入的方式實現(xiàn)到單個住宅用戶的應用，一種是用全光接入的方式實現(xiàn)到商務小樓（fiber to the business，F(xiàn)TTBusiness），本處指后一種應用場合。

　�。�4）光纖到家庭用戶

　　光纖到家庭用戶（fiber to the home，F(xiàn)TTH）是寬帶光接入網(wǎng)的典型應用類型之一，其特征是僅利用光纖傳輸媒質(zhì)連接通信局端和家庭住宅的接入方式，引入光纖由單個家庭住宅獨享。在某些場合，F(xiàn)TTP與其概念相當。

3、寬帶光接入網(wǎng)應用類型的基本特征

　　表1給出帶寬接入網(wǎng)的4種應用類型的主要特征，各自適用于不同的網(wǎng)絡條件和應用需求，共同服務于接入網(wǎng)的寬帶化和光纖化演進的進程。具體配置模型和應用類型的選用，需要綜合考慮各種因素，如用戶類型、成本、現(xiàn)有線路資源、服務提供靈活性和業(yè)務類型等。

表1　寬帶光接入網(wǎng)典型應用類型的主要特征

4、寬帶光接入網(wǎng)的技術發(fā)展

　　4.1　當前寬帶光接入網(wǎng)應用的技術

　　目前，大量應用于寬帶光接入網(wǎng)的技術主要是以EPON、GPON為代表的無源光網(wǎng)絡技術。EPON是基于吉比特以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡技術，繼承了以太網(wǎng)的低成本和易用性以及光網(wǎng)絡的高帶寬，是當前實現(xiàn)FTTH眾多技術中性價比最高的一種。隨著EPON國際標準IEEE802.3ah在2004年正式發(fā)布，EPON的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟已經(jīng)吸引了眾多廠商的積極參與，從核心芯片、光模塊到系統(tǒng)，EPON的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)日趨成熟。EPON技術是一個由制造商驅(qū)動的解決方案，而GPON是一種按照消費者的準確需求設計、由運營商驅(qū)動的解決方案，其標準化主要由FSAN和ITU-T來推動。

　　作為PON技術的兩大代表，EPON和GPON技術在成本投入、支持速率等方面各有優(yōu)劣。和GPON技術相比，EPON的技術門檻較低，核心芯片的設計難度較低，目前已經(jīng)有不少芯片廠商加入了EPON芯片設計的陣營，其產(chǎn)業(yè)鏈更成熟。但是，GPON在技術上更具優(yōu)勢，它能支持多種速率等級，可支持上下行不對稱速率，上行不一定要支持1 Gbit/s以上速率，因此與EPON只能支持對稱1 Gbit/s單一速率相比，GPON的光器件選擇余地更大。另外，GPON不僅能像EPON那樣支持ClassA和B的ODN（光分配網(wǎng)）等級，還能支持ClassC，因此可支持高達1:128的分路比和長達20 km的傳輸距離。GPON無論是在傳輸匯聚層還是在業(yè)務適配層的效率都是最高的，因此在總效率和等效系統(tǒng)成本方面都有相當?shù)膬?yōu)勢。隨著GPON技術的逐漸成熟，價格不太敏感但對技術有高要求的商業(yè)用戶將真正成為GPON的用戶群。所以，在今后一兩年內(nèi)，基于這兩種技術的產(chǎn)品市場定位可能有所不同，從長遠看，如果GPON能夠在產(chǎn)業(yè)化方面取得突破性進展，市場空間更大。

　　從理論上分析，GPON似乎比EPON更具優(yōu)勢，但就當前業(yè)內(nèi)提供的各種EPON/GPON產(chǎn)品，通過實驗室測試來看，EPON和GPON各有千秋：

　　●EPON/GPON設備的PON接口物理層參數(shù)都能較好地滿

　　足標準，可實現(xiàn)最大分路比1：32和最大傳輸距離20 km。

　　●只承載IP業(yè)務時，EPON設備的系統(tǒng)帶寬容量下行可高于900 Mbit/s，上行可達到900 Mbit/s左右，除去線路編碼對容量的影響，封裝效率較高。但承載E1等TDM業(yè)務時，幀封裝格式和同步定時會帶來較大的開銷，承載效率不高。

　　●EPON/GPON可實現(xiàn)光纖保護倒換功能，在全光纖保護倒換方式下，由于采用熱備份方式，倒換過程中業(yè)務中斷時間＜50 ms，但在骨干光纖保護倒換方式下（即只保護OLT（光線路終端）和光分路器之間的光通道），由于ONU需要重新進行注冊，倒換過程中業(yè)務中斷時間遠遠＞50 ms。

　　●當前EPON/GPON設備承載TDM業(yè)務（如E1、POTS）的實現(xiàn)方式各不相同，分別采用了不同的時鐘同步方式，但E1業(yè)務傳輸延時、抖動特性均能滿足要求。當同時承載TDM和IP業(yè)務時，即使在系統(tǒng)帶寬擁塞條件下，仍能保證TDM業(yè)務QoS。

　　●根據(jù)所采用的同步定時方式的不同，各廠商的EPON/GPON設備在E1時鐘同步方面存在差異，但均無法容忍E1定時信號上的大幅度噪聲，達不到PDH同步接口網(wǎng)絡限值要求，但能滿足E1業(yè)務接口的網(wǎng)絡限值要求。EPON/GPON設備是否能應用于對定時要求嚴格的業(yè)務如移動基站互連，將取決于目前EPON/GPON上游網(wǎng)絡內(nèi)的同步定時情況，如果EPON/GPON上游網(wǎng)絡提供的業(yè)務定時信號質(zhì)量不好，EPON/GPON系統(tǒng)將無法吸收定時信號的噪聲從而提供給下游網(wǎng)絡較好的業(yè)務定時信號。

　　●在帶寬管理能力方面，EPON設備均支持動態(tài)帶寬分配功能（DBA），而目前的GPON設備僅支持靜態(tài)帶寬分配功能，在承載IP業(yè)務時系統(tǒng)帶寬利用率不高。此外，EPON/GPON設備均具有限速功能，可采取一定的策略區(qū)分業(yè)務優(yōu)先級并實現(xiàn)QoS保證。

　　●EPON/GPON設備具有多業(yè)務支持能力，可同時接入IP數(shù)據(jù)/視頻、TDM數(shù)據(jù)/語音以及CATV視頻業(yè)務，IP業(yè)務的承載效率較高�？芍С侄喾N以太網(wǎng)協(xié)議，能夠基本滿足業(yè)務開展需求。

　　從成本的角度來看，無論采用何種PON，每用戶的主要成本主要取決于ONT和OLT。GPON在作為新技術剛出現(xiàn)時，其ONT和OLT的成本會相對高一些。但是，目前GPON的核心芯片及光器件復雜度和技術指標已經(jīng)與EPON相近，在相同的設備配置（如業(yè)務接口類型等）情況下，設備成本將主要取決于采購數(shù)量。根據(jù)業(yè)內(nèi)人士預測從2006年下半年起。隨著ONT和OLT器件成本的進一步優(yōu)化和網(wǎng)絡部署的規(guī)�；�，GPON與EPON成本將更加接近。如表2所示，該比較基于1:32分路比，10 km傳輸距離，室內(nèi)型ONU，僅支持數(shù)據(jù)業(yè)務的設備的前提。

表2　每線EPON與GPON的價格趨勢比較（單位：歐元）

　　4.2　寬帶光接入網(wǎng)的新技術熱點

　　4.2.1 10 Gbit/s的xPON技術

　　EPON主要用于提供高帶寬業(yè)務接入能力，但傳輸速率為1 Gbit/s的EPON設備在10 km、1:32配置下，每個ONU用戶只能獲得約30 Mbit/s的下行接入速率，當采用更高的分路比時，用戶獲得的帶寬將進一步降低，這對接入HDTV為代表的高帶寬業(yè)務帶來了一定的困難和限制。為此，IEEE提出研究傳輸速率為10 Gbit/s的EPON技術，以適應高分路比條件下的高帶寬需求，與1 Gbit/s EPON類似，IEEE 10 Gbit/s EPON重點在物理層和MAC層方面進行標準化工作，其指導思想仍然是在降低10 Gbit/s EPON技術復雜度和犧牲指標的同時保證其技術和相關模塊的可實現(xiàn)性和經(jīng)濟性。

　　但業(yè)界目前對10 Gbit/s EPON的標準化工作仍然存在爭議，原因是1 Gbit/s EPON目前在全球都沒有太大規(guī)模的應用，而對于更大帶寬10 Gbit/s EPON的需求更是遙遙無期，對其進行標準化工作似乎沒有太大的必要性。ITU-T內(nèi)部也有人提出對GPON進行10 Gbit/s速率的標準化工作，但遭到了很多代表的反對，原因就是因為業(yè)界現(xiàn)實的需求不太迫切。

　　4.2.2　WDM-PON技術

　　目前已經(jīng)逐步商用化的光接入技術主要是以APON、EPON和GPON為代表的無源光網(wǎng)絡（PON）技術，這幾類傳統(tǒng)PON技術的共同特點是：OLT和ONU之間通過光分路器分配光信號，上下行分別采用TDMA/TDM技術并且分別使用不同的固定波長進行數(shù)據(jù)傳輸。因為系統(tǒng)中引入光分路器帶來了較大光衰耗，所以傳統(tǒng)xPON技術在傳輸距離和分路比等方面都受到了限制。同時由于共享上行帶寬，因此各ONU獲得的上行帶寬有限，對于今后HDTV等高帶寬業(yè)務需求較難滿足。針對這種情況，在接入網(wǎng)中引入波分復用技術（WDM）成為一種很好的解決方法，WDM-PON技術被視為其中較有代表性的一種技術。

　　早期的WDM技術由于價格昂貴主要應用于骨干網(wǎng)和城域骨干網(wǎng)，隨著WDM光器件價格的下降，小波數(shù)的WDM技術開始在接入網(wǎng)中應用。WDM-PON技術采用ONU獨享上/下行波長的方式來傳輸數(shù)據(jù)信息，結合了WDM波長獨享和PON樹形結構的特點，在傳輸帶寬、用戶管理與信息安全、系統(tǒng)可靠性和可擴容性等方面都具有很大的優(yōu)勢。

　　但目前相對其他寬帶接入方式，WDM-PON初期投資大，近幾年無法大規(guī)模推廣。從長遠來看，一方面WDM、DWDM技術在骨干網(wǎng)及城域網(wǎng)中得到了廣泛的應用，必將促進WDM器件成熟，促使其價格下降；另一方面，用戶對高帶寬業(yè)務的需求必將不斷增長，WDM技術將成為寬帶接入的解決方案。WDM-PON系統(tǒng)關鍵器件的研究最近也取得了長足進步。大功率LED、AWG復用/解復用器發(fā)展迅速，價格也在迅速下降，這就意味著WDM-PON的應用要比原先預計的要早一些。

　　WDM-PON目前有兩種技術方向：固定分配波長方式和動態(tài)分配波長方式。動態(tài)分配波長方式技術難度更大，涉及的關鍵技術包括多波長光源、波分復用器、WDM接收機、波長監(jiān)控和ONU光源等。動態(tài)分配波長方式的WDM-PON是行業(yè)研究的熱點。

　　國內(nèi)外對WDM-PON技術研究方向如下：

　　●可靠穩(wěn)定的無源波分復用器件。PLC（planar light circuit）技術在最近幾年里發(fā)展十分迅猛。AWG（arrayed waveguide grating）是PLC技術的代表產(chǎn)品。在無源光網(wǎng)絡中，通過使用溫度自補償?shù)腁WG可以實現(xiàn)可靠的波分復用器件。目前已經(jīng)有數(shù)家公司能夠提供成熟的產(chǎn)品。

　　●廉價的具有自適應能力的光發(fā)射器件。國際、國內(nèi)的許多公司及科研單位正在研發(fā)適于WDM-PON光器件。比較成熟的技術包括注入鎖定激光器和反射型半導體放大器等。

　　●簡單的、低成本的ONT端光源技術。目前可行的ONT光源技術或其替代方案為光環(huán)回技術和頻譜分割光源�？梢栽贠LT中使用EDFA解決光環(huán)回技術的功率預算問題，另外鉗制的F-P激光器或集成放大器LED等寬帶光源技術逐漸成熟將有望提供ONT寬帶光源。

　　WDM-PON系統(tǒng)面臨的最大困難在于器件成本過高，目前大多數(shù)研究都是處于實驗室的理論研究，但是在光接入網(wǎng)方面表現(xiàn)搶眼的韓國最近開始測試并少量試用WDM-PON系統(tǒng)。其最大運營商KT與一家新興器件公司Novera于2005年開始合作進行50 000戶、16波的WDM-PON實驗。Novera的突破在于使局端設備不需要多個激光器從而降低了系統(tǒng)成本，可能使用了波長鎖定和溫度穩(wěn)定AWG技術。同時該公司預測利用特殊的光學技術，有可能將每用戶成本降低到目前EPON每用戶成本2倍以下，隨著使用量的增長價格還會降低。

　　目前，WDM-PON技術還不穩(wěn)定，但隨著相關器件技術成熟和用戶帶寬需求增長，將推動業(yè)界和市場對WDM-PON技術的持續(xù)關注。