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宽带光纤接入网技术及其发展

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  【摘要】 本文对宽带光纤接入网的结构、采用光纤接入网的意义及技术发展方向进行分析,提出光纤接入方式是信息通信网络发展的必然趋势。
  【关键词】 光纤接入 无源树型网络 三网合一

  多种网络接入技术在我国都已得到一定的应用,如:DSL(HDSL、ADSL、RADSL、VSDL)接入技术、 DDN接入技术、Cable Modem接入技术、光纤接入技术等。从各种网络接入技术本身的特点来看,分别有着不同的应用场合和前景。光纤通信以其具有通信容量大、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点,在干线通信方面已有广泛体现,在接入网中,光纤接入也将成为发展重点。

1 光纤接入网的结构

  在通信网络中,接入网(Access Network简称AN)又称用户网,是指从电话交换端局到用户之间的网络。光纤接入网是使用光纤作为主要的传输介质的网络系统,其结构如图1所示。在交换局一侧,要把电信号转换为光信号,以便在光纤中传输。在用户侧,要使用光网络单元(ONU)将光信号转换成电信号再传送到用户终端。

   图1 光纤接入网示意图

  光纤接入网以主干系统和配线系统的交界点--光网络单元(ONU)的位置可划分为:光纤到路边(FTTC)、光纤到小区(FTTZ)、光纤到大楼(FTTB)、光纤到家庭(FTTH)等几类,从运营角度看,目前常提到的是FTTC、FTTB和FTTH三类。FTTC光纤接入网主要为住宅用户提供服务,将ONU放置在路边,每个ONU一般可为几栋楼或十几栋楼的用户提供宽带服务,从ONU出来用同轴电缆提供电视服务,用双绞线提供电话服务;FTTB光纤接入网主要为大中型企事业单位及商业用户服务,将ONU放置在大楼内,以每栋楼为单位,提供高速数据通信、远程教育、远程医疗、电子商务等宽带业务;FTTH光纤接入网主要为家庭用户提供服务,将ONU放置在用户家中,由用户专用,为家庭提供多种宽带业务,如:电子邮件、视频点播(VOD)、公共图书馆、可视电话、股票实时操作、居家购物等。
  用户光缆网络主要由光缆和光电硬件设备组成。根据国际电信联盟(ITU-T)的推荐,目前应用较广、具有代表性的网络拓朴结构有星型结构、环型结构、树型结构,总线型结构、星型-总线型混合结构等。星型网又分为单星型网和多星型网,单星型网适用于大带宽和高可靠性的用户,光纤直接接入每一用户,需要较大容量的光纤,价格也最贵多星型网由几个用户通过在网络中采用光-电变换器来共用光纤,因而远端设备节点至交换端局间的光缆容量小,但由干网络节点处配置有源光器件,也带来光电设备投资和维护的困难,如图2。


  图2 光纤多(双)显型网结构图

  环型网络中,环形光缆的首尾都接入同一个交换局端,这种环路能提供路由选择的机会,从运行和可靠性上讲都是十分有益的。树型网络是一种在网络中使用无源光器件来共用光纤的无源网络,从交换端局到用户光纤的不同地点装有一定数量的光分路器,使一根光纤逐级分出若干个支路,图3给出了PON光纤接入网结构。PON结构的优点是初期投资少,维护简单,易扩展且结构灵活等特点,但要求使用高带宽的光设备和采用多址接入协议。目前,光纤接入网几乎都采用PON结构,它主要使用时,分复用(TDM)、波分复用(WDM)、频分复用(FDM)、码分复用(CDM)、光功率分高等复用技术。

  图3 光纤树型网(PON)结构图2 实现用户光缆网是用户网新业务发展的需要

  1.随着人们电话需求量的增长,一些大城市铜缆用户网已满负荷,光纤技术和多路复用技术替代音频铜线,能解除通信管道拥塞和旧城区道路狭窄难以扩建管道的困难。从长远利益出发,光纤代替铜线,能提高通信质量,降低维护成本。
  2.从线路建设成本上看,光纤及光纤配件是一种发展时间较短的高技术型产品,它的成本将随着科技的发展而大幅度降低,而铜线成本的降低在很大程度上受有色金属"铜"的制约。现在,5类25对大对数主干约7.5元/KFT,而6芯室内多模光纤己到约10元/KFT,两个系统的价格已经相接近,只是光纤配线设备和光电器件稍贵,但6芯室内多模光纤的传输性能远不是一根5类25对大对数主干所能相比的,综合光纤网络传输衰减小,抗干扰能力强,传输距离远,可减少局向(即:减少信息交换级数),有利于中继网络的组织和管理,能对网络的整体布局、优化网络结构提供更宽的思路,用户光纤网的综合成本不久将会低于铜线用户网。
  3.用户光纤网的延伸便于实现电信网、广电网和计算机网三网的融合
近年来,随着我国数字高清晰度电视的使用和用户对多频道CATV及家庭影院双向业务的需求,使目前这个已营多年的单向业务宽带铜轴网也将向双向业务转化。2000年6月23日,国家广播电影电视总局网络中心在14个省市开通了省市有线台有线节目的相互实时传送,传输的介质是新近完成的连接全国14个城市的全国广播电视光缆骨干网,传输速率为2.5Gbps。可见,有线电视接入网发展的一个重要趋势是FTTC(光纤到路边)与HFC的融合,进而向FTTC发展,以一种新型的组网方案FTTC+HFC的主干系统采用共享光纤的方法分别传送数字(双向)与模拟信号,两种信息由设置于路边的光网络单元分别恢复成各自的基带信号后,语音信号经双绞线送至用户,而数字和模拟视频信号经同轴电缆送至用户。可见,一旦有线电视的全国联网完成,实际上就构成了与中国电信产生正面竞争的又一大型全国性物理网络,并具有天然的带宽和普及率广的优势,将来用于传输多种宽带业务的市内电话光纤用户网适合这一要求。电信网络经营多年,网络覆盖全国,各种业务也已经开展,从简单的话音到数据、图像的多媒体综合服务,技术也比较成熟,CATV网传送的高清晰度数字电视信号可用波分复用技术来实现与电信业务的同纤传送,如图4所示。


图4 CATV与电信业务同纤传输示意图

  同时,这两种"功能相近、发展方向相同"的网络合建好处很多,可以使两网"互补",这种以行政区域的块块管理为主的单一网络建设,各个地区只能从自身的条件来发展,网络发展受到了很大的制约。利用市话光纤通信网开通CATV,初期可利用光纤CATV网的空闲光纤开通数字复用设备装电话,将来可发展多种宽带业务,促进市话用户光纤网发展。同时可实行网络统一运营管理,免于组建两套施工队伍和维护机构,避免重复建设,有利于城市建设的总体规划,并能节约大量投资,使政府能够集中财力建设一条统一的、面向用户无缝的光纤"信息高速公路",充分利用现有的通信设备和资源,为用户服务。

  计算机网络是以千(百)兆位光纤由电信局引至小区或大楼的主配线架,再由主配线架以光纤或超5类线引至用户,并为用户提供10M~100M,甚至1000M(光纤入户)的带宽,是一种专用的宽带通信网络,目的是克服现有铜缆接入网的瓶颈效应,为现有宽带用户提供一个宽带的通信网络。它目前只能是电信网络面向高带宽综合业务的新发展。

  目前全国完成双向改造的用户已达1000万户,其中上海已完成了百万户有线电视双向宽带接入网改造项目,成为目前世界上最大的城市有线电视双向接入网。在业务结构方面,国内包括重庆(中国最早进行三网合一实验的城市)、大连、武汉、湖南、广东、郑州、淄博等地都已经投入使用有线电视的互联网,用户超过10万户,数据广播用户超过200万户,全国已有30多个地方开展了交互电视实验(VOD点播业务)。

  3 光纤接入网的发展

  光纤接入网,尤其是FTTH光纤接入网,具有传输频带宽、通信容量大、信号质量好、可靠性高和支持宽带业务等优点,是未来实现信息高速公路和B-ISDN的最佳方案。FTTH是未来接入网的发展方向。但就目前而言,FTTH造价太高,普通家庭用户难以接受,因此,电信公司大都考虑采用FTTC光纤接入网的方案,而有线电视公司则采用混合光纤/同轴电缆(HFC)接入网。因而光纤接入网的技术发展主要体现在以下两个方面:

  3.1 以ATM技术为基础的无源光网络(ATM-PON或APON)

  以ATM技术为基础的无源光网络代表了宽带接入技术发展方向。APON的优势在于:它结合了ATM多业务、多比特率支持能力和PON透明宽带传送能力,业务的接入非常灵活。其提供的业务范围从具有交互性的图象处理业务到数据传送、局域网互联、透明的虚通道等。

  在接入网中采用PON技术曾是电信业的热点,但由于价格过高难以为市场接受。随着多媒体时代的到来和三网融合的发展,以ATM为基础的APON应运而生,它进一步改进了传统PON的性能,并具有更好的性能价格比。APON的线路速率有两类:

* 可用于FTTC/C/B/H的对称155Mbps;
* 可用于FTTC/C/B的非对称速率(下行622 Mops;上行155Mbps)。

  目前,APON分路系数一般为几十个,最长距离为20km。随着光接入技术的发展,欧洲正在研制一种超级PON接入,它将可以达到2000的分路系数和1000km的传输距离。预计在不久的将来,APON将在AN中得到广泛的应用。

  3.2 交互式数字视频接入系统

  基于光纤环路(FTTL)和ATM技术的交互式数字视频接入系统(SDV)已在国外试验成功,它除了支持传统的话音窄带业务外,还能向用户家庭传送诸如VOD、数字广播视频业务以及模拟广播视频,而且在SDV网络的不同单元间还可以进行信息流(如图象、ATM数据包)的交换。SDV由于具有比HFC更多的优点,因此有可能成为交互式多媒体业务的最佳选择,引起了电信业的重视。SDV实际上是以PON为基础的FTTC与单向HFC的结合,它采用分层方式,一层用FTTL系统传输电话和数据,另一层采用基于SDH的ATM的信元,支持交互式数字视频等宽带业务,模拟视频接入则以WDM方式叠加或光缆分纤实现。

4 结束语

  总之,随着接入网业务的不断增多,视频点播(VOD)、远程教育、远程医疗、交互式图像游戏等业务的兴起,所需的网络带宽将越来越宽,交互性越来越强,接入网的宽带化将是不可避免的趋势,光纤用户网将以带宽大、传输速度快、传输距离远、抗干扰能力强等特点使用于多种综合数据业务的传输,成为未来宽带网络的发展方向。

摘自《工程设计CAD与智能建筑》2002年3月
 
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