FTTx技术

FTTx技术3.2.1概述传统的接入网技术难以满足Multiple-Play业务的需求，只有基于光纤接入技术的综合业务接入网能够满足未来用户的需求。光纤接入采用光纤作为传输媒质，具有传输容量大、传输质量高、高可靠性、传输距离长、抗电磁干扰等优点，是未来宽带有线接入的发展方向。FTTX是接入网提速的必然选择，最终目标是FTTH（光纤到户）。图3-2FTTx接入示意图宽带光接入网SNIUNIFTTHFTTOFTTB/CFTTCab光纤光纤光纤光纤金属线或无线金属线或无线ONUONUONTOLTONTNTNT宽带光接入网SNIUNIFTTHFTTOFTTB/CFTTCab光纤光纤光纤光纤金属线或无线金属线或无线ONUONUONTOLTONTNTNT图3-3FTTH接入示意图FTTx系统主要由光线路终端（OLT，局端设备）、光网络单元（ONU，用户端设备）和光分配网（ODN，光纤环路系统）组成。其中光分配网由以下几部分组成：干（馈）线光缆：由中心机房引出，至光分配点配线设施：光缆接续盒、光交接箱、光配线箱、ODF光分配点：光分路器所在的位置配线光缆：光配线点至入户光纤配线点之间光分路器：1:2～1:64入户光纤配线点：对入户线光缆进行配线的设施所在的位置入户线光缆：入户光纤配线点至光纤端接点之间配线设施：楼道分线盒、光缆接头盒光纤端接设施：光纤插座、入户终端盒跳线：连通光纤端接设施与ONUDP分线盒FP交接箱LE业务提供点接入网引入线图例：光纤铜缆AG08机MDF主干DSLAM配线接入点用户机楼ONUHomeLE业务提供点ONU1ONUn1:32SplitterOLT建筑物铜缆网FTTH图3-4ODN拓扑示意图图3-5ODN应用示意图3.2.2FTTx的划分与技术种类1、FTTx的划分根据光纤到用户的距离来分类，如图1所示，可分成光纤到交换箱(FTTCab)、光纤到路边(FTTC)、光纤到大楼(FTTB)及光纤到户(FTTH)或光纤到办公室（FTTO）等。美国运营商Verizon将FTTB及FTTH合称光纤到驻地(FTTP)。上述服务可统称FTTx。（1）光纤到路边光纤到路边（FTTC）的ONU设置在路边的人孔、电线杆的分线盒处、交接箱等位置，从ONU到用户之间采用双绞线、同轴电缆等，是一种光缆/同缆混合系统。（2）光纤到大楼光纤到大楼（FTTB）中ONU直接放在楼内，再经铜线将业务分送到各个用户。FTTB的光纤化程度比FTTC更进一步，适合与高密度用户区如写字楼等，通常采用点到多点的结构。（3）光纤到户/办公室光纤到户/办公室（FTTO）的ONU通常位于大企事业用户（公司、大学、研究所、政府机关等）终端设备处，由于这些用户业务量大，加上无源光网络的发展使得接入成本不断降低，因此这种结构发展很快，一般采用点对点或环型结构。光纤到户（FTTH）的ONU位于用户家中，将光纤的距离延伸到终端用户家里，使得家庭内能提供各种不同的宽带服务，如VOD、在家购物、在家上课等，提供更多的商机。若搭配WLAN技术，将使得宽带与移动结合，则可以达到未来宽带数字家庭的远景。2、FTTx的技术种类FTTx的主要实现技术包括点对点技术（如点对点光以太网，包括有源、无源两种情况）和点对多点无源光网络技术（如EPON、GPON、BPON等）两大类。点对多点的PON技术与点对点方式相比，节省主干光纤和OLT光接口，标准化程度高，适合于用户区域较分散、而每一区域内用户又相对集中的小面积密集用户地区，是近期宽带光接入及FTTH应用的主要方式。点对点方式的主要优点是专用接入、带宽有保证、设备成本低、覆盖区域较大、在低密度用户区域平均成本较低，适合于用户分布比较分散或带宽需求较高（100Mb/s以上）的场合。BPON/APON由于技术比较复杂、成本较高、速率有限、IP业务映射效率低等原因，不宜再采用，目前主推EPON/GPON。3.2.3FTTx的解决方案1、点到点的FTTx解决方案点对点直接光纤连接具有容易管理、没有复杂的上行同步技术和终端自动识别等优点。另外上行的全部带宽可被一个终端所用，这非常有利于带宽的扩展。但是这些优点并不能抵消它在器件和光纤成本方面的劣势。Ethernet+MediaConverter就是一种过渡性的点对点FTTH方案，此种方案使用媒体转换器(MediaConverter;MC)方式将电信号转换成光信号进行长距离的传输。其中MC是一个单纯的光电/电光转换器，它并不对信号包做加工，因此成本低廉。这种方案的好处是对于已有的电的Ethernet设备只需要加上MC即可。MC方式的拓扑结构如图3所示。对于目前已经普及的100MbpsEthernet网络而言，100Mbps的速率也可满足接入网的需求，不必更换支持光纤传输的网卡，只需要加上MC，这样用户可以减少升级的成本，是点对点FTTH方案过渡期间网络的解决方案。由于其技术架构相当简单、便宜并直接结合以太网络而一度成为日本FTTH的主流，但在2004OFC会议中，NTT宣称将从现在起日本FTTH标案将采取点对多点(PointtoMulti-Point，P2MP)架构的PON网络模式，势必将影响MC的未来。图3-6使用MediaConverter2、点到多点的FTTx解决方案在光接入网中，如果光配线网(ODN)全部由无源器件组成，不包括任何有源节点，则这种光接入网就是PON。PON的架构主要是将从光纤线路终端设备OLT下行的光信号，通过一根光纤经由无源器件Splitter(光分路器)，将光信号分路广播给各用户终端设备ONU/T，这样就大幅减少网络机房及设备维护的成本，更节省了大量光缆资源等建置成本，PON因而成为FTTH最新热门技术。PON技术始于20世纪80年代初，目前市场上的PON产品按照其采用的技术，主要分为APON/BPON(ATMPON/宽带PON)、EPON(以太网PON)和GPON(千兆比特PON)，其中，GPON是最新标准化和产品化的技术。不同PON技术有着不同的优缺点，如下所示。表3-2xPON技术比较3.2.4光纤回路分类FTTH的传输层分为三类：分別是Duplex（双纤双向）回路，Simplex（单纤双向）回路和Triplex（单纤三向）回路。其中双纤回路是在OLT端和ONU端之间使用两路光纤连接，一路为下行，信号由OLT端到ONU端；另一路为上行，信号由ONU端到OLT端。Simplex单纤回路又称为Bidirectional，简称BIDI，这种方案只使用一条光纤连接OLT端和ONU端，并利用WDM方式，用不同波长的光信号分別传送上行和下行的信号。这种利用WDM方式传输的单纤回路和Duplex双纤回路相比可减少一半的光纤使用量，可以降低ONU用户端的成本，但是使用单纤方式时在光收发模块上要引入分光合光单元，架构比使用双纤方式的光收发模块复杂一点。BIDI上行信号选用1260至1360nm波段的激光传输，下行则使用1480至1580nm波段。而在双纤回路中则是上下行都使用1310nm波段传送信号。单纤三向回路是指在一条光纤中上行采用1310nm波段传送信号，下行采用1490nm和1550nm波段传送信号。其中1550nm波段传送广播电视，1490nm波段传送数据，这就需要所谓的Triplex架构。这三种情况的具体示意图，如图3-7所示。图3-7(a)Duplex双纤回路图3-7(b)Simplex单纤回路图3-7(c)Triplex单向三纤回路3.2.5PON技术介绍PON，PassiveOpticalNetwork，无源光网络，一种基于P2MP拓朴的技术。随着以太网技术在城域网中的普及以及宽带接入技术的发展，人们提出了速率高达1Gbit/s以上的宽带PON技术，主要包括EPON和GPON技术：“E”是指Ethernet，“G”是指吉比特级。1987年英国电信公司的研究人员最早提出了PON的概念。1995年，全业务网络联盟FSAN(FullServiceAccessNetwork)成立，旨在共同定义一个通用的PON标准。1998年，国际电信联盟ITU-T工作组，以155Mbps的ATM技术为基础，发布了G.983系列APON(ATMPON)标准。这种标准目前在北美、日本和欧洲应用较多，在这些地区都有APON产品的实际应用。但在中国，ATM本身的推广并不顺利，所以APON在我国几乎没有什么应用。2000年底，一些设备制造商成立了第一英里以太网联盟(EFMA)，提出基于以太网的PON概念——EPON(EthernetPassiveOpticalNetwork)。EFMA还促成电气电子工程师协会(IEEE)在2001年成立第一英里以太网(EFM)小组，开始正式研究包括1.25Gbit/s的EPON在内的EFM相关标准。EPON标准IEEE802.3ah在2004年6月正式颁布。2001年底，FSAN更新网页把APON更名为BPON(BroadbandPON)。实际上，在2001年1月左右EFMA提出EPON概念的同时，FSAN也已经开始了带宽在1Gbps以上的PON，也就是GigabitPON标准的研究。FSAN/ITU推出GPON技术的最大原因是由于网络IP化进程加速和ATM技术的逐步萎缩导致之前基于ATM技术的APON/BPON技术在商用化和实用化方面严重受阻，迫切需要一种高传输速率、适宜IP业务承载同时具有综合业务接入能力的光接入技术出现。在这样的背景下，FSAN/ITU以APON标准为基本框架，重新设计了新的物理层传输速率和TC层，推出了新的GPON技术和标准。2003年3月ITU-T颁布了描述GPON总体特性的G.984.1和ODN物理媒质相关(PMD)子层的G.984.2GPON标准，2004年3月和6月发布了规范传输汇聚(TC)层的G.984.3和运行管理通信接口的G.984.4标准。3.2.5.1PON原理3.4.5.1.1PON组成如图3-8所示，PON由光线路终端（OLT）、光合／分路器（Spliter）和光网络单元（ONU）组成，采用树形拓扑结构。OLT放置在中心局端，分配和控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。ONU放置在用户侧，OLT与ONU之间通过无源光合／分路器连接。所谓无源，是指在OLT(光线路终端)和ONU(光网络单元)之间的ODN(光分配网络)没有任何有源电子设备。图3-8PON组成结构PON使用波分复用（WDM）技术，同时处理双向信号传输，上、下行信号分别用不同的波长，但在同一根光纤中传送。OLT到ONU/ONT的方向为下行方向，反之为上行方向。下行方向采用1490nm，上行方向采用1310nm。如图3-9所示。其基本思想是在一定的物理限制和带宽限制条件下，让尽可能多的终端设备ONU来PSTNIP骨干网VideoService用户驻地网LANONUONUONUOLTsplitter分支比最大可为1：128可采用PON的保护结构对ODN和需要保护的OLT、ONU实现冗余保护接入网核心网TelephoneTelephoneTelephonePBX共享局端设备OLT和光纤。图3-9PON单纤双向传输原理3.4.5.1.2PON技术特点1、优点：多业务：PON系统要求提供语音，数据，视频等业务接入，业务透明性好，实现真正意义的全业务接入与“三网合一”。高带宽：EPON目前可以提供上下行对称的1.25Gb/s的带宽，并且随着以太技术的发展可以升级到10Gb/s。GPON则是高达2.5Gb/s的带宽。长距离接入：由于光纤的传输距离高达数百公里，所以实际上物理传输层的距离瓶颈在收发光信号的设备光器件上，目前PON标准规定距离为20km成本相对低：由于PON系统的ODN部分没有电子部件，无需电源供应，因此容易铺设，基本不用维护，建设维护成本低。设备相对简单，系统对局端资源占用很少，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高。扩展性好：目前PON网络一般采用树型网络结构，作为一种点到多点网络，以一种扇出的结构既节省光纤的资