光接入网的基本概述与应用

    一、光接入网的基本概念

    所谓光接入网（OAN）就是采用光纤传输技术的接入网，泛指本地交换机或远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。

    通常，OAN指采用基带数字传输技术，并以传输双向交互式业务为目的的接入传输系统，将来应能以数字或模拟技术升级传输带宽广播式和交互式业务。

    在北美，美国贝尔通信研究所规范了一种称为光纤环路系统（FITL）的概念，其实质和目的与ITU－T所规定的OAN基本一致，两者都是指电话公司采用的主要适用于双向交互式通信业务的光接入网结构。

    目前的接入网仍然主要是铜缆网，约占94%，携带的业务主要是电话业务。铜缆网的故障率很高，维护运行成本也很高，仅美国贝尔电话运营公司每年用于其用户铜缆网维护运行和满足新用户增长要求的花费，就达30亿美元。在光通信时代，花费巨额费用去维护运行一个将要淘汰的铜缆网，实 在是迫不得已之举。

    OAN和FITL概念的提出，正是为了达到将上述大规模接入网投资，和花费逐渐转向光纤的目的。总的看，在电信网中引入OAN或FITL的最基本的目标有两条：首先是为了减少铜缆网的维护运行费用和故障率。其次是为了支持开发新业务，非凡是多媒体和带宽新业务，从而加强竞争力，增加新业务收入，补偿建设光接入网所需的新投资。除了上 述两个基本目标外，采用光接入网，可以满足用户希望较快提供业务，改 进业务质量和可用性的要求，也可以节约城市拥挤不堪的地下管道空间， 延长传输覆盖距离，适应扩大的本地交换区等其他目的，其结果当然也把 接入网的数字化，进一步推向了用户

    简言之，采用光接入网已经成为解决电信发展瓶颈的主要途径，其应用场合不仅最适合那些新建的用户区，而且也是需要更新的现有铜缆网的主要代替手段。

    二、系统接入方式

    从光接入网系统接入方式看，可以划分为三类接入方式：

    1、综合的FITL系统

    这类系统的主要特点是通过一个开放的高速数字接口与数字交换机相连。由于接口是开放的，因而FITL系统不必依靠于交换机制造厂商，可以工作在多厂家环境，有利于将竞争机制引入接入网，从而降低了接入网成本。这种方式代表了FITL的主要发展方向。目前这类标准开放接口有两大类，一类是美国贝尔通信研究所为综合的数字环路载波（IDLC）系统提出的TR－303开放接口；另一类是ITU－T提出的V.5.1和V.5.2开放接口，后者比前者仅多了集中和保护功能。这类接口将成为OAN的标准开放式数字接口。遗撼的是两者却互不兼容。

    2、通用的FITL系统

    这类系统在FITL和交换机之间需要应用一个局内终端设备，在北美称之为局端（COT）。其功能是进行数模转换，并将来自FITL系统的信号分解为单个的话带信号，以单频接口方式经单频主配线架与交换机相连。由于接口是音频话带接口，因而这种方式适合于任何交换机环境，包括模拟交换机和尚不具备标准开放接口的数字交换机。然而，由于需要增加局内终端设备、音频主配线架和用户交换终端，因而这种方式的成本和维护费用，要比综合的FITL系统高。其好处是通用性。

    3、专用交换的FITL系统

    这类系统与交换机之间不存在开放的标准接口，而是工厂自行开发的专用内部接口，因而交换机和FITL系统必须由同一制造厂家生产。这种方式往往是迫不得已的方法，不是发展方向，将逐渐淘汰。

    三、参考配置和应用类型

    1、功能参考配置

    ITU－T建议G．982提出了一个与业务和应用无关的光接入网功能参考配置。尽管参考配置是以无源光网络（PON）为例的，但原则上也适用其他配置结构，例如将无源光分路器用复用器代替就成了有源双星型结构。

    2、应用类型

    按照ONU在光接入网中所处的具体位置不同，可以将OAN划分为三种基本不同的应用类型。

    （1）光纤到路边（FTTC）

    在FTTC结构中引入线部分是用户专用的，现有铜缆设施仍能利用，因而可以推迟耗资巨大的引入线部分（有时甚至配线部分，取决于ONU位置）的光纤投资，具有较好的经济性。先敷设了一条很靠近用户的潜在宽带传输链路，一旦有宽带业务需要，可以很快地将光纤引至用户处，实现光纤到家的战略目标。同样，假如经济性需要，也可以用同轴电缆将带宽业务提供给用户。由于其光纤化程度已十分靠近用户，因而可以较充分地享受光纤化所带来的一系列优点，诸如节省管道空间，易于维护，传输距离长，带宽大等。由于FTTC结构是一种光缆／铜缆混合系统，最后一段仍然为铜缆，还有室外有源设备需要维护，从维护运行的观点仍不理想。但是假如综合考虑初始投资和年维护运行费用的话，FTTC结构在提供2Mbit/s以下窄带业务时，仍然是OAN中最现实经济的。然而对于将来需要同时提供窄带和宽带业务时，这种结构就不够理想了，届时初期对窄带业务合适的光功率顾算值，对以后的带宽业务就不够了，可能不得不减少节点数和用户数，或者采用1．5UM波长区来传带宽业务。还有一种方案是干脆将带宽业务放在独立的光纤中传输，例如采用HFC结构。此时在HFC上传模拟或数字图像业务，而FTTC主要用来传窄带交互型业务，具有一定灵活性和独立性，但需要有两套基本独立的基础设施。

    （2）光纤到楼（FTTB）

    FTTB也可以看作是FTTC的一种变形，不同处在于将ONU直接放到楼内（通常为居民住宅公寓或小企事业单位办公楼），再经多对双绞线，将业务分送给各个用户。FTTB是一种点到多点结构，通常不用于点到点结构。FTTB的光纤化程度比FTTC更进一步，光纤已敷到楼，因而更适于高密度用户区，也更接近于长远发展目标。预计会获得越来越广泛的应用，非凡是那些新建工业区或居民楼以及与带宽传输系统共处一地的场合。

    （3）光纤到家（FTTH）和光纤到办公室（FTTO）

    在原来的FTTC结构中，假如将设置在路边的ONU换成无源光分路器，然后将ONU移到用户家，即为FTTH结构。假如将ONU放在大企事业用户（公司、大学、研究所、政府机关等等）终端设备处，并能提供一定范围的灵活的业务，则构成所谓的光纤到办公室（FTTO）结构。由于大企事业单位所需业务量大，因而FTTO结构在经济上比较轻易成功，发展很快。考虑到FTTO也是一种纯光纤连接网络，因而可以归入与FTTH一类的结构。然而，由于两者的应用场合不同，结构特点也不同。FTTO主要用于大企事业用户，业务量需求大，因而在结构上适于点到点或环形结构。而FTTH用于居民住宅用户，业务量需求很小，因而经济的结构必须是点到多点方式。

    其主要特点：

    由于整个接入网是全透明光网络，因而对传输制式（例如PDH或SDH，数字或模拟等）、带宽、波长和传输技术没有任何限制，适于引入新业务，是一种最理想的业务透明网络，是接入网发展的长远目标。由于本地交换机与用户之间无任何有源电子设备，ONU安装在住户处，因而环境条件大为改善，可以采用低成本元器件。同时，ONU可以本地供电，不仅供电成本降低，而且故障率也大大减少。最后，维护安装测试工作也得以简化，维护成本可以降低，是网络运营者长期以来一直追求的理想网络目标。由于只有当光纤直接通达住户，每个用户才真正有了名符其实的带宽链路，B－ISDN的实现才有了最终的保证，采用各种WDM或FDM技术，真正发掘光纤巨大潜在带宽的工作才有可能。

    四、业务支持能力

    OAN是一种为变向交互式业务而设计的系统，初期主要支持2Mbit/s以下速率的业务，基本业务有下面7类：

    普通电话业务（POTS）；

    租用线；

    分组数据；

    ISDN基本速率接入（BRA）；

    ISDN一次群速率接入（PRA）；

    N＊64Kbit/s；

    2Mbit/s（成帧和不成帧）。

    除了上述7种基本窄带业务外，还有其他一些可能支持的业务，非凡是在将来应能支持带宽业务，诸如单向广播式业务（如CATM业务）、双向交互式业务（如VOD或数据通信业务）等，而且还可能支持模拟广播式业务。如有些国家就计划在近期利用1.4UM波长来开放几十路模拟方式的副载波复用（SCM）电视节目。

    五、配置结构的选择

    光接入网的配置结构选择取决于众多的因素，十分复杂，需要具体的分析比较和综合计算。下面仅列出几个基本考虑因素和原则。

    1、用户类型

    用户类型是配置结构选择所要首先考虑的因素，定位不准自然不会有合理的选择。通常，不同的用户类型往往需要配置不同的结构。例如企事业用户所需的用户线数目总是大于居民住宅用户，因而FTTO和FTTC都可用于这类用户。前者适于业务量要求较大的大企事业用户，而后者主要适用于小企事业用户和居民住宅用户。居民住宅用户通常只需要1－2根用户电话线而已，因而必须采用具有较大共享能力的结构。例如FTTC，FTTB和FTTR；FTTC更适于分散用户，而FTTB更适于集中的公寓住宅用户。长远看，则FTTH是方向。

    2、成本

    成本是接入网支柱能否成功的要害，成本高低在很大程度上取决于ONU成本究竟能在多大程度上为用户共享分担。显然，FTTH共享程度最低，用户侧需要安装专用于一个用户的ONU，其初装费用和维护成本都最高。美国Raynet公司的成本模型计算结果表明，当ONU能为24至32个用户共享成本最佳。与FTTC和FTTB相比，FTTH的成本要高很多，目前计划安装FTTH的原因，只能是其他非成本考虑因素。在相当一段时间内，FTTC和FTTB将成为最经济可行的居民用户线解决方案。对于大企事业用户，由于所需用户线数量大，平均每线的成本下降，因而FTTO结构是最经济可行的方案。像城市的新建办公大楼、饭店和大公司，现在就可直接采用FTTO结构，而没必要再敷设大量铜缆用户线了。在考虑成本时，不仅要考虑初始成本，还要考虑整个寿命期的成本，包括将来线路增长或整修的花费及运营成本（供给、维护和供电等）。这样一来，FTTH的好处就显示出来了。按照美国贝尔通信研究所的研究结果，尽管FTTH的初始成本比FTTC要高很多，但供电成本可以节约75%至90%，供给成本可以节约20%以上，业务保证成本可以节约25%至40%，因而总的寿命期成本，已可以与其他方式相比。

    3、与本地交换的综合

    随着交换技术和光纤传输技术的进展，非凡是光纤传输成本的大幅度下降，多数电话公司正在重新组织配置接入网，主要趋势是减少本地交换机的数量，增加交换机容量，扩大接入网的覆盖范围，而安装光接入网，往往构成上述网络重新配置计划的一部分。假如能将远端交换和集中功能结合在ONU内，将使上述网络重新配置计划比较轻易实现。然而此时ONU必须能为较大数量的用户服务，才具有经济性，初步研究分析结果表明，一个ONU应能服务256个用户，才比较经济可行。此时，SDH环形结构可以将结合的FTTC／FTTB／FTTR接入网联成一体。

    4、服务灵活性

    服务灵活性往往是企事业用户非凡重视的特性。FTTO结构可以快速地灵活地按请求提供或切断数据业务，十分适合企事业用户的活动特性。通常，随着共享ONU的用户数的减少，能为每个用户提供非凡服务的能力会相应增加。对于大企事业用户，又由于业务量需求大，因而FTTO提供了最灵活的服务。

    5、业务类型

    从长远的观点看，光接入网必须能提供带宽图像业务，包括交互型和分配型的图像业务。显然，适于提供交互型低速业务（电话和数据）的配置结构，未必能适于提供带宽图像业务，尤其是分配型图像业务。这方面，纯光的FTTH和FTTO结构具有最好的业务透明性。此外，ONU设置的位置越靠近用户的地方，将来的升级更新越轻易。当然还有别的考虑因素，这儿就不能一一细述了。

    六、光接入网的主要发展趋势

    以上介绍的，主要是目前已经完成标准化且有商用产品的光接入网技术，下一步的主要发展趋势有：

    带宽化

    向带宽的发展是下一步光接入网的重要发展方向，可行方式很多。除了前述利用1550NM窗口开通模拟广播电视的方式外，尚有各种数字方式，所谓的交换式数字图像（SOV），就是一种最流行的方式，与数字HFC结合的方式也是可行的。

    ATM化

    ATM在核心网应用中的种种优点，在原理上也能适用于处于网络边缘地带的接入网环境，这对于支持未来的灵活多变的多媒体通信很有价值。将ATM带到用户住宅，是用户接入网的逻辑发展方向。混合组网接入网的复杂多变环境导致了技术的多元化，因而以PON为基础的光接入网怎样与其他接入技术混合组网，取长补短是十会重要的。主要的混合接入方式，有光接入网与甚高比特率数字用户线（VDSL）的结合；光接入网与HFC的结合；光接入网与无线接入的结合以及光接入网与SDH的结合，这方面尚有很多实际问题需要研究。光接入网的种种优势表明这是一种代表接入网发展方向的新技术，它的发展正逐步由小规模试验和商用走向大规模应用阶段，预计将成为接入网发展的主流趋势。我国也应不失时机地开展体制标准研究和现场试验工作，以便以适当的时机和适当的步骤，将光接入网纳入到我国接入网的总体发展规划中来，为下一世纪的信息高速公路的建设，奠定坚实的信息接入通道。