【正文】 1 FTTH的最新進(jìn)展與趨勢 摘要 ： 光纖到家庭 (FTTH)一直是光纖接入不斷追求和探索的技術(shù)方向，隨 著國家政策的扶持、運(yùn)營商競爭的需要、對收入的追求，以及設(shè)備本身價(jià)格的下降， FTTH 出現(xiàn)可迅速發(fā)展的勢頭 .文章綜述了 FTTH 所走過的歷程和最新進(jìn)展，分析了 FTTH 發(fā)展的主要解決方案，并對 FTTH 的發(fā)展趨勢提出了自己的觀點(diǎn) . 關(guān)鍵詞 ： 光纖通信；光纖到家庭；寬帶接入；光接入網(wǎng) 光纖到家庭 (FTTH)是 20 年來人們不斷追求的夢想和探索的技術(shù)方向，但由于成本、技術(shù)、需求等方面的障礙，至今還沒有得到 大規(guī)模推廣與發(fā)展。然而，這種局面最近有了很大的改觀，由于政策上的扶持和技術(shù)本身的發(fā)展，在沉寂多年后， FTTH 網(wǎng)再次成為熱點(diǎn)，步入快速發(fā)展期。新技術(shù)、新設(shè)備、新的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)計(jì)劃不斷推出，引起了業(yè)界的關(guān)注。很多有識(shí)之士把 FTTH 網(wǎng) (特別是光纖到家、光纖到駐地 )視為光通信市場復(fù)蘇的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。預(yù)計(jì)今后幾年， FTTH 網(wǎng)還將會(huì)有更大的發(fā)展。 1 .FTTH 的發(fā)展歷程與最新進(jìn)展 FTTH 是光纖接入網(wǎng)發(fā)展的一種最終形式，光纖接入網(wǎng) (統(tǒng)稱 FTTx)以光網(wǎng)絡(luò)單元 (ONU)的位置所在，分為 FTTH、光纖到大樓 (FTTB)、光纖到駐地 (FTTP)和光纖到路邊 (FTTC)等幾種情況。光纖接入網(wǎng)的正式名稱是光纖用戶環(huán)路 (FITL，F(xiàn)iber in the loop)，對于住宅或者建筑物來講，用光纖連接用戶，主要有兩種方式：一種是用光纖直接連接每個(gè)家庭或大樓；另一種是采用無源光網(wǎng)絡(luò) (PON)技術(shù)，用分光器把光信號(hào)進(jìn)行分支，一根光纖為多個(gè)用戶提供服務(wù)。 日本是世界上對 FTTH 最熱衷的國家，在 FTTH 上一直非常領(lǐng)先，他們于20世紀(jì) 90年代初曾經(jīng)發(fā)布過覆蓋全國的宏偉的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) (BISDN)計(jì)劃，其中接入網(wǎng)主要 采用 π 系統(tǒng)將廣大用戶接入，并期望在 2020 年實(shí)現(xiàn)光纖到家。但是，由于技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的原因 ,日本的 BISDN計(jì)劃在 20 世紀(jì) 90 年代中期推遲并被隨后的 EJapan 等計(jì)劃所代替。盡管如此，日本在光接入網(wǎng)上的領(lǐng)先程度一直沒有變化。 2 日本是全球 FTTH 發(fā)展最好的國家，截至 2020 年 6 月 30 日，用戶為 萬，并且有加速發(fā)展的趨勢。表 1 是日本總務(wù)省對包括 FTTH 及各種寬帶接入網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，按照發(fā)展趨勢，到 2020 年以后，光纖接入將超過數(shù)字用戶線 (DSL)。 表 1 日本總務(wù) 省的寬帶網(wǎng)統(tǒng)計(jì) 2 .光纖接入網(wǎng)基本概念和模型 光纖在接入網(wǎng)中也占有傳輸媒介的主導(dǎo)位置，特別是當(dāng)帶寬成為業(yè)務(wù)瓶頸的時(shí)候。 光纖接入是指局端與用戶之間以光纖作為傳輸媒體。在光接入網(wǎng)（ OAN）中若光配線網(wǎng)（ ODN）全部由無源器件組成，不包括任何有源節(jié)點(diǎn)，則這種光接入網(wǎng)就是 PON。根據(jù)技術(shù)體制，則可分為 PDH 光接入技 術(shù)、 SDH 光接入技術(shù)、 ATM 光接入技術(shù)和以太網(wǎng)光接入技術(shù)等。圖 1 是 OAN 的參考配置。光線路終端 (OLT)為 ODN 提供網(wǎng)絡(luò)接口并連至一個(gè)或多個(gè) 為 OLT 和光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)提供傳輸手段。 ONU 為 OAN 提供用戶側(cè)接口并和 ODN 相連。 圖 1 光接網(wǎng) (OAN)的參考配置 3 3 .FTTH 的解決方案與發(fā)展趨勢 各種光纖接入技術(shù)都可能用作 FTTH 的解決方案，表 2 是目前幾個(gè)國家FTTH 的應(yīng)用情況比較。光纖接入技術(shù)包括有源光網(wǎng)絡(luò)和無源光網(wǎng)絡(luò)。有源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和產(chǎn)品有初期的 SLIC（ Subscriber Line Interface Circuit）和后來的DLC（ Digital Loop Carrier）、 IDLC（ Integrated Digital Loop Carrier）等，國際電信聯(lián)盟提出的基于 PDH的靈活復(fù)用和基于 SDH的靈活復(fù)用也屬于有源光接入技術(shù)。現(xiàn)在也有把波分復(fù)用 (WDM)技術(shù)用于光接入網(wǎng)的。實(shí)際上 ，包括目前應(yīng)用較廣泛的點(diǎn)到點(diǎn) (PTP）的 MC，都屬于有源光纖接入。 表 2 幾個(gè)國家 FTTH 的情況比較 PON 技術(shù)始于 20 世紀(jì) 80 年代初，目前市場上的 PON 產(chǎn)品按照其采用的技術(shù)，主要分為 APON/BPON(ATMPON/寬帶 PON)、 EPON(以太網(wǎng) PON)和 GPON(千兆比特 PON)，其中， GPON 是最新標(biāo)準(zhǔn)化和 產(chǎn)品化的技術(shù)。 以下為 PON 技術(shù)的發(fā)展歷程： ? 1983 年 ,BT 實(shí)驗(yàn)室首先發(fā)明了 PON； ? 1999 年 ,ITU 批準(zhǔn) APON／ BPONFSAN 標(biāo)準(zhǔn) ； ? 2020 年 , 工作組成立第一英里以太網(wǎng) (EFM)研究小組，致力于制定 EPON 接入技術(shù)。 ? 2020 年 ,ITU 批準(zhǔn) GPONFSAN 標(biāo)準(zhǔn) ,美國出臺(tái)寬帶網(wǎng)新政策，鼓勵(lì)運(yùn)營商建設(shè)光纖接入網(wǎng)。 下面對其中的幾種 FTTH 的解決方案分別進(jìn)行介紹。 點(diǎn)到點(diǎn)的 FTTH 解決方案 4 采用點(diǎn)到點(diǎn) 的結(jié)構(gòu)，從中心局到每個(gè)用戶都用一根光纖。圖 2 是最新建議草案 100 Mbit/s 基于以太網(wǎng)的點(diǎn)到點(diǎn)的系統(tǒng)配置。對于具有 N 個(gè)終端用戶的距離為 M km 的無保護(hù) FTTH 系統(tǒng)，如果采用點(diǎn)到點(diǎn)的方案，需要 2 N 個(gè)光收發(fā)器和 NM km 的光纖。但如果采用點(diǎn)到多點(diǎn)的方案，則需 N+1 個(gè)光收發(fā)器、一個(gè)或多個(gè)（視 N 的大?。┕夥致菲鳌⒑痛蠹s M km 的光纖，在這一點(diǎn)上 ,點(diǎn)到多點(diǎn)有著明顯的成本優(yōu)勢。采用點(diǎn)到多點(diǎn)的方案，大大地降低了光收發(fā)器的數(shù)量和光纖用量，并降低了中心局所需的機(jī)架空間。 圖 2 系統(tǒng)配置 當(dāng)然，點(diǎn)到點(diǎn)系統(tǒng)避免了復(fù)雜的上行同步技術(shù)和終端自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。另外上行的全部帶寬可被一個(gè)終端所用，這非常有利于帶寬的擴(kuò)展。但這些優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)不能抵消它在器件和光纖成本方面的劣勢。 EPON 的 FTTH 解決方案 APON 是在 1995 年提出的，當(dāng)時(shí)， ATM 被期望為在局域網(wǎng) (LAN)、城域網(wǎng)(MAN)和主干網(wǎng)占據(jù) 主要地位。然而從那以后，以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展超過了 ATM。現(xiàn)在以太網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展成為了一個(gè)廣為接受的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在全球有超過 400 萬個(gè)以太端口， 95％的 LAN 都是使用以太網(wǎng)技術(shù)。以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展很快，傳輸速率從 10 Mbit/s/100 Mbit/s、到 1 000Mbit/s、 10 Gbit/s 甚至 40Gbit/s，呈數(shù)量級(jí)提高；應(yīng)用環(huán)境也從 LAN 向 MAN、核心網(wǎng)發(fā)展。 EPON 是由 IEEE 工作組在 2020 年 11 月成立的 EFM（ Ether in the First Mile）研究小組提出的。 EPON 是幾個(gè)最佳的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的結(jié)合。EPON 以以太網(wǎng)為載體，采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸方式，下行速率目前可達(dá)到 10 Gbit/s，上行以突發(fā)的以太網(wǎng)包方式發(fā)送數(shù)據(jù)流。另外， EPON 也提供一定的運(yùn)行維護(hù)和管理 (OAM)功能。 5 和傳統(tǒng)的以太網(wǎng)相比， EPON 主要增加了兩部分功能：位于媒體接入控制(MAC)層之下的仿真子層和被作為 MAC 層一部分的多點(diǎn)控制協(xié)議（ MPCP）。仿真子層使得下面的點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)在協(xié)議上層看來象是多個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路，這一點(diǎn)是通過在每一個(gè)分組的開始加上邏輯鏈路標(biāo)識(shí)（ LLID）以取代 2 個(gè)字節(jié)的前導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)的。 EPON 技術(shù)和現(xiàn)有的設(shè)備具有很好的兼容性。而且 EPON 還可以輕松實(shí)現(xiàn)帶寬到 10 Gbit/s 的平滑升級(jí)。新發(fā)展的服務(wù)質(zhì)量（ QoS）技術(shù)使以太網(wǎng)對語音、數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)的支持成為可能。這些技術(shù)包括全雙工支持、優(yōu)先級(jí)（ ）和虛擬局域網(wǎng)（ VLAN）。但目前以太網(wǎng)支持多業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)還沒有形成，它對非數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，尤其是 TDM 業(yè)務(wù)還不能很好地支持。另外，和 GPON 相比它的傳輸效率較低。 實(shí)現(xiàn) EPON 也需要突破一些技術(shù)難點(diǎn)，例如： ? 因?yàn)?PON 是一種點(diǎn)到多點(diǎn)的物理和邏 輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而傳統(tǒng)的以太網(wǎng)是點(diǎn)到點(diǎn)的協(xié)議，如何在點(diǎn)到多點(diǎn)的 EPON 中傳送點(diǎn)到點(diǎn)的以太網(wǎng)協(xié)議，是以太網(wǎng)應(yīng)解決的技術(shù)問題，通過對 MAC 的改造可以實(shí)現(xiàn)。 ? 必須解決點(diǎn)到多點(diǎn)的光系統(tǒng)中突發(fā)模式傳送的問題。 ? PON 中不同 ONU 與 OLT 的距離相差較大，如何解決到達(dá) OLT 光信號(hào)強(qiáng)度的巨大偏差問題。如何解決非授權(quán) ONU 的累積噪聲對授權(quán) ONU 發(fā)出的光信號(hào)的干擾問題。 ? EPON 中帶寬共享和動(dòng)態(tài)帶寬分配的處理。 ? 如何解決窄帶話音和寬帶業(yè)務(wù)在 EPON 中的兼容等。 GPON 的 FTTH 解決方案 2020 年， FSAN 組啟動(dòng)了另外一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)工作，旨在規(guī)范工作速率高于 1 Gbit/s 的 PON 網(wǎng)絡(luò)。這項(xiàng)工作被稱為 Gigabit PON （ GPON）。 GPON 除了支持更高的速率之外，還要以很高的效率支持多種業(yè)務(wù)，提供豐富的 OAMamp。P 功能和良好的擴(kuò)展性。大多數(shù)先進(jìn)國家運(yùn)營商的代表，提出一整套 “ 吉比特業(yè)務(wù)需求 ” （ GSR）文檔，作為提交 ITU T 的標(biāo)準(zhǔn)之一；反過來又成為提議和開發(fā) GPON 解決方案 6 的基礎(chǔ)。這說明 GPON 是一種按照消費(fèi)者的準(zhǔn)確需求設(shè)計(jì)、由運(yùn)營商驅(qū)動(dòng)的解決方案，是值得產(chǎn)品用戶信賴的。在 GSR 文檔中所列舉的 要求主要有以下幾點(diǎn)： (1) 支持全方位服務(wù) — 包括話音（ TDM、 PDH 和 SONET/SDH）、 Ether（ 10/100 BaseT）、 ATM、專線等等。 (2) 物理覆蓋至少 20 km，協(xié)定內(nèi)邏輯支持范圍 60 km。 (3) 支持同一種協(xié)定下的多種速率模式，包括同步 622 Mbit/s、同步 Gbit/s、以及不同步的下行 Gbit/s、上行 Gbit/s 及更多（將來可達(dá)到同步 Gbit/s）。 (4) 針對點(diǎn)對點(diǎn)的服務(wù)管理 需提供 OAMamp。P（ Operation、 Administration、Provisioning）的能力。 (5) 針對 PON 下行流量是以廣播傳送之特點(diǎn)，提供協(xié)定層的安全保護(hù)機(jī)制。 采用通用組幀程序（ GFP）將各種業(yè)務(wù)流（包括 TDM 和分組）封裝在長度為 125 ns 的幀中；高效無開銷地傳輸原始 TDM 業(yè)務(wù)流。由于 GFP 提供了一種簡單、有效的在同步傳輸網(wǎng)上傳輸不同業(yè)務(wù)的方法，是一個(gè)理想的 GPON TC 層的協(xié)議。此外， GFP 采用標(biāo)準(zhǔn)的 SONET 8 kHz（ 125 ns）幀，能很好地支持 TDM 業(yè)務(wù) 。長期以來，困擾 FTTH 大規(guī)模推廣的主要問題之一，就是 FTTH 的費(fèi)用。從目前的情況來看， FTTH 的建設(shè)成本已降到 100$/戶以下。日本的 NTT 公司對 FTTH 使用100Mbit/s 以太網(wǎng)接口的用戶，所收取的月租費(fèi)是 11000 日元，而日本東京電力公司的 FTTH 用戶每月只須交 9 800 日元，這種資費(fèi)對于日本的家庭來說是相當(dāng)便宜的了。據(jù)調(diào)查，我國大部分家庭的承受能力在 80～ 100 元之間。因此 FTTH的推廣開始受到許多國家的政府和許多運(yùn)營公司的重視，將逐步形成建設(shè)的高潮。 光纖接入網(wǎng)在面世 20 年以后，終于邁 開大步向前發(fā)展。國外咨詢機(jī)構(gòu)IDC 的最新預(yù)測表明，全球光纖接入用戶數(shù)將從 2020 年的 16． 8 萬增長到 2020 7 年的 2 億，將占到寬帶用戶的 ％。光纖接入這個(gè)夢想正在一步步走向現(xiàn)實(shí)。但奇怪的是，在 FTTH 發(fā)達(dá)的日本等國， PON 在光接入網(wǎng)中所占的比例并不大，倒是點(diǎn)對點(diǎn)的光纖接入成為主流。這是我們在關(guān)注 GPON 的發(fā)展時(shí)必須進(jìn)一步思考的問題。 參考文獻(xiàn) [1] ITU T Rec. 1998, Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON)[S]. [2] ITU T SG15 COM15 92 2020, General characteristics for Gigabit capable Passive Optical Networks (GPON) [S]. [3] 董孝義，王延堯 . 新一代光纖通信與同步網(wǎng)原理與發(fā)展 [M].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社 . FTTH的發(fā)展 發(fā)達(dá)國家對 FTTH的看法不完全相同：美國 ATamp。T認(rèn)為 FTTH市場較小，在OFC2020宣稱： FTTH在 2050年后才有市場。美國運(yùn)行商 Verizon和 Sprint比較積極，要在 1012年內(nèi)采用 FTTH改造網(wǎng)絡(luò)。但 FTTH是信息社會(huì)的需求 ， 困擾 FTTH 大規(guī)模推廣的主要問題之一 ， 就是 FTTH的費(fèi)用 。 從目前的情況來看 ， FTTH 的建設(shè)成本已降到 100195。/戶以下 。 日本的 NTT公司對 FTTH使用 100Mbit/s以太網(wǎng)接口的用戶 ， 所收取的月租費(fèi)是 11000日元 ,而日本東京電力公司的 FTTH用戶每月只須交 9800日元 ， 這種資費(fèi)對于日本的家庭來說是相當(dāng)便宜的了。據(jù)調(diào)查 ， 我國大部分家庭的承受能 力在 80~100元之間。因此 FTTH的推廣開始受