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1、光纤到户解决方案(2005-07-06 15:35:47)北京康宁光缆有限公司 于力平摘要: 光纤到户作为接入网部分最具优势的解决方案，在国内外受到极大的 关注，本文针对光纤到户复杂的接入环境，及对无源设备的苛刻要求。介绍了光纤到户的拓扑定义，拓扑结构和康宁公司光纤到户产品，使人们了解不同需求的光纤到户用户可以选择不同的方案来满足需求，并了解到康宁公司在光纤到户的产品不仅经受住了现场严峻考验，而且以其最具特色的设计为客户提供接入更快捷更廉价的布线方案。光纤到户的定义FTTH属于接入网部分。接入网就是市话局或远端模块到用户之间的部分，主要完成复用和传输功能，一般不含交换功能。在历史上，这部分又称
2、为本地环路或用户环路。按照ITU-T的定义，FTTH就是光纤到达住户的门口，在端局和住户之间没有铜线，局端与用户之间完全以光纤作为传输媒体 ,将光网络单元(ONU)安装在住家用户。美国的FCC对FTTH中的“H定义了新的含义，“H既包括狭义上的家庭，也包括小型商业机构。FTTH的显著技术特点是不但提供更大的带宽，而且增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性，放宽了对环境条件和供电等要求，简化了维护和安装。光纤到户的优势FTTH因其使用的光纤传输介质无噪声，无辐射，抗EMI能力强，通讯系统不受带宽、距离限制等优势而得到较快推广。随着各国对带宽的需求的增长，近年来FTTH有加速的趋势。据美国
3、GARTNER公司最新发表的报告，亚太地区宽带用户数在2004年增长了50%（从2003年的4078万户增长到2004年的6100万户），其中泰国的增长率甚至高达1456%，印度增长了236%，而日本FTTH用户从2002年12,000增加到2003年531,000,日本运营商主推的光纤到户占75的市场，预计在2005年可以达到百分之百的光纤到户的覆盖度，2003年欧洲的FTTH 用户数为40万，虽不如日本，但大大高于美国同期的水平，而且从现在起到2008年，欧洲的 FTTH 用户数将每年增长60。另据美国Technology Futures Inc公司预测，美国的宽带普及率到2010年也将达
4、到75%。FTTH如此快速的发展根源与其巨大的市场源动力：1）P2P通讯，即对称荷载，其应用占占据全部网络通讯的50-70% ，2）在线网络游戏，这项应用具有巨大的市场空间，韩国90%的网络用户是网络游戏用户，到2007年的收入预计大于$2B ，而且其典型代表是具有相当消费能力具有良好教育的成年人。3）远程医疗，可通过快速可靠的网络使患者在几千公里外获得专业的护理，并可通过视频电视做面对面咨询或是在外科手术中得到专家的现场建议。4）网络办公，员工可以自由弹性的安排时间，提高工作效率。并减少公司的建设费用。除此之外，其在成本费用方面也有相当诱人的条件。1）FTTH的有源设备价格仅是ADSL设备的
5、1.5倍 2）FTTH的接线费用是双绞线接入的1/10 3）光纤故障率低，降低用户的维护费用 (FTTH Vs DSL 2:7) 4）器件功率消耗低，降低能源费用开支光纤到户的结构分析光纤到户的网络拓扑结构可以分为两种主要结构：光纤分布式结构HOME RUN FIBER和星形结构STAR Architectures,而星形结构有可以根据其分光节点是否为有源设备可分为有源星形和无源星形；单从成本和技术实现难易程度来考虑，目前为运营商所关注和采用的主要为无源星形结构，即PON结构。尽管普通的PON结构定义为星形结构（如在ITU-T rec. G.983 and G.984 series or th
6、e IEEE 802.3ah标准中所定义），但PON结构允许执行不同网络接入方案，如下图所示，无源光网络（PON）普通的拓扑结构主要包含一下四个关键场所和三部分光缆中心转换点：通常为中心局、由数据转发器或远程终端，它位于城域网环上或通过其它方式链接到“中心“的链路上，它可以服务数千用户为其提供接入服务干线光缆：起源于中心转换点，连接到本地接入点，链路通常使用带状光缆。 本地集中点：位于住宅区或商业区入口处，服务很多用户，通常为一个包含无源设备的机柜，本地集中点可以被设计最少服务192个客户，在高密度住宅区，最多可以服务576位客户，其主要决定因素有：可利用空间，用户密度和网络结构合理性分配光缆
7、：起源于本地集中点，连接到多个网络接入点网络接入点：位置最接近用户，通常为一个终端或底座式机柜连接分配和接入光缆，典型的应用为服务48个客户，尽管它最多可以到24位用户，似乎看起来由一个点服务更多的用户，通过减少终端可以节省费用，但事实上却收效甚微，因为要使用更长的接入光缆需要引上引下，在接入用户之前需要架空或管道铺设，要耗费很多的硬件花费，并使网络结构更复杂接入光缆：源于网络接入点，分别独立的光缆连接到每个用户的光网络接口,接入光缆可以从1芯到12芯，但是典型的应用是住宅用户使用为1到2芯，商业用户为612芯用户端：通常是一个光网络接口器件，可能还会包含电子设备，并同室内布线相连，或者在此仅
8、作为一个无源网络的划分点，直接连接到室内缆。 包含以上关键节点网络又可以组成以下三种网络拓扑结构：1） 中心局端分光HOMERUN结构中心分光HOMERUN结构与传统的TELCO模式结构一样，每个用户均有专用的光路由用户端连接到局端，每个用户的专用光路在网络接入点通过连接或者熔接的方式连接到分配光缆，分配光缆在本地接入点通过连接或熔接连接到干线光缆，干线光缆可以用同样的方式连接到中心交换点，在这种结构中本地集中点和网络接入点仅作为网络合并点，在这里低芯数的光缆合并到大芯数光缆里如上图所示，图例中按照点到点的关系，每个用户连接到局端有源设备或在局端进行分光中心分光结构的优势在这种结构设计的目标是
9、考虑网络传输技术的适应性、灵活形和透明度* 每个用户有其专用的光路* 提供最高的带宽和适应性* 所有移动、增加或改变网络布局都可在局端完成无需重新布线* 由用户端到局端箱通过简单路由一个调度束缚便可实现非类计价* 具有不受限制的升级空间中心分光结构的劣势需要巨大的基础建设费用，这种结构的商业前景并不理想* 长距离、高芯数的干线光缆导致较高的前期投资* 在局端，因为很多的用户而使局端的光纤管理非常复杂 2） 本地集中点分光结构本地点集中分光结构，即被经常提及的中心分光，提供每个用户由用户端到本地集中点的专用光路，每个用户的专用光路在网络接入点及分配光缆都为专用，这些专用光缆被连接到本地集中点，在
10、这种结构中，每个网络接入点仅提供光纤合并功能，本地集中点具有分光功能。下行信号在这里被分光，上行信号在这里被合并在干线光缆和分配光缆之间使用无源分光器创造点到多点的关系，最高可以为1 x 32分配比例。如下图所示，图示展示了此结构之间的关联。本地集中分光结构提供最佳的结合优势，使它成为最通用的配置结构 本地集中分光优势这种结构的设计目标是使网络在适应性，可量测性，可配置性，灵活性和结构的透明性等方面更有优势* 该设计可适当节省干线光缆的前期投资* 分配区域作为网络中最复杂的部分被设计为100获取比例* 简单的物理网络路由路线如果需要增加额外的光纤，我们只要在干线部分做简单的增加，即点到点的任务
11、* 本地集中点可以提供超额的网络管理功能* 容易改变网络拓扑结构增强其适应性如果将来服务需要开通其它窗口，只需要在本地集中点做改变，例如将有源的分光器件改为波长分光器件（DWDM）* 单一的网络管理节点对移动，增加或改变网络布局时，只需要对单点的整体移动即可实现。* 充分使用无源分光器件所有的分光器都位于中心点，可尽量减少器件接口的不使用率* 非常通用的结构本地集中分光点可以存放有源设备实现点到点的结构 本地集中的劣势是需要在本地集中点进行连接和管理用户，造成管理难度加大，成本增加3）分布式分光结构分布式分光结构利用分光器在网络接入点和本地集中点进行分光。在这种结构中，客户仅有的专用光路是由用
12、户端到网络接入点的引入光缆。每个用户的专用引入光缆连接到网络接入点的分光器（通常是1 x 4 或1 x 8分光比率）。一条小芯数的分配光缆将网络接入点的分光器连接到本地集中点的分光器，这种层叠式分光的方法在干线光缆和分配光缆中制造了一个点到多点的体系结构它可以同时减少干线光缆和分配光缆的投资整体的分光比率为本地集中点的比率乘于网络接入点的比率（例如：本地集中点的比率为1 x 8，网络接入点的比率为1 x 4 ，所以整体的分光比率为1 x 32 ）,如下图所展示的分布式分光拓扑结构图分布式分光结构的优势这种结构的设计目标式最小的前期投资。* 该设计通过减少在干线光缆和分配光缆方面的花费减少了前期
13、投资* 分光器的两级分光可以产生杠杆的累积作为分布式分光结构的劣势这种结构在下列方面的表现并不完美* 没有单点的中心管理，移动，增加或改变网络时需要整体的成倍移动系统* 不能充分的利用分光器的分光比率前期需要详细计划每个分光器的使用情况，并为将来的应为预留* 可能会影响将来的适应性升级为采用波分复用技术的PON结构将会很复杂* 带宽受到限制仅有的用户专用光路为用户引入光缆段* 通过多级的分光造成很高的光损耗 多种的布线结构可以用于FTTH，但是从整体成本的角度来看PON是一种非常有效的配置结构，尽管投资很高，在技术上还受到一定的约束所以必须选择合适的节点位置，并选择最优化的网络结构PON结构对
14、无源设备的需求在PON结构中，对应其无源连接设备提出了相应的技术要求，这里有几点关键特性需指出：1. 所定义的全部无源网络中，所有的有源设备（放大器，再生器，媒体转换器）都位于网络两端，即局端和用户端，中间的所有链路均为无源设备2. 它的效率是基于功率共享的概念，这里部分的用户将受到相同的光信号,同时也分享光功率，所以要求光纤能购注入更多的光功率3. 由于PON上从局端到用户端的路由各不相同，所以各条路径所造成的传输损耗也互不相同，在各个用户端发送 的光功率相同的情况下，到达局端后的光功率也不相同。必须保证无源设备的接头损耗足够小且性能稳定以保证光功率有较小的动态范围，4. PON上行传输采用
15、时分多址（TDMA）方式接入，局端到用户端的距离最短可以是几米，最长可达30千米。由于环境温度等条件对无源器件的影响，传输延时也在不断变化，为保证上行信号在光纤汇合后，插入指定的时隙且彼此不发生碰撞，必须保证无源设备有足够稳定的环境适用性能和抗老化性能针对以上问题，无源器件必须对其性能作出必要改进，以适应PON的要求:1减少网络中每个单独器件的损耗一条链路损耗的统计计算并不具有代表性，连接器的损耗值是单独的不受统计限制的，但室外设备所用连接器稳定性和损耗值仍非常重要，另外，需指定分光器在室外环境下最大损耗值，该值需作为室外设备选择的关键限制条件；同时也要求室外用机柜等设备具有稳定的保护性能。2
16、. 增加注入光纤的光功率所有的光纤，包括标准单模光纤均可用于FTTH，但都有众所周之受激布里渊散射的限制，当光纤注入高功率信号时SBS将出现，将会产生背向散射，随着功率增加，其影响导致信号丢失和用户端所收到信号退化。例如当需要传输模拟视频信号，这种基本的限制在PON的功率预算中又产生了一个约束条件。限制注入功率将限制传输的最大功率，因此限制了网络传输距离和覆盖面积31. 选择适合的网络结构上面介绍的网络结构各有其优劣性，必须与网络的应用、环境因素和商业因素等共同考虑，下图展示了不同网络结构在四个方面的比较北京康宁光纤到户产品解决方案工业界已经有广泛的共识，光纤将作为最终的通讯载体，随着带宽需求的
