本文主要從系統技術的角度來分析幾種FTTH技術的特徵、問題與方案選擇。當然，除了系統技術外，影響其發展的因素很多，主要是業務套用以及管制政策。此外，各種配套元器件技術和敷設安裝測試技術也十分關鍵。目前低成本光源已有望實現，850nm的VCSEL（垂直共振腔面射型雷射）僅數美元，1310nm的VCSEL已有突破，速率達10Gbit/s。光波平面電路(PLC)混合集成技術，高密度低成本光纜及相關技術，對彎曲不敏感的室內用光纖，低成本無源器件，施工安裝技術，自動光操作測試系統等也都是影響光接入網推廣套用的關鍵因素，需要有妥善的全面解決方案。
基本介紹
- 中文名：FTTH寬頻光纖接入
- 優勢：價格低，壽命長
- 印象因素：系統技術
- 接入：點到點有源乙太網系統
FTTH技術,入網的優勢,乙太網系統,無源光網路,介紹,APON和BPON,EPON,GPON,發展的思考,
FTTH技術
入網的優勢
就世界範圍看，絕大多數電信公司是以ADSL為主發展寬頻接入的，然而，ADSL是建立在銅線基礎上的寬頻接入技術，銅是世界性戰略資源，隨著國際銅纜價格持續攀升(近幾年年均20%-30%的增幅)，以銅纜為基礎的xDSL的線路成本越來越高，而光纖的原材料是二氧化矽，在自然界取之不盡，用之不竭。事實上，當前光纖的市場價格已經低於普通銅線，並且其壽命還遠高於後者。在新鋪用戶線路或者老電纜替換中，光纖已經成為更合理的選擇，特別是主幹段乃至配線段。其次，作為有源設備，xDSL電磁干擾難以避免，維護成本越來越高。作為無源傳輸介質的光纖可以避免這類問題。
最後，隨著全網的光纖化進程繼續向用戶側延伸，端到端寬頻連線的限制越來越集中在接入段，目前ADSL的上下行連線速率無法滿足高端用戶的長遠業務需求。儘管ADSL2+和VDSL2技術有望緩解這一壓力，但其速率和傳輸距離的繼續大幅度提高是受限的，不能指望有本質性突破。顯然，隨著光纖在長途網、城域網乃至接入網主幹段的大量套用，符合邏輯的發展趨勢是將光纖繼續向接入網的配線段和引入線部分延伸，最終實現光纖到戶。關鍵的問題是：推進速度有多快?這將取決於多種因素，包括市場的需求、競爭的需要、套用的刺激、技術的進步、成本的下降和配套運維系統的開發等。我國2008年舉辦奧運會和2010年舉辦世界博覽會這兩個重大世界性事件也將在一定程度上會推進FTTH的發展。
乙太網系統
歷史上，在企事業用戶套用環境，乙太網技術一直是最流行的方法，目前已成為僅次於供電插口的第二大住宅和辦公室公用設施接口。主要原因是已有巨大的網路基礎和長期的經驗知識，目前所有流行的作業系統和套用也都是與乙太網兼容的，性能價格比好、可擴展、容易安裝開通以及具有高可靠性等。
對於公用網住宅用戶套用環境，點到點有源乙太網系統採用有源業務集中點來替代無源點到多點系統的無源器件，使傳輸距離可以擴展到120km之遠。這種技術的主要優點是專用接入，頻寬有保證，每用戶可以在配線段和引入線段獨享100Mbit/s乃至1Gbit/s；局端設備簡單便宜；傳輸距離長，服務區域大；成本隨用戶數的實際增長而線性增加，可預測，無需規劃，投資風險低，設備連線埠利用率較高，因而在低密度用戶分布地區成本較低。缺點是兩端設備和光纖設施專用，用戶不能共享局端設備和光纖，當需求快速增長且用戶很密集時，光纖和兩端設備的數量及其成本以及空間需求也隨之迅速增加，因而不太適合高密集用戶區域。另外，有源乙太網要求多點供電和備用電源，網路管理的元件(包括電源)多，增加了供電和網管的複雜性。第三，從標準化的角度，有源乙太網並沒有一個統一的標準，而是利用多個相關標準，從而產生多種不兼容的解決方案。最後還有一個可能影響選擇乙太網技術的因素是傳統視頻業務的提供方式，例如有些美國電信公司(例如Verizon)承諾能提供同樣質量的傳統模擬射頻視頻節目，而乙太網技術在支持傳統模擬射頻視頻節目的傳送方面是比較困難的。
在FTTH套用場合，點到點乙太網主要用於多住戶單元接入，具體又分為單纖系統和雙纖系統兩種，單纖系統的上下行分別採用不同波長，典型上行波長為1310nm，下行波長為1550nm，傳輸距離為15km，遵循日本電信技術委員會制定的標準TS-1000，因而互操作性較好，網路複雜性較低。雙纖系統採用兩根光纖，遵循IEEE802.3ub標準，採用多模光纖，傳輸距離僅為2km。不同運營商為了延長傳輸距離，增強其管理功能，制定了很多私有標準，使系統的互操作性很差。
無源光網路
介紹
無源光網路是一種純介質網路，其主要特點是在接入網中去掉了有源設備，從而避免了電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設備的故障率，簡化了供電配置和網管複雜性，降低了運維成本。其次，PON的業務透明性較好，頻寬寬，可適用於任何制式和速率的信號，能比較經濟地支持模擬廣播電視業務，具備三重業務功能(triple-play)。第三，其局端設備和光纖(從饋線段一直到引入線)由用戶共享，因而光纖線路長度和收發設備數量較少，相應成本較其它點到點通信方式要低，土建成本也可明顯降低。特別是隨著光纖向用戶日益推進，其綜合優勢越來越明顯。PON的每用戶成本隨著分享OLT的用戶數量的增加而迅速下降，因而最適合於分散的小企業和居民用戶，特別是那些用戶區域較分散，而每一區域用戶又相對集中的小面積密集用戶地區，尤其是新建區域。最後，無源光網路的標準化程度好，基本分為ITUFSAN(全業務接入網路)和IEEE兩大類，均可提供獨立可行的單一兼容解決方案。因而，多數美國大型電信公司傾向於選擇PON，而不是光乙太網技術。
PON的主要缺點是一次性投入成本較高，因為局端光線路終端（OLT)很貴，光纖和分路器等無源基礎設施又必須一次到位，這樣當用戶數較少或用戶分布超過某一限定距離時，每用戶的成本很高，會產生大量沉澱成本。另外，其樹型分支拓撲結構使用戶不具備保護功能或保護功能成本較高，影響了大規模發展。
從網路結構分析，無論哪種PON都可以有兩種不同的結構，即集中式和分散式，前者在局端OLT和業務靈活點(FP)之間只有一根光纖相連，分路器集中放置在FP處(即傳統的交接箱處)，從分路器到用戶光網路終端之間有一根專用光纖相連。而分散式結構在靈活點處與配線點(DP)處都放置分路器，形成兩級分路。分析表明分散式結構在用戶普及率接近100%的區域套用時具有成本優勢，但是實際情況多半不是這樣，特別是對於用戶普及率不高的情況，集中式結構具有明顯的成本優勢，其成本可以隨著實際用戶數的增長而增長，不存在分散式結構的較大初期沉澱成本問題，而且也不會隨著技術的進步(如GPON的出現和套用)而需要重新部署。
無源光網路技術的一個重要趨勢是提供多種語音處理方式，既可以在局端採用V5接口與PSTN相連，提供傳統PSTN語音業務，又可以在局端內置控制模組，支持H.248/H.323協定，靈活適應以H.248協定為基礎的軟交換VoIP網路或以H.323協定為基礎的傳統VoIP網路，其主要發展趨勢則是著重支持軟交換網。
APON和BPON
然而，APON/BPON的業務適配提供很複雜，業務提供能力有限，數據傳送速率和效率不高，成本較高，其市場前景由於ATM的衰落而黯淡。最後，從業務發展趨勢看，APON的可用頻寬仍然不夠。以FTTC為例，儘管典型主幹下行速率可達622Mbit/s，但分路後，實際可分到每個用戶的頻寬將大大減小。按32路計算，每一個分支的可用頻寬僅剩19.5Mbit/s，再按10個用戶共享，則每個用戶僅能分得約2Mbit/s的頻寬而已。顯然，這樣的性能價格比是無法滿足網路和業務的發展需要的。
EPON
隨著IP的崛起和發展，有人提出了EPON的概念，即在與APON類似的結構和G.983的基礎上，設法保留其精華部分——物理層PON，而以乙太網代替ATM作為鏈路層協定，構成一個可以提供更大頻寬、更低成本和更強業務能力的新的結合體——EPON。這一思想在乙太網界獲得到了積極回響，在IEEE802.3ah的旗幟下已經形成了EPON標準。在日本為了與以前基於100Mbit/s的非標準EPON區別，將其稱為GEPON。鑒於基於100Mbit/s的非標準EPON已經消亡，目前EPON實際即指GEPON，不再專門區分。
EPON主要基於IEEE802.3ah標準，與傳統點到點乙太網主要不同之處在於採用點到多點通信方式。其下行方向工作於TDM方式，數據流以變長以太幀方式廣播到ONU，每個ONU根據以太幀的MAC地址，決定取捨。上行方向工作於TDMA方式，來自不同時隙的ONU數據流匯聚到公共光纖設施和OLT。此外，傳統乙太網工作於連續光傳輸模式，在收發兩個方向都是連續的比特流，因此收端的定時和判決容易實現。而EPON的上行比特流是輪流傳送的突發數據包，OLT的接收定時恢復、判決門限設定、測距和延時補償比較複雜。
從EPON的結構上看，其關鍵優點是極大地簡化了傳統的多層重疊網結構，主要特點有：
●消除了ATM和SDH層，從而降低了初始成本和運行成本；
●下行業務速率可達1Gbit/s，允許支持更多用戶和更高頻寬；
●硬體簡單，無須室外電子設備，使安裝部署工作得以簡化；
●可以大量採用乙太網技術成熟的晶片，實現較簡單，成本低；
●改進了電路的靈活指配和業務的提供和重配置能力；
●提供了多層安全機制，諸如VLAN、閉合用戶群和支持VPN等。
IEEE802.3ah規範的EPON技術的上下行波長是1310nm和1490nm，上下行速率均為1.25Gbit/s，傳輸距離是10/20km，分路比是32/16，主要業務是數據和語音，增加一個1550nm電視廣播波長後，成為語音、數據和電視三合一的所謂三重業務捆綁服務。對於傳送單一乙太網業務而言，EPON是一種很好的解決方案。
EPON的主要缺點是由於IEEE802.3ah只規定了MAC層和物理層，MAC層以上的標準靠製造商自行開發，因而帶來靈活性的同時也造成了設備互操作性差的缺點。其次，EPON的總效率較低，主要是由於採用8B/10B的線路編碼，引入20%的頻寬損失，再加上其它的額外開銷，可用負荷僅50%左右，而APON和GPON都採用NRZ擾碼為線路碼，沒有頻寬損失。GPON的GFP每幀封裝4-65535byte，遠大於乙太網的幀負荷46-1500byte，平均開銷少，再加上承載層效率、傳輸匯聚層效率、業務適配效率等原因，使EPON總的傳輸效率較低，大約僅為GPON的一半。第三，由於EPON開始主要是乙太網設備製造商驅動的標準，因而沒有充分考慮網路運營商的運營需要，管理功能不夠豐富，但是比普通乙太網有明顯改進，可以提供遠端故障指示、遠端環回控制和鏈路監視等基本管理功能，也能滿足基本管理功能。最後，EPON的設計沒有考慮直接支持乙太網以外的業務，因而對於主張多業務支持能力的傳統運營商來說是一個重要缺憾。 FTTH寬頻光纖接入-
GPON
2001年，在IEEE積極制定EPON標準的同時，FSAN組織開始發起制定速率超過1Gbit/s的PON網路標準——吉比特乙太網無源光網路(GPON)，隨後，ITU-T也介入了這一新標準的制定工作並於2003年1月通過兩個有關GPON的新標準——G.984.1和G.984.2。
按照這一最新標準的規定，GPON可以提供1.244Gbit/s和2.488Gbit/s的下行速率和ITU規定的多種標準上行速率，即可以靈活地提供對稱和非對稱速率。傳輸距離至少達20km，系統分路比可以為1:16、1:32、1:64乃至1:128，而EPON只提供1.25Gbit/s對稱速率，分路比最多為1:32。即GPON在速率、速率靈活性、傳輸距離和分路比方面有優勢。其次，GPON採用了兩種適配方式，除了傳統的ATM外，還在傳輸匯聚層採用了一個全新的基於SDH的標準通用組幀程式(GFP)，這是一種可以透明、高效地將各種數據信號封裝進現有SDH網路的通用標準信號適配映射技術，可以適應任何用戶信號格式和任何傳輸網路制式，無需附加ATM或IP封裝層，封裝效率高、提供業務靈活，而APON/BPON和EPON對每種特定業務都需要提供特定的適配方法。第三，由於GPON採用GFP映射，其傳輸匯聚層本質上是同步的，還使用標準SDH的125μs幀，使GPON可以支持端到端的定時和其它準同步業務，特別是可以直接高質量、靈活地支持實時的TDM語音業務，延時和抖動性能很好。而EPON在承載TDM業務方面沒有具體規定，導致廠家可以採用不同方法來承載，包括一層、二層和三層均可以，互操作性較差，性能難以確保。第四，GPON在網管方面具有豐富的功能，包括頻寬授權分配、動態頻寬分配、鏈路監測、保護倒換、密鑰交換和各種告警功能等，比EPON考慮周到。不過，EPON在網管功能上比普通乙太網有了明顯改進，可以提供遠端故障指示、遠端環回控制和鏈路監視等基本管理功能，也能滿足基本管理功能。第五，在QoS方面，GPON可以通過使用指針調整ONU的授權頻寬和授權周期來保證業務的頻寬和延時要求。而EPON主要採用優先權佇列結合DBA算法來保證頻寬和延時，也能基本滿足不同業務的QoS要求。
從技術角度，GPON是BPON的繼承和發展。GPON繼承了BPON的很多基本特點，例如兩者都使用同樣的OLT核心技術，包括ONU的激活和測距等，使用同樣的物理光纖設施和光功率預算值，同樣的管理軟體棧等。另一方面，GPON採用了一些最新的技術成果，除了最重要的GFP封裝技術外，還包括前向糾錯等新技術。
從提供的業務看，GPON不僅可以提供10/100Mbit/s、1Gbit/s的業務，而且可以提供VLAN業務和語音業務，事實上可以適應任何現有業務和未來新業務的適配要求。總的來看，GPON不是製造商驅動的技術標準，而是一種運營商驅動的標準，因此具有更周到的運營利益考慮，速率更高，速率靈活性更大；具有通用的映射格式，可適應任何新老業務；具有豐富的OAM&P功能；對各種業務均有很高的傳輸效率，即便對於TDM業務也能靈活高效地傳送。可以幫助運營商完成從傳統TDM語音電路向全IP網路的平滑過渡。
就成本分析而言，PON的光模組成本大約為設備成本的20%-30%，主要成本是各種電接口和協定處理轉換等，而這方面GPON和BPON要比EPON複雜很多。其次，就光模組而言，由於GPON要滿足很高的突發同步指標，對於模組的驅動電路和前後放大器晶片要求很高，還要滿足較高的功率預算，只能採用分布反饋雷射器(DFB)傳送機和雪崩光電二極體(APD)接收機，其成本要高於EPON模組的法布里-珀羅腔(FP)傳送機和光電二極體(PIN)接收機，成品率也較低，因此整個光模組成本較高。再加上EPON已經進入量產階段，而GPON尚未進入大規模量產階段，導致目前EPON在成本上有明顯優勢。
就傳輸效率而言，則GPON無論在擾碼效率、傳輸匯聚層效率、承載協定效率和業務適配效率方面都是最高的，因此其總效率最高。例如假設TDM業務占10%，數據業務占90%，則GPON的總效率為94%，而APON和EPON分別為72%和49%。
GPON的主要缺點是儘管ONU只需要支持ATM和GFP適配中的一種，但是OLT必須同時支持兩種，即必須保留有複雜的ATM層功能，再加上光模組的技術難度較高，使設備成本較高。另外，GPON成熟度不如EPON，目前尚無專業晶片廠商推出真正商用的GPON核心晶片和光模組，而EPON已經有多家提供商，目前核心晶片已經發展到第三代單片系統(SoC)階段，光模組的成本也已經降到接近普通吉比特乙太網的水平。
總的來看，在目前產量不太大的情況下，GPON和BPON的設備成本要比EPON高很多，隨著技術的進步和產量的大規模提高，成本差異將會逐漸減小，總成本將可能最終取決於產量大小，即市場的選擇。
GPON和EPON面臨的共同挑戰有：怎樣才能在Ethernet/GFP上有效承載TDM業務並能提供電信級的服務質量；其次，由於GPON和EPON是點對多點的星形或樹形網路，需要通過一個1+1並經過不同路由的光網路來實現電信級的保護恢復，網路成本將非常高；第三，目前GPON和EPON設備成本主要受限於突發光傳送/接收模組以及核心的控制模組/晶片，這些模組要么尚未成熟，要么是價格太貴還難以適應市場需要；第四，GPON和EPON的一次性投入成本較高，不太適合逐步投資擴容的傳統電信建設模式，最適合完全新建或改建的密集用戶區域。
發展的思考
FTTH並不是一種新概念，已有27年歷史，二次發展契機。第一次1978年是法國、加拿大和日本，第二次1995年左右主要是美國和日本。兩次發展機遇全都由於成本太高，缺乏市場需求而夭折。由於技術的進步、某些國家的巨觀信息社會發展政策和電信監管政策的驅動，2004年起FTTH進入了第三次發展機遇期。
然而，儘管FTTH的設備價格已有大幅下降，但依然高達300美元/戶左右，幾乎是ADSL的10倍，經營視頻業務的政策風險和市場風險依然很大，因而我國尚不具備FTTH大規模商用的條件，目前主要處於現場試驗和試商用階段。事實上，FTTH的發展不僅取決於技術，更重要的是成本、業務和商務模式。
對於處於企業整體轉型的中國電信而言，FTTH已成為影響未來網路和技術業務轉型的重要領域。中國電信將本著“加強領導，積極試驗，適時總結，有序推廣”的指導方針，在四個省市開展FTTH現場試驗，為今後的大規模套用積累技術、規劃、業務、商用模式和運維等方面的綜合經驗。隨著2008年奧運會和2010年世界博覽會的臨近，FTTH在我國的實際套用正日益趨近，光纖到家的理想已經不再是遙不可及的遠景，但是足夠的耐性和全面紮實的準備不僅是不可或缺的，也是通向成功的惟一道路。
