FTTH光纤到户的浅析与展望

1、FTTH光纤到户的浅析与展望摘要：随着科技的发展，信息技术的不断提高，计算机走向千家万户，各国公民对信息服务的需求早已从数量发展至质量，从单一业务发展到多媒体业务。网络的承载感受到了巨大的压力，主要表现为窄带已不能适应需求，大多数用户也已经无法忍受共享网络造成的不适，以铜线为载体的网络的弱点暴露无遗：信息损耗较大，传输频带窄，地下管道空间紧张，维护费用较高，对多媒体服务力不从心等。于是光纤接入网（OAN）应运而生，并且发展到了光纤到户（FTTH）的层次。本文主要介绍了光纤接入网的结构，关键器件，分类与关键技术，以及光纤到户的特点，优势，主要方案和展望。关键词：光纤接入网；光纤到户；全民光网时代

2、目 录1 绪论12 光纤接入网(OAN)22.1 光纤接入网的概念22.1.1 光纤接入网的结构22.1.2 光线路终端（OLT）与远端光网络单元（ONU）22.1.3 光纤接入网的关键器件22.2 光纤接入网的分类32.2.1 按光纤到户的距离分类32.2.1.1 光纤到路边（FTTC）32.2.1.2 光纤到楼（FTTB）32.2.1.3 光纤到户（FTTH）和光纤到办公室（FTTO）32.2.2 按光纤接入网的概念分类32.2.2.1 有源光网络（AON, Active Optical Network）32.2.2.2 无源光网络（PON, Passion Optical Network

3、）33 光纤接入网的关键技术43.1 关键技术之拓扑结构43.1.1 总线型结构53.1.2 环型结构53.1.3 星型结构53.2 关键技术之复用技术63.2.1 时分复用（TDM）63.2.2 光波分复用（WDM）63.2.3 光频分复用（FDM）73.2.4 码分多址技术（CDMA）73.2.5 副载波复用（SCM）73.2.6 空分复用（SDM）74 光纤到户(FTTH)74.1 光纤到户的缘起74.2 光纤到户的主要方案84.3 光纤到户的特点与优势84.4 适合我国发展的FTTH84.5 光纤到户的展望95 小结9参考文献11131 绪论人类步入二十一世纪已经十年有余，Intern

4、et宽带也被普及了十年有余。各国公民对带宽的需求也在迅速的不断的提高，由此催生了光纤接入网（OAN）技术的发展。到2009年3月，各国宽带用户已经达到4.38亿，其中数字用户（DSL）占64.6，调制解调器的用户占20.7%，光纤用户有5000多万，约占12.4%。不过光纤用户增长率是最快的也是增长最快的，当时达到5.69%。宽带接入区域的发展呈现了比较大的区别。从部署光纤的进度来看，目前共有30多个国家和地区的光纤入户普及率超过了1%，其中韩国日本的普及比较激进，并且大范围使用了光纤到户FTTH和光纤到楼FTTB。我国的光纤宽带用户近年来发展很是迅速，用户规模居世界首位，但家庭普及率与发达国

5、家的水平有一定差距。然而我国发展FTTH起步较晚，从2007年开始推广FTTH技术，从技术层面讲在FTTH上已经具备了世界水平。本文的主要内容：第一章，阐述了光纤接入网的发展背景第二章，介绍了光纤接入网的概念与分类，重点分析了无源光网络（PON）的特点与优势。第三章，研究了光纤接入网的关键技术，其中包括拓扑技术和复用技术。第四章，重点对光纤到户（FTTH）进行探讨，其中包括FTTH的缘起，优势，以及适合我国发展的FTTH技术，并对光纤到户TFFH进行展望，提出全民光网时代的到来。2 光纤接入网(OAN)2.1 光纤接入网的概念2.1.1 光纤接入网的结构远端光网络单元（ONU）、光线路终端（O

6、LT）是OAN的主要组成部分，二者有权转换SNI到UNI间的信令协议，还可以自行组成各式各样各种功能特点的拓扑结构，这些设备根据网关协议录入中心，这样统一管理，自我维护，远程监控。二者同时和局端设备用主要传输载体光纤相连起来，就是完整的光纤接入网系统，其结构模型如图1所示。接入网系统管理功能OLTONUONU图1 光纤接入网的结构模型2.1.2 光线路终端（OLT）与远端光网络单元（ONU）OLT把本地交换机与接入网连起来,然而它要阻隔交换功能与用户接入，靠的是光传输以及ONU。各种用户端和OLT都由OLT本身监控维护，终端可以跟交换机设置在一起，也可以和ONU设置在一起，为用户提供接口，同时

7、进行光电换。ONU 主要是处理来自OLT 的光信号,并提供各种业务接口。ONU 网端是插光纤, 用户端是插双绞网线, 所以说ONU 可以进行光/电、电/光转换,也可以提供对话音的数/ 模模/ 数转换。ONU 习惯呆在近用户区域,并保持灵活安装的特性。所谓的FTTC、FTTB、FTTH、FTTD等就是根据ONU在接入网中的放置情况分类的。2.1.3 光纤接入网的关键器件接入网中的各种器件大致分为光有源器件和光无源器件。光有源器件几乎全部被用到,如半光接收器件 (PIN) 、光放大器、导体激光器 (LD)、雪崩光 电二极管 (APD)、发光二极管 (LED)等。至于光无源器件则有多种多样，关键的关

8、键包括光波分复用器、光连接器、光分路器，还有一些 衰减器、调制器、滤波器、开关等。2.2 光纤接入网的分类2.2.1 按光纤到户的距离分类2.2.1.1 光纤到路边（FTTC）对于双星型结构的FTTC，ONU 安在路边，比如说分线盒与交接箱处。那么从 ONU 到用户之间连双绞线、 同轴电缆,这样利用原来铺设的铜线也可节约资金，对于2Mbi t / s 以下的业务来说性价比不错。2.2.1.2 光纤到楼（FTTB）FTTB 就是把FTTC变形了一下,不说也知道把ONU放在楼里面，再用双绞线把网络送到各家各户。FTTB一般不用于点对点的结构，而是点对多点。FTTB覆盖到楼，比FTTC更光纤化了,适

9、合用户密集的地区，也更加长远。现已经越来越广泛的被使用。2.2.1.3 光纤到户（FTTH）和光纤到办公室（FTTO）光纤到户是ONU放在离用户最近的地方，便于供电维修。而用无源光分路器替换FTTC中在路边的ONU。这样就是真正意义的宽带网络。同理，把ONU放在企事业用户办公室，则摇身一变成为FTTO，也就是光纤到办公室。FTTH和FTTO属于全光纤网，对带宽、制式、波长无限制，因此支持业务量大，有新业务引进的大型企事业单位。2.2.2 按光纤接入网的概念分类2.2.2.1 有源光网络（AON, Active Optical Network）显然，这里ONU通过有源光器件的节点接局端，也就是分

10、路用有源光器件。其中馈线段、配线段是光纤,ONU 接局端的时候技术简单易行，但有源器件需要供电和维护，比如阵列波导光栅( AWG, Arrayed Waveguide Gratings)在WDM中就是此类。另外有源光网络的结构有：光纤到远端(FTTR，fiber to the remote)和有源双星形结构(ADS, Active Double Star)，这也属于FTTC的范畴，先用环型网络连接SONET光同步器件，再连到ONU，然后ONU负责给用户分配网络。2.2.2.2 无源光网络（PON, Passion Optical Network）在OLT 和ONU 间没有有源电子设备的是无源光

11、网络，而是光分配网络(ODN) 。包含基于 IP 的PON和基于ATM的APON。APON的传输系统基于信元，可以支持宽带用户共享。如此一来可以使网络资源更好的被利用。IPPON 的上层是 IP,它则更能提高利用率,容易动态分配系统带宽,让中间的各种麻烦器件简单化。PON无需外部站中的有源电子器械，而这些器件价格贵，所以PON提供宽带业务的性价比较高。分路用无源设备,所以网内全部无源。这样的配置来提供光纤到路边(FTTC, Fiber To The Curb)的业务 。网络资源从交换中心由无源用户,或是由有源光纤系统返还到ONU, 再由无源光网送到用户。无源光网络（PON）的好处：第一，占用空

12、间小，配置简单易行，投资安装维护所花钱比较少。大部分支出将延迟到用户开通网络之后了；第二，PON网络组织分配比较灵活，可以使用好多种拓扑结构，如总线型，树型，星型，混合型等；第三，方便工作人员进行安装,就算放在室外也不像AON一样制造费用昂贵，远程供电比较麻烦，维护次数也多，还需要机房；第四，支持点对点结构，本身可喷配光功率；第五，（5）,我们的主角PON属于纯介质网络,完全不需要考虑雷电和电磁的影响,在自然条件不太好的地区也可我行我素，游刃有余；第六，从长远来看,PON可使网络升级简单易行，不需要改造硬件设备，也就是这些设备一次性到位即可，奠定了FTTH的基础，为我们用户的投资提供的保证。下

13、面是无源光网络（PON）的组网图：局端设备无源分光器ONU无源分光器ONUONUONU用户用户用户图 2 无源光网络组网方式3 光纤接入网的关键技术3.1 关键技术之拓扑结构刚才提到的OAN的拓扑结构，是由其中节点，线路，设备二维排列而成的几何图形，这样整体的布局情况就被形象直观地描绘出来了。互联网的造价、可靠性、功能都能背拓扑结构在很大程度上影响。下面将介绍三种基本网络拓扑结构。3.1.1 总线型结构如图3，总线型结构以光纤作为母线，所有的用户终端通过各种耦合器与母线直接相连。作为串联型结构的它有如下优点:主光纤是共享的,线路铺设经济, 容易对节点进行操作, 彼此直接干扰不明显;而其主要缺点

14、是太过依赖主光纤，鸡肋损耗,用户接收机也有比较高的动态范围要求。交换端局用户3用户4用户5用户1用户2图3 总线型结构3.1.2 环型结构把一切节点弄到一根光纤链上并且连成封闭曲线的那种结构称作环型结构。环形结构在没有外界干预的情况下仍能在较短时间内修复故障，恢复服务，即网络自愈。交换端局用户1用户2用户3用户4用户5图4 环型结构3.1.3 星型结构星型结构中各节点的信息交换基于一个中央节点内的星型耦合器，星型耦合器具备控制和交替功能。作为并联结构的它有优点如下：不会损耗积累，各用户独享，升级比较容易；缺点是花钱多，还特别依赖中央节点。交换端局楼点1楼点2用户1用户2用户4用户3用户5用户6

15、用户7图5 星型结构3.2 关键技术之复用技术传说中的复用技术的缘起，是为了保证在网络传容量持续提高的情况下依然可达到灵活性和交互性的普遍需求。得到应用的复用技术有多种，他们皆提高了网络的传输效率，如时分复用 (TDM) 技术、波分复用 (WDM)技术、频分复用 (FDM)技术、码分多址复用 (CDMA)技术、副载波复用（SCM）技术、空分复用（SDM）技术等。3.2.1 时分复用（TDM）每一个相等时间间隔间有固定信道的传输，换句话，各信道的传输是按时间顺序来进行的，这就是网络中有效多路的时分复用技术。为了使输入和输出时序同步起来，采用的是取样同步或者帧同步来同步它们。3.2.2 光波分复用

16、（WDM）合波器（复用器）把发送端发送过来的许许多多波长各不相同的光载波信号汇聚在一起然后祸合到一条光纤里面，传输到分波器（解复用器），分波器再对各种不同波长的光载波进行分离操作，最后用光接收机回复处理原信号，这就是我们的光波分复用技术，如图6所示。合波器分波器（D）ONU 图6 分波光复用3.2.3 光频分复用（FDM）从本质上来说，频分复用技术（FDM）与波分复用技术（WDM）没有明显差别,皆用不相同的光载波来传输不一样的信息。在一根光线中，当光载波路数不太多，载波间距又大的时候，就属于波分复用技术；反之则属于光频分复用技术。光频分复用技术（FDM）可以有巨大的经济效益，因为其容量能提高十

17、倍乃至百倍，固然较分波复用技术要难度大了。WDM适合LAN和OAN，而FDM则适合半路有光纤放大器的海峡光缆系统及长途干线。3.2.4 码分多址技术（CDMA）码分多址技术填充无线信号的码元和符号到时候靠扩频码，并且用相互正交的不同序列填充不同用户来的信号，这种方式被称为基于扩频技术上而产生的不同码序列实现的多址方式。同一载波可以发射不同用户的信号，而接收用相同码序列的设备接收，如此来恢复原信号。至于不同的码分信道则用不同的扩频码序填充。这样一来，同一载波中区分不同码序列就容易了。区分用户的时候使用多种不同的互成正交的码序列，这正属于码分多址技术的特点。其它的用户码就全都属于正交码,因此接收的

18、时候跟噪声的干扰效果一样，无足挂齿。3.2.5 副载波复用（SCM）这个技术需要调制一个射频波（副载波），所谓射频波就是在超短波到微波之间。把待传输信号调制成射频波之后再调制成发射光源。然后进行观点转换，回复先前载信号的射频波，最后进行射频检测，还原原信号。整个过程中分别进行了两次调制和解调，其中副载波和光波就是两重载波。副载波复用（SCM）技术有个很明显的优点，那就是能用现成的成熟的微波技术，配置要求也一般，技术性简单易行。3.2.6 空分复用（SDM）所谓空分复用（SDM）技术其实有两种复用。除了把很多光纤整合成束的光纤复用，还有一种是沿空间分割一根光纤中的光束，属于多维通信的类别。因此完

19、成多路空分复用也可以引进多维想干度解调和调制的说法。4 光纤到户(FTTH)4.1 光纤到户的缘起首先，随着通信技术的渐渐发达，宽带的新思维应用如雨后春笋一般出现。各种网络业务，多媒体教育，大型网络游戏，图文与音频视频拼接处理渐渐成了一个瓶颈，约束网络性能的瓶颈。然而光纤到户FTTH则是以100的带宽为基准，为各种服务的同时进行，已经三网合一的流畅舒适提供了保障。其次，如今几年来，好多突破为FTTH提供了技术上的支持，如千兆无源光以太网GPON的推广乃至万兆以太网（10GE）的出台，垂直腔面发射激光器VCSEL的商业化。如此FTTH的发展有了技术上的保证。4.2 光纤到户的主要方案对于OAN来

20、说，当前被广泛使用的是点到点（Point to Point，PTP）的媒体传转换器，都是有缘光纤接入；而点到多点方式的APON,EPON,GPON等则是属于无缘光网络（Passive Opiical Network）技术。在光纤到户FTTH的系统中，电信号传唤为光信号被点到点技术采用，支持长距离的传输。采取单纤双向传输的方式，用一根专线连接中心居和用户之间，如此一来，上下行的传输速率都可达100Mbit/s以上。4.3 光纤到户的特点与优势名为FTTH （Fiber To The Home），就是一条光纤直接连到安装在用户加的ONU上，是光接入系列中除了光纤到桌面FTTD外最靠近用户身体的接入

21、技术类型。从ITU- T的定义理解中， FTTH即光纤到所接用户的家门口，在端局和用户之间不需要哪怕一米的铜线，而美国的 FCC对 FTTH中的 H 加入了新的定义：H的含义里面新增了小型商业机构用户，当然还有我们的家庭用户。综所上诉，以光纤为主要传输载体，为家庭住户和小型商业机构用户等终端接到端局，同时可以进行信息复用和解复用，称作光纤到户FTTH。FTTH的特点如下：安装维护简单易行，对供电等环境条件的要求脱离苛刻的范畴，更加透明数据格式、速率、波长、协议，而且能提供出更大带宽的空间。FTTH的优势如下：第一，FTTH属于无源网络，在局端和用户之间基本无源；第二，FTTH带很宽适合长距离运

22、营和巨大量信息的传输；第三，正因为带宽较宽，因此可以灵活地支持各种协议；第四，随着信息技术的快速发展，如今点对点和 FTTH 的方式的功能都完善的比较令人满意。4.4 适合我国发展的FTTH从经济意义上来说，FTTH想要做固话业务的话比原始固话要贵的许多，如果说要满足三网合一的条件，在我国行业体制内还有所不便和限制，如此一来单个运营商就无法做到三网合一且基于FTTH。就算在全世界范围内，九成多的FTTH也只能做光纤宽带业务，而没做到有三网合一。此外，EPON、MC、GPON都属于FTTH技术的范畴，而且它们都可以兼容三网合一业务，不过EPON、GPON的现有技术还不是非常的完善。而且将来的推广

23、业务和行为有很大的不确定性，这源于EPON、GPON两者之间有激烈的竞争。专家认为适合我国特色，符合我国国情的FTTH最好在点对点技术上发展，其表现为成本不高，比较可靠，互补于点对多点技术的这些优势在我国称得上弥足珍贵。另外，光纤代替铜线作为新时代的网络擂主是必然结果，同时也是一个循序渐进的过程，其中涉及到资源提供问题和运营商周转资金和利润问题。总之，就跟一切改革一样，这个更新换代也不能操之过急.4.5 光纤到户的展望首先要说的是FTTH在国内外都已经不是非主流，随着层次不穷的用户和业主对光纤宽带服务要求的不断提高，也随着信息领域的热点渐渐显现出成本低，带宽高，好扩展等方面，FTTH被关注的也

24、越来越频繁和广泛。在此很有信心的说，地球终将进入全民光网时代，至于读者想要笔者概况下主要原因呢？好吧归纳为以下三点：首先，最基础的一个层面是来自用户的需求。OAN的带宽压力随着用户和业主的各种新型应用和玩法的急剧涌现而不断升高。在图文视频音频的拼接处理、远程控制和监控、大型网络多人在线游戏迅速发展的时代，我们不能让层一度让我们满意的带宽演变为限制用户体验和网络性能的瓶颈。因此也可以说，用户的内在需求就是有一个光网发展的平台，比如三网合一。其次，我们转头看向技术层面，近几年不管是信息技术，网络技术还是其它什么技术都是以几何试的翻倍增长。消费力增长缓慢的情况下，技术的快速增长必然使各种元器件的价格

25、降低，接踵而至的是各种设备的制造成本明显下降，这样一来FTTH的安装成本的降低也就理所当然。在具备巨大优势的前提下，FTTH必然主流起来。另外，把眼光往外看，我国近几年举办了世博会、奥运会之类的世界性大型集会，更加跟进了发达国家的技术，也同时发掘了运营商的开发推进FTTH潜质，这就属于社会大环境的催化了。 总之，光纤宽带会基于FTTH的发展而最终实现全光接入。甚至可以发展到广大用户梦寐以求的光纤到桌面FTTD（Fiber To The Desk）形式，我们的世界不久就会进入全民光网时代。5 小结我们的地球已经进入大范围大尺寸的覆盖光纤的时代，光纤覆盖不仅要广，而且要深，也就是说要深入用户，FT

26、TH无疑预示甚至表达着这个趋势，基于PON的FTTH比起ADSL/LAN来说不仅有能力供给很富裕的带宽更加适应多种多样的新型应用和业务需求，给电信行业的工作人员降低安装和维护的负担，也在网络层面更加透明了数据格式、速率、波长、协议等内容，更能适应较恶劣的自然环境，做到游刃有余的光纤传输。在我国FTTH固然有很美的发展蓝图和前景，我国也必然向着全民光网时代发展。但由于法律，制度，经济，竞争，技术等多方面复杂因素的束缚，完全完整完美的FTTH还尚需一段时间。回头看，如今法规制度对于信息行业的束缚越来越人性化、合理化、开放化，新型环路用激光器、PLC、光纤放大器、各种光复用、数字集成压缩等技术都在以

27、肉眼可见的速度快速发展。我们完全可以对任何人说，从FTTH发展起来的全民光网络时代已然不远。参考文献1韦乐平.宽带光纤接入网及其发展展望J.中兴通讯技术, 2008,14(6):1- 4.2齐江,乔耀军,唐威,迟楠,陈树强.基于 W D M 技术的宽带无源光 网络.光通信研究 ,2001(1)3 王学东,史宏伟.光纤通信技术 的发展.黑龙江电力 ,2002(l)4光无源器件技术发展综述刊,中/王红 (华中科技大学管理科学与工程学院.湖北,武汉 (430074)/光通信技术2001,25(3)1931955宽带接入网技术和发展趋势刊中/原荣(信息产业部电子第34研究所广 西桂林(541004)/

28、光通信技术2001,25(3)1671716信息化与光纤通信刊,中/来国柱/光通信技术200125(3)1651667乔耀军,管克俭等.基于AIM无源光网络的关键技术研究.数字通信,2000(1):46.8彭向梅.宽带光接入网.光子学报,1999(21):388392.9姜冰FTTH接入技术及工程实践D北京邮电大学2011(3)10李业，浅论我国光纤通信的现状及发展出路J.信息技术，2008(9)11 Michael C, Parker Fars hid faraday, Stuart D. walker. Wavell end - tolerant optical access Archit

29、ectures featuring N- dimensional addressing and cascaded arrayed waveguide gratings. Journal of Light wave Technology, 1998, 16( 12) : 2296230212 Lane P M, Kitayama K. Optical generate ion of mm - waves using spectrum - sliced ASE f or low - cost WDM based fire radio systems. ElectronicsLetters, 199

30、8, 34( 10) : 1010101113 Jong Oh Kim, Byung Do Ko, Jae Germ Kim. The architecture of MAIN - ONU f or FTTC- based Access-Network. APCC/ OECC'99, 232614 CarolJalal Drie1, Peter AM van Grinstein, Virus prong, metal. The revolution of access network frothing form actions Pet highway. IEEE Communication Magazine, 1997, 35(6) :104112JanLvanFTTH of The Analyses And ProspectAbstract：With the development of science and technology, information and technology unceasing enhancement, the computer to