光纤接入网的技术发展与应用

zjol

The Development and Application of Optical Fiber Access Network
阚玉伦 Kan Yulun  

摘要：文章通过分析接入网在中国走过的几个历史阶段，详细阐述了在中国接入网的发展过程中，业务需求对接入网技术发展的促进以及接入网在不同时期的网络应用与服务，并展望了接入网在未来时期的技术发展和应用。

关键词：光纤接入网 非对称数字用户线 同轴电缆调制解调技术

Abstract:Based on the analysis of development processes of the optical fiber access network in China,an introduction is given to its applications in different phases.The author presents some views on the characteristics and key technologies for the further development of optical fiber access network.

Key words:Optical fiber access network ADSL Cable modem technique



1 、光纤接入网的发展

　　根据邮电“九五”规划，在2000年之前，中国电信发展的主要任务是提高全国电话普及率，大力发展ISDN和多媒体通信等多种业务。网络集中、高效、优化和简化，是电信网发展的趋势。由于接入网的引入，给交换网、局间中继网的建设带来观念上的重大变革。大容量的交换局替代众多的中小局所，大芯数的光缆逐步取代大对数电缆，从而达到优化本地网的目的。接入网的发展建设则为电信网的优化创造了条件。

　　用户接入设备的起源可从80年代中后期具有Z接口的光纤环路载波系统(SLC)开始算起，但使接入网成为热点则是到90年代中期。随着先进的V5接口问世，也即数字化、光纤化、支持多业务的综合接入系统出现，中国才进入接入网的正式发展阶段。

　　中国接入网发展建设是从试验开始的。1997年共有17个中外厂商近25种接入产品参加了试验。中兴通讯参加了其中的两个试验(陕西西安和江苏高邮)。试验期间，中国电信制定了一系列的技术体制、标准、规范，制定了中国发展接入网的技术政策。而中兴通讯在接入网商用实践的道路上迈出了历史性的一步。1997年元旦，国内首家带实际用户并真正投入商业运行的综合接入网在湖南益阳诞生。益阳模式得到电信系统领导的高度评价，为中国接入网技术全面投入商用提供了宝贵的经验。这一时期的接入网主要支持2Mbit/s以下速率的业务，基本业务有：普通电话(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)等业务。

　　1998年，中国电信从试验厂商中选出了15家厂商10多种接入网设备开始推广试用。接入网设备开始在国内得到广泛应用，并进行了大量的异种机之间的对接。中国电信对接入网设备的入网选型工作更促进了接入网设备走向成熟。1998年6月，在对本地网优化方案的多次论证和研讨后，玉溪局决定采用中兴通讯的ZXA10对本地网进行优化和改造，共上接入网11.6万线、318条2W/4W音频接口、238条数据专线以及31条DDN通路，其组网图参见图1。通过此次网络改造达到了优化网络、优化管理和优化业务的目的。该局组网特点有：

　　(1)网络结构清晰。本地网采用二级结构：汇接局和端局。本地网设双汇接，每个县局设市话和农话两个端局。

　　(2)网络资源利用率提高。利用接入网的V5.2开放型接口，可将原号码资源紧张的交换局或不能提供新业务的交换局所覆盖的用户通过接入网进行网络资源的调配。

　　(3)网络的接通率提高。由于接入网不具备交换功能，用接入网设备取代原端局设备后，交换节点明显减少，交换层次也相应减少。

　　(4)网络的可靠性增加。现在每个端局都有直达路由到两个汇接局，而且各端局间都设置了直达路由；同时各端局以下的接入网设备都采用SDH组网，从而使整网的安全性显著改善。

　　(5)业务的渗透性强，便于向光纤化和宽带化过渡。网络优化过程中，不仅用ONU设备取代了大部分端局，同时还在许多原来不适合设置端局的地方增加了ONU设备，从而使光节点尽量靠近用户，用户到光节点的馈线距离缩短，为以后的业务发展打下很好的基础。

　　(6)网络集中维护和管理，为实现少人或无人值守创造了条件。网管系统采用分层分级结构，在市局设置网络管理局，各县局设置网元管理层。网元管理层与网络管理层之间采用Q3接口，以后网络管理层可以通过Q3接口纳入云南省的接入网网管中心。

2、 光纤接入网技术展望

　　在短短的几年内，光纤接入网技术得到了飞速发展，从开始试验阶段的PDH为主的光传输转变为以155Mbit/s、622Mbit/s SDH为主；窄带无源光网络(PON)技术也开始得到了应用；双绞线从HDSL到现在已开始商用化运用ADSL；HFC接入技术也开始得到了部分的试用；随着支持的业务从窄带向宽带过渡，ATM技术以及IP技术已开始融合在接入网设备中；维护管理从简单的操作维护台转变为支持统一接口的接入网网管系统。

　　有线接入新技术的发展主要围绕3种传输媒介即双绞线、同轴电缆、光纤。在实际的接入网建设中，光纤已尽可能地靠近用户，即有了光纤到大楼(FTTB)、光纤到路边(FTTC)、光纤到小区(FTTZ)等概念。从OLT到ONU的光纤是接入网中的分配网，目前的传输以SDH为主，考虑光纤提供CATV业务时会运用波分复用(WDM)技术，因此在星型或树型组网时，已采用有源SDH加无源PON的方式。为了实现接入网从窄带向宽带过渡，ATM技术已开始在接入网中运用。随着IP业务和纯IP网的发展，线速路由器技术也即将融合在接入网设备中。可以说，随着带宽的不断拓展，骨干网中采用的技术(包含密集波分复用技术)将逐渐出现在综合业务接入网中，而作为接入网所特有的入户技术(即从ONU到用户终端)是目前讨论和试验的热点，即xDSL技术和CM技术。

2.1 xDSL技术

　　xDSL技术的应用可以最大限度地发挥现有电话双绞线作用。现有电信网在入户段主要是铺设铜芯市话电缆，一般从交换局引出的距离在5km以内。在采用光纤接入网的情况下，从光网络单元引出的距离在2km以内。采用DSL技术不需要对现有入户段进行改造，就可以方便地给已有电话用户开通宽带业务，其技术方式主要有HDSL、ADSL、VDSL等技术。从目前的应用趋势看，以ADSL技术为主。

　　与HDSL技术相比，ADSL技术的主要特点是非对称性，最高下行速率可达8Mbit/s，最高上行速率可达1Mbit/s，传输距离可达4～5km，实际应用的传输距离视线路质量和传输码速而定。为充分利用频谱，ADSL一般采用离散多载波(DMT)调制技术。ADSL能提供的宽带业务有视频点播(VOD)、远程教学、可视电话、多媒体检索、LAN互联、Internet接入。ADSL的技术设计可以完全满足上网用户的业务需求，对于网络运营商也能有效利用网络资源，诸如解决拨号上网所带来的拥塞和低接通率等问题。

　　在ADSL基础上发展起来的VDSL，可在双绞铜线上传送比ADSL更高速的数据，其最大的下行速率为51Mbit/s～55Mbit/s，传输线长度不超过300m；当传输速率在13Mbit/s以下时，传输距离可达到1.5km；上行速率则为1.6Mbit/s以上。VDSL系统中的上下信道频谱是利用频分复用技术分开的，一般采用无载波调幅调相(CAP)、DMT两种编码方式。为了实时传输压缩视频信号，VDSL采用前向纠错(FEC)编码技术进行传输差错控制，并使用交换技术纠正由于脉冲噪声产生的突发误码。VDSL技术的主要目标是为了将来多媒体业务的入户，在实际组网中它将融合在光纤接入网的ONU中，实现宽带综合接入。目前，VDSL已有试验产品，但国际标准尚未出台。相关标准化组织正在努力进行规范的制定工作。

2.2 CM技术

　　电缆调制解调器(CM)技术可以说是xDSL最有力的竞争者。从技术上看，同轴光纤混合网(HFC)与双绞线相比，容量更大，灵活性更强，扩展性也极好，其性价比优于DSL。将HFC作为数据接入网，需要在用户终端处连接CM，在前端或分前端处放置相应的服务器或CM终端系统(CMTS)，以实现在HFC网络的双向数据传输。CM技术充分利用HFC网络带宽，采用频带分段实现在5～750MHz频率上同时传输模拟电视信号和数字信号。它使用与电视频道类似的带宽，以NTSC标准为例，下行占用一个6MHz的带宽，采用64/256 正交调幅(QAM)调制，可以提供高达36Mbit/s的传输速率；上行在5～50MHz频带中干扰较低的位置占用1～2MHz带宽，采用四相移相键控(QPSK)调制，可提供500bit/s～2.5Mbit/s的传输速率。通过上行和下行通道，CM技术可以实现用户和局端的双向数字通信。

　　由于CATV网络是一点到多点的树型拓扑结构，分配到用户家里的电缆屏蔽性不好，容易引入用户家里的电器干扰，而且上行通道存在漏斗效应，引入噪音大，因此，HFC网络的多功能开发关键是双向传输技术，其核心是上行通道的通信技术，技术难点是处理上行通道的噪声干扰和多址接入技术。

　　CM技术一般采用前向误码纠正技术来有效地消除发动机和开、关电源引起的冲击噪声，并采用对噪声干扰承受力强的多址接入技术复用上行通道。在下行通道既传输模拟视频信号又传输数字信号，因而既要保证模拟通道的各项指标要求，又要达到数字传输的误码率要求，因而模拟采用残留边带幅度调制(AM－VSB)，下行数字信息采用QAM调制。

　　根据美国有线电视协会(NCTA)1998年底的统计报告，全美的有线电视公司已经在全美87个市场提供商用的CM服务，分布在美国29个州的1 390万家庭能够享受这项服务。中国有线电视网的用户超过7000万，已跃居为世界第一位，发展潜力非常巨大。但是现有同轴网是针对普通家庭用户，是单向业务网，改造整个网络将需要巨大的投资。中国近两年已在进行较大规模的改造，相信对HFC数据接入网的发展会为之打下良好的基础。

3 、结束语

　　用户趋于多业务需求的发展使得接入网的发展建设成为必然。用户需求已从传统的电话业务向多种数据业务(DDN、帧中继、EDI分组数据业务)、Internet/Intranet、活动视像(CATV、VOD)等全业务综合通信信息网方向发展。随着IP业务在全球的迅速普及和发展，电信网正在经历巨大的变化，骨干网的传输由于DWDM技术的应用，带宽将得到极大的提高，带宽费将大幅下降，接入网宽带化已成为必然趋势。宽带通信业务和多媒体通信的发展将使中国用户接入网的发展建设进入一个新的阶段。



作者简介：
阚玉伦，深圳市中兴通讯股份有限公司上海第一研究所副所长。东南大学无线电专业毕业。主要从事网络发展规划及技术管理工作。