光纤回路(FITL)概述

一、FITL历史简介

第一次对光纤到户(FTTH)非常认真看待的时间可回溯至上世纪80年代末期，当时电话公司已拥有提供用户ISDN宽带服务的经验。在光纤收发器、接收器和光纤FTTH技术快速发展之下，FTTH 的发展潜力初露端倪。

第一代FTTH系统曾试图以光纤来直接取代铜线回路，因此安装了一个光纤网络终端(ONT)在(或靠近)用户端。光纤的网络端以光纤线路终端器(OLT)上的一个线路卡做连接的终端，或以一个传统的数字环路载波上(DLC) 做连接的终端。此种拓扑(topology)做法被称为有源星型(active star)。如果在DLC远程终端机(RT)上采用一组光纤收发器以便达到ONT，则称之为有源双星型(active double star)。大部份大型设备厂商都会建构此类系统的原型系统或现场试用版本(例如[21])。此类系统的光纤至用户的典型带宽是一个DS1或E1讯号。

开发无源光网络(PON)主要是要降低光纤收发器和光纤的数目。如图一所示，一个PON系统在OLT使用单一光纤收发器通过一个光纤树或一个具备无源光纤信号分配器的总线来服务多个用户。第一个真正试用的PON系统是大约在1989年由英国电信所开发出来的[20]。第一代的PON系统则是由知名的设备的厂商和新设立之公司（start-up companies）所开发出来的。

第一个部署的商业性PON系统专门针对的是企业客户。不过市场规模不大，原因是有比DS1/E1 还要高的带宽需求的企业客户群并不多。让人意外的是，促使PON部署快速成长的动力来自住宅用户对高速网际网络的需求。DSL (数字用户环线)是90年代末期在住宅用户应用上最具成本效益的技术，由於频谱相容性的问题，它必需将T1讯号从铜线组中移开。因此，PON就成为服务企业客户最具吸引力的选择，它让铜线电缆可以专注於提供住宅DSL服务。

另一种降低FITL系统成本的方式是由同一个ONT 光纤到户外路边(fiber to the curb, FTTC)系统来服务多个用户，一般来说，一个ONT可以服务4至12个用户，这样做的成本效益主要体现在三个方面。第一，和FTTH相比，它可以减少所需的光纤元件数量；第二，在每个用户端安装光纤是非常昂贵的，FTTC保留了从住宅外连接至住宅内的最后几百公尺铜线回路，这个短回路(一般都少於300公尺)可使用DSL技术来传输相同的数据资料和视频服务，并让类比普通电话业务（POTS）以其原来的频率范围持续传输。FTTC第三个的好处是更适合通过网络给用户的电话供电。从FTTC变化出来的做法包括光纤到机箱 (fiber to the cabinet, FTTCab)，机箱可以比一般的住宅边设备服务更多的用户，另外还有光纤到驻地(fiber to the premise, FTTP)，此处所指的驻地是一个多租户的建筑物。在美国，光纤到节点(FTTN, Fiber to the Node)已经变成FTTC/P/Cab系统的一个普遍名词。

影响此种FTTC/FTTCab/FTTP 系统成本效益的因素众多，其中包括每一OLT光纤收发器的对应的ONT数目、光纤及安装之成本、ONT端及用户端的DSL收发器之成本、供应ONT电力之整体成本、安置ONT之空间占用成本等。对某些欧洲和美国电信业者来说，目前比较喜爱的规划是用FTTC结合VDSL。不过，很明显的，FTTC/FTTCab/FTTP系统在高带宽的服务方面比FTTH系统的弹性度要低，因为当用户需要不同服务速度时，对设备造成的冲击较大。

二、FITL 技术性之挑战

1.光学元件

第一代的FITL系统面对许多技术性挑战。虽然将光纤接至用户的多模式光纤比较便宜，但是单模式光纤的带宽较优，是比较好的选择。不过，单模式光纤需要用到激光发射器，因為它的纤芯直径太小，无法从LED发射器送出适当的光能量。在CD播放器上使用的廉价激光无法被使用，因为它们的波长(一般从750nm至810nm)在单一模式玻璃光纤中是以多模式方式行进的。以单模式传输的最廉价激光是采用1310nm，在1990时帧 (time frame)中所采用的激光是非常昂贵的。将光纤收发器直接连至每一用户尚不具备成本效益。

溶丝式光纤分路器(fused fiber splitter)的出现大幅降低了成本，让PON更具吸引力 。无源分路器将光能量分割至分路器的各支路上，当OLT和ONT之间的分配器数目增加时，功率会快速降低。因此，每一OLT收发器的ONT分配比例范围一般都在16-比-1 和64-比-1之间。要获得较高的分配比例需要光学放大器。由於光学放大器的成本是由多家用户共同分担的，因此如果PON系统数据传输率足够高，能给所有用户提供足够量的带宽，则颇具成本效益。

目前在PON系统一般都采用时分多址(Time domain multiple access, TDMA)方式，其中所有ONT会轮流以脉冲方式传送其上行数据。参看图2。在一个TDMA PON系统中限制性技术因素之一是在各个ONT上传资料时所需的防护时间。此防护时间包括一个ONT激光被关闭和下一个ONT激光打开时所需的时间，加上OLT调整至光学信号水平所需的时间，以及新的脉冲达到时钟(clock)和数据资料同步所需之时间。当PON数据传输率增加时，防护时间对上传时间的百分比会跟着增加，相对于所希望的上传数据资料速度，需要更高的脉冲传输速率。

2.连接电力至回路

在许多国家的FITL系统中，其最大的难题不是光学元件的成本，而是对ONT和用户持续稳定的供电。电话公司一般都是以一条-48Vdc 的电力输送线将电压输送至用户的电话机上，当电力公司断电时，备用电力一般能维持约八小时 。此种高可靠度的服务常被称为‘生命线POTS’服务，因为用户在紧急状况时可依赖此服务。连接至当地电力公司的DLC系统远端机(RT)设备以及中心局(CO)设备均使用一组电池做备援。当发生重大灾害时(例如水灾)，会造成长时期断电，这时在CO端会使用发电机，而在RT端可以使用便携式发电机来对电池进行充电。对FTTH/C来说，便携式发电机是不切实际的，因為 ONT的数量太多了。

更重要的是，每五到十年就要更换电池，不但要花人力，还要付出成本。虽然有关电池的各项研究(汽车产业非常鼓励此研究)已经改善了电池的寿命和容量，不过还是不适用在FTTH/C。值得注意的是，虽然ONT元件的能耗愈来愈低，但它们仍佔整体尖峰功率的一部份，尖峰功率和提供用户电话机之电力和振铃有关。

另一个因素是至电力公司的连接数目，每一个连接都要有一个电表。替代每一ONT连接至电力公司的方式，是采用一个分离的电力座(power pedestal)，可以供应多个ONT的用电，包括它们的备用电池。对FTTH来说，另一种方式是让用户自行供应电力至FTTH，同时提供一个折扣给用户来降低他们的电费。

因此，在这个激光、光纤和高速数据传输的世界，讲到电力的话题似乎有一些俗气，但却是一个大问题，至今还没有一个容易的解决方式。不过，在广泛使用移动电话的今天，情况已经改变了。用户开始习惯自己负担电话的用电，并自行维护电话服务所需之电池，客户很希望从FTTH获得各种宽带服务，因此可能很愿意负起自行供应电力的责任，以及提供ONT的备用电源。而且，FTTH用户很可能已经是移动电话用户了，可以依靠手机提供生命线的服务。这一现象加上对宽带服务需求的增长，打开了部署住宅PON之门。