光接入网走向大众

光接入网走向大众（米勒）
    随着光纤价格的不断下降以及企业与家庭用户对带宽需求的持续增长，光纤系统将逐步
从核心网和城域网扩展到接入网。需求迅速扩大的宽带服务应用与快速成熟的光网络技术汇
合在一起，将使光系统逐渐渗透到所有领域----光将出现在所有的地方！
    光网络发展的一个趋势就是将光从网络核心应用推到顾客面前；动力来自两个方面：一
是技术的发展和生产能力的提高，使光链路的价格不断下降；二是视频点播等互联网应用的
普及，使用户对带宽的需求日益扩大。光纤进入大企业易进入中小用户难
    大中型商业用户通常可以通过申低速同步光纤网（SONET）／同步数字体系（SDH）TDM复
用器连接核心网，并按环路形式部署以保护投资。人们已经开发出一大批高性价比的TDM复用
器，其支流速率可以低至T1（1.5MbPS）干线速率则在OC－3（155Mbps）和OC－48（2.5Gbps）
之间。最近，由于价格的下降和需求的增加，人们还为网络接入推出若干经济型MDM系统，借
助WDM协议独立性，在单一光纤上同时传输包括OC—12（622MbPS）和千兆位以太同（1GbPs）
在内的多种信号。
    光纤链路还越来越多地被用于交互连接LAN和校园网环境中的企业数据路由器和交换机。
随着校园主干同从 10M转向100M或千兆位以大网速率、人们开发出一大批价格低廉的光纤接
口。这些光纤键路通常是通过两个分开的光纤双向运行的单波长链路，可以在铜双绞线的传
输极限（约100米）以外传输宽带信号。对于基于光纤的千兆位以太网来说，目前流行的标准
采用850nm垂直空穴表面发射激光（VCSEL）以及传输距离约为250米的多模光纤。另一个流行
标准基于1，310nm边缘发射激光，在SM光纤上大约传输5千米。业内有望于2001年左右推出早
期产品，并在2002年推出一个用于10GB以太网的标准。
    鉴于成本及带宽需求等方面的原因，将光纤拉近家庭和小型商业用户将面临比拉近大企
业大得多的挑战。然而，这是一个非常重要的挑战。首先，从运营商和制造商的角度来看，在
这一市场广泛部署宽带技术可以带来巨大的收入；其次，拨号调制解调器可怜的终端用户性能
（最高56Kbps）严重限制了互联网的不断增长。显然，在全球范围内，对于面向家庭和小型商
业永动的宽带数据连接，存在着相当多被禁锢的需求。人们面临的挑战是如何以较高的性能价
格比提供这种连接。将光纤拉近用户是解决这一问题的一个基本部分。
    目前，通过数字环路承载（DLC）系统，光纤已被广泛部署在家庭电话环路设施。这些系
统利用光纤将中心办公室（CO）连接到远程终端，后者将光信号转换为电子信号，并将其传输
到双绞线为上千上万的用户提供服务。原本针对语音服务设计的DLC实际上可以提供更高的容
量，升级的途径包括在连接用户的双绞线上部署某种形式的数字用户线（DSL）技术，或借助
光纤提供的较大带宽将DLC单元连接到CO等。高性价比的PON
    为实现更高的带宽，人们还可以通过无源光网络（PON）以更经济的方式将光纤拉进用户。
在PON中，人们采用单一光纤将CO连接到无源光分解器，后者将信号分配给大约16个光网单元
（ONU）。ONU则负责光到电子的转换并为用户提供服务。如果ONU位于家庭，这就是所谓的FTTH
（光纤到户）系统；如果ONU由若干（大约4到24个）用户分享，这就是所谓的FTTC系统。由于
CO光电子设备以及CO到无源分解器之间光纤的成本由多个用户分担，与将光纤连接到所有ONU
相比，PON具有更高的性能价格比。
    目前，研究人员在实验室已经演示了许多PON系统。然而，多用户共享光纤将带来光纤带
宽如何分配的问题。最简单的处理方式就是所有用户都使用相同的波长频带并共享带宽。在从
CO到ONU的所谓下行方向，这就是时分复用（TDM）；而在上行方向，这被称作时分多址（TDMA）。
与用户之间距离很近的LAN环境不同，TDMA PON很难方便地探测到随机发送用户导致的冲突。因
此，人们通常使用某种可以确保上行传送器具备在特定时间发送的绝对优先权的协议。
    一些运营商已经联手建立了所谓的全服务接入网络（FSAN）财团，旨在通过指定可供众多
运营商购买的通用接入平台，促进PON系统价格下降。FSAN网络是一个粗糙WDM（CWDM）PON。上
/下行传输使用1.3/1.5μm频段以及155Mbps基带信号 ；TDMA协议用于上行传输；语音和数据服
务则以异步传输模式打包。FSAN网络带来一系列的试验并在FTTC和FTTH系统中得到小规模的部署。
    FSAN为比较各种高带宽PON体系结构的可行性提供了有用的标准。在一项研究中，人们比较
了各种替代技术，并假设FSAN型光网中的每个ONU上下行分别要求10M和155M的带宽。结果发现，
WDM PON借助目前的商业化器件不能提供这种水平的服务；环路回送系统未能实现人们预想的目
标并对WDM路提出了不合适的要求。最具有性能价格比的WDM PON的基础结构被认为是一种所谓
的复合PON（CPON）。在上行方向CPON是一个TDMA PON（所有ONU共享整个1.3μm频段）；而在
下行方向，CPON为每一ONU在1.5μm频段提供了一个独立的波长。
    光纤进入CATV领域
    与上述努力同步进行的是在有线电视（CATV）领域部署光纤。在此之前，典型的CATV网络
使用极长的同轴电缆以及上百个顺序排列的RF放大器，从而严重限制了服务带宽（系统只能承
载20到30个电视频道）并带来可怜的可靠性和图像质量。通过将CATV信号以光的形式传输到光
纤节点，并在这些节点为500到2000个使用单位提供光到电子的转换，可以将放大器数量减至3
到5个，同时提供高得多的容量、可靠性和图像质量。与电话使用的基带数字信号相比，CATV
模拟信号相当脆弱，因此在实际中必须使用特殊的光。尽管如此，人们在宽带视频应用中已经
广泛地部署了这些混合光纤同轴（HFC）网络。
    为了通过电缆调制解调器提供数据服务，CATV公司现在需要将只支持下行广播的单行网络
变为双通道网络，以便为用户提供有针对性的数据服务。实现目标的一个方法是通过FTTC或
FTTH将光纤拉近用户。这一方案的优势是可以有效防止噪音的进入，并透过单一的、易维护的、
具有良好升级性能的网络，提供包括模拟CATV、视频点播、通过电缆调制解调器的高速互联网
接入、电话等全套服务。
    在CATV中提供更多向带宽的另一处理方式就是将（使用高功率1.5μm EDFA在众多接收器
上放大和分解的）广播模拟下行信号与八条DWDM信道（其中每一条以QAM子承载格式传输多达
1G数字数据）结合起来。在远程节点上，单个DWDM波长将被分解并与模拟信号的一部分融合在
一起，并将混合信号民送往八个独立的光纤节点。也就是说，每个光纤节点将被接收到广播模
拟信号。当然，如果需要的话，DWDM还可被用于上行方向以提高上行容量。这一处理方式既可
以独立实施，也可以作为将光纤拉近用户的整体计划的一部分实施。
    对于接入应用而言，价格是关键，这意味着要有非常廉价的光器件。对于企业网来说，关
键是廉价的850-nm VCSEL。对于电话网来说，关键是廉价的激光。模拟CATV系统已经从使用
1.5μmDFB激光发展到采用非常廉价的具有高功率EDFA的1.5μm外部调制系统。为使DWDM系统
进一步介入接入领域，DWDM器件的价格需要出现大幅下降。此外，人们需要确保DWDM器件（激
光源、滤波器、路由器）可以在接入应用所要求的较大温度范围内稳定地运行。最后，为使
DWDM PON真正成为现实，人们需要为ONU提供非常廉价的单频道激光。这种激光应当在系统支
持的整个波长范围内可调，从而使运营商得以在任何被路由器丢弃的光纤中任意创建ONU。
摘自《中国计算机报》