浅析FTTx的技术发展和应用前景

　　1  引言

　　光纤到家庭（FTTH）是20年来人们不断追求的梦想和探索的技术方向，但由于成本、技术、需求等方面的障碍，至今还没有得到大规模推广与发展。然而，这种进展缓慢的局面近有了很大的改观。由于政策上的扶持和技术本身的发展，在沉寂多年后，FTTH再次成为热点，步入快速发展期。目前所兴起的各种相关宽带应用如VoIP、Online-game、E-learning、MOD （Multimedia on Demand）及智能家庭等所带来生活的舒适与便利，HDTV所掀起的交互式高清晰度的收视革命都使得具有高带宽、大容量、低损耗等优良特性的光纤成为将数据传送到客户端的媒质的必然选择。正因为如此，很多有识之士把FTTx（特别是光纤到家、光纤到驻地）视为光通信市场复苏的重要转折点。并且预计今后几年，FTTH网将会有更大的发展。

　　FTTx是指把光纤用于接入层网络，使光纤靠近用户的接入组网方式。光纤接入网采用光纤作为传输媒质，具有传输容量大、传输质量高、高可靠性、传输距离长、抗电磁干扰等优点，是未来固定宽带接入的发展方向。从传统的接入网来看，一公里是资源也是负担，一公里接入网体现了用户的接入控制权，也是电信运营商网络的竞争力的表现。

　　FTTx技术主要用于接入网络光纤化，范围从区域电信机房的局端设备到用户终端设备，局端设备为光线路终端、用户端设备为光网络单元或光网络终端。根据光纤到用户的距离来分类，如图1所示，可分成光纤到交换箱、光纤到路边、光纤到大楼及光纤到户）等4种服务形态。美国运营商Verizon将FTTB及FTTH合称光纤到驻地。上述服务可统称FTTx。

　　近年来，人们的需求已经由单纯的语音通讯向多媒体通讯迈进，随着IPTV，HDTV，体感游戏，数字家庭等业务的兴起，传统接入方式已经无法满足日益攀升的带宽要求，FTTx接入速率可以高达20Mbit/s～100Mbit/s，凭借其无法比拟的带宽优势而成为必然选择。随着技术的不断成熟和商业化规模效应，近几年FTTx的成本降低已超过50%，2010年我国新建FTTx的综合建设成本比2009年下降了25%，成本的大幅下降给FTTx大规模普及创造了条件。同时，随着国务院2010年7月正式公布全国三网试点城市名单，我国三网融合已进入实质性阶段，FTTx作为实现三网融合的首要技术选择，迎来了大幅度发展的难得机遇。

　　2  FTTx的技术发展

　　无源光网络（Passive Optical Network, PON）是一种纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。

　　在所有已知的FTTx实现技术中，无源光网络（Passive Optical Network，PON）技术以光纤为传输媒质，具备高接入带宽、全程无源分光传输的特点，在管理运维、带宽性能、综合业务提供、带宽分配策略、组网灵活性等方面，相比其他光接入技术具有明显的优势。

　　PON（Passive Optical Network：无源光纤网络）。 PON（无源光网络）是指（光配线网）中不含有任何电子器件及电子电源，ODN全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。一个无源光网络包括一个安装于中心控制站的光线路终端（OLT），一批配套的安装于用户场所的光网络单元（ONUs）。在OLT与ONU之间的光配线网（ODN）包含了光纤以及无源分光器或者耦合器。

图1  PON系统网络结构示意图

　　PON技术的概念是20世纪90年代初提出的，经过10多年的变迁，PON技术经历了从窄带PON到APON，再到EPON和GPON的发展历程。窄带PON是基于TDM的，性价比不好已经自然消亡。APON是基于ATM的PON技术，虽然标准非常成熟，但由于ATM协议复杂且设备价格较高，提供的接入速率相对较低，现在已不适合采用。目前，业界主要的两个PON标准，一个是由IEEE制定的Ethernet PON （EPON）标准，另一个是由ITU/FSAN制定的Gigabit PON（GPON）标准。EPON是在以太网基础上发展起来的，兼具了无源光网络独特的网络结构优势和以太网的低成本优势。GPON是在传统ATM封装基础上进一步采用了GFP封装，以提高效率增加对TDM业务的支持。

　　业界一直有EPON和GPON技术之争，从表1可以看出，GPON相比EPON推出标准更晚、更完善，从技术层面而言，GPON在上、下行速率、分路比、网管功能、支持TDM业务更具优势；但EPON的产业链更完整、更成熟、成本更低，同时EPON标准制定得更宽松，厂家在开发产品时有更大的灵活性。有数据表明，对电信运营商来说，一公里接入网的投资占到了整个网络的60%~70%。从运营商的角度来看，所采用技术应具有尽可能低的成本、良好的带宽提供能力和多业务提供能力，成熟可靠已有商业化规模应用。因此，近年来国内运营商主要采用EPON技术来实现FTTx，GPON总体处于测试和试验阶段。

表1  EPON/GPON技术对比

　　3  FTTx的实际应用

　　从2005年开始，中国电信和中国网通均开始采用EPON技术进行FTTx的测试和试点工作，北京联通2005年8月开始在海淀、朝阳、昌平、密云4处进行试点应用。经过两年多的市场培育和技术准备，从2007年开始基于EPON技术的FTT x进入规模应用阶段。

　　目前ONU可以分为单口ONU、多口ONU和综合型ONU三种，按照ONU在PON接入网中所处的位置不同，可以将光接入网划分为光纤到户（FTTH）、光纤到大楼（FTTB）、光纤到路边（FTTC）几种类型，统称为FTTx。

　　FTTH的ONU为单口通常放置在用户家中，能够快速部署迅速解决用户的通信需求（见图2）。

 

图2  FTTH接入示意图

　　OLT安装在通信机房内，通过传输设备与现有的语音和数据网络相连。OLT通过主干光缆与光分路器POS相接，从POS到每个用户家布放小芯数光缆皮线，从用户ONU分别布放五类线和双绞线，实现宽带业务和语音业务的接入。

　　FTTB的ONU为多口，通常放置在楼内，采用PON+LAN的结构（见图3）。

图3  FTTB接入示意图

　　FTTB的光分路器POS安装在模块局机房或住宅小区机房的ODF内，每栋楼宇按照各单元总用户数确定多口ONU的安装数量，ONU的安装位置一般选择在有电源箱的竖井内，便于设备取电。从ONU到用户家中采用五类线接入，在室内墙壁上安装品字型面板，面板五类线接口连接电脑，双绞线接口连接电话机。

　　FTTC的ONU为综合接入型，实际采用PON+ADSL的结构（见图4）。

图4  FTTC接入示意图

　　FTTC方式OLT设置在局端机房，局内安装光分路器，将具有综合接入功能的ONU安装在村内接入点。综合接入型ONU具有ADSL DSLAM的功能，通过实线电缆和用户家中分离器相连，分离器实现低频语音信号与高频数据信号的分离。分离器的TELEPHONE口通过双绞线连接用户电话机，分离器的MODEM口通过双绞线接到用户ADSL MODEM上，再通过五类线接到电脑上。

表2  EPON三种主要应用方式比较表

　　从2008年开始单口ONU大幅降价，到2009年降到700元左右，2010年进一步下降到400元左右，使得FTTH具备了大规模普及的条件。北京作为三网融合的试点城市，将会得到政策、资金等各方面的大力支持，加之ONU设备、光皮线、光面板的成熟和成本下降，FTTH已成为当今主流的应用模式。

　　4  存在问题和解决办法

　　从2005年至今，北京联通在EPON实际应用中遇到了一些问题，特别是FTTH方面的问题，针对这些问题采取了相应解决办法。

　　FTTH（Fiber To The Home ），顾名思义就是一根光纤直接到家庭。具体说，FTTH是指将光网络单元（ONU）安装在住家用户或企业用户处，是光接入系列中除FTTD（光纤到桌面）外靠近用户的光接入网应用类型。FTTH的显着技术特点是不但提供更大的带宽，而且增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性，放宽了对环境条件和供电等要求，简化了维护和安装。

　　4.1  工程问题

　　对于采用FTTH的新建小区，在工程实施时需要做户内光纤皮线引入，是否安装用户光面板是一个问题。如果在房屋交付用户前安装，用户装修时经常将光面板损坏，这样在EPON装机时需要重新安装光面板，增加了成本；如果等用户EPON装机时再安装光面板，装机人员需要熟练操作光面板的安装和光纤接续，增加了装机难度。

　　对此的解决办法是，在户内统一建设暗线箱不再安装墙面光面板，工程实施环节在暗线箱内做好光纤皮线接续，EPON装机时将单口ONU放在暗线箱内，通过户内综合布线和各房间宽带和语音端口相连。

　　4.2  安装问题

　　安装问题和工程问题密切相关，对于FTTH（如工程实施未安装用户光面板）做光纤接续，后续用户申请安装宽带时，装机人员缺乏工具和经验会带来很大困难。解决办法同样是，通过在户内统一建设暗线箱来明确工程环节和安装环节的分工界面，工程实施环节在箱内做好光纤皮线接续，装机时只需要安装户内ONU并搭接光跳线和五类线即可。

　　4.3  配置问题

　　在EPON建设初期，需由设备厂家督导人员提前在ONU中做好数据配置，再由安装人员携带ONU入户安装。由于ONU的配置相对复杂，一旦厂家督导完成首批业务开通后撤离，后续的业务开通则遇到诸多问题。

　　对此的解决办法是，专门建立EPON资源配置平台，将ONU主要数据提前配置在平台上，将EPON网管和此平台相连，这样装机人员带上ONU入户安装时，资源配置平台可自动识别ONU并写入配置数据，保证了业务的顺利开通。

　　4.4  终端问题

　　在EPON商用初期，ONU设备随工程项目采购，由于价格较贵需按照固定资产管理，一旦出现丢失或损毁则全由运营商负担，无形中增加了成本。对此的解决办法是，ONU改为在装机耗材科目中列支，设备使用一年后，产权归用户所有，丢失或损毁由用户承担，从而减少了运营商成本。

　　4.5  维护问题

　　FTTH采用全光入户，和传统固定电话、小区宽带的电缆、五类线接入方式完全不同，一旦出现障碍，维护人员仅仅依靠传统电话测试方式无法顺利修复障碍。对此的解决办法是，对维护人员一方面为其配置光功率计、发光器、切割器等工具仪表，另一方面加强培训力度提高其维护技能。

　　4.6  流程问题

　　随着PON技术应用的日益广泛和商业化运营，所涉及的工程实施、业务办理、工单流转、装机配置、查修维护、备品备件等诸多环节部分存在职责不明、流程不清、衔接脱节的情况。对此北京联通基于5年以来实际应用的经验，正在逐步明确相关的流程规范，为下一步大规模商用创造条件。

　　5  未来展望

　　5.1  PON技术的未来展望

　　XPON作为新一代光纤接入技术，在抗干扰性、带宽特性、接入距离、维护管理等方面均具有巨大优势，其应用得到了运营商的高度关注，XPON光接入技术中比较成熟的EPON和GPON，均是由局端OLT、用户端ONU设备和无源光分配网络ODN组成。其中ODN网络及设备是XPON综合接入中的重要一环，涉及到全新光纤网络的组建和应用，相关ODN设备及组网成本，已成为制约XPON应用的重要因素。

　　目前业内普遍看好的xPON技术有 EPON 和 GPON。

　　GPON（Gigabit-CapablePON） 技术是基于ITU-TG.984.x标准的一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术。GPON下行速率为2.5Gbps，上行为1.25Gbps，分光比为1：64。

　　EPON就是一种新兴的宽带接入技术，它通过一个单一的光纤接入系统，实现数据、语音及视频的综合业务接入，并具有良好的经济性。EPON 将成为一种主流宽带接入技术。由于EPON网络结构的特点，宽带入户的特殊优越性，以及与计算机网络天然的有机结合，使得全世界的都一致认为，无源光网络是实现“三网合一”和解决信息高速公路“一公里”的传输媒介。

　　xPON技术的发展历程是EPON，GPON，10GEPON，10GGPON，WDMPON。xPON的一个主要发展趋势是：

　　（1）向高速发展。如EPON向10 Gbit/s EPON发展，GPON也向10Gbit/s GPON发展。

　　（2）发展快速故障诊断技术，提高运维自动化和运营能力。

　　（3）实施商用化的互联互通，真正实现对多家厂商设备的统一管理。

　　10Gbit/s EPON标准的发布，说明EPON技术进一步成熟，容量和分光比提高，单位成本进一步降低，进一步提升了EPON的竞争力。与EPON相比，GPON原来容量方面的优势正在迅速消失，两者技术特性在接近，GPON的大规模商用可能会面临更多困难。WDMPON具有潜在的容量和安全优势，但成本过高正处于研发阶段，需要在低成本光器件方面取得突破。

　　5.2  HTTx应用的未来展望

　　在2004年中国光电产业论坛上，赵梓森院士等多位都认为，未来的广电市场将是推动FTTH在中国发展的主力军，因此采用三波长的PON比较方便，其中一个波长（1550nm）传输广播电视，2个波长（1310/1490nm）传输上下行数据，这就需要所谓的Triplex架构。而Triplexer也就成为FTTH系统需要的一种关键元器件，烽火科技集团根据市场需要又迅速推出单纤三向光电产品，主要应用在FTTC（光纤到小区）、FTTB（光纤到大楼）、FTTH（光纤到家）、FTTD（光纤到桌）中。

　　未来几年FTTx用户将迅速增长，并且在宽带接入中所占的比例将逐步提高。据预测，2010—2012年平均增长率约为21%～33%，2014年FTTx用户规模有望达到1.144亿。

　　2010年4月，国家七大部委联合下发了《关于推进光纤宽带网络建设的意见》，要求在3年内完成1500亿元的固定宽带投资，预计到2011年，我国光纤宽带端口将超过8000万，城市用户接入能力平均达到8Mbit/s以上，农村用户接入能力平均达到2Mbit/s以上。

　　中国联通在发展初期一直以EPON为主，2009年7月刚刚完成了1100万线EPON项目招标，2010年预计投入153亿元用于固网宽带建设。北京联通2009年10月完成了全民2M宽带升速改造工程，目前正在全力推进以光纤入户方式为主的20M带宽全光网建设，2010年底计划对50%家庭完成改造，计划在2012年前完成对京城家庭用户“全覆盖”目标。

　　中国联通已完成了GPON的互通测试并开始做GPON试点，在北京部分区域已做小规模部署。GPON从测试情况来看基本功能还可以，但与EPON相比还有一些差距，尤其在管理功能方面，做不到OLT和ONU任意对接。目前的GPON成本比EPON高，与EPON相比在功能和成本方面都不占优势。中国联通已计划将GPON逐渐开始商业化运营，预计GPON成本会随之逐步下降。同时，随着单口ONU的成本日益降低，对于新建FTTx用户中国联通将逐渐转向以FTTH为主，未来FTTH用户的占比将逐步扩大。

　　FTTx将继20世纪90年代数字移动通信之后，成为电信业的另革命性转变，给设备商、运营商以及整个产业链带来巨大冲击。对于电信运营商和业务提供商来说，FTTH无疑是对它们有着重大影响的性技术革命，与移动电话业务、有线数字网络一样，这大规模的产业和应用变迁既蕴含着巨大的商机，也潜藏着极大挑战。