4/20/2011，來自《中興通訊技術(shù)》2011年第2期

    摘要:在當今信息和通信技術(shù)迅猛發(fā)展的趨勢下，以銅線為主的接入網(wǎng)已經(jīng)不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的寬帶接入需求，部署光纖接入網(wǎng)已是電信運營商未來有線綜合接入網(wǎng)建設的發(fā)展趨勢。文章歸納和總結(jié)了電信運營商各種FTTX部署方式及其優(yōu)缺點，對寬帶接入的規(guī)劃、建設等基本模式進行探討。文章提出了電信運營商光纖接入網(wǎng)的部署策略，保證寬帶接入網(wǎng)的先進性、統(tǒng)一性、可擴展性和可控性。

    關鍵字:寬帶升速；三網(wǎng)融合；光纖到戶(FTTH)；交互式網(wǎng)絡電視(IPTV)

    英文摘要:Copper access networks no longer meet demands for broadband access, and constructing optical fiber access networks have become the trend. This article introduces advantages and disadvantages of various FTTX deployment strategies, and discusses the basic models used in broadband access planning and construction. Fiber optics can bring about an advanced, unified, scalable, and controllable broadband access networks.

    英文關鍵字:increasing broadband speed; integration of telecom, radio and TV; Fiber To The Home (FTTH); Internet Protocol Television (IPTV)


    隨著以Internet為代表的信息通信技術(shù)的迅猛發(fā)展和普及，社會信息化程度的不斷提高，需求寬帶接入并愿意為之付費的用戶數(shù)呈持續(xù)穩(wěn)定增長。各種新型多媒體業(yè)務，如視頻電話、視頻點播技術(shù)(VOD)以及高清數(shù)字電視等不斷涌現(xiàn)，并受到人們越來越多的喜愛，傳統(tǒng)的窄帶語音和數(shù)據(jù)業(yè)務已不再能夠滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求。

    但是，在電信領域中，與骨干網(wǎng)相比，處于網(wǎng)絡邊緣的接入網(wǎng)的建設發(fā)展卻相對緩慢，甚至逐漸成為信息高速公路最后的“瓶頸”，嚴重制約著用戶多媒體業(yè)務等高帶寬業(yè)務的提供和發(fā)展。
近十年來，電、光信號處理技術(shù)領域，都取得了巨大的進步。高質(zhì)量的光纖得到普及，高效率的光源和接收機價格也降到了可接受的范圍。這使得構(gòu)建光接入網(wǎng)不再像以前那么昂貴，同時它可以獲得比數(shù)字用戶線路(DSL)及Cable系統(tǒng)更為顯著的性價比。

    無源光網(wǎng)絡(PON)技術(shù)的應用，較大程度降低了光纜建設成本，使光纖更接近用戶，提高了用戶帶寬，加強系統(tǒng)整體的可靠性，同時節(jié)省機房的租、建投資，降低建設和維護成本，加快建設速度。構(gòu)建光接入網(wǎng)是固網(wǎng)運營商未來綜合接入網(wǎng)建設的發(fā)展趨勢，同時也是光接入技術(shù)當仁不讓的選擇。盡管各國發(fā)展光接入網(wǎng)的步驟各不相同，但現(xiàn)階段光纖到戶(FTTH)是光接入網(wǎng)公認的最終發(fā)展目標。

    2010年3月，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委等七部委員聯(lián)合印發(fā)了《關于推進光纖寬帶網(wǎng)絡建設的意見》，更將光纖寬帶網(wǎng)絡的建設提升到了國家戰(zhàn)略的層面。

1 背景形勢和網(wǎng)絡現(xiàn)狀分析

1.1 背景和形勢
    近幾年來，互聯(lián)網(wǎng)多媒體業(yè)務應用得到迅猛的發(fā)展，用戶對寬帶接入的帶寬提升需求越來越高。交互式網(wǎng)絡電視(IPTV)、高清電視、網(wǎng)絡視頻等業(yè)務的發(fā)展，大幅度提升了用戶對下行接入帶寬的需求；而物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的發(fā)展，則大大提升了用戶對上行帶寬的需求。帶寬需求預計每年都將成倍遞增。

    2010年，中國的三網(wǎng)融合在國務院主導下取得了實質(zhì)性突破：一方面廣電進入電信領域?qū)⒓觿�寬帶接入競爭白熱化；另一方面，電信運營商的融合業(yè)務部署將迅速增加對寬帶數(shù)據(jù)流量的需求，電信運營商必須大幅度提高接入帶寬以支持未來融合業(yè)務的開展。此外，三大電信運營商在重新整合后均可進行全業(yè)務運營，中國移動也加入到固定寬帶業(yè)務的競爭行列。寬帶接入的業(yè)務競爭成為重要焦點，特別是帶寬能力將成為評判運營商所推廣的寬帶產(chǎn)品的優(yōu)劣標準。

1.2 寬帶網(wǎng)絡現(xiàn)狀
    在接入網(wǎng)中，能否擁有覆蓋完善的線路資源是重中之重。中國電信、中國聯(lián)通經(jīng)過多年的接入網(wǎng)建設，各自在主導省份已擁有著較為完善的覆蓋，基本實現(xiàn)了寬帶網(wǎng)絡的廣泛覆蓋，使鄉(xiāng)鎮(zhèn)光纜通達率和寬帶覆蓋率均達到95%以上；但在拓展省份，資源相對比較薄弱，寬帶覆蓋率不足50%。對于中國移動而言，因其是固網(wǎng)接入業(yè)務的新進者，固網(wǎng)接入資源整體都比較匱乏，但其近兩年憑借資金優(yōu)勢在商務樓宇和小區(qū)積極拓展固網(wǎng)接入業(yè)務，并結(jié)合無線網(wǎng)絡的優(yōu)勢進行多業(yè)務捆綁，也具有較強勁的競爭力。

    電信和聯(lián)通現(xiàn)有的接入方式中DSL接入仍占大部分比率，而DSL方式提供的帶寬能力與銅線距離和質(zhì)量有直接關系。在線路條件良好的情況下，DSL銅纜距離與可達帶寬測試的對應關系如表1所示。

 實際部署中，電信和聯(lián)通在主導區(qū)域的電纜年限超過10年的比例較高，由于線路老化、潮氣侵蝕、接續(xù)過多等原因，部分DSL難以保障開展高帶寬業(yè)務，而在拓展區(qū)域銅纜建設期較短，DSL線路質(zhì)量良好。

    隨著光纖接入網(wǎng)技術(shù)發(fā)展成熟，各運營商已把寬帶升速和光進銅退作為重要戰(zhàn)略進行部署。


2 接入寬帶需求測算
    未來三網(wǎng)融合的部署將實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、廣播電視和移動業(yè)務融合，接入網(wǎng)是電信運營商三網(wǎng)融合架構(gòu)的重點，能否支持高帶寬和多業(yè)務服務質(zhì)量(QoS)是一切融合業(yè)務發(fā)展的前提。分析三網(wǎng)融合對接入帶寬的需求，每路標清節(jié)目的數(shù)據(jù)流量至少是2 Mbit/s，高清節(jié)目的數(shù)據(jù)流量至少是8 Mbit/s。初期考慮到偏遠的農(nóng)村對高清需求不高的情況，農(nóng)村地區(qū)接入速率至少需達到4 Mbit/s，城市則至少達到10 Mbit/s�？紤]到今后多數(shù)城市家庭都至少有2臺電視，且需要2～4 Mbit/s的上網(wǎng)接入，一般來說接入速率需要20 Mbit/s，農(nóng)村地區(qū)則至少要達到16 Mbit/s。隨著融合業(yè)務的不斷創(chuàng)新和推廣，預計未來將發(fā)展超高清、3D視頻等更高速率需求的業(yè)務，因此遠期接入速率則需達到50～100 Mbit/s。另外未來上行速率需求也將逐步提高。


    表2是三網(wǎng)融合后典型客戶接入速率需求測算，可見電信運營商必須堅定不移地加快寬帶升速的建設。盡量以中、遠期為目標，避免重復建設、重復投資，因地制宜地結(jié)合業(yè)務的開展和推廣，推出不同的建設和改造部署方案。
 
3 寬帶接入技術(shù)的選取
    隨著技術(shù)的發(fā)展，運營商的有線寬帶接入技術(shù)手段從傳統(tǒng)的DSL和局域網(wǎng)(LAN)接入，發(fā)展到正在規(guī)模應用的EPON、GPON等光接入技術(shù)，再到現(xiàn)階段正在快速發(fā)展和完善的10G PON技術(shù)，有線寬帶接入技術(shù)越來越呈現(xiàn)出多樣化的趨勢[1-4]。

3.1 寬帶接入技術(shù)分類
    (1) 寬帶接入技術(shù)方式按物理介質(zhì)可分為兩大類別：銅線接入和光纖接入。

    銅線接入主要是在端局等位置部署數(shù)字用戶線路接入復用器(DSLAM)，這種傳統(tǒng)的接入方式中銅纜接入距離過長，致使接入帶寬多數(shù)無法滿足未來高帶寬業(yè)務的發(fā)展需求；另一方面，在非對稱數(shù)字用戶環(huán)路(ADSL)系列的接入方式中上行帶寬受限較大，更無法滿足物聯(lián)網(wǎng)、視頻通話等業(yè)務需求。因此，電信運營商應停止銅線接入方式的建設，大跨步向光纖接入網(wǎng)演進。

   光纖接入方式按組網(wǎng)結(jié)構(gòu)可分為點到點光纖接入(P2P)和點到多點光纖接入(P2MP)。

P2P結(jié)構(gòu)
    P2P光傳輸方式，即從局端到每個用戶端設備都是一一對應，且設備之間都用一對或一根獨立的光纖。點到點之間的業(yè)務承載可通過光纖直驅(qū)方式，也可通過傳輸設備承載。
點到點設備主要服務于商務、大客戶接入，一般采用光纖到辦公室(FTTO)的接入方式，局端設備一般部署在端局或模塊局，用戶端設備一般放置在企業(yè)、單位的中心機房內(nèi)，以獲得最優(yōu)越的保障設施條件，同時也方便與用戶設備對接。但此方式占用管線資源較多，適用于中高端商業(yè)用戶。

P2MP結(jié)構(gòu)
    P2MP光接入技術(shù)是局端設備對應多個用戶端設備，可以實現(xiàn)多個用戶端設備復用一根主干光纖，是公眾用戶提供接入的主要方式。點到多點的主要實現(xiàn)技術(shù)為PON技術(shù)。
(2) 光纖寬帶接入方式按光纖到用戶的距離又分為FTTH、光纖到樓(FTTB) 、光纖到路邊(FTTC)、光纖到村(FTTV)和FTTO等。其中FTTH與FTTO的部署方式基本類似，而FTTC則與FTTV的部署方式比較類似，因此總體歸并為FTTH、FTTB和FTTC三大類。

FTTH
    光纖到戶指主干段、配線段和引入段全程采用全光接入，該方式是寬帶接入網(wǎng)絡“光進銅退”的最終目標，具有用戶接入帶寬高、業(yè)務接入靈活、故障點少、故障定位靈活等特點，但是建設投資較大。

FTTB
    FTTB是光纖接入網(wǎng)絡向用戶端推進的重要方式之一，以xPON的方式將光纖深入至用戶小區(qū)樓宇，在樓道中設置光節(jié)點(ONU)設備，最后100 m用戶末端接入采用PON+LAN的方式，可為用戶提供10～100 Mbit/s的接入帶寬，初期投資略低于FTTH方式。但由于樓道有源節(jié)點過多，存在難以維護且運營質(zhì)量無法保證等情況，有悖于大容量、少局所的部署原則。

FTTC
    FTTC采用PON+xDSL、DSLAM或多服務接入網(wǎng)關(MSAG)等方式部署到小區(qū)，是現(xiàn)有銅纜接入網(wǎng)絡改造的主要方式之一。它將寬帶設備推進至用戶小區(qū)，接入末端采用xDSL方式接入。FTTC投資最低，但銅線接入距離較長，接入速率能力受銅線老化、接續(xù)質(zhì)量等因素影響較大，與寬帶接入網(wǎng)的最終目標差距最遠。

3.2 光纖寬帶接入手段對比

    (1) FTTX帶寬拓展能力對比

FTTH
    采用EPON技術(shù)進行光纖到戶建設時，按分光比1：64部署，每個EPON接口的最大吞吐量按照下行950 Mbit/s、上行900 Mbit/s計算，同時考慮70%的利用率，平均每用戶可獲得20 Mbit/s的對稱帶寬。如再考慮一定比例的業(yè)務并發(fā)比，每用戶則可獲得帶寬最高達50 Mbit/s。采用GPON技術(shù)進行光纖到戶建設時，在同樣部署方式下，每個GPON接口的最大吞吐量按下行2.4 Gbit/s、上行1.0 Gbit/s計算。每用戶可獲得下行帶寬50 Mbit/s，上行帶寬20 Mbit/s。考慮一定比例的業(yè)務并發(fā)比，每用戶可獲得下行帶寬100 Mbit/s，上行帶寬50 Mbit/s。


    待未來10G PON技術(shù)發(fā)展成熟時，可將每用戶接入帶寬提升至200～500 Mbit/s。從更長遠看，10G PON下一代無源光網(wǎng)絡技術(shù)(NGPON2)也在探索研究中�？偟膩碚f，光纖的帶寬能力是可以是無限提升的，因此光纖到戶的端到端全光接入可以說有著無限的帶寬提升能力。

FTTB
    目前采用FTTB建設，使用較多的是16或24個以太網(wǎng)接口的ONU，采用EPON技術(shù)部署時，分光比按照1：16部署，考慮70%的利用率，平均每用戶可獲得3～5 Mbit/s對稱帶寬。再考慮一定比例的業(yè)務并發(fā)比，每用戶可獲得帶寬最高達10～15 Mbit/s。采用GPON部署時，在同樣部署方式下，每個用戶可以獲得下行帶寬約為9～13 Mbit/s，上行略高于EPON�？紤]一定比例的業(yè)務并發(fā)比，每用戶可獲得下行帶寬10～20 Mbit/s。
待未來10G PON技術(shù)發(fā)展成熟，可通過PON設備替換和升級，可將每用戶接入帶寬提升至30～50 Mbit/s。

FTTC
    無論是采用PON+DSL還是DSLAM部署到小區(qū)機房，F(xiàn)TTC接入方式的帶寬能力“瓶頸”主要在于銅纜長度和質(zhì)量因素。目前的DSL技術(shù)主要以ADS2+為主，銅線距離在500 m以內(nèi)時，理論上(實驗室測試)采用ADSL2技術(shù)用戶線路，帶寬可達下行20 Mbit/s，上行2.3 Mbit/s；采用VDSL2技術(shù)時，用戶線路帶寬達到下行60 Mbit/s，上行20 Mbit/s，甚至更高。但DSL接入易受銅纜質(zhì)量、老化程度、接續(xù)質(zhì)量等較多因素的影響。在實際部署中，由于銅線條件良莠不齊，難以保證全部能支持高帶寬。

    另外，無論小區(qū)寬帶設備是采用PON(ONU)上聯(lián)，還是GE(DSLAM)接口上聯(lián)，由于單Gbit/s接口下帶較多用戶，因此必須考慮未來流量增加、用戶帶寬需求提升時，如何擴展或升級上聯(lián)接口。
由此可見，光纖到戶的帶寬擴展提升能力的優(yōu)勢是無可比擬的。

    (2) FTTX造價對比
    分別采用統(tǒng)計法和模型法進行綜合造價分析，統(tǒng)計法是調(diào)研了電信運營商多個省份的批量項目，從中排除不合理的項目后，統(tǒng)計分析各種建設方式的綜合造價。模型法是調(diào)研了2010年電信運營商集中采購的各種設備和材料價格，結(jié)合工程經(jīng)驗并按通信行業(yè)、國家的相關標準取定配套材料費、工程費及其他工程建設費，推算出典型場景下的各種建設方式的綜合造價。其中小區(qū)內(nèi)的ONU、DSLAM設備和配線光纜、引入光纜、綜合布線等工程以1 000戶小區(qū)為模型，而對于主干光纜、光纜終端設備(OLT)及其配套等覆蓋范圍較廣的設施資源，建設投產(chǎn)后，其產(chǎn)生的服務范圍較大，平均在萬戶左右，因此將其投資分攤到1萬戶計取平均造價。電信運營商寬帶接入幾個主要建設方式的平均單位造價情況如表3所示。

    光纖部署位置越接近用戶，建設成本相對越高，但能提供的帶寬擴展性也越高。前幾年由于電信運營商的3G傳輸和寬帶建設規(guī)模較大，光纜、光纖材料居高不下，但總體下降空間大，未來幾年將呈較大幅度的下降趨勢。

    (3) FTTX運行維護費用對比
    運行維護費用主要有房屋租賃、人員維護費用和能耗費用等。其中由于運營商不同、地域的租房價格不同、人員費用等因素差距較大等原因，不便進行量化對比，只進行定性分析。

    房屋租用費用的情況是：FTTC>FTTB>FTTH，其中FTTB部署方式由于設備部署的樓道交接間或豎井間等位置屬于公用設施，一般不發(fā)生租用費，對于每萬用戶人員維護量及單用戶能耗測算如表4所示。

    由表5可見，在采用目前主流光模塊，即PX20+和Class B+時，分光比可采用1:64，光纜部署距離近5 km。因此在城市地區(qū)，OLT的覆蓋范圍在5 km之內(nèi)比較合理，在光功率損耗允許范圍內(nèi)盡量采用大分光比，以降低光網(wǎng)絡投資。OLT 的覆蓋范圍應同時考慮用戶的分布及對接入光纜資源的消耗等因素。農(nóng)村地區(qū)考慮到網(wǎng)絡實際情況，OLT的覆蓋范圍可以適當擴大，但同時應考慮PON光功率預算的影響。光纜距離超過5 km時，根據(jù)需要在覆蓋用戶數(shù)量較少時，可降低分光比；覆蓋用戶數(shù)量較多時，可下沉OLT局所。

    目前部分PON廠商尚不能支持1:128分光，支持32 dB的光模塊價格也比較高。但PON設備技術(shù)發(fā)展非常快，未來在技術(shù)發(fā)展條件具備時，可進一步提高分光比，降低光網(wǎng)絡投資，并擴大OLT局所覆蓋范圍。

OLT上聯(lián)
    OLT設備產(chǎn)品向大容量發(fā)展的趨勢較明顯，未來將下帶較多用戶。為提高安全性，承載多業(yè)務時，每種業(yè)務應采用雙上聯(lián)。初期業(yè)務流量較小時，寬帶業(yè)務可采用2×GE上聯(lián)，語音業(yè)務可采用2×FE上聯(lián)。OLT設備應預留2個上聯(lián)槽位和接口擴展能力，未來隨流量增加逐步增加上聯(lián)，遠期可替換為10 GE接口上聯(lián)。

    (2) 光分路器(POS)部署
    根據(jù)目前PON技術(shù)發(fā)展情況，采用光模塊以EPON PX20+和GPON Class B+為主，分光比不宜超過64，采用GPON Class C+時不宜大于128。二級分光時，采用PX20+、Class B+光模塊兩級分路比乘積不宜大于64；采用Class C+光模塊，兩級分路比乘積不宜大于128。

    POS可集中設置在小區(qū)機房（模塊局機房），也可分散設置在樓宇內(nèi)。集中部署便于維護和管理，分散部署可節(jié)省光纜投資，此部分原則需根據(jù)具體情況制訂。新建小區(qū)建議設置光纜交接間、分纖盒，作為交接配線和POS設置使用。

    對于現(xiàn)有小區(qū)用戶，POS設置應首選樓內(nèi)，次選樓外。樓內(nèi)應首選弱電間綜合布線柜，無綜合布線柜的應在樓道內(nèi)設置分纖盒，將POS放置在分纖盒內(nèi)。樓外可選擇光纜交接箱、小區(qū)交接間等設施。安裝位置須安全可靠，并應做到防盜和防破壞。 
對于平房用戶，市區(qū)優(yōu)選交接間、交接箱設置POS；郊區(qū)則可優(yōu)選交接間/箱，次選電桿、壁掛分纖盒來放置POS。 
工程建設時，無源光分路器POS的配置應一次性配足。 
POS上聯(lián)、下聯(lián)光纜宜采用活接頭，以便于維護測試。

    (3) 引入(入戶)光纜和ONU的設置
    引入光纜的建設由于受物業(yè)和業(yè)主方面的影響，目前FTTH部署中主要有以下幾種情況：

引入光纜入戶：用于新建樓宇和有需求的用戶，ONU安裝在綜合配線箱內(nèi)； 
引入光纜布放至用戶門口：引入光纜暫時盤存，待用戶申請裝機時再布放至用戶室內(nèi)，主要用于舊樓改造，ONU桌面放置； 
配線光纜布放至樓道分纖盒：暫不布放引入光纜，待用戶申請裝機時再布放，主要用于舊樓改造，ONU桌面放置。

5 EPON和GPON技術(shù)對比
    現(xiàn)階段PON光接入相對先進和成熟的有EPON和GPON兩種技術(shù)。電子電氣工程師協(xié)會(IEEE)工作組IEEE802.3制訂了EPON的相應標準IEEE802.3ah，將以太網(wǎng)的應用范圍從局域網(wǎng)擴展至用戶接入網(wǎng)，上下行均為1.25 Gbit/s。全業(yè)務接入網(wǎng)論壇(FSAN)研究制訂了GPON的標準，采用成幀技術(shù)為與通用成幀規(guī)程(GFP)類似的GPON封裝模式，能支持下行2 488.32 Mbit/s，上行1 244.16 Mbit/s速率，其速率支持和封裝效率相對高于EPON。QoS實現(xiàn)方式采用T-Cont + GEM_PORT + IEEE802.1P，理論上優(yōu)于EPON的 LLID + IEEE802.1P方式，GPON針對時分復用模式(TDM)業(yè)務支持Native TDM方式。兩種技術(shù)的主要技術(shù)指標對比如表6所示。



    雖然GPON相對EPON在技術(shù)理論上優(yōu)勢較多，但由于其標準的發(fā)布晚于EPON，因此GPON在中國和其他國家現(xiàn)網(wǎng)應用的規(guī)模總數(shù)遠少于EPON。GPON復雜度高于EPON，其廠商也少于EPON。另外從技術(shù)的下一代演進方面分析，EPON的下一代10GEPON(IEEE 802.3av) 的進展更快，已于2009年9月發(fā)布正式頒布標準，要求在同同光配線網(wǎng)絡(ODN)中與現(xiàn)有EPON ONU并存；FSAN的下一代PON標準制訂了NG-PON1(10G GPON)和NG-PON2兩個階段，其中NG-PON1目前已部分完成，擬定于2010下半年發(fā)布，NG-PON1也要求在同ODN與現(xiàn)有GPON ONU并存。NG-PON2將引入波分復用(WDM)、正交頻分復用(OFDM)、碼分多址(CDMA)等技術(shù)以實現(xiàn)更大跨步的性能提高，不要求與現(xiàn)有GPON在ODN并存，目前其技術(shù)方式尚不明確。

    由于EPON和GPON各有優(yōu)勢，各自演進和發(fā)展都很快，優(yōu)劣難以定論。單從FTTH和TDM專線的部署來說，GPON的技術(shù)標準具有一定優(yōu)勢；而從FTTB/FTTC的部署來說，由于FTTB/FTTC部署需要考慮向10G PON演進升級，而10G EPON技術(shù)標準發(fā)布較早，因此有一定優(yōu)勢。

6 結(jié)束語
    電信運營商的寬帶升速不應簡單地應對市場需求和外界競爭壓力，而應把它作為自我完善和發(fā)展的契機。寬帶建設、改造應盡量作到基礎設施一次到位，特別要建設并完善各層面的光纖基礎資源，將光纖推向用戶側(cè)，并盡量避免在小區(qū)、用戶側(cè)的重復建設和改造。在技術(shù)的選取方面要有一定的前瞻性，根據(jù)不同的情況，選擇適合的部署模式和技術(shù)體制。

7 參考文獻
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[4] ITU-T G.987.3. 10-Gigabit-Capable Passive Optical Networks(XG-PON): Transmission Convergence (TC) Specifications[S].2010.  

    作者：李家京，畢業(yè)于北京郵電大學；現(xiàn)任北京市電信規(guī)劃設計院有限公司第一設計所高級工程師；長期從事規(guī)劃、設計方面的工作；主要研究領域為交換、數(shù)據(jù)及寬帶接入等。（收稿日期：2010-11-23）