FTTx

FTTx

FTTx是“Fiber To The x”的縮寫,意謂“光纖到x”,為各種光纖通訊網路的總稱,其中x代表光纖線路的目的地。

基本信息

前言

Fiber-to-the-x (FTTx)光纖接入

(FTTx,x = H for home,P for premises,C for curb and N for node or neighborhood,O for office,SA for service area, B for Building) 其中FTTH光纖到戶,FTTP光纖到駐地,FTTC光纖到路邊/小區,FTTN光纖到結點,FTTO 光纖到辦公室,FTTSA 光纖到服務區。

光纖到家庭(FTTH)是20年來人們不斷追求的夢想和探索的技術方向,但由於成本、技術、需求等方面的障礙,至今還沒有得到大規模推廣與發展。正因為如此,很多有識之士把FTTx(特別是光纖到家、光纖到駐地)視為光通信市場復甦的重要轉折點。並且預計今後幾年,FTTH網將會有更大的發展。

根據光纖到用戶的距離來分類,如圖1所示,可分成光纖到交換箱(Fiber To The Cabinet; FTTCab)、光纖到路邊(Fiber To The Curb; FTTC)、光纖到大樓(Fiber To The Building; FTTB)及光纖到戶(Fiber To The Home; FTTH)等4種服務形態。美國運營商Verizon將FTTB及FTTH合稱光纖到駐地(Fiber To The Premise; FTTP)。上述服務可統稱FTTx。

1.1.FTTC

FTTC為目前最主要的服務形式,主要是為住宅區的用戶作服務,將ONU設備放置於路邊機箱,利用ONU出來的同軸電纜傳送CATV信號或雙絞線傳送電話及上網服務。FTTC的傳輸速率為155Mb/s。FTTC與交換局之間的接口採用ITU-T制定的接口標準V5。

1.2.FTTB

FTTB依服務對象區分有兩種,一種是公寓大廈的用戶服務,另一種是商業大樓的公司行號服務,兩種皆將ONU設定在大樓的地下室配線箱處,只是公寓大廈的ONU是FTTC的延伸,而商業大樓是為了中大型企業單位,必須提高傳輸的速率,以提供高速的數據、電子商務、視頻會議等寬頻服務。

1.3.FTTH

至於FTTH,ITU認為從光纖端頭的光電轉換器(或稱為媒體轉換器MC)到用戶桌面不超過100米的情況才是FTTH。FTTH將光纖的距離延伸到終端用戶家裡,使得家庭內能提供各種不同的寬頻服務,如VOD、在家購物、在家上課等,提供更多的商機。若搭配WLAN技術,將使得寬頻與移動結合,則可以達到未來寬頻數字家庭的遠景。

1.4.FTTP

FTTP(fiber to the premise,光纖到用戶所在地),北美術語,FTTP將光纜一直擴展到家庭或企業。由於光纖可提供比最後一公里使用的雙絞線或同軸電纜更多的頻寬,因此運營商利用它來提供語音、視頻和數據服務。FTTP具有25M到50Mbps或更高的速度,相比之下,其他類型的寬頻服務的最大速度約為5M到6Mbps。此外FTTP還支持全對稱服務。

1.5.FTTZ

FTTZ(Fiber To The Zone),是指光纖到小區。FTTx技術主要用於接入網路光纖化,範圍從區域電信機房的局端設備到用戶終端設備,局端設備為光線路終端(Optical Line Terminal; OLT)、用戶端設備為光網路單元(Optical Network Unit; ONU)或光網路終端(Optical Network Terminal; ONT)。

FTTx技術分類

光纖連線ONU主要有兩種方式,一種是點對點形式拓撲(Point to Point; P2P),從中心局到每個用戶都用一根光纖;另外一種是使用點對多點形式拓撲方式(Point to Multi-Point; P2MP)的無源光網路(Passive Optical Network; PON),其拓撲結構如圖2所示。對於具有N個終端用戶的距離為M km的無保護FTTx系統,如果採用點到點的方案,需要2N個光收發器和NM km的光纖。但如果採用點到多點的方案,則需要N十1個光收發器、一個或多個(視N的大小)光分路器、和大約M km的光纖,在這一點上,採用點到多點的方案,大大地降低了光收發器的數量和光纖用量,並降低了中心局所需的機架空間,有著明顯的成本優勢。

圖2 PON的拓撲結構 圖2 PON的拓撲結構

圖2 PON的拓撲結構

⒉1.點到點的FTTx解決方案

點對點直接光纖連線具有容易管理、沒有複雜的上行同步技術和終端自動識別等優點。另外上行的全部頻寬可被一個終端所用,這非常有利於頻寬的擴展。但是這些優點並不能抵消它在器件和光纖成本方面的劣勢。

Ethernet + Media Converter就是一種過渡性的點對點FTTH方案,此種方案使用媒體轉換器(Media Converter;MC)方式將電信號轉換成光信號進行長距離的傳輸。其中MC是一個單純的光電/電光轉換器,它並不對信號包做加工,因此成本低廉。這種方案的好處是對於已有的電的Ethernet設備只需要加上MC即可。MC方式的拓撲結構如圖3所示。不必更換支持光纖傳輸的網卡,只需要加上MC,這樣用戶可以減少升級的成本,是點對點FTTH方案過渡期間網路的解決方案。由於其技術架構相當簡單、便宜並直接結合乙太網絡而一度成為日本FTTH的主流。

圖3 使用 Media Converter 圖3 使用 Media Converter

圖3 使用Media Converter

⒉2.點到多點的FTTx解決方案

在光接入網中,如果光配線網(ODN)全部由無源器件組成,不包括任何有源節點,則這種光接人網就是PON。PON的架構主要是將從光纖線路終端設備OLT下行的光信號,通過一根光纖經由無源器件Splitter(光分路器),將光信號分路廣播給各用戶終端設備ONU/T,這樣就大幅減少網路機房及設備維護的成本,更節省了大量光纜資源等建置成本,PON因而成為FTTH最新熱門技術。

2.3.PON接入網技術

PON作為一種接入網技術,定位在常說的“最後一公里”,也就是在服務提供商、電信局端和商業用戶或家庭用戶之間的解決方案。

隨著寬頻套用越來越多,尤其是視頻和端到端套用的興起,人們對頻寬的需求越來越強烈。在北美,每個用戶的頻寬需求在5年內將達到20~50Mb/s,而在10年內將達到70Mb/s。在如此高的頻寬需求下,傳統的技術將無法勝任,而PON技術卻可以大顯身手。

1987年英國電信公司的研究人員最早提出了PON的概念。下面對幾種分別進行介紹。

APON是在1995年提出的,當時,ATM被期望為在區域網路(LAN)、城域網(MAN)和主幹網占據主要地位。各大電信設備製造商也研發出了APON產品,由於APON只能為用戶端提供ATM服務,2001年底FSAN更新網頁把APON改名為BPON,即“寬頻PON”, APON標準衍變成為能夠提供其他寬頻服務(如Ethernet接入、視頻廣播和高速專線等)的BPON標準。

在區域網路領域,Ethernet技術高速發展。Ethernet已經發展成為了一個廣為接受的標準,全球有超過400萬個以太連線埠,95%的LAN都是使用Ethernet技術。Ethernet技術發展很快,傳輸速率從 10 Mbit/s、100Mbit/s到1000Mbit/s、10 Gbit/s甚至40 Gbit/s,呈數量級提高;套用環境也從LAN向MAN、核心網發展。

EPON就是是由IEEE 802.3工作組在2000年11月成立的EFM(Ethernet in the First Mile)研究小組提出的。EPON是幾個最佳的技術和網路結構的結合。EPON以Ethernet為載體,採用點到多點結構、無源光纖傳輸方式。EPON也提供一定的運行維護和管理(OAM)功能。

EPON技術和現有的設備具有很好的兼容性。而且EPON還可以輕鬆實現頻寬到10 Gbit/s的平滑升級。新發展的服務質量(QoS)技術使乙太網對語音、數據和圖像業務的支持成為可能。這些技術包括全雙工支持、優先權(p802.1p)和虛擬區域網路(VLAN)。另外,和GPON相比它的傳輸效率較低。

2001年,FSAN組啟動了另外一項標準工作,旨在規範工作速率高於1Gbit/s的PON網路.這項工作被稱為Gigabit PON(GPON)。GPON除了支持更高的速率之外,還要以很高的效率支持多種業務,提供豐富的OAM&P功能和良好的擴展性。大多數先進國家運營商的代表,提出一整套“吉比特業務需求”(GSR)文檔,作為提交ITU-T的標準之一;反過來又成為提議和開發GPON解決方案的基礎。這說明GPON是一種按照消費者的準確需求設計、由運營商驅動的解決方案,是值得產品用戶信賴的。

光纖迴路分類

FTTx在傳輸層的設計中分為三類,分別是Duplex雙纖雙向迴路,Simplex單纖雙向迴路和Triplex單纖三向迴路。其中雙纖迴路是在OLT端和ONU端之間使用兩路光纖連線,一路為下行(Downstream),信號由OLT端到ONU端;另一路為上行(Upstream),信號由ONU端到OLT端。Simplex單纖迴路又稱為Bidirectional,簡稱BIDI,這種方案只使用一條光纖連線OLT端和ONU端,並利用WDM方式,以不同波長的光信號分別傳送上行和下行的信號。這種利用WDM方式傳輸的單纖迴路和Duplex雙纖迴路相比可減少一半的光纖使用量,可以降低ONU用戶端的成本,但是使用單纖方式時在光收發模組上要引入分光合光單元,架構比使用雙纖方式的光收發模組複雜一點。BIDI上行信號選用1260至1360 nm波段的雷射傳輸,下行則使用1480至1580 nm波段。而在雙纖迴路中則是上下行都使用1310 nm波段傳送信號。

總結

在2004年中國光電產業論壇上,趙梓森院士等多位專家都認為,未來的廣電市場將是推動FTTH在中國發展的主力軍,因此採用三波長的PON比較方便,其中一個波長(1550nm)傳輸廣播電視,2個波長(1310/1490nm)傳輸上下行數據,這就需要所謂的Triplex架構。而Triplexer也就成為FTTH系統需要的一種關鍵元器件,主要套用在FTTC(光纖到路邊)、FTTZ(光纖到小區) FTTB(光纖到大樓或者小區每一個樓層)、FTTH(光纖到家)、FTTD(光纖到桌)中。

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