浅析我国FTTH接入技术选择

   02/21/2005,深圳市首迈通信技术有限公司  黄河振

1．前言
    到目前为止，光纤到户（Fiber To The Home——FTTH）在日本和美国已得到广泛应用，共有用户约500万，但FTTH在我国还处于明芽阶段，尚未有实用的FTTH接入网络。现有的FTTH技术主要包括小区有源交换点对点接入技术和无源光网络接入技术，它们各有优势，适合于不同的应用环境。本文将根据我国住宅小区的特点，比较上述两种FTTH技术在我国住宅小区应用的优劣，浅析我国住宅小区对FTTH接入技术的选择。
2．我国FTTH目标市场特点
    目前，我国FTTH主要目标市场无疑是大中小城市住宅小区的住户，城市住宅小区一般为花园式住宅小区，其突出特点是：住户密度高，单一花园住宅小区一般有500—3000住户,有些甚至是上万个住户；住宅小区（包括商业大厦）一般配备通信机房，用于安装整个小区通信接入设备和线路交接，这种配置是电信运营商相互竞争和多种电信业务综合接入的需要，机房到用户距离普遍小于1km；主要电信运营商和有线电视运营商普遍都已铺设小芯数（一般为4到12芯）光缆到住宅小区或商业大厦的机房；小区内住户通信和CATV接入线缆资源归属各运营商所有。我国FTTH目标市场另一特点是电信业务提供存在行业壁垒：电信运营商不容许经营CATV业务，而且这一现状在未来相当一段时间无法改变。
FTTH目标市场的特点决定了我国FTTH的技术选择。
3．无源光网络（PON）在我国FTTH应用面临的问题
    如图1是理想无源光网络（Passive Optical Network——PON）网络结构与分布，其主要特点是：光线路终端（Optical Line Terminal——OLT）置于电信运营商中心机房，无源光分配器放置（Splitter)尽量靠近用户端的光网络单元（Optical Network Unit——ONU）。OLT与ONU之间的距离等于电信运营商中心机房到用户的距离，与目前固定电话的接入距离相仿，一般为几公里，Splitter距ONU一般为几十米到几百米。PON的这种结构和布局突出体现了PON的优势：从中心机房至用户的整个网络为无源网络；大量节约中心机房至用户的光缆资源；因为是一点对多点，精简中心机房设备数量与规模，减少中心机房配线数量。


    图2是无源光网络（PON）在住宅小区的理想布局：OLT置于电信运营商中心机房，根据Splitter尽量靠近用户原则，Splitter放置于楼层配线箱。很显然，这一理想布局能突显PON的固有优势，但将不可避免带来以下问题：首先，从中心机房至小区需要高芯数光缆，如3000户小区，按1：16分支比计算，需要近200芯的光缆，而目前一般只有4-12芯，增加铺设光缆非常困难；其次，无源光分配器置于楼层配线箱将使配线节点非常分散，导致放号、维护和管理非常困难，甚至几乎不可能；再者，无法提高网络设备及其接入端口的利用率，因为在单一PON的覆盖范围内，用户接入率很难做到100%。

 
    图3是无源光网络（PON）在住宅小区的现实布局：OLT和Splitter均放置在小区机房里。这种现实布局优点是：中心机房至住宅小区只需要低芯数光缆，现有光缆资源就能满足需要；整个住宅小区接入线路均在小区机房配线，非常容易放号、维护和管理；由于接入设备和配线架同在小区机房，无疑显著提高设备端口利用率，接入设备可以根据接入用户数增加而逐步扩容。但这种现实的布局也有其明显的缺点：首先，丢弃PON的网络结构是无源网络的最大优势，中心机房至用户网络还是有源网络；其次，并没有因为PON而节约光缆资源；再者，PON设备成本高、网络结构复杂。   


   综上所述，PON在住宅小区FTTH应用中存在矛盾的两面：按PON的理想网络结构和布局固然可以发挥其原有优势：从中心机房至用户的整个网络为无源网络，大量节约中心机房至用户的光缆资源，精简中心机房设备数量与规模；但同时也带来几乎无法接受的缺点：须大量增加铺设光缆，配线节点分散，放号、维护和管理异常困难，网络设备及其接入端口利用率低。而如果采用无源光网络（PON）在住宅小区的现实布局，现有光缆资源就能满足需要，小区机房统一配线，非常容易放号、维护和管理，显著提高设备端口利用率，但同时也丢弃了PON是无源网络和节约光缆资源这两大优势，就目前还必须忍受PON设备成本高、网络结构复杂等劣势。
4．我国住宅小区FTTH接入技术选择——小区有源交换点对点（P2P）接入技术
很明显，PON的优势在高密度住宅小区中荡然无存。在目前PON技术不十分成熟，而且设备价格居高不下情况下，我们认为FTTH接入选择小区有源交换点对点（P2P）技术更为科学和可行，因为：
*小区普遍设有机房；
*小区有源交换的P2P技术成熟、成本低，能轻易提供100M或1G的带宽，与现有计算机网络实现无缝链接；
*无需增加铺设中心机房至小区的光缆；
*网络结构简单、建设和运营维护成本低；
*集中在小区机房配线，易于放号、维护和管理；
*设备端口利用率非常高，可以根据接入用户数增加而逐步扩容。
    图4是典型小区有源交换FTTH网络结构，从电信运营商中心机房至小区机房沿用目前已有的低芯数光缆，而从小区机房至用户端采用点对点（P2P）组网方式，接入设备和配线架统一放置小区机房，整个网络采用技术成熟、成本低廉的以太网协议。有源交换点对点FTTH网络是目前在日本和美国普遍采用的FTTH接入技术，在目前全球500万线的FTTH用户中，95%以上采用有源交换的P2P技术。其突出优势有：
*高带宽：轻易实现稳定双向100M宽带接入；
*可以支持Internet宽带接入、CATV接入和电话接入，在接入网实现三网合一；
*支持未来可预见的新业务：可视电话、VOD、数字影院、远程办公、在线展览、电视教育、远程医疗、数据存储及备份等等；
*网络结构简单、技术成熟、接入成本低；
*只有小区机房是有源节点，集中机房配线，降低维护成本，提高设备端口利用率；
*有效节约中心机房至小区的光缆资源，无需增加铺设中心机房至小区的光缆；。

 
    我们认为FTTH接入选择小区有源交换的P2P技术更为科学和可行，还因为无源光网络（PON）在标准和技术上发展存在不确定性：
²标准刚刚出现，多种版本(EPON&GPON)，标准的竞争对未来推广存在不确定性。
*相关器件须要3-5年的标准化和成熟过程， 在未来3-5年内难与目前以太网P2P器件在成本上和普及上相竞争。
*PON的光电器件造价高昂：高功率、高速突发性收发；目前光电器件远无法满足生产低成本PON系统要求。
*目前国外EPON的设备平均售价一线为1000—1500美元。
5．符合国情低成本FTTH解决方案
    深圳市首迈通信技术有限公司成功推出具有自主知识产权的符合国情低成本FTTH系列产品，提供灵活多样的基于小区有源交换点对点（P2P）技术FTTH解决方案。
1）低成本IP宽带接入FTTH解决方案
    如图5是低成本IP宽带接入FTTH解决方案网络结构。在小区机房放置接入光纤交换机（OnAccess1224或OnAccess5224），用户端如果只有一台电脑终端接入则电脑配置内插光纤网卡（OnAccess1001）即可，如果有多台终端（如电脑和IP电话）则选用光网络单元（OnAccessH1001）；接入光纤交换机通过光纤以1000M（或100M）速率与IP宽带城域网相连，以1000M（或100M）速率与接入光纤交换机相连，接入光纤交换机以100M速率与用户侧终端相连，光纤可以选择单模双纤或者单模单纤，根据实际接入距离和运营商需要决定；光网络单元有一个与接入光纤交换机相连的上联光端口和4个与终端相连的RJ45端口。整个网络基于Ethernet协议平台，利用IP Over Ethernet整个网络与Internet的互联，实现网络的每个用户对Internet的高速访问与互联。一台接入光纤交换机（OnAccess1224或OnAccess5224）最多可以提供24个接入端口供24个用户光纤接入，可以根据具体用户数量灵活选择接入光纤交换机的数量。

 
该解决方案具有突出优势：
*充分考虑我国住宅小区特点，特别适合我国住宅小区FTTH接入需要；
*只有小区机房是有源节点，降低维护成本；
*单一交换节点，有效提高交换机端口利用率；
*超高带宽，双向100M，是ADSL和Cable Modem的100倍；
*接入距离远，达15公里；
*是低成本的FTTH解决方案。
2）低成本Internet、CATV和IP电话三网合一FTTH解决方案
    如图6是低成本Internet、CATV和IP电话三网合一FTTH解决方案的网络结构，从小区机房至住户采用单芯单模光纤，同时实现为用户提供Internet宽带接入、IP电话接入和有线电视（CATV）接入的三网合一综合接入。小区机房接入设备为首迈通信自主知识产权专利产品OnAccess2224视频复用光纤交换机（ZL200320115298.8），用户端为光网络单元OnAccessH1002。网络核心设备是OnAccess2224视频复用光纤交换机，该视频复用光纤交换机每台具有24个复用了CATV信号100Mbps单模单纤接口，一个CATV光信号（波长1550nm）输入口和两个1000M数据口；视频复用光纤交换机通过其中一个光端口以1000M或100M速率与城域网路由器相联，实现网络接入Internet，通过光纤与CATV光纤网相联；一般地，1550nmCATV光信号首先经EDFA放大后通过光分配器分配给OnAccess2224视频复用光纤交换机；视频复用光纤交换机通过光纤以点对点的方式与每个信息点的OnAccessH1002光网络单元相联，同时向用户提供双工100M速率高速接入Internet、CATV广播信号和IP电话接入；OnAccessH1002光网络单元提供一个与OnAccess2224视频复用光纤交换机相连的单模单纤接口、一个CATV 75Ω同轴电缆RF接口和4个10M/100M RJ45接口；该光网络单元实现光电转换完成与计算机和电视机及IP电话机的接口。IP电话通话质量良好，与普通程控电话无异，这主要得益OnAccess2224视频复用光纤交换机具有全线速无阻塞交换功能和双向100M数据传输带宽（具体参见www.firstmile.com.cn）。CATV信号传输采用一独立的透明传输信道，保证与未来高清晰数字电视系统完全兼容，有线电视图像质量与普通基于同轴线传输有线电视图像质量相比有过之而无不及。

 
该解决方案具有突出优势：
*充分考虑我国住宅小区特点，特别适合我国住宅小区FTTH接入需要；
*实现Internet、CATV和IP电话三网合一；
*只有小区机房是有源节点，降低维护成本；
*单一交换节点，有效提高交换机端口利用率；
*超高带宽，双向100M，是ADSL和Cable Modem的100倍；
*接入距离远，达15公里；
*是低成本的三网合一FTTH解决方案。
6．结束语
    迄今为止，FTTH主要在日本和美国得到一定规模的应用，全球FTTH共有约500万用户。我国是一个发展中国家，电信产品消费水平普遍较低，目前商业FTTH用户还非常少（几乎为零），FTTH推广尚处于起步阶段，为此，选择适合我国国情的FTTH技术对推动我国FTTH的普及至关重要。综上所述，选择技术成熟、成本低的小区有源交换点对点（P2P）FTTH接入技术更加符合我国国情。