电信运营商宽带升速的部署策略分析

4/20/2011，来自《中兴通讯技术》2011年第2期

    摘要:在当今信息和通信技术迅猛发展的趋势下，以铜线为主的接入网已经不能满足人们日益增长的宽带接入需求，部署光纤接入网已是电信运营商未来有线综合接入网建设的发展趋势。文章归纳和总结了电信运营商各种FTTX部署方式及其优缺点，对宽带接入的规划、建设等基本模式进行探讨。文章提出了电信运营商光纤接入网的部署策略，保证宽带接入网的先进性、统一性、可扩展性和可控性。

    关键字:宽带升速；三网融合；光纤到户(FTTH)；交互式网络电视(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.

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


    随着以Internet为代表的信息通信技术的迅猛发展和普及，社会信息化程度的不断提高，需求宽带接入并愿意为之付费的用户数呈持续稳定增长。各种新型多媒体业务，如视频电话、视频点播技术(VOD)以及高清数字电视等不断涌现，并受到人们越来越多的喜爱，传统的窄带语音和数据业务已不再能够满足人们日益增长的需求。

    但是，在电信领域中，与骨干网相比，处于网络边缘的接入网的建设发展却相对缓慢，甚至逐渐成为信息高速公路最后的“瓶颈”，严重制约着用户多媒体业务等高带宽业务的提供和发展。
近十年来，电、光信号处理技术领域，都取得了巨大的进步。高质量的光纤得到普及，高效率的光源和接收机价格也降到了可接受的范围。这使得构建光接入网不再像以前那么昂贵，同时它可以获得比数字用户线路(DSL)及Cable系统更为显著的性价比。

    无源光网络(PON)技术的应用，较大程度降低了光缆建设成本，使光纤更接近用户，提高了用户带宽，加强系统整体的可靠性，同时节省机房的租、建投资，降低建设和维护成本，加快建设速度。构建光接入网是固网运营商未来综合接入网建设的发展趋势，同时也是光接入技术当仁不让的选择。尽管各国发展光接入网的步骤各不相同，但现阶段光纤到户(FTTH)是光接入网公认的最终发展目标。

    2010年3月，工业和信息化部、国家发展改革委等七部委员联合印发了《关于推进光纤宽带网络建设的意见》，更将光纤宽带网络的建设提升到了国家战略的层面。

1 背景形势和网络现状分析

1.1 背景和形势
    近几年来，互联网多媒体业务应用得到迅猛的发展，用户对宽带接入的带宽提升需求越来越高。交互式网络电视(IPTV)、高清电视、网络视频等业务的发展，大幅度提升了用户对下行接入带宽的需求；而物联网业务的发展，则大大提升了用户对上行带宽的需求。带宽需求预计每年都将成倍递增。

    2010年，中国的三网融合在国务院主导下取得了实质性突破：一方面广电进入电信领域将加剧宽带接入竞争白热化；另一方面，电信运营商的融合业务部署将迅速增加对宽带数据流量的需求，电信运营商必须大幅度提高接入带宽以支持未来融合业务的开展。此外，三大电信运营商在重新整合后均可进行全业务运营，中国移动也加入到固定宽带业务的竞争行列。宽带接入的业务竞争成为重要焦点，特别是带宽能力将成为评判运营商所推广的宽带产品的优劣标准。

1.2 宽带网络现状
    在接入网中，能否拥有覆盖完善的线路资源是重中之重。中国电信、中国联通经过多年的接入网建设，各自在主导省份已拥有着较为完善的覆盖，基本实现了宽带网络的广泛覆盖，使乡镇光缆通达率和宽带覆盖率均达到95%以上；但在拓展省份，资源相对比较薄弱，宽带覆盖率不足50%。对于中国移动而言，因其是固网接入业务的新进者，固网接入资源整体都比较匮乏，但其近两年凭借资金优势在商务楼宇和小区积极拓展固网接入业务，并结合无线网络的优势进行多业务捆绑，也具有较强劲的竞争力。

    电信和联通现有的接入方式中DSL接入仍占大部分比率，而DSL方式提供的带宽能力与铜线距离和质量有直接关系。在线路条件良好的情况下，DSL铜缆距离与可达带宽测试的对应关系如表1所示。

 实际部署中，电信和联通在主导区域的电缆年限超过10年的比例较高，由于线路老化、潮气侵蚀、接续过多等原因，部分DSL难以保障开展高带宽业务，而在拓展区域铜缆建设期较短，DSL线路质量良好。

    随着光纤接入网技术发展成熟，各运营商已把宽带升速和光进铜退作为重要战略进行部署。


2 接入宽带需求测算
    未来三网融合的部署将实现语音、数据、广播电视和移动业务融合，接入网是电信运营商三网融合架构的重点，能否支持高带宽和多业务服务质量(QoS)是一切融合业务发展的前提。分析三网融合对接入带宽的需求，每路标清节目的数据流量至少是2 Mbit/s，高清节目的数据流量至少是8 Mbit/s。初期考虑到偏远的农村对高清需求不高的情况，农村地区接入速率至少需达到4 Mbit/s，城市则至少达到10 Mbit/s。考虑到今后多数城市家庭都至少有2台电视，且需要2～4 Mbit/s的上网接入，一般来说接入速率需要20 Mbit/s，农村地区则至少要达到16 Mbit/s。随着融合业务的不断创新和推广，预计未来将发展超高清、3D视频等更高速率需求的业务，因此远期接入速率则需达到50～100 Mbit/s。另外未来上行速率需求也将逐步提高。


    表2是三网融合后典型客户接入速率需求测算，可见电信运营商必须坚定不移地加快宽带升速的建设。尽量以中、远期为目标，避免重复建设、重复投资，因地制宜地结合业务的开展和推广，推出不同的建设和改造部署方案。
 
3 宽带接入技术的选取
    随着技术的发展，运营商的有线宽带接入技术手段从传统的DSL和局域网(LAN)接入，发展到正在规模应用的EPON、GPON等光接入技术，再到现阶段正在快速发展和完善的10G PON技术，有线宽带接入技术越来越呈现出多样化的趋势[1-4]。

3.1 宽带接入技术分类
    (1) 宽带接入技术方式按物理介质可分为两大类别：铜线接入和光纤接入。

    铜线接入主要是在端局等位置部署数字用户线路接入复用器(DSLAM)，这种传统的接入方式中铜缆接入距离过长，致使接入带宽多数无法满足未来高带宽业务的发展需求；另一方面，在非对称数字用户环路(ADSL)系列的接入方式中上行带宽受限较大，更无法满足物联网、视频通话等业务需求。因此，电信运营商应停止铜线接入方式的建设，大跨步向光纤接入网演进。

   光纤接入方式按组网结构可分为点到点光纤接入(P2P)和点到多点光纤接入(P2MP)。

P2P结构
    P2P光传输方式，即从局端到每个用户端设备都是一一对应，且设备之间都用一对或一根独立的光纤。点到点之间的业务承载可通过光纤直驱方式，也可通过传输设备承载。
点到点设备主要服务于商务、大客户接入，一般采用光纤到办公室(FTTO)的接入方式，局端设备一般部署在端局或模块局，用户端设备一般放置在企业、单位的中心机房内，以获得最优越的保障设施条件，同时也方便与用户设备对接。但此方式占用管线资源较多，适用于中高端商业用户。

P2MP结构
    P2MP光接入技术是局端设备对应多个用户端设备，可以实现多个用户端设备复用一根主干光纤，是公众用户提供接入的主要方式。点到多点的主要实现技术为PON技术。
(2) 光纤宽带接入方式按光纤到用户的距离又分为FTTH、光纤到楼(FTTB) 、光纤到路边(FTTC)、光纤到村(FTTV)和FTTO等。其中FTTH与FTTO的部署方式基本类似，而FTTC则与FTTV的部署方式比较类似，因此总体归并为FTTH、FTTB和FTTC三大类。

FTTH
    光纤到户指主干段、配线段和引入段全程采用全光接入，该方式是宽带接入网络“光进铜退”的最终目标，具有用户接入带宽高、业务接入灵活、故障点少、故障定位灵活等特点，但是建设投资较大。

FTTB
    FTTB是光纤接入网络向用户端推进的重要方式之一，以xPON的方式将光纤深入至用户小区楼宇，在楼道中设置光节点(ONU)设备，最后100 m用户末端接入采用PON+LAN的方式，可为用户提供10～100 Mbit/s的接入带宽，初期投资略低于FTTH方式。但由于楼道有源节点过多，存在难以维护且运营质量无法保证等情况，有悖于大容量、少局所的部署原则。

FTTC
    FTTC采用PON+xDSL、DSLAM或多服务接入网关(MSAG)等方式部署到小区，是现有铜缆接入网络改造的主要方式之一。它将宽带设备推进至用户小区，接入末端采用xDSL方式接入。FTTC投资最低，但铜线接入距离较长，接入速率能力受铜线老化、接续质量等因素影响较大，与宽带接入网的最终目标差距最远。

3.2 光纤宽带接入手段对比

    (1) FTTX带宽拓展能力对比

FTTH
    采用EPON技术进行光纤到户建设时，按分光比1：64部署，每个EPON接口的最大吞吐量按照下行950 Mbit/s、上行900 Mbit/s计算，同时考虑70%的利用率，平均每用户可获得20 Mbit/s的对称带宽。如再考虑一定比例的业务并发比，每用户则可获得带宽最高达50 Mbit/s。采用GPON技术进行光纤到户建设时，在同样部署方式下，每个GPON接口的最大吞吐量按下行2.4 Gbit/s、上行1.0 Gbit/s计算。每用户可获得下行带宽50 Mbit/s，上行带宽20 Mbit/s。考虑一定比例的业务并发比，每用户可获得下行带宽100 Mbit/s，上行带宽50 Mbit/s。


    待未来10G PON技术发展成熟时，可将每用户接入带宽提升至200～500 Mbit/s。从更长远看，10G PON下一代无源光网络技术(NGPON2)也在探索研究中。总的来说，光纤的带宽能力是可以是无限提升的，因此光纤到户的端到端全光接入可以说有着无限的带宽提升能力。

FTTB
    目前采用FTTB建设，使用较多的是16或24个以太网接口的ONU，采用EPON技术部署时，分光比按照1：16部署，考虑70%的利用率，平均每用户可获得3～5 Mbit/s对称带宽。再考虑一定比例的业务并发比，每用户可获得带宽最高达10～15 Mbit/s。采用GPON部署时，在同样部署方式下，每个用户可以获得下行带宽约为9～13 Mbit/s，上行略高于EPON。考虑一定比例的业务并发比，每用户可获得下行带宽10～20 Mbit/s。
待未来10G PON技术发展成熟，可通过PON设备替换和升级，可将每用户接入带宽提升至30～50 Mbit/s。

FTTC
    无论是采用PON+DSL还是DSLAM部署到小区机房，FTTC接入方式的带宽能力“瓶颈”主要在于铜缆长度和质量因素。目前的DSL技术主要以ADS2+为主，铜线距离在500 m以内时，理论上(实验室测试)采用ADSL2技术用户线路，带宽可达下行20 Mbit/s，上行2.3 Mbit/s；采用VDSL2技术时，用户线路带宽达到下行60 Mbit/s，上行20 Mbit/s，甚至更高。但DSL接入易受铜缆质量、老化程度、接续质量等较多因素的影响。在实际部署中，由于铜线条件良莠不齐，难以保证全部能支持高带宽。

    另外，无论小区宽带设备是采用PON(ONU)上联，还是GE(DSLAM)接口上联，由于单Gbit/s接口下带较多用户，因此必须考虑未来流量增加、用户带宽需求提升时，如何扩展或升级上联接口。
由此可见，光纤到户的带宽扩展提升能力的优势是无可比拟的。

    (2) FTTX造价对比
    分别采用统计法和模型法进行综合造价分析，统计法是调研了电信运营商多个省份的批量项目，从中排除不合理的项目后，统计分析各种建设方式的综合造价。模型法是调研了2010年电信运营商集中采购的各种设备和材料价格，结合工程经验并按通信行业、国家的相关标准取定配套材料费、工程费及其他工程建设费，推算出典型场景下的各种建设方式的综合造价。其中小区内的ONU、DSLAM设备和配线光缆、引入光缆、综合布线等工程以1 000户小区为模型，而对于主干光缆、光缆终端设备(OLT)及其配套等覆盖范围较广的设施资源，建设投产后，其产生的服务范围较大，平均在万户左右，因此将其投资分摊到1万户计取平均造价。电信运营商宽带接入几个主要建设方式的平均单位造价情况如表3所示。

    光纤部署位置越接近用户，建设成本相对越高，但能提供的带宽扩展性也越高。前几年由于电信运营商的3G传输和宽带建设规模较大，光缆、光纤材料居高不下，但总体下降空间大，未来几年将呈较大幅度的下降趋势。

    (3) FTTX运行维护费用对比
    运行维护费用主要有房屋租赁、人员维护费用和能耗费用等。其中由于运营商不同、地域的租房价格不同、人员费用等因素差距较大等原因，不便进行量化对比，只进行定性分析。

    房屋租用费用的情况是：FTTC>FTTB>FTTH，其中FTTB部署方式由于设备部署的楼道交接间或竖井间等位置属于公用设施，一般不发生租用费，对于每万用户人员维护量及单用户能耗测算如表4所示。

    由表5可见，在采用目前主流光模块，即PX20+和Class B+时，分光比可采用1:64，光缆部署距离近5 km。因此在城市地区，OLT的覆盖范围在5 km之内比较合理，在光功率损耗允许范围内尽量采用大分光比，以降低光网络投资。OLT 的覆盖范围应同时考虑用户的分布及对接入光缆资源的消耗等因素。农村地区考虑到网络实际情况，OLT的覆盖范围可以适当扩大，但同时应考虑PON光功率预算的影响。光缆距离超过5 km时，根据需要在覆盖用户数量较少时，可降低分光比；覆盖用户数量较多时，可下沉OLT局所。

    目前部分PON厂商尚不能支持1:128分光，支持32 dB的光模块价格也比较高。但PON设备技术发展非常快，未来在技术发展条件具备时，可进一步提高分光比，降低光网络投资，并扩大OLT局所覆盖范围。

OLT上联
    OLT设备产品向大容量发展的趋势较明显，未来将下带较多用户。为提高安全性，承载多业务时，每种业务应采用双上联。初期业务流量较小时，宽带业务可采用2×GE上联，语音业务可采用2×FE上联。OLT设备应预留2个上联槽位和接口扩展能力，未来随流量增加逐步增加上联，远期可替换为10 GE接口上联。

    (2) 光分路器(POS)部署
    根据目前PON技术发展情况，采用光模块以EPON PX20+和GPON Class B+为主，分光比不宜超过64，采用GPON Class C+时不宜大于128。二级分光时，采用PX20+、Class B+光模块两级分路比乘积不宜大于64；采用Class C+光模块，两级分路比乘积不宜大于128。

    POS可集中设置在小区机房（模块局机房），也可分散设置在楼宇内。集中部署便于维护和管理，分散部署可节省光缆投资，此部分原则需根据具体情况制订。新建小区建议设置光缆交接间、分纤盒，作为交接配线和POS设置使用。

    对于现有小区用户，POS设置应首选楼内，次选楼外。楼内应首选弱电间综合布线柜，无综合布线柜的应在楼道内设置分纤盒，将POS放置在分纤盒内。楼外可选择光缆交接箱、小区交接间等设施。安装位置须安全可靠，并应做到防盗和防破坏。 
对于平房用户，市区优选交接间、交接箱设置POS；郊区则可优选交接间/箱，次选电杆、壁挂分纤盒来放置POS。 
工程建设时，无源光分路器POS的配置应一次性配足。 
POS上联、下联光缆宜采用活接头，以便于维护测试。

    (3) 引入(入户)光缆和ONU的设置
    引入光缆的建设由于受物业和业主方面的影响，目前FTTH部署中主要有以下几种情况：

引入光缆入户：用于新建楼宇和有需求的用户，ONU安装在综合配线箱内； 
引入光缆布放至用户门口：引入光缆暂时盘存，待用户申请装机时再布放至用户室内，主要用于旧楼改造，ONU桌面放置； 
配线光缆布放至楼道分纤盒：暂不布放引入光缆，待用户申请装机时再布放，主要用于旧楼改造，ONU桌面放置。

5 EPON和GPON技术对比
    现阶段PON光接入相对先进和成熟的有EPON和GPON两种技术。电子电气工程师协会(IEEE)工作组IEEE802.3制订了EPON的相应标准IEEE802.3ah，将以太网的应用范围从局域网扩展至用户接入网，上下行均为1.25 Gbit/s。全业务接入网论坛(FSAN)研究制订了GPON的标准，采用成帧技术为与通用成帧规程(GFP)类似的GPON封装模式，能支持下行2 488.32 Mbit/s，上行1 244.16 Mbit/s速率，其速率支持和封装效率相对高于EPON。QoS实现方式采用T-Cont + GEM_PORT + IEEE802.1P，理论上优于EPON的 LLID + IEEE802.1P方式，GPON针对时分复用模式(TDM)业务支持Native TDM方式。两种技术的主要技术指标对比如表6所示。



    虽然GPON相对EPON在技术理论上优势较多，但由于其标准的发布晚于EPON，因此GPON在中国和其他国家现网应用的规模总数远少于EPON。GPON复杂度高于EPON，其厂商也少于EPON。另外从技术的下一代演进方面分析，EPON的下一代10GEPON(IEEE 802.3av) 的进展更快，已于2009年9月发布正式颁布标准，要求在同同光配线网络(ODN)中与现有EPON ONU并存；FSAN的下一代PON标准制订了NG-PON1(10G GPON)和NG-PON2两个阶段，其中NG-PON1目前已部分完成，拟定于2010下半年发布，NG-PON1也要求在同ODN与现有GPON ONU并存。NG-PON2将引入波分复用(WDM)、正交频分复用(OFDM)、码分多址(CDMA)等技术以实现更大跨步的性能提高，不要求与现有GPON在ODN并存，目前其技术方式尚不明确。

    由于EPON和GPON各有优势，各自演进和发展都很快，优劣难以定论。单从FTTH和TDM专线的部署来说，GPON的技术标准具有一定优势；而从FTTB/FTTC的部署来说，由于FTTB/FTTC部署需要考虑向10G PON演进升级，而10G EPON技术标准发布较早，因此有一定优势。

6 结束语
    电信运营商的宽带升速不应简单地应对市场需求和外界竞争压力，而应把它作为自我完善和发展的契机。宽带建设、改造应尽量作到基础设施一次到位，特别要建设并完善各层面的光纤基础资源，将光纤推向用户侧，并尽量避免在小区、用户侧的重复建设和改造。在技术的选取方面要有一定的前瞻性，根据不同的情况，选择适合的部署模式和技术体制。

7 参考文献
[1] IEEE Std 802.3av: 2009. Information Technology-Telecommunications and Information Exchange Between Systems-Local and Metropolitan Area Networks-Specific Requirements, Part3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection(CSMA/CD) Access Method and Physical Layer. Specifications Amendment1:Physical Layer Specification and Management Parameters for 10Gb/s Passive Optical Networks[S].2009. 
[2] ITU-T G.987. 10-Gigabit-Capable Passive Optical Network (XG-PON) Systems: Definitions, Abbreviations, and Acronyms[S].2010. 
[3] ITU-T G.987.2. 10-Gigabit-Capable Passive Optical Networks (XG-PON): Physical Media Dependent (PMD) Layer Specification[S].2010. 
[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，毕业于北京邮电大学；现任北京市电信规划设计院有限公司第一设计所高级工程师；长期从事规划、设计方面的工作；主要研究领域为交换、数据及宽带接入等。（收稿日期：2010-11-23）