主要FTTH接入技术比较

16/09/2005, 深圳市首迈通信技术有限公司  黄河振
  摘要：本文对无源光网络（PON）和有源光网络（AON）在网络结构和技术性能进行比较，分析两者在我国FTTH市场的适应性，阐述我国对FTTH接入技术的选择。
    光纤到户（Fiber To The Home——FTTH）接入技术作为未来最终的、一劳永逸的宽带接入解决方案，在日本和美国已得到广泛应用（共有用户约500万）。在我国FTTH尚处于明芽阶段，尚未有商用的FTTH接入网络，但FTTH在我国已得到了越来越多的关注。现有的FTTH技术主要包括无源光网络（Passive Optical Network——PON）和有源光网络（Active Optical Network——AON），AON接入技术又称小区交换有源光网络接入技术（Remote Office AON——RAON），它们各有优势，适合于不同的应用环境。本文在对它们的网络结构和技术性能进行比较，并结合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。
1． 几种FTTH接入技术
    最早的FTTH技术是光纤从电信运营商中心机房拉至用户家里以点对点（P2P）的方式组网，如图1.1所示。其能轻易提供100M或1G带宽，网络结构简单，运营维护成本低，支持数据、话音和视频等多种业务，支持目前和未来各种宽带应用的能力。但这种接入方式显然有其明显缺点：过分依赖光缆资源，光纤链路过长过多；由于中心机房离用户较远（一般平均距离在4—5km），这种大芯数远距离光缆铺设成本非常高，尤其在国内城市几乎不可能；一般中心机房覆盖区域大，用户众多，设备和光缆配线集中在中心机房需要大量空间。目前，这种P2P的FTTH技术只应用在大客户（如大型企业、重点单位等），在FTTH接入中将很少使用。

图1.1 P2P FTTH组网方式

    目前谈论最多的FTTH接入技术是基于一点对多点（P2MP）网络拓扑结构的无源光网络（Passive Optical Network—PON）的FTTH接入网，如图1.2所示，在靠近用户时使用光分配器（Splitter）实现一点对多点（P2MP）的网络结构。PON根据其传输协议的不同又分为基于ATM的APON、基于Ethernet的EPON、和基于General Frame Protocol的GPON三种技术标准。下行采用广播方式，而上行采用TDMA方式。PON从中心机房至用户的整个接入网为无源网络，具有易于维护、节约大量光缆资源、减少中心机房设备与配线等技术优势，同样具有支持数据、话音和视频等多种业务的能力。但PON自身存在的缺陷也制约了它的发展。首先，多种技术标准的存在，何种将成为未来主流标准尚无法确定；其次，系统的光发射模块要求高功率激光器和突发性收发能力，要求系统具有测距、带宽动态分配和信号加密等复杂功能，使设备成本高昂；再次，多用户共享有限带宽（一般16或32个用户共享622M或1.25G），带宽升级技术复杂。迄今为止，PON在世界范围内尚未能得到大规模应用。

图1.2 PON组网方式

    另一种技术成熟，已广泛应用的FTTH技术是有源光网络（Active Optical Network——AON）接入技术，AON接入技术又称小区交换有源光网络（Remote Office AON——RAON）接入技术。组网方式如图1.3。RAON将无源光网络（PON）和点对点（P2P）接入技术相结合，实现小区交换有源光网络（RAON）光纤到户综合业务接入解决方案。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。小区交换有源光网络（RAON）FTTH接入技术的优势是：是目前最低成本的FTTH接入解决方案；高带宽，能轻易实现稳定双向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；网络结构简单、技术成熟；只有小区机房是有源节点，集中机房配线，易于维护管理，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；允许用户自由选择运营商，有利于电信运营商的相互竞争；支持未来可预见的新业务，如可视电话、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。是目前现有FTTH网络的最主要接入方式。

图1.3 小区有源交换FTTH组网方式

2． PON和AON接入技术比较
    如前所述，目前主要有三种FTTH技术标准：基于以太网的小区交换有源光网络（（Remote Office Active Optical Network——RAON））技术、基于以太网的无源光网络（Ethernet Based Passive Optical Network——EPON）技术和基于通用帧协议的无源光网络（General Frame Protocol Based Passive Optical Network——GPON）技术。三种FTTH接入技术特点比较如下：


    从上表可以看出，RAON与PON相比，具有网络建设成本低、带宽高，用户能自由选择运营商，无需增加铺设中心机房至小区的光缆和适合中国市场等突出特点，但由于是有源网络，其网络运营维护较PON困难。在本文的下一节，读者将认识到我国住宅小区为适应通信多业务接入、多运营商竞争的需要，小区内普遍配套通信机房，这为RAON在我国的应用提供了很好的机房条件，完全满足RAON有源网络设备安装运营的需要，使其网络运营维护困难程度显著降低。
3． PON和AON与我国FTTH市场
    目前，我国FTTH主要目标市场无疑是各级城市住宅小区（包括商业大厦）的住户，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500m；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。
    许多用户认为FTTH接入技术只有无源光网络（PON）接入技术，而忽略有源光网络（AON）接入技术，然而只要我们对PON和AON接入技术稍加分析就会发现，选择小区有源交换技术更适合我国FTTH市场特点。（请参考《浅析我国FTTH接入技术选择》http://www.c-fol.net/news/content/21/20050221125154.htm）。
    十年前，PON技术提出之初，是因为当时光纤非常昂贵（每芯每米十几元甚至几十元），而PON的一点对多点（P2MP）技术能有效节约光纤，特别是当无源光分配器非常靠近用户的时候，同时PON又是无源网络，便于维护和管理。今天，随着光纤生产技术的成熟和普及，光缆的市场价格（每芯每米只需几毛钱）已低于普通铜质缆线的价格，而且由于生产光纤的材料是大自然中取之不尽用之不竭的二氧化硅，其价格仍然会随时间推移继续下降，因此PON节约光缆的优势在今天并不突出。另外，PON在我国高密度住户住宅小区中应用中存在矛盾的两面：按PON的理想网络结构和布局（OLT在中心机房和Splitter尽量靠近用户）固然可以发挥其原有的无源网络、节约光缆资源、精简中心机房设备数量与规模的优势，但同时也带来几乎无法接受的须要大量增加铺设光缆线路、配线节点分散、放号和管理异常困难、用户无法自由选择运营商、接入端口利用率低等缺陷；而如果将PON的OLT放置于小区机房，虽然现有中心机房至小区的小芯数光缆资源就能满足需要，小区机房可以统一配线，非常容易放号和管理，用户可以自由选择运营商，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。可见，PON的无源网络的优势在我国住宅小区不能充分发挥和体现。PON与生俱来存在配线节点分散，放号和配线管理困难，用户无法自由选择运营商，网络设备及其接入端口利用率低，设备成本高、网络结构不灵活等缺陷却恰恰是AON网络结构所轻而易举能克服和避免的。
    事实上，迄今为止PON在世界范围内尚未能得到大规模应用。我们认为，基于以太网的小区交换有源光网络（RAON）FTTH技术更适合我国住宅小区特点，并能充分发挥其自身优势：
 网络建设成本低；
 网络结构灵活、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；
 允许用户自由选择运营商，有利于多运营商的竞争，通过竞争用户利益能得到有效保障；
 无需增加铺设中心机房至小区的光缆；
 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；
 用户独享100M或1000M带宽。
 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。