EPON 技术和在广电 HFC 网路的应用 1、EPON技术背景 互联网用户的快速增长和宽带应用的普及，推展着网路基础设施的发展。网路的总带宽 以每半年翻一番的速度递增，VoIP、ITPV、线上游戏等新的网路应用和网路技术也不断 对网路带宽提出新的挑战。从长远来看，现有的宽带接入技术已经无法满足这种高速的 需求增长，在这种背景下，EPON技术作为一种可以满足未来需求的宽带接入技术越来越 得到瞩目。 无源光网路PON(Passive Optical Network)包括OLT（Optical Line Terminal）、 ONU(Optical Network Unit)和ODN（Optical Distribution Network），ODN全部由 光分路器（Splitter︰分支器）等无源器件组成，不需要昂贵的有源电子设备和其它 安装环境，大大降低了网路铺设成本和运营支出。 PON（passive optical network）不是一个新概念。在1995年，ATM技术的全盛时期， ITU（the International Telecommunications Union）和FSAN(Full Services Access Network)联盟建立了ATM标准，并把它作为在PON之上的第二层的帧和封装技术。 自那以後，许多设备供应商都在开发APON的产品。然而，由於ATM本身技术的复杂性 和设备成本太高等原因，APON一直没有被市场所接受。它的後继者BPON虽然在带宽和 业务方面作了很多改进，但并没有取得新的突破。 PON网路的突出优点是消除了户外的有源设备，所有的信号处理功能均在交换机和 室内设备完成。它的传输距离比有源光纤接入系统的短，覆盖的范围较小，但它造价低， 无须另设机房，维护容易。因此这种架构具有良好的经济性，适合大规模的驻地网用户 接入服务。 目前主流的PON技术主要有︰ EPON和GPON。GPON技术由APON（ATM PON）发展而来， GPON（Gigabit PON）标准由APON/BPON发展而来，它具备更好的协议适配性、更高的 带宽和更高的传输效率。GPON标准还没有最终完成，产品和和市场应用尚未成熟， 目前价格也比较昂贵。 众所周知，以太网早已成为局域网的事实标准，几乎所有用户的网路环境都是以太网， 在这种情况下，接入网使用以太网技术就顺理成章。但是把道统以太网直接用於接入网 有很多问题︰安全难以保证、无法有效管理带宽、不能提供端到端的QoS，实装率低导 致成本过高等。基於这些原因，2000年11月，IEEE802.3标准化组织成立了EFM （Ethernet in the First Mile︰以太第一公里）研究组，这个组织致力於制定最後一 公里以太网接入的标准。包括3Com, Salira, Alloptic, Aura Networks, CDTMohawk, Cisco Systems, DomiNet Systems, Intel, WorldCom等六十九家公司已经参与了这个小组。这个小组的一个很重要的议题，就是 如何把以太网技术和PON结合起来，来提供更廉价，更高带宽的接入系统，同时解决以 太网接入存在的一些问题。这个标准於2004年最终获得透过，也就是802.3ah标准。 目前有多家晶片厂家推出了符合802.3ah标准的商用EPON晶片。 2、EPON市场走向成熟 市场需求和产业链已经成熟 自802.3ah标准正式颁布以来，经过设备厂商和器件厂商的共同推展和发展，可以说 EPON技术从协议标准和设备应用方面都已经成熟，外围配套的光纤光器件也日趋完善 和成熟，EPON晶片已经实现规模量产，整个EPON产业链比较完善，具备了大规模市场 发展的需求。 由於光纤、光器件价格的大幅下降和用户带宽需求的增长，EPON逐渐显示出了它的 经济性和技术上的优势。目前，固网运营商面临ARPU值降低和业务增长减弱的压力， 如何透过更好的服务和提供更丰富的业务来提升用户在网率和增加收入成为运营商面临 的挑战。另一方面，用户对视频、多媒体业务的需求也在快速增长，IPTV、VOIP、 Triple Play等业务需求和FTTH、FTTB等应用需求的增长都需要新的技术来满足。 EPON技术的成熟正是顺应了这种市场需求。 光进铜退的趋势不断加速 为了提供更多的带宽，运营商们已经就长距离传输和接入网的城域段上进行了巨大的 投资，铺设了大量的光缆。光纤被广泛采用是因为光纤与铜线相比具有明显的优势。 首先，光纤比铜线能承载更多的带宽。一公斤光纤能传送的讯息量与20公顿铜线所传送 的讯息量相当。其次，铜线有衰减和串扰等电气问题。第三，光纤的寿命大约是铜线的 三倍。最後，光纤材料的价格已经大大下降，已经和铜线相近。 光纤的优势使得大家相信铜线最终会被光纤取代。光纤以及光设备的价格大大降低， 使光纤已经从主干，走向城域，并进一步走向接入网。随着更多的光纤铺设，传输介质 必然是走向全光纤。而FTTH（Fiber to the Home）将成为最终的接入模式。 光设备市场快速发展 根据Infonetics 和Dells’ Oro的调查，全球PON市场在2009年将达到 30亿美金， 使用PON的FTTH用户将达到3800万。在亚洲，日本的FTTH市场已经迈入一个高速发展的 阶段，日本的光纤到户用户已经达到600万， 日本目前的PON网路建设开始从BPON技术 转向EPON。由於EPON和GPON技术的兴起，BPON的使用将会大幅度减少， 在亚洲，EPON 将扮演重要的角色，而在北美，GPON逐渐被看好。 未来的网路是一个光传输的世界，光设备的广泛应用将使光设备的价格进一步降低， 速度更高。对於PON来说，昂贵的无源光收发器也会因为市场需求得到大量生产，几乎 可以肯定这将导致成本的降低。从而为廉价和成熟的PON设备走向市场铺平道路。 国内外EPON市场状况 目前，EPON技术在亚太地区得到很好的应用，日本是拥有最大规模FTTH网路的国家， 同时也是EPON设备部署最多的国家，截止2006年已经拥有600万的FTTH用户，主要采用 的是BPON和EPON技术，在未来几年，将连接超过上千万用户。包括中国在内的整个亚太 地区对EPON技术的需求将快速增长。在美国，以Verizon为主的多家运营商主要使用GPON 技术部署FTTP网路。而为了和电话公司进行竞争，很多广电运营商（MSO）开始关注和 使用EPON技术。 目前中国的EPON市场处於起步阶段，但大量的实验网路和商用网路已经开始部署，巨大 的市场容量所蕴涵的机会不可小视。2006年，国内外EPON厂家在包括电信、网通、移动 和广电在内的很多运营商网路部署了EPON系统，大约有10万线的宽带接入用户使用了 EPON技术，其中既有FTTH应用，也有FTTB的应用。预计今後几年，这个数字会以超常规 的速度发展。 3、EPON在广电HFC双向网路改造的应用 需求背景 目前，广电网路面临数字电视变革和一系列技术和需求变化带来的冲击，新型业务的 出现和技术的发展促进了业务模式的变化和网路技术的发展，也带来了新的市场的机会 和发展可能，使广电网路运营面临着新的机遇和挑战。 道统电信运营商正逐步从单纯的网路运营向综合讯息服务提供商转型，电信传输网路的 发展也有了新的趋势，一是光网路的发展趋势，从核心层的ASON到接入层的FTTX， 无不预示网路承载向光的演化；另外是以IP为核心的网路和业务整合，互联网的发展使 IP成为最理想的业务承载协议， IPTV、VoIP等新业务的快速发展预示了IP承载网路的前景。在这种背景下，三网融合 和FTTx的发展成为一种必然趋势，十一五规划也把三网融合列入电信行业发展的重点。 面对这种网路和业务融合的发展趋势，广电网路最终将不能回避，除了IP视频业务带来 的挑战，广电网路也将面临多业务运营的机会和抉择。 广电系统在视频业务、网路资源和用户资源方面拥有突出的优势， 如何利用自身优势，把握市场发展并抢得用户需求的先机是广电赢取市场的关键。 广电在光纤网路资源和入户线路资源方面占有很大优势，但旧有的单向HFC网路无法满足 新业务的需求，EPON技术的成熟为HFC网路的双向化改造带来了新的契机，目前广电也 越来越认识到EPON技术在HFC网路改造的价值，很多地方的广电网路已经部署了EPON网路 。EPON网路架构和HFC光传输网路架构类似，部署起来比较方便，用EPON技术实现双向 HFC网路比道统的CMTS改造模式更具成本和业务能力的优势。EPON网路可以独立组网 完成双向网路，实现互动电视业务的回传，还可以实现多种基於IP话音和视频业务。 另外EPON也可以透过WDM技术和现有1550波长的有线传输网路结合，这样可以节省光纤 网路资源。 双纤到楼模式实现HFC双向改造 针对目前广电网路系统的特点，FTTB（光纤到楼）解决方案比较符合目前双向网路的 实际，在主要的分前端机房部署OLT设备，ONU根据光纤的情况进行部署，可以放在搂头 或单元，然後使用五类线直接入户或再透过交换机入户，对那些无法部署五类线的楼， 可以透过EOC技术使用同轴缆入户。透过EPON网路的部署完成HFC双向改造，网路可以 实现交互电视的数据回传，同时可以实现基於IP的各种宽带业务，包括宽带互联网接入、 VOIP、IPTV等业务。 双纤到楼模式实现HFC双向改造 EPON系统可以覆盖10-20公里范围的接入点。在城市中楼宇分布比较分散，如果采用点到 点的组网模式，将占用大量局端端口资源和光纤资源，使用EPON网路可以节省大量局端 端口和干路光纤，EPON网路分支点是无源设备，不需要电源等机房设施，也可以节省 大量投资。和现下的接入模式相比，EPON解决方案具有以下明显优势︰ . 　使用光纤传输，不受外部环境干扰，并提供极富弹性的带宽配置； . 　使用无源分光器替代有源设备，降低了机房和配电设施的建设和维护成本； . 　单一网路架构，简化了网路架构，减少故障点，便於维护； . 　良好和安全性保证，提供端口级的带宽控制和良好的业务质量保证（QoS）； . 　高效的网路管理，使用集中统一的网路管理和业务管理； . 　网路具有良好的扩展性和升级能力，适合接入网的建设和发展特点。 EPON+1550nm解决方案 HFC网路的下行架构与无源光网路一样采用星型架构，与EPON十分相似。目前的HFC网路 主要使用1310nm波长，对使用1550nm波长的网路或新建网路中，可以采用EPON+1550nm的 方案，这种方案在同一个光纤网路上做简单的配置，就可在较短时间内完成网路的叠加。 透过波分复用（WDM）的模式将1550波长和EPON的1490/1310nm波长合成於一根光纤， 经过分路，光纤传输送到ONU前解波分复用，还原出1550nm信 号给CATV光接收机， 提供RF视频服务，1490/1310nm信号接到ONU，完成宽带数据业务的传输。这种模式适合 使用1550系统的网路，也适合将来光纤到户网路的部署，是实现三网合一（Triple Play） 的理想模式。 利用EPON平台开展多种宽带业务 透过EPON平台实现双向网路，使广电HFC网路成为一个支援多种宽带数据交换业务的网路 平台，EPON系统从业务支援能力、带宽能力、QoS、安全性和网路管理等各个方面对多 种业务提供独一无二的保证。这些业务包括︰ . 　以太网接入业务 主要实现宽带互联网接入。EPON系统可以支援端口级的带宽控制和管理，支援全面的QoS 和SLA，为以太业务提供独一无二的带宽和服务保证。另外EPON支援802.1Q VLAN, pVLAN 和VLAN TRUNK等特性。这些特性为数据接入业务提供了良好的保证。 . 　交互电视数据回传 道统HFC网路对高带宽需求的广播视频业务具有很好的支援能力，网路成熟可靠。 因此广电运营商在开展交互电视业务时主要选择HFC网路实现下行视频节目传送， 而透过IP网实现数据回传。 . 　IP话音业务 对具备NGN网路业务能力的运营商，开展IP话音业务成为优选的解决方案，ONU可以内 置IAD来连接国语机，或者使用IP话机实现VoIP业务。 . 　IP视频业务 EPON系统可以很好的支援IPTV视频业务，系统支援组播业务，结合充足的带宽和QOS保证 机制，不论是MPEG2/MPEG4视频格式或其它视频格式，都可以充分保证视频业务质量。 . 　增值业务 透过EPON网路，可以针对企业客户开展数据VPN业务。另外也可以针对企业客户和其它 有特殊需求的客户开展视频增值业务，比如网上远程教学、视频会议等等。视频业务和 视频内容是广电的优势，透过EPON网路的带宽和服务能力，可以充分发挥这种资源优势。 解析︰宽带终端接入技术 前言 随着互联网的迅猛发展，人们对远程教学、远程医疗、视频会议等多媒体应用的需求 大幅度增加，电子商务更是网路应用的典型热点。同时，人们对网路带宽及速率也提出了 更高的要求，促使网路由低速向高速、由共享到交换、由窄带向宽带方面迅速发展。 目前对於主干网来讲，各种宽带组网技术日臻成熟和完善，可以说网路的主干已经为 承载各种宽带业务作好了准备。但是位於通信网路与用户之间的接入网发展相对滞後， 接入网技术成为制约通信发展的瓶颈。 为了适应新的形式和需要，出现了多种宽带终端接入技术。包括铜线接入技术、光纤接入 技术、混合光纤同轴（HFC）接入技术等多种有线接入技术以及无线接入技术等。 1、xDSL技术 DSL代表DigitalSubscriberLine（数字用户线），是一种在现有铜双绞线（电话线） 上进行高速数据传输的技术，xDSL代表各种DSL技术，如ADSL、IDSL、HDSL、VDSL等。 xDSL具有一些共同的特点︰ 　采用现有的大量电话铜线资源 　提供更高带宽的接入业务 　采用工业标准以确保互通性 　采用特殊的数字信号处理技术，能有效提升接入质量 　提供比拨号Modem接入快得多的链路建立时间 根据上传与下传速率的不同，我们又将xDSL分为不同的形式 1）非对称数字用户环路（ADSL）技术 用户线的上行速率和下行速率不同，一般上行速率较低，下行速率则比较高。在信号 调制数字相位均衡、回波抑制等方面采用先进的动态控制技术，采用正交调幅（QAM）、 无线载波幅度相位调制（CAP）、离散多音频调制（DMT）等调制技术，将原始讯息调制 到多个载波上，再进行传输。传输距离一般为3Km--5Km。有关ADSL的标准有DMT （离散多音）和G.Lite（ADSL简化版）。DMT标准上行速率640K，下行速率8M，要求用 话音分离器；G.Lite标准上行速率为512K，下行速率1.5M，无须用话音分离器。 ADSL除可提供电话业务外，还能提供多种宽带业务。在未来几年内，将会是终端用户 最主要的宽带接入模式。 2）超高比特率数字用户线（VDSL）技术 VDSL和ADSL技术相似，也是一种非对称的数字环路技术，采用频分复用模式，将POTS、 ISDN、VDSL的上、下行信号放在不同的频段传播，采用CAP、DMT、DWMT等编码模式， 在一对普通电话双胶线上提供的速率为上行1.6─2.3M，下行12.96─55.2M，传输速率高 ，但传输距离短，一般为0.3-1.5km，特别适合於光纤接入网中与用户相连的“最後一公 里”，并且要求光网路单元（ONU）尽量与用户接近，其系统配置图与ADSL类似，可同时 传送多种宽带业务，其国际标准还正在制定。 3）高比特率数字用户线（HDSL）技术 HDSL是一种对称环路技术，采用的编码类型为2B1Q码或CAP码，可以利用现有电话线缆 的用户线中两对或三对双胶线来提供全双工的T1/E1信号传输，对於普通0.4─0.6mm线径 的用户线路来讲传输距离可达3─6km，若线径更粗些，传输距离可接近10km。HDSL广泛 应用於移动通信基站中继、无线寻呼中继、视频会议、远端用户线单元（RLU）中继等 业务，传输速率是2M左右。该技术目前还没有统一的国际标准。 对称数字环路技术还有LSDL、IDSL等，与HDSL基本相似，这里不再一一详述。 XDSL技术当前已成为宽带接入网中非常活跃、热门的技术，在光纤到户未实现之前， 将是主要的宽带接入模式之一。 2、混合光纤同轴网技术 混合光纤同轴（HFC）网是宽带接入技术中最先成熟和进入市场的，巨大的带宽和相对 经济性使其对有线电视公司和新成立电信公司很具吸引力。HFC网路由光纤和同轴电缆 组成，采用树型架构，透过分支器连接到用户。光分发节点到头端为星型拓扑架构， 采用AN─SCM光波技术透过光缆传输信号，所有连接到光节点的用户共享一条光纤线路， 在5─50M频段透过QPSK技术提供上行非广播数据通信业务，在50─550MHz频段采用VSB 技术提供普通广播电视业务，在55--750MHz频段采用QAM和TDMA技术提供下行数据通信 业务。用户可以透过机顶盒连接到电视机，可以连接到电话机，也 可以透过CableModem连接到计算机。若用户端采用CableModem，它透过分离的信道对下 行和上行通信提供网路接入，CM主要由调制/解调器、调谐器、网桥/路由模块、网卡、 部分Hub模块等组成，HFC在局端采用CMTS(CableModem终接系统，TS: Termination System)，中间用光纤及同轴电缆连接。 从长远看，HFC网计画提供的是全业务网（FSN），将来用户数从500户降到25户， 实现光纤到路边。最终用户数可望降到一户，实现光纤到家，提供一条通向宽带通信 的新途径。但回传信道的干扰仍需解决。目前有多种解决方案，其中较彻底的是 小型光节点方案，用独立的光纤来传双向业务。小型光节点采用低成本镭射器 （约100元），很靠近用户，同轴网部分为无源网。回传信道则安排在高频端，彻底 避免回传信道的干扰问题。第二种比较好的是采用同步码分多址（S-CDMA）技术。 此时信号处理增益可达21.5dB，干扰大大减少，系统可工作在负信噪比条件， 较好解决回传信 道的噪声和干扰问题。HFC的最新发展趋势是与DWDM相结合，充分利用DWDM的降价趋 势简化第二枢纽站，将路由器和伺服器等移到前端，消除光-射频-光变换过程，简化了 系统，进一步降低成本。 3、光纤接入技术 光纤接入网（OAN）指采用光纤传输技术的接入网，一般指本地交换机与用户之间 采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。光纤接入网有以下特点︰ 　容量大︰光纤能传输的带宽很宽，最高可达106GHz，而电缆最高只达800MHz 　损耗低︰光纤的衰减系数比同轴的低几十倍 　防电磁能力强 　光纤成本逐步下降，而铜缆成本却逐步上升 光纤接入网一般由局端的光线路终端（OLT）、用户端的光网路单元（ONU）、以及 光配线网（ODN）和光纤组成。 按照用户端的光网路单元ONU放置的位置不同，分为光纤到户（FTTH）、光线到路边 （FTTC）、光线到大楼（FTTB）等几种类型。根据网路架构看，主要分为有源和无源 两种。 有源光网路AON(ActiveOpticalNetwork)︰指光配线网ODN含有有源器件（电子器件、 电子电源）。无源光网路PON(PassiveOptical Network)指ODN不含有任何电子器件 及电子电源，ODN全部由光分路器（分支器）等无源器件组成，不需要贵重的有源电子 设备。目前光纤接入几乎都采用无源光网路这种机构。 与AON相比，由於无源光节点损耗较大，因此传输距离较短。 APON技术，是一种基於ATM信元的TDM/TDMA技术，其标准遵循ITU-TG.983建议。 目前的G.983建议草案规定ATM-PON中数字信号的标称比特率应该是8kHz的整倍数， 标称线路速率有两种︰可适用於FTTCab/C/B/H的对称155.52Mb/s与适用於 FTTCab/C/B的非对称速率（下行622.08Mb/s，上行155.52Mb/s与适用於FTTCab/C/B的 非对称速率（下行622.08Mb/s，上行155.52Mb/s）。双向传输方法主要有两种， 第一种采用单纤波分复用模式，采用粗波分复用模式降低成本，即两个波长分别工作 在1310nm区和1550nm区；第二种方法采用单向双纤空分复用，工作在1310nm区以便充 分利用低成本的光源。与窄带PON不同之处在於不采用单纤双向时分压缩复用（TCM） 模式，主要是考虑积体电路的速率和成本的限制原素所致。由於ATM在实现不同业务的 复用以及使用不同带宽方面的灵活性，使APON成为一种结合ATM多业务多比特率支援 能力和无源光网路透明宽带传送能力的比较理想的解决方案。 4、宽带固定无线接入 主要的宽带固定无线接入技术有三类，即已经投入使用的多路多点分发业（MMDS） 和直播卫星系统（DBS）以及正在做现场试验的本地多点分发业务（LMDS）。前两者已 为熟知，而LMDS则是刚刚兴起，近来才成为新兴宽带无线接入技术。 LMDS工作在毫米波波段，其工作频段为20－40GHz，目前一般用28GHz，带宽达1.3GHz， 可为用户提供达155Mbps的接入速率，仅次於光纤，它采用分组交换技术，可以与骨干网 无缝集成。 典型LMDS由类似蜂窝配置的多个枢纽发送机组成，每个发送机经点到多点无线链路与 服务区的固定用户通信。单个蜂窝的覆盖区为二至五公里，覆盖区相互重叠。每一蜂窝 的覆盖区又可划分为多个扇区，根据用户需要在该扇区提供特定业务。这种模块式架构 使网路扩容灵活方便。 MMDS代表MultichannelMultipointDistributionService（多信道多点分发业务） ，它主要使用2－4GHz频带，MMDS与LMDS类似。 宽带固定无线接入技术代表了宽带接入技术一种新的不可忽视的发展趋势，它不仅敷设 开通快，维护简单，而且改变了本地电信业务的道统理念，最适於新的本地网竞争者 跟道统电信公司与有线电视公司展开有效竞争，也可以作为电信公司有线接入的重要 补充而得到应有的发展。 结束语 当前，宽带接入网成为开展各种新业务必须尽快解决的瓶颈，监於目前的实际情况， 数字用户线技术xDSL应成为电信部门现阶段最经济有效的宽带终端接入模式，随着政策 的开放，以CATV网路为基础的HFC接入技术将成为现阶段有线电视部门参与数据业务经营 的最佳宽带接入技术。而无线接入技术虽然本身还有许多尚待解决的问题，但以其特有 的优点，将会作为有线接入模式的有效补充长久存在下去，甚至在特定的地区会超过 有线接入。 --

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