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1引言

随着信息社会的到来，人们对电信业务的需求日益增大。

电信业务逐渐由过去的单一的语音业务发展到语音、数据、图像、多煤体等多种业务。

电信网络的信息流量也空前高涨。

这对提供业务的通信网络提出了更高的要求。

整个电信网的功能组成如图1.1所示,包括交换网，传输网和接入网三大部分。

目前的传输网已基本实现了数字化、光纤化；交换网也基本实现了程控化、数字化；与此同时接入网即人们通常所说的用户网则相对发展缓慢。

接入网交换网传输网交换网接入网

图1.1电信网简单示意图

作为电信网的重要组成部分，接入网是信息传递通道的“最后一公里”，它主要解决如何将图像、数据、语音等多种业务综合传送到用户的问题。

接入网在电信网中占有重要地位，不仅投资大，而且对当前及未来业务的发展及网络资源的配置利用有密切的关系。

接入网的出现和不断发展，使整个电信网路的发展更加合理，网路资源的利用更加充分，同时也为不断出现的电信新业务奠定了技术基础。

如何更好地实现接入网的数字化、宽带化、业务综合化，同时实现更低成本的接入解决方案，则是当今接入网发展所面临的主要问题。

基于EPON系统的以太网接入方式则是当前最经济，最有效的宽带接入解决方案之一。

2宽带接入技术分析

2.1接入网的基本概念

2.1.1接入网的定义与定界

传统的接入网（AN）一般是指端局本地交换机或远端交换模块至用户之间的部分（如图2.1所示），由业务节点接口（ServiceNodeInterface,SNI）和相关用户网络接口（UserNetworkInterface,UNI）之间的一系列传送实体（诸如线路设施和传输设施）所组成的，它是一个为传送电信业务提供所需传送承载能力的实施系统。

其目标是建立一种标准化的接口方式，通过一个可监控的接入网络，使用户能够获得话音、租用线业务、数据多煤体、有线电视等综合业务。

图2.1传统接入网物理参考模型

在电信网中，接入网的定界如图2.2所示。

接入网所覆盖的范围可由三个接口来定界，即网络侧经由SNI与业务节点（ServiceNode,SN）相连，用户侧经由UNI与用户相连，管理方面则经Q3接口与电信管理网（TelecommunicationsManagementNetwork,TMN）相连。

电信管理网（TMN）

Q3Q3

用户终端或

用户驻地网

（CPN）

接入网（AN）业务节点（SN）

UNISNI

图2.2接入网的定界

2.1.2接入网的拓扑结构

环境下的基本网络拓扑结构有五种类型，即星型结构、双星型结构、环型结构、树型结构和总线结构。

a）星型结构

端局

用户用户

用户用户

用户

图2.3星型结构

当涉及通信的所有点中有一个特殊点（即枢纽点）与其他所有点直接相连，而其余之间不能直接相连时，就构成了星型结构，如图2.3所示。

星型结构具有优质服务和成本高的特点，适合于传输成本相对交换成本较低的应用场合，例如，几十线以上的大企事业用户就是这种结构的最佳服务对象。

b）双星型结构

远程节点

图2.4双星型结构

在光纤接入网环境中，将传统电缆接入网的交接箱换成远端节点或远端设备

（RemoteNode/RemoteTerminal,RN/RT），将馈线电缆改用光缆后即成为双星型结构，如图2.4所示。

双星型结构是一种经济的、演进的网络结构，很适于传输距离较远、用户密度较高的企事业用户和住宅居民用户区。

c）总线结构

远端节点/远端设备

图2.5总线结构

当涉及通信的所有点串联起来并使首末两个点开放时就形成了链型结构；当中间各为可以有上下业务时又称为总线结构，如图2.5所示。

总线结构具有十分经济灵活的上下低速业务的能力，可以节省光纤并简化设备。

只要总线带宽足够高，不仅传送低速的双向通信业务没有问题，就是传送高带的分配业务也没问题。

d）环型结构

图2.6环型结构

当涉及通信的所有点串联起来，而且首尾相连，没有任何点开放时就形成了环型结构，如图2.6所示。

这种环型结构，特别是SDH自愈环型网结构，以其出色的质量结合较高的成本适合于带宽需求大、质量要求高的企事业用户和接入网馈线段应用。

e）树型结构

（a）PON形式

（b）DLC形式

说明用户光线双绞线光分路器复用器

图2.7树型－分支结构

传统的有线电视（CableTeleVision/CommunityAntennaTeleVision,CATV）网往往采用树型－分支结构，很适于单向广播式业务，如图2.7所示。

以PON为基础的树型－分支结构，十分适合那些目前仅有四线以上电话业务需求而且是对双向宽带业务需求不迫切或不明朗的小企事业用户和住宅居民用户，特别是新建用户区。

2.2宽带接入技术分析

2.2.1xDSL宽带接入技术

xDSL（DigitalSubscriberLine，数字用户线）技术是基于普通电话线的宽带接入技术，xDSL技术的原理是由于传输语音信号的频段较低且范围一定，因此在现有的铜质电话线路上就可以同时传递高频数据信号与低频语音信号，能够充分利用带宽。

xDSL中的“x”代表了各种数字用户线技术，包括ADSL、HDSL、SHDSL和VDSL

等，其中ADSL得到了广泛的应用，VDSL（VeryhighDigitalSubscriberLine）技术是xDSL技术中最快的一种，是光纤到家庭的具有高性价比的一种替代方案，在第三章中有VDSL的详细介绍。

xDSL接入技术的优势在于：

a）无需修改任何现有协议和网结构；

b）电信运营商可直接利用现有用户电话线，无须另铺电缆，节省投资，同时可以降低用户费用；

c）渗入能力强，接入快，适合于集中与分散的用户；

d）能为用户提供上、下行不对称的传输带宽或者对称的传输带宽；

e）可广泛用于视频业务及高速Internet等数据的接入。

xDSL接入技术的缺点在于：

a）覆盖面有限（只能在短距离内提供高速数据传输）；

b）一般高速传输数据是非对称的，仅仅能单向高速传输数据（通常是网络的下行方向）。

2.2.2“HFC＋CableModem”宽带接入技术

“HFC＋CableModem”宽带接入技术是指对传统单向HFC（光纤同轴混合网）网络

进行双向改造，除原来提供CATV业务外还提供Internet接入业务的技术。

“HFC＋CableModem”系统中局端或者头端（有线电视运营商的称谓）至用户群比较近（几百米）的光节点采用光纤作为传输媒质，光节点至用户之间采用同轴电缆作为传输媒质。

“HFC＋CableModem”接入技术的优势在于：

a）能利用现有的覆盖率相当高的有线电视网资源；

b）同时提供视频和数据业务,数据业务一般支持几百千比特每秒到几兆比特每秒（与共享用户数有关）的数据接入；

c）对用于HFC网络的运营成本较低。

“HFC＋CableModem”接入技术的缺点在于：

a）必须对原来的传统单向HFC（有线电视网）进行双向改造，工程量较大；

b）只适用于居民用户而不适用于企业用户；

c）可升级性较差。

2.2.3以太网FTTX+LAN接入方式

以太网是目前最为广泛的局域网传输方式，它采用基带传输，通过双绞线和传输设

备实现10M/100M/1000M的网络传输。

基于以太网技术的宽带接入网完全可以应用在公网环境中，为用户提供标准以太网接口，能够兼容所有带标准以太网接口的终端，用户不需要另配任何其他接口卡，它是一种廉价的宽带接入技术。

目前最具潜力的宽带以太网接入方式是骨干网光纤到大楼或社区，即FTTX+LAN接入方式。

FTTX+LAN是一种基于优化光纤网络技术的宽带接入方式，其采用光纤到大楼或社区、以太网入户的方式实现用户的宽带接入。

以太网FTTX+LAN接入技术的优势在于：

a）以太网已有巨大的网络基础和长期的经验知识；

b）目前所有流行的操作系统和应用都与以太网兼容；

c）性能价格比好、可扩展性强、容易安装开通以及可靠性高；

d）以太网接入方式与IP网很适应。

以太网FTTX+LAN接入技术的缺点在于：

a）必须在用户集中的区域并有较高的入户开通率才能确保接入的低廉成本；

b）布线电缆不能够太长，一般不超过100米。

2.2.4光纤宽带接入技术

光纤接入是指局端与用户之间完全以光纤作为传输媒体的接入技术。

光纤接入具有

带宽大、传输距离远、可靠性高等特点，而且光纤接入是实施“少层次、少局所、大局所”接入网建设原则的最好方式，公认它是宽带接入的发展方向。

a）有源光接入技术

有源光接入技术主要包括光纤用户环路和PDH/SDH等等，其中具有代表性的是上世纪80年代发展起来的SDH技术以及后来衍生出来的多业务传送平台（MSTP）技术。

基

于SDH的多业务传送节点MSTP是指基于SDH平台同时实现TDM、ATM和以太网等业务的接入处理和传送，并提供统一网管的多业务节点。

应用MSTP技术不但保护了现有SDH网络投资，延续了运营商已有的SDH设备运营经验，而且也符合现有TDM业务收占主体的实际网络运营状况。

b）无源光接入技术

PON技术是一种点对多点的光纤传输和接入技术，利用无源光器件，采用波分复用和无源光功率分离技术灵活组网。

对于无源光网络，目前较为成熟的技术方案主要有APON和EPON。

1）基于ATM的PON称为APON，APON系统的核心是在PON上采用TDMA方式传输ATM信元，物理层上下行方向一般采用TDM/TDMA技术。

APON可提供全业务接入能力、灵活的业务接入接口和提高带宽利用率，满足不同用户的需求。

但APON标准不利于本地环，并具有缺少视频传输功能、结构复杂、造价昂贵等不足。

2）基于Ethernet（以太网）的PON称为EPON，EPON技术是基于APON技术提出的，EPON技术具有前端设备和维护费用低、网络结构灵活、允许多层安全保证等特点。

从结构上看，其消除了复杂而昂贵的ATM和SDH网元，从而极大地简化了传统的多层重叠网络结构，也消除了伴随多层重叠网络结构的一系列弱点。

由于以太网相关器件价格相对低廉，并且对于在通信业务量中所占比例越来越大的以太网承载的数据业务来说，EPON免去了IP数据传输的协议和格式转化,效率高，传输速率达1.25Gbps，且有进一步升级的空间，使得EPON受到普遍关注。

2.2.5无线宽带宽带接入技术

无线接入技术是指接入网全部链路利用大气作为传输媒介，为用户提供固定和移动

宽带接入业务的技术。

无线宽带接入技术可分为移动接入技术和固定无线接入技术。

此

处主要介绍目前常用固定无线接入技术，包括3.5GHz技术，LMDS，WiMAX技术。

a）LMDS技术

LMDS（本地多点分配业务系统）本是一种利用无线电超高频波段在市内发送电视节目的业务。

最初是用于那些敷设有线电视设施费用昂贵的地区，用于小区范围内配送电视节目，所以被称为是“本地多点配送服务”（LMDS）。

现作为毫米波宽带无线接入技术，可提供高带宽和双向数据、语音及视频业务，用于固定地点之间的通信，能够实现N*64kbps到2Mbps，甚至高达155Mbps的用户接入速率，具有很高的可靠性，号称是一种“无线光纤”技术。

LMDS的覆盖范围一般为3-5km，而且受雨衰影响严重。

b）3.5GHz固定无线接入

3.5GHz固定无线接入技术源自MMDS技术。

MMDS是路微波分配系统（MultichannelMicrowaveDistributionSystem）的简称，又可称作无线电缆电视。

本来是作为辅助有线电视的的无线电视（多频道电视节目的无线传送，定位于教育节目），现转为宽带数据通信应用。

MMDS采用2500-2700MHz的微波频率，MMDS技术成熟、无线传播质量好、成本较低。

将MMDS技术和LMDS（LocalMultipointDistributionService，本地多点分配业务）技术进行融合产生了工作在3.5GHz的固定无线技术。

3.5GHz固定无线接入系统是一种点到多点、提供宽带业务的无线技术。

覆盖范围十几千米左右，受雨衰的影响较小，一般基站容量可达几十兆比特每秒。

可满足普通用户和一般企业的需求。

3.5GHz接入系统主要用于中小企业和居民小区的综合接入。

c）WiMAX技术

WiMAX技术是目前发展迅速、得到广泛关注的一种宽带无线接入技术。

其标准在

IEEEWMAN（无线城域网）802.16工作组研究制定。

WiMAX技术可提供70Mb/s速率，支持视距（LOS）和非视距（NLOS）传输，可覆盖数十公里范围，室内覆盖效果好。

WiMAX的应用方式与LMDS、MMDS等固定无线接入技术类似，可以作为无线传输手段，也可以为商业客户、大客户提供接入业务。

采用WiMAX技术的主要优点是由于其空中接口的标准化，可以实现不同厂商的基站（BS）和用户站（SS）设备的互通，从而丰富用户站设备的各类，降低设备成本。

另外，随着技术的发展，体积较小的用户站设备能够不断推出，使用上更加方便灵活，从而使WiMAX能够直接面向公众用户提供业务，这也是其它固定无线接入技术无法比拟的重要特点。

3基于以太网的无源光网络（EPON）

3.1工作原理

在EPON中，数据采用IEEE802.3的帧格式传输，长度最大可达到1518字节，比APON更有利于传输IP数据包，因为APON中传输的是53字节的信元，其中每个信元中都有5个字节的信元头和48个字节的净荷，如果用来传输长度最长可达65536字节的IP包，拆分的量大，不但费时而且网络流量的浪费也很严重。

在EPON中，数据从OLT到ONU的传送（下称“下行”）和从ONU到OLT的传送（下称“上行”）是不一样的，这与IEEE802.3的以太网有点区别。

图3.1下行帧结构

如图3.1，下行方向的传输与通常的光千兆以太网物理层传输一样，采用的是类似于以太网的广播技术，OLT发出的是以太网（信宿为各ONU）帧经过8B/10B编码后的连续的比特流；速率为1.25Gbps；到达光分路器被分路到各个支路光纤上，各支路光纤上仍是OLT发给所有ONU的比特流，但信号光功率/幅度由于分路而变小；ONU接

到OLT发给所有ONU的比特流8B/10B解码后根据以太网帧前导码中的LLID（逻辑连接标识）取出本ONU的以太网送上层进一步处理。

图3.2上行帧结构

如图3.2，上行方向OLT授权各ONU的送时刻和发送时间的长短，在OLT指定的发送时间里，ONU也是发送符合光千兆以太网物理层要求（除前导码外）、速率1.25Gbps的比特流。

EPON系统的上下行传输是全双工工作的。

3.2技术特点

EPON属于无源光网络PON的一种。

PON是一种点对多点的光纤传输和接入技术。

PON之所以称为无源是因为除了中心局CO和用户端使用有源设备外，在整个接入网络中都使用无源设备。

EPON的技术特点主要表现在:

a）EPON技术利用单纤组网，采用波分复用技术就可以完成上下行数据的传输，可大量节省光纤和中心局端所需的激光器数目,可以充分利用现有的网络资源；

b）在局端到用户点的整个传输线路中不使用有源器件，仅采用无源光分路器进行一点到多点的延伸，网络结构简单。

无源光器件由于无需供电，无需建设专门的小区机房，可以加快建网速度，节省建网成本。

无源光器件寿命长、可靠性高，也大大降低了长期的网络管理和维护的成本。

c）EPON的无源和点到多点结构使得网络升级扩容更方便灵活。

在已有网络基础上增加新的光网络单元ONU，只需从分光器处引出光缆到用户处即可，无需像其他系统那样，要中断业务、截断光缆、重新熔接。

现有的EPON系统只要更换终端设备，就可以使网络升级到10Gbit/s或者更高速率，满足将来发展的需要；

d）EPON系统能够提供非常高的带宽，物理层编码方式采用8B/10B码，能够提供上下行对称的1.25Gbit/s带宽，这一带宽基本能适应现在及将来10年内用户对带宽的需求，并且随着以太网技术的发展可以升级到10Gbit/s甚至40Gbit/s的带宽。

高带宽和低成本使EPON能够很好地满足市场对宽带接入的需求；

e）EPON采用以太网技术，帧格式与现有的以太网相兼容，无需传输协议转换就可承载IP业务，实现ONU对用户数据的透明传送，大大简化了系统结构；

f）EPON可以在同一个平台上提供数据、语音和视频应用，不仅能综合现有的模拟电视、数据和话音业务，还能兼容未来的数字电视、VoIP和VOD等业务，实现综合业务接入，使得运营商在同一个网络上就可以满足不同用户的需求，无需重复建设网络；

g）EPON提供了全新的OAM网络管理机制，在中心局可以实现到网络末端设备的统一管理，提高维护效率，降低维护成本。

EPON可以对每个用户的带宽实现集中分配，

实现用户的差别接入。

4EPON技术在光纤到户中的应用

随着Internet宽带应用的日益发展和普及，宽带接入技术不断推陈出新，人们对接入带宽需求也不断提高，宽带接入技术发展也日新月异，市场竞争也日趋白热化。

市场的迅速变化，催生光纤到家（FTTH）接入技术的发展和应用，我们认为FTTH正向我们走来。

4.1光纤到户（FTTH）技术

4.1.1FTTH的应用前景

众所周知，当前宽带接入技术如ADSL、基于5类线的LAN接入和cablemodem等都只能提供低于10M的接入带宽，而利用光纤为传输媒介的FTTH接入网从理论上可以为用户提供无限的带宽，就目前成熟的FTTH技术可以轻而易举为用户提供0至1G范围内的任意带宽。

4.1.2光纤到户现阶段技术问题

a）宽带传输存在的问题

骨干网传输的宽带化是三网合一的基础。

随着光纤通信技术的发展，高性能激光器、耦合器、掺铒光纤放大器的出现，使密集波分复用技术（DWDM）已经成熟并走向商品化。

现在，以光纤为媒介、以DWDM＋SDH为主体的光纤网成了电信骨干传输网的主流，在普通标准单模光纤上提供4×2.5Gb/s传输能力的WDM系统已经在国内的许多主干线路上投入使用；而且美国朗讯公司研制出了能复用80路信号、传输能力达400Gb/s的波分复用系统，据了解，能复用160路信号的系统也已在朗讯的贝尔实验室研制成功，所以从光纤通信具有的优点以及未来技术的发展趋势来看，以密集波分复用（DWDM）为基础的光通信网络必将在整个B-ISDN骨干网中占据主导地位，三网将在此基础上进行融合。

但存在的问题是，较为成熟的DWDM+SDH系统主要是针对系统的语音信号设计的，要能使信息量庞大的视频、数据等信息，尤其是实时性要求很高的视频信息也能在该系统上快速、高效地传输，同时保证较好的QoS，还有许多问题需要解决。

例如：

如何保证语音和视频信息的QoS；如何以一种统一的数据格式传输各种信息；如何与传统的PSTN兼容；如何进行复杂、灵活的网络管理；如何保证技术实现的低成本等。

如果这些问题不能很好地解决，以DWDM为基础的光纤骨干网所具有的大容量、高带宽的优势就无从发挥，三网合一也就无从谈起。

b）宽带交换存在的问题

实践表明，网络交换机通常是造成网络阻塞的主要原因，宽带交换则是B-ISDN的关键。

以信元交换、统计复用为特征的ATM（异步传输方式）对语音、图像、数据等都具有很好的适应能力，可以保证较好的QoS，交换速度高于150Mb／s。

自90年代初以来，ATM一直被认为是未来网络的主流交换技术，现在也有商品化的ATM交换机出现。

单以话音来说，像北京、上海、广州这样的汇接中心来往的话路是数以百万计的，其信息的交换量之庞大可想而知，若单纯依靠ATM交换机或吉位线速路由交换机，是不可能胜任交换任务的，而三网融合后的B-ISDN还需传输数据量更大、QoS要求更高的视频信息以及数据信息，还必然对主干网络交换机提出更高的要求。

另一个问题是三网合一要求网络交换机对语音、视频、数据以统一的格式进行交换。

现在，语音交换主要是基于PSTN的电话交换，数据交换主要是基于TCP／IP协议的IP包交换，而有线电视则采用相对独立的方式利用HFC对电视信号进行分配和传输。

如何把这几种相对独立、形式各异的信号予以统一，这是B-ISDN的重点，也是现在学术界和产业界讨论的热点，目前尚未有统一的认识。

4.2EPON系统的多业务解决方案

4.2.1EPON系统支持的业务类型及需求分析

在诸多的FTTH技术方案中，目前能够在成熟程度、成本等各方面满足运营商要求

的仍主要是EPON。

传统观念认为，EPON是单纯提供以太网业务的接入平台，对于多

业务，尤其是对实时业务的支持能力比较弱，因而业界的许多EPON设备是为支持纯数据业务设计的。

显然，仅针对承载数据业务而设计的EPON产品很难满足运营商对于

将FTTH作为综合业务接入平台的要求，因此探讨基于EPON系统实现多业务接入的相关技术是非常有意义的。

a）EPON系统支持的业务类型及需求分析

1）数据业务：

在为用户提供高带宽的数据业务的同时，可采用DBA技术来对整个系

统带宽进行动态调配，使用户可以享用更高的峰值带宽、提高系统的带宽利用率。

2）语音业务：

目前应用最多的仍然是普通电话业务（POTS），其物理接口为RJ11，这是用户必需的一种基本业务。

当前，软交换技术的引入和普及将改变电话业务的提供方式，但是对用户而言，这种实现方式的改变将是透明的，接入网应能灵活适应这种变化。

从今后的发展趋势来看，各种智能终端将有可能逐步被市场接受，这些智能终端将直接通过RJ45接口接入，这需要相应的接入网能够提供具有QoS保障能力的以太网接入功能。

3）视频业务：

当前个人用户所使用的主流视频业务是由广电部门提供的CATV，但今后将迅速向DTV转移。

受限于政策因素，上述业务和通信网络运营商关联不是很大，因而目前各通信网络运营商真正关注的是IPTV业务。

对于IPTV业务来说，接入网主要负责提供业务所需的信息通道，因而带宽问题是开展IPTV业务的核心问题。

另外，相应通道的QoS保证能力也是必须关注的一个重要方面。

4）TDM专线业务：

TDM专线业务主要是指E1，V.35业务。

从实际需求看，企业用户中存在对这种业务的需求，而个人用户则通常没有。

通过上