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1、正文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

2、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

3、（如图 2.1 所示），由业务节点接口(Service Node Interface,SNI)和相关用户网络接口(User Network Interface,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(Service Node,SN)相连，

4、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(Telecommunications Management Network,TMN)相连。电信管理网(TMN)Q3 Q3用户终端或用户驻地网（CPN）接入网(AN) 业务节点(SN)UNI SNI 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

5、，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 (Remote Node/Remote Terminal,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

6、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

7、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(Cable TeleVision/Community Antenna TeleVision,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 2.2.1 xDSL 宽带接入技术 xDSL（Digital Subscriber Line，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

8、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(Very high Digital Subscriber Line)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

9、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 “HFCCable Modem”宽带接入技术 “HFCCable Modem”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。“HFCCable Modem”

10、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。“HFCCable Modem”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。“HFCCable Modem”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 FT

11、TX+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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、) 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 (Multichannel Microwave Distribution System)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(Local Multipoint Distribution Service，本地多点分配业务)技术进行融合产生了工作在 3.5GHz 的固

18、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IEEE WMAN（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

19、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 IEEE 802. 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

20、，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

21、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 E

22、PON 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

23、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 10 Gbit/ 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 8 B /10 B 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 10 Gbit/ s 甚至 4

24、0 Gbit/ 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，

25、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。4 EPON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4.1.1 FTTH 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 cable modem 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 F

26、TTH 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 DWDMSDH 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 42.5Gb/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

27、 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

28、 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150Mbs。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

29、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TCPIP 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

30、尚未有统一的认识。4.2 EPON系统的多业务解决方案4.2.1 EPON 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

31、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