摘要：本讲首先简要讲述光接入网升级的一般考虑，然后着重介绍无源光网络（PON）传送图像业务的主要方案，接下来讲述以PON为基础的SDV业务和应用以及SDH在接入网中的应用，{zh1}讲述以ATM为基础的宽带PON（APON）。

关键词：光接入网 网络演进

1 光接入网（OAN）升级的一般考虑

1.1 OAN升级的一般考虑

　　OAN除了继续减小设备的尺寸、成本和功耗外，最主要的升级考虑是要支持业务要求的演进，因而OAN系统应具备升级能力支持那些目前尚不经济或尚未开发的新业务。当然，用来使OAN升级传送这些业务的手段本身应该是经济有效和实际可行的，而且在升级实施过程中对网络中的现有用户不应有影响。
OAN升级和演进的步骤和路线有很多选择，有些是必须经历的，有些是可以跳过的，下面列出一些可供选择的演进步骤和路线；

　　　　首先实施FTTC/FTTB，将光纤敷设尽可能靠近用户并准备足够的空闲光纤设备以备将来的发展或出租用。

　　采用V5.1开放接口与交换机相连实现诸如普通电话和窄带ISDN等业务。

　　　　如果法规允许的话，敷设CATV重迭网，提供有线电视业务。CATV网的实现有两种主要方式，其一是基本独立的重迭式网络基础设施（例如SDV应用，详见后文），其二是在同一网络基础设施中的附加波上实现（例如无源光网络（PON）应用，详见后文）。

　　　　实现具有集中功能的V5.2开放接口，提高网络利用效率，降低成本。

　　　　实现VB5接口，用户环路SDH和/或ATM化，最终提供交互式宽带业务。

　　　　为了扩大用户数或延长传输距离可以在演进过程中引入光纤放大器，这对宽带业务的传送往往很有必要。

　　　　当WDM器件价格降到可接受水平时，可以引入2～6个波长的WDM器件，从长远看则有可能实现32个波长乃至数百个波长的高密集波分复用或频分复用系统，甚至最终实现一个用户一个波长的所谓多色网。

1.2 光配线网（ODN）的升级考虑

　　光纤的成本正在稳步下降，而市政建设工程的费用却在稳步上升而且越来越困难，因而在建设光接入网的初期就应在光分路器与光网络单元（ONU）之间的配线段甚至引入线段落预放足够的空闲光纤或预留足够的空闲光纤管道管孔或管子，以备将来新业务的供给的需要和新技术实施的需要。

　　这样，对于引入线段落，利用预留的空闲光纤或者预留的空闲管道管孔和管子敷设附加的光纤即可实现升级。对于配线段/馈线段，除了上述措施外，还可以利用波分复用方式在现有光纤上通过附加工作波长的方式来逐步升级。 1.3 ONU的升级考虑

　　ONU的更新升级有多种方案可用，其中主要的选择有时分复用和波分复用甚至频分复用。时分复用具有灵活的帧结构，允许有效地更新ONU的容量与业务需求相适应。为了将来的升级可以事先在光接收机前安装光滤波器，其功能是允许目前使用的窄带业务以很低的损耗通过，但对于未来可能使用的其他波长则予以阻断。

　　除了上述一些比较宏观的考虑以外，尚有一系列具体的技术问题需要考虑，特别是怎样从现有的窄带OAN升级到提供宽带OAN，不仅要考虑供电和网管等大问题，还要考虑诸如设备的机箱尺寸和背板总线的带宽等十分细致的技术问题。一句话，OAN系统的升级不是一蹴而就的事，还需要作大量的研究工作，合理解决一系列实际问题后才行。

2 PON传送宽带图像业务

　　在OAN升级考虑中，最重要也是最困难的部分是怎样利用现有PON来传送宽带图像业务（特别是广播电视），即早期宽带PON（BPON）问题。有关BPON尚无任何国际标准可用，但有一种早期发展的趋势已经自然形成，即使用1310nm波长区传送窄带业务，而使用1550nm波长区传送宽带图像业务（主要是广播电视业务）。这样作的好处是1310/1550nm波分复用（WDM）器件已很便宜，而目前1310nm波长区的激光器也很成熟、便宜，适于经济地传送急需的窄带业务。另一方面，1550nm波长区的光纤损耗低，又能结合使用光纤放大器，因而很适于传送带宽要求较高的宽带图像业务。至于具体传输技术仍有多种选择方案，目前主要是频分复用（FDM），时分复用（TDM）和密集波分复用（DWDM）三种，下面分别讲述。

2.1 采用TDM+FDM+WDM的PON

　　这种方案使用1310/1550nm两波长WDM器件来分离宽带和窄带业务，其中1310nm波长区传送TDM方式的窄带业务信号，1550nm波长区传送FDM方式的图像业务信号（主要是CATV信号），系统配置如图1所示。

　　频分复用是一种成熟的模拟复用技术，复用方法是在一个波长上采用频分复用方式将多路电视信号组成一个副载波复用（SCM）信号，该信号再对一个1550nm波长的激光器进行强度调制，受调光信号经PON传输后到达接收端，由1310/1550nm两波长WDM器件将其与窄带信号分离并分别进入各自的接收机。由于多路电视信号所占用的带宽很宽，因而接收机灵敏度较低，可用光功率预算值较小。解决办法之一是让宽带图像信号旁路一些分路器，降低总的分路比，从而减小了光分路器的损耗，使其光功率预算值可以与窄带信号相比。解决办法之二是采用光纤放大器来弥补接收灵敏度的降低。

　　至于FDM中每个电视通路的调制方式的选择必须考虑诸如占用带宽，所需光功率预算，传输距离和经济性等多种因素，其中最关键的因素是可用光功率预算，即可用光通道损耗。为了满足传送50路电视节目的需要，AM-FDM方式的可用光通道损耗不到20dBdB，使PON的分路比只能取得很低且无法覆盖足够的传输距离。在同样条件下，采用FM-FDM方式的可用光通道损耗可高达30dB，可以满足PON的使用要求，因而成为合理的选择方案。

2.2 采用TDM+WDM的PON

　　这种方案也使用1310/1550nmWDM器件来分离宽带和窄带业务，与上述方案不同之处在于将电视信号的复用传输方法改为数字TDM方式，系统配置如图2所示。方法是对每路电视信号配置图像编码器进行抽样、量化和编码，再经TDM方式进行电复用成为高速数字流对激光器进行强度调制。这种PON系统是纯数字传输系统，中间传输过程与前述相仿，只是接收端需用电视解码器来恢复模拟电视信号送给常规家用电视接收机。为此用户必须购置一个机上盒，这在目前仍然相当昂贵。相信随着MPEG-2解码芯片的大规模生产，其成本不久会大幅度下降，届时这种数字TDM方案将会逐渐成为主导发展趋势。有关光通道损耗问题仍然需要采取类似措施来解决。

2.3 采用DWDM和PON

　　这种方案采用密集波分复用（DWDM）方式来实现分阶段的PON更新升级。目前公认比较现实的方案是采用5波分复用。{dy}步利用一个波长来传窄带业务。第二步附加一个波长来传CATV信号，其调制方式先为模拟方式，以后再更新为数字方式。采用模拟调频方式时可传50路左右节目，采用TDM数字调制方式时可传数百路MPEG-2编码的电视节目。第三步再附加一个波长来传交换式图像节目，妆期一个通路，以后可扩展至6路。第四不再附加一个波长来传高清晰度电视（HDTV），由于HDTV信号比常规复合编码电视信号所需带宽大4倍，因此同样的线路速率只允许传四分之一的HDTV电视节目数。再进一步可以再附加第5个波长来传双向宽带数据业务，例如局域网互连或其他高速图形和数据业务等，此时将会采用ATM方式。表1给出了这种以TPON为基础的5阶段波分复用发展规划，仅供参考。这种方案实现简单方便，发展潜力大，但目前WDM器件仍嫌太贵。

表1 采用波分复用的PON发展规划示例
 

3 以PON为基础的SDV业务和应用

　　除了上一节所讲述的利用PON来传送宽带图像的结构外，还有一种特殊的电是以PON为基础的BPON结构，称之为交换式数字图像（SDV）业务和应用。应该指出，SDV不是一个很合适的术语，很容易引起误解。首先SDV不是一种独立的系统结构，而只是一种业务和应用，其基本技术和系统结构是PON。其次从字面上看，似乎SDV应该是一种全数字化系统，而实际上当人们谈论SDV时目前几乎都是暗指一种数字式FTTC与单向HFC的结合物，用FTTC结构来传送所有交互式数字业务（包括电话、图像和数据），而HFC仅仅用来传送模拟广播电视节目外加给FTTC的ONU供电。这种结合物实际是由两套基本独立的网络基础设施所组成，如图3所示。

　　由图可知，上半部实际是一个以PON为基础的FTTC，与传统的PON不同处在这儿是ATM化的BPON，因而HDT和ONU皆为综合宽带设备，而且ATM可直接通达机上盒（STB）。由于目前尚无BPON的国际标准，因而线路口速率帧结构均为厂家专用的。例如美国LT公司的解决方案是采用双纤方式，下行速率1.036Gbit/s，上行速率51Mbit/s，其中图像业务的净负荷下行方向为829Mbit/s，上行方向为12.88Mbit/s，传输距离达10km左右。由综合HDT出来的高速信号经点到点或1：4分路比的点到多点无源光网络到达综合的ONU，电话信号直接通过星形方式经双绞线送给用户话机。交互式数字图像信号则首先与来自HFC网部分的模拟广播电视信号按频分复用方式结合在一起，其中数字SDV信号占据低频端，为基带调制信号，采用16电平CAP调制（CAP-16），由于是带通传输方式，因而零频附近没有频谱分量。模拟广播电视信号占据高频端标准CATV通路。上述频分复用信号再经引入同轴电缆传送给图像终端，其中模拟广播RF电视信号直接送给模拟电视接收机即可，交互式数字图像信号需要经过机上盒（STB）转换为标准模拟广播RF信号频谱后才能为模拟电视接收机所接受。SDV的上行信号在引入线同轴电缆上为1.62Mbit/s，ATM净负荷1.02Mbit/s，将来计划增加至3Mbit/s。在光纤线路上为51.84Mbit/s，ATM净负荷为12.88Mbit/s。

　　图中下半部是单向HFC，只用来传送模拟广播电视，带宽也只需550MHz即可，同时还免去了传输双向业务所带来的一系列麻烦，网络大为简化。另外，利用同轴电缆总线给ONU提供射频（RF）模拟电视信号的同时也解决了ONU的供电问题，而这两点恰好是普通FTTC结构的困难之处。

　　综合看来，似乎SDV比较合理地利用了FTTC和HFC的特点，其系统结构对电话公司有很大灵活性，可以在优先保证其双向业务的前提下根据需要灵活提供模拟广播电视业务和交互式数字图像业务，符合其长期发展目标。然而其关键是经济性，只有当使用交换式数字图像业务的用户数超过相当比例时其经济性才能充分体现。那么究竟经济的比例数是多少？已发表的结果差异很大，其范围可从15%～50%之间变化。但有一点是一致的，即只有交互式数字图像业务的使用率较高时，SDV才经济，否则不如模拟HFC结构经济。为了使读者对SDV与HFC的特性有一个全面的横向比较，笔者在表2中总结了两者的主要特性，仅供参考。表中SDV特性主要以PON为基础的FTTC为主，HFC指双向HFC，这两者代表了当前接入网发展的两个主要方式，前者最终通向B-ISDN，后者最终通向FSN（全业务网）。

4 SDH应用于接入网

　　SDH已经在核心网牢牢地站住了脚。目前的市场，带宽需求和技术都已显示有必要把SDH的技术上的巨大优势带进接入网领域，使SDH的功能和接口尽可能靠近用户。对于接入网应用SDH的主要优势在于：

　　　　对于要求高可靠高质量业务的大企事业用户，SDH可以提供理想的网络性能和业务可靠性。

　　　　可以增加传输带宽，改进网管能力，简化维护工作。 　　　　SDH的固有灵活性使网络运营者可以更快更有效地提供用户所需的长期和短期业务需求。

4.1 目前的应用方案

　　对于需要带宽大于等于34Mbit/s的大企事业用户，直接将SDH分插复用器（ADM）设置在用户处用STM-1通道与STM-N服务节点相连已证明是一种经济可行的方法。这种连接既可以是点对点方式，也可以通过环结构。对于带宽要求远小于34Mbit/s的情况，则采用更低速率的复用器或共享ADM的方式是更经济有效的方案。

　　在目前的ADM设备中，最基本的支路带宽单元是2Mbit/s。为了支持低于2Mbit/s的业务需要附加的业务复用器。若能将这些低速业务接口集成进ADM则可以省去分离的业务复用器。另一个选择是利用SDH来传送2Mbit/s及以上速率的业务，后面连接PON来传送低于2Mbit/s的业务。

　　对于多数普通企事业用户，设在路边（DP点）的终端复用器可以用来为大量用户提供2Mbit/s为基本单元的带宽。需要小于2Mbit/s带宽业务的用户可以靠业务复用器或后接PON来解决。

　　对于大企事业用户，由于带宽需求大，可以考虑直接用STM-N环形结构将其互连起来。然而，对于带宽要求很高的大企事业可能不愿受环形带宽的限制，更喜欢点到点的连接方式。此外，将ADM直接放在用户所在地要考虑信息安全问题。对于带宽要求不太高的企事业用户，首先连至路边的ADM再经环结构互连可能是适宜的。

4.2 未来的实施方案

　　为了更充分地利用SDH的所有优势，需要将SDH进一步扩展至低带宽用户，提供64kbit/s等级的灵活性并能综合进现有和新的业务传送平台。具体实施方法可以有很多种，下面选择几种方法进行介绍。

　　目前典型的SDH设备的支路板至少有16个2Mbit/s接口，对于那些需要的带宽远小于32Mbit/s的场合，使用这样的设备显然是不经济的。为了改进经济性需要开发一咱更紧凑更低成本的SDH设备，接口板具有更小的带宽，只需若干2Mbit/s接口即可。 　　一种更有效的为小带宽用户传送SDH通道的方法是使用STM-1子速率连接（Sub STM-1）。由TUG-2和TUG-3支持的净负荷分别为6Mbit/s和42Mbit/s，这样的速率对小带宽用户而言虽然比STM-1速率要经济得多。因而采用Sub STM-1传送速率对于小带用户是一种经济有效的方案，同时又能保持全部SDH管理能力和功能。这种解决方案的主要困难是目前尚无国际标准可用，但ITU-T正在认真考虑。

5 以ATM为基础的BPON（APON）

　　电信网的核心网部分正在ATM化，接入网也正在开始大量应用PON系统。为了使接入网部分的PON和核心网的ATM化趋势相兼容，合乎逻辑的作法是使PON携带的信息ATM化，这种ATM化的PON称为ATPON。这样可以使接入网也能充分享受ATM化后所带来的一系列好处。APON代表了多媒体时代接入网发展的一个重要发展方向，图4显示了一种APON系统结构。

　　该APON系统采用无源双星形（PDS）拓扑，分路比为1：16，传输复用和多址接入方式仍然采用TDM/TDMA方式，不同之处在于是以信元为基础的TDM/TDMA方式。在下行方向，由ATM变换机来的ATM信元先送给OLT（B），OLT（B）将其变为连续的156Mbit/sTDM形式并以广播方式传送给所有与OLT（B）相连的ONU（B），每一ONU（B）可以根据信元的VCI/VPI选取出属于自己的信元送给用户终端。

　　上行方向，各个ONU（B）收集来自用户的信息并以156Mbit/sTDMA突发模式发送数据，为些系统需要有突发信号同步功能，另外为了解决各个终端所发信元发生冲突的问题，系统仍然需要有传输延时调整对准功能。

　　系统采用单纤波分复用方式来解决双向传输问题，即用1550nm波长传送下行信号，而用1310nm波长传送上行信号。下行信号和上行信号的分离采用1310/1550nm两波长WDM器件来完成。

　　APON的帧结构尚无标准可言，各厂家都有自己的专用方案。上述APON系统的帧结构由净负荷和附加的信头组成，其中净负荷为标准53byte，附加信头（诸如同步、定界、防护、识别、安全、地址等）为7byte，总长60byte，上下行皆一样，帧长1ms，只是具体内容不同。

表2 SDV与双向HFC的比较