有线宽带最后一公里接入技术的研究

【摘要】EPON作为一种新兴的宽带接入技术，它通过一个单一的光纤接入系统，实现数据、语音及视频的综合业务接入，并具有良好的经济性。业内人士普遍认为，FTTH是宽带接入的最终解决方式，EP...

摘要　光纤接入网是宽带网络最为重要的组成部分，对宽带业务的发展至关重要。使用光纤接入来突破接入带宽的瓶颈，是现在解决光纤传输“最后一公里”的最优方法。本文从宽带接入网的现况和存在的问题入手，通过分析基于以太网无源光网络（EPON），结合现在光纤安装的技术需求，提出在无源光网络的架构下使用共振辅助光纤（RAF）来完成“最后一公里”光纤到户（FTTH）的语音视频、数据传输和通信方案。

关键词　光纤接入；共振辅助光纤；光纤到户；EPON

中图分类号TN91 文献标识码A 文章编号　1674-6708（2013）82-0201-02

0　引言

光纤因为有通信容量大、无干扰、无辐射，保密性好等特点，使其成为现代通信网的主流承载媒介。在上世纪末的光纤通信网络建设中，光纤骨干网的建设一直是运营商关注和厂家投入的重点。我国电信运营商从2007年底开始的“光进铜退”战略，使我国光纤宽带接入FTTX得到快速的发展，从而进一步推动了宽带业务的发展。然而从路边或小区到户，即从光纤的骨干网到客户终端那所谓的“最后一公里”，则成为光纤宽带接入的瓶颈。

EPON作为一种新兴的宽带接入技术，它通过一个单一的光纤接入系统，实现数据、语音及视频的综合业务接入，并具有良好的经济性。业内人士普遍认为，FTTH是宽带接入的最终解决方式，EPON可提供全业务竞争方案，可以有效解决电缆和双绞线接入的瓶颈，满足用户对高带宽业务的需求，如高清电视，实况转播等，EPON使用共振辅助光纤是“三网合一”的上佳方案。

1　光纤接入网的结构

光纤接入网由三部分组成：光线路终端（OLT）、光分配网（ODN）、光网络单元（ONU）。

光纤接入网按照接入网传输设备中是否含有有源设备，可以分为两大类：有源光网络APON和无源光网络EPON。APON和EPON的主要差异在于采用了不同的二层技术，APON二层采用的是ATM封装和传送技术，EPON二层采用以太网帧结构。APON技术适合于有多业务需求的企业用户，EPON技术适合于承载纯以太网的业务，如果是面向普通客户的接入业务，简单的上网业务仍是主流。未来网络承载的最主要都是IP数据，为此APON的优势无法体现，EPON仍有其成本上的巨大优势；相对于APON来说，EPON最大的优越性在于允许运营商放弃昂贵的ATM和SONET器件，从而使网络大为简化。目前，基于IP/Ethernet的应用占到整个局域网通信的95%以上，所以本文主要研究的是在光纤接入网中的EPON技术。

2　EPON的技术原理及特点

2.1　EPON的技术原理

EPON技术采用点到多点结构，以以太网为承载协议，在以太网之上提供多种业务。EPON系统也是由OLT、ODN和ONU组成。EPON宽带技术具有高带宽、广覆盖、单纤接入、接口丰富以及综合业务接人能力。EPON系统的引人，不但可以大大提升商业用户接人速度以及综合业务能力，并且能够提供足够的业务质量保证。对于家庭用户而言，除了速度的提升，能够通过一根光纤同时实现数据、语音和视频业务，作为实施网络转型和固网宽带化的有效措施，在提高接入带宽，提升网络对业务的支撑能力，增强运营商的核心竞争能力方面将发挥重要作用。同时由于，形干本身的高度稳定性，有效降低运行维护成本。

2.2　EPON的特点

1）ODN为OLT与ONU之间的物理连接提供光传输介质，其是由单模光纤、光纤连接器、光纤适配器、无源光分路器等无源光器件组成，所以无需租用机房、配备电源和维护人员，这样可有效节省建设和运营维护成本。EPON采用以太网的传输格式同时也是用户局域网的主流技术，二者具有天然的融合性，消除了复杂的传输协议转换带来的成本因素；

2）采用单纤波分复用技术（下行1　490nm，上行1　310nm），仅需一根主干光纤和一个OLT，传输距离可达20km。在ONU侧通过光分路器分送给最多32个用户，因此可大大降低OLT和主干光纤的成本压力；

3）上下行均为千兆速率，下行采用针对不同用户加密视频广播传输的方式共享带宽，上行利用时分复用（TDMA）共享带宽。高速宽带，充分满足接入网客户的带宽需求，并可方便灵活的根据用户需求的变化动态分配带宽；

4）点对多点的结构，只需增加ONU数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩容升级，充分保护运营商的投资；

5）EPON具有同时传输TDM、IP数据和视频广播的能力，其中TDM和IP数据采用以太网的格式进行传输，辅以电信级的网管系统，足以保证传输质量。通过扩展第三个波长（通常为1550nm）即可实现视频业务广播传输。　EPON目前可以提供上下行对称的1.25Gb/s的带宽，并且随着以太技术的发展可以升级到10Gb/s。

3　RAF光纤在EPON系统中FTTH的运用

在EPON中，根据ONU放置位置的不同，采用的接入方式也有所不同，主要可分为以下3个方面：

1）光纤到路边FTTC；

2）光纤到大楼FTTB；

3）光纤到户FTTH。

如果将设置在路边的ONU移到用户家中即为FTTH结构。

本文研究方向主要是EPON中“最后一公里”FTTH的光纤架设，实现光纤最后一公里接入，即从ONU连接到个人计算机、电视机、电话机等用户设备，有一个因素必须要考虑，光纤在架构过程中如果弯曲将会出现严重的损耗，波长越长对应的损耗也就越大，所以这就迫使人们寻找一种损耗值更小且能够满足室内光纤安装要求的光纤。新的FTTH应用正对光纤的弯曲损耗性能产生前所未有的挑战。波长更长的光波在弯曲度很大的光纤中传播需要新型的单模光纤，新型单模光纤的弯曲损耗要比传统的单模光纤小500倍，这样才能在室内引入光纤。

3.1　ONU安装在室内对光纤的要求

传统的FTTH安装方式都是把ONU放在住所或者建筑物的外墙。而当把ONU安装到了室内，一方面推迟了用户对电子设备的投资，另一方面也避免了因为当前金属电缆的老化和质量问题造成的不可预测的花费。虽然常规的可弯曲光纤在使用一些辅助元件或管道来严格控制它的弯曲半径时也能用于室内布线，但许多运营商更倾向于使用快速的、低技术含量的、像铜缆一样的安装方式。传统光纤如果像铜双绞线一样在室内拐角处随意地布线安装，那么它的额外损耗将达到5到50dB甚至更多。

可弯曲光纤在5mm半径处损耗对比，同时随着波长的不断增加，带来弯曲损耗也就越大，这样就减少了EPON的延伸距离和服务的可靠性，而这些都受到了光功率预算的限制。新的EPON系统将使用更长的波长，此时弯曲损耗将达到目前的2倍～4倍。

已经商用的可弯曲单模光纤虽然能满足当前和新出现的中心局、户外线缆箱和楼宇骨干网的需求，但是最新的需求则是要把光纤引入室内的光网络单元（ONU），这就需要新一代的超弯曲不敏感光纤。这些应用需要光缆能实现5mm半径的弯曲，并且在多用户居住单元（MDU）中安装和室内布线时都像铜缆一样的简单、方便并且损耗小。

3.2　RAF的性能特点

共振辅助光纤（RAF）是一种新型的超弯曲不敏感单模光纤，能够很好的解决上述的问题。RAF在1550nm波长和5mm的弯曲半径时只有小于0.1dB的额外损耗。RAF是第一种符合MDU安装和室内布线时5mm弯曲半径要求的实心光纤，同时它还和普通光纤有很好的兼容性。但是在安装可弯曲光纤到网络中之前，必须考虑到它在弯曲状态下的光学和机械性能，以避免造成服务的可靠性不足。

RAF在实心光纤中使用了简单和新颖的组合折射率，使得1　550nm波长的光波在5mm弯曲半径的光纤中绕行360o之后的弯曲损耗小于0.1dB，同时能保持与现有光纤的兼容性。RAF光纤的弯曲损耗比标准单模光纤低500倍，同时满足MPI要求和国际电工协会的1　260nm最大截止波长，并且提供了8.8um的模场直径，兼容了熔接和连接头的要求。此外，RAF光纤和光缆的生产也是采用现有的大批量制造工艺。

RAF的波导结构由包围纤芯的一个环和一道槽组成。沟槽有助于将基本模式限定在纤芯内，而环有助于衰减不需要的高阶模式，从而产生具有良好弯曲性能的光纤，同时又保持了兼容于FTTX应用的模场和截止波长。此结构使得RAF能提供如下三个最优的指标：小于0.1dB每弯的弯曲损耗、易于安装（熔接和连接器连接）、与G.652D标准兼容。

虽然光学性能是至关重要的，但机械可靠性也是确保给客户提供可靠的重要因素。4.8mm直径的RAF引入光缆给光纤的安装和使用提供了保护，并且在MDU引入线模拟测试中得出了每条光缆小于0.5ppm/年的机械故障率。3mm直径的RAF光缆适于使用在模块内部或者类似有保护的环境中，这些地方对于弯曲半径要求不是很严格。耐恶劣天气的室内/室外4.8mm　RAF光缆被用于从室外接入的情况，用来替代室外到室内这一段的光纤的连接和管理，同时也便于使用成本更低的室内ONU。

通过以上对RAF光缆的分析，可以看出RAF在FTTH中能够更好地解决各种要求，所以共振辅助光纤作为新型的光纤材料是光网络单元（ONU）到用户设备间一种必然选择。

4　结论

光纤通信正在由长途主干线进入千家万户，光纤因为其特有的通信容量大、保密性好、抗干扰能力强等特点，使其成为现代通信网的主流承载媒介。在新的FTTH中，EPON能够以技术成熟、成本较为低廉的动作方式满足普通用户的需求，同时共振辅助光纤作为一种新型的光纤，使用FTTH中可以很好的解决普通光纤在安装过程中弯曲损耗过大、与其他光纤衔接损耗过高的问题，在EPON中结合使用RAF光缆完成最后一公里的接入将会成为一种新的选择。

参考文献

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