接入网技术有哪些(PON技术在用户宽带接入网中的应用研究)

前言

接入网是用户驻地网进入城域网/骨干网的桥梁，但随着社会信息化进程的加快，接入网已成为制约网络向宽带化发展的瓶颈。目前，接入网市场容量很大，商家为了追求利润和满足用户的需求，加大了研究经费的投入，新技术不断涌现。网络接入技术已成为电信研究部门、各大电信公司和营运部门关注的焦点和投资的热点。

光纤接入有无源与有源之分，基于SDH或PDH的接入是有源接入，基于无源光网络（PON）的接入是无源接入。因为PON本身是一种多用户共享系统，即多个用户共享同一套设备、同一条光缆和同一个光分路器，所以成本低；与有源光网络相比，它的安装、开通和维护运营成本大为降低，使系统更可靠、更稳定；加之PON能够提供透明宽带的传送能力，因此PON接入网具有广阔的应用前景。

目前，家居银行、远程教育、视频点播等各类宽带应用的消费需求正在迅速增长，内容和速度成为宽带接入发展的两大主题。

在本论文中主要介绍了宽带接入技术和PON全业务接入解决方案，但由于光接入网技术发展十分迅速，加之水平有限，书中不足及错误之处，敬请读者指正。

第一章 概述

第一节 什么是PON技术

PON技术俗称无源光网络，目前国内组网方式主流是EPON（以太无源光网络）。说白了就是通过OLT-OBD-ONU组成的网络结构。可承载以太网，语音，视频，以及高清数码有线电视等业务（另外还可以兼容xDSL）。所谓无源指的就是从汇聚交换机OLT到用户终端设备ONU之间，无需带电源的中继设备（OBD是分光器，无需电源）。三大通信运营商都在积极推广EPON进行FTTH覆盖（光纤到户）。EPON技术目前只是一个过渡期，真正的高速宽带是GPON（千兆以太无源光网络）。传输距离远，允许衰耗值增大，1:128的高分光比，巨大的宽带承载量，都是EPON无法比拟的，只是目前技术尚未成熟，商用成本过高，所以三大运营商只在国内部分地区做GPON试点，并未作为重点商为技术。

从OLT到ONU物理接入方式只允许使用光缆接入。根据运营商的要求，大概有一级分光和二级分光两种区别。但分光比叠加起来不允许超过1：64。即二级分光最大允许叠加两个1：8的分光器。ONU至用户设备使用电缆。（总距离不允许超过100米，超过1百米则需要用一对光纤收发器来进行运距离传输）

第二节 PON技术简介

光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点。它在干线通信方面已有广泛体现。在接入网中馈线光纤必将代替馈线电缆，直接向用户挺进，实现纯光纤接入，即光纤到家(接入网)方式。它是长远的发展方向和最终的接入网解决方案。

无源光网络(PON)技术是最新发展的点到多点的光纤接入技术。无源光网络由光线路终端(OLT)、光网络单元(ONU)和光分配网络(ODN)组成。一般其下行采用TDM广播方式、上行采用TDMA(时分多址接入)方式，而且可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构(典型结构为树形结构)，PON的本质特征就是ODN全部由无源光器件组成，不包含任何有源电子器件。这样避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，简化了供电配置和网管复杂度，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本。

与点到点的有源光网络相比，PON技术的主要特点在于维护简单，成本较低(节省光纤和光接口)和较高的传输带宽，其高性能价格比的特点会使其在很长时间内保持竞争优势，PON一直被视为接入网未来的发展方向。PON网络由于其简洁、廉价、可靠的网络拓扑结构被普遍认为是宽带接入网的最终解决方案，支持光纤到户。与核心网不同的是，接入网对成本更加敏感。成本的突破很大程度上意味着条件的成熟。

剖析接入网成本因素，主要有两个方面，一是设备采购成本，二是运营成本。根据NTT公布的数据，接入网的这两项成本已经与高速ADSL基本接近。值得一提的是，目前ADSL设备的价格下降潜力已经不大，但是接入网的成本随着规模增长有望继续下降。从整体上看，在接入网领域光通信酝酿着新一轮的发展,所以接入网技术目前已被证实不仅技术上是成熟的，而且经济上是可行的。

从标准上来说，10GEPON的国际标准已在今2009年9月正式发布，目前10GEPON的产业链也进入快速发展阶段，运营商、设备商、芯片厂家和光模块厂家等均积极关注和参与。中国电信和中国联通选择EPON是取决于其自身需求。如果提供16 Mbps-20 Mbps带宽时，EPON是最成熟的、成本最低的技术;未来运营商提供50 Mbps-100 Mbps带宽时，不用重新建网就可以平滑升级到10 GEPON，仅增加很少的投资，就能满足运营商下一步需求。

2009年6月25日我国GPON技术标准正式出台[2]，工信部以"工科[2009]第43号"文发布了《接入网技术要求－吉比特的无源光网络(GPON)第1部分：总体要求》，编号为YD/T1949.1-2009; 和《接入网技术要求－吉比特的无源光网络(GPON)第2部分：物理媒质相关(PDM)层要求》，编号为YD/T1949.2-2009;据悉工信部还将陆续颁布GPON其它标准和互联互通等标准。

2009年，三大运营商在GPON上的动作一度备受关注，先是中国电信进行GPON试点集采，中国联通组织

GPON规模测试，再是中国移动进行GPON试点应用，一时间，GPON成为运营商开展宽带建设的新焦点。虽然目前GPON的市场和标准相对落后，不够成熟，成本暂时偏高，但GPON具备更高的速率和更好的性能，具备多业务能力(特别是高精度TDM)和电信级管理能力以及更强的产业链支持，而最终产业链将决定PON技术的未来。从PON技术产业链来看，首先，芯片是其发展的源头，目前全球GPON芯片厂家已经有7家，而EPON只有3家。而且GPON从规模上、投入上和可持续发展能力上都强于EPON。其次，从设备厂家来看，全球排名前10的PON设备厂家中，有9家做GPON，而做EPON的只有4家。预计到2013年，GPON市场规模将是EPON的3倍，并成为主导技术。而GPON市场规模预计将在2年后超越EPON

光纤接入网根据中继光器件的类型又可划分为无源光网络（PON，Passive Optical Network）和有源光网络（AON，Active Optical Network）。 在光接入网中，如果光配线网（ODN）全部由无源器件组成，不含任何有源节点，这种光按入网就是PON。PON的架构主要是将光纤线路终端设备OLT下行的光信号，通过一根光纤经由无源器件Splitter（光分路器）分路传送给各用户终端设备ONU/T。这样就大幅减少网络机房及设备维护的成本，更节省了大量光缆资源的建设成本。PON因而成为用户宽带接入网中最新热门技术。

第三节 接入网业务前景

随着电信运营商重组,3G时代的到来,全业务运营模式的深入开展，不同运营商由于资源、能力、发展状况各不相同，转型模式也会不同。在新的竞争格局下无论是新电信、新联通还是中国移动都将面临机遇与挑战并存。全业务运营将引领国内运营商进入一个新的发展阶段。

全业务时期宽带市场面临多元化竞争，业务应用成为宽带规模化后的热点问题：接入带宽的进一步增加，如综合业务模式Triple-play(三重或四重播放)，移动电信业务(FMC)，个性化可定制方案；客户群进一步细分，企业/家庭逐步走向信息化，宽带数字生活体验步入家庭，宽带终端突破PC的限制，更加多样化。目前，家居银行、远程教育、视频点播等各类宽带应用的消费需求正在迅速增长，内容和速度成为宽带接入发展的两大主题。

第二章 宽带接入技术介绍

第一节 概述

近年来，全球宽带接入市场异常火爆，获得了飞速发展。宽带接入是目前应用和发展的重点技术之一，也是推动其他技术发展和应用的重要力量。从国内电信市场来看，宽带接入对全业务运营商的业务发展起着举足轻重的作用，已成为全业务运营商主要的投资方向和业务收入来源之一。

第二节 传统接入技术

为了实现用户接入网的数字化、宽带化，提高用户上网速度，光纤到户(接入网)是用户网今后发展的必然方向。目前宽带接入网技术，接入方式主要是ISDN、ADSL、Cable、LAN、DDN专线及宽带卫星接入等几种，就家庭用户而言，ADSL、Cable和LAN是使用最为普及的。

宽带接入技术可以分为有线接入宽带技术和无线宽带接入技术两大类,目前接入层宽带接入技术如表1。

表1 宽带接入技术

一、Wifi技术

以IEEE 802.11b(Wifi)为代表的WLAN技术。WiFi技术不断进步，适用于许多应用场合，建立在基于PC设备、移动电话和消费电子产品等的语音和多媒体应用。具有建设便捷性，投资经济性和业务可集成性等特点。

二、WiMax的技术

以IEEE 802.16(WiMax)技术为代表的WMAN技术，是一种面向城域网的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速无线连接和广泛的多媒体通信服务,包括语音，数据和视频的传输。具有传输距离远，接入速度高等特点。

三、WLAN(802.11n)技术

IEEE 802.11 n技术通过物理层和MAC层的技术改进实现了无线传送速率的很大提升，使带宽从54 Mbps提升到300 Mbps。其核心技术MIMO-OFDM，它通过在OFDM传输系统中采用阵列天线实现空间分集，提高了信号质量，并增加了多径的容限，使无线网络的有效传输速率有质的提升。

四、LTE-A技术

LTE技术是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。在20MHz频谱带宽下能够提供下行100 Mbit/s与上行50 Mbit/s的峰值速率。LTE-A的最小需求：下行峰值速率1 Gbps，上行峰值速率500 Mbps，上下行峰值频谱利用率分别达到15 Mbps/Hz和30 Mbps/Hz。

五、xDSL技术

DSL技术是基于普通电话线向终端客户提供宽带接入的一种技术,能在双绞铜线上经济地传输每秒几兆比特的信息，它既支持传统的话音业务，又支持面向数据的因特网接入。

目前xDSL技术有:ADSL,是一种非对称的传输模式，下行带宽最大达到8 M,上行速率最大512 K;ADSL2+,)。xDSL的带宽承载能力与铜缆距离有较为密切的关系,带宽与距离成反比。

六、LAN接入技术

建立在五类线基础上的以太网接入技术,它是通过一般的网络设备,例如交换机,集线器等将同一幢楼内的

用户连成一个局域网,再与外界光纤主干网相连。该技术传输距离短,五类线的传输距离在100 m以内；网络层级多,一般情况下需要三级以上的汇聚；网络带宽大,理论上每个用户能到100 M，但同一交换机下的用户共享带宽。

第三章 电子阅览室费用综合分析

第一节 有线和无线接入技术对比

WiFi和WiMax最初都定位于无线固定接入技术，侧重于移动数据业务的提供, WiFi只能提供一定移动

范围内的无线局域网接入，作为有线局域网的一种延伸；WiMax作为一种无线宽带接入技术，定位于固定接入技术的补充，面向集团用户提供高速接入。而面对固定光纤接入以及XDSL接入等强有力的竞争，WiMax作为大客户接入技术的市场空间相当有限。

基于目前运营商网络和业务现状，宽带无线接入技术还只能定位于一种边缘无线固定接入技术。对于各大运营商来说，可以在局部有明确需求的小范围内进行部署以满足现有的用户业务需求；同时应进行技术跟踪，充分结合运营商电信网络的演进过程，根据市场发展的需要，积极引进各种宽带无线接入技术,比如面向4G的无线接入方案，WLAN的802.11n及蜂窝的LTE-A等,具体对比见表2。

表2 有线和无线接入技术的比较

第二节 有线接入技术的对比

目前有线接入技术较多，大致可分为3种：铜线接入技术、有源光纤接入技术、无缘光线接入技术。

通过对上述各种技术的传输介质、容量和多业务接入能力等方面的综合对比，可以得出PON技术即将成为实现接入网的首选方案。具体比较如表3。

表3 有线接入技术比较

目前接入层宽带接入主流技术中大部分都可以采用PON的方式承载。具体如图1：

图1 PON承载的多种接入技术

第三节 不同光接入技术对比

PON无论是从网络结构、系统带宽、建网成本上都具有很强的优势，在长距离传输条件下可提供双向高带宽能力，接入业务种类丰富，是未来接入网接入技术发展的主流，不同光接入技术详细比较如表4-表5。

表5 不同光接入技术特性比较

表6 PON和LAN-技术性能对比

第四节 两大主流PON技术对比

目前两大主流的PON技术:GPON和EPON，ITU和IEEE两标准组织定位的不同导致GPON和EPON在技术理念上存在较大差异。

第五节 两大主流PON技术成本分析

一、OLT成本分析(见图2)

图2 OLT成本分

1、OLT成本构成中，光模块要占40％，MAC芯片占17％。

2、当前，EPON的光模块大约比GPON的光模块便宜20％左右，随着GPON规模部署，EPON和GPON的光模块价格会相同。

3、MAC芯片，EPON和GPON两者价格相当。

二、ONU成本分析(见图3)

图3 ONU成本分析

1、光模块和MAC占的比例较小。

2、结构和其他(电源、语音模块)占40%。

3、可以认为EPON和GPON的ONU成本基本是相

同的。

三、ONT成本分析(见图4)

图4 ONT成本分析

1、光模块比例占32%，GPON/EPON成本差距主要在光模块。

2、与OLT类似，EPON的ONT光模块比GPON便宜20％。

3、考虑到中国OLT到ONT的距离普遍小于5 km，如果GPON采用EPON一样的光功率预算(Class B，1：32，20 km)，则两者价格相同。

四、根据以上技术指标和设备成本分析得出

1、技术上业界已全面认可GPON要优于EPON，一旦GPON产业链成熟起来后，成本与EPON相当，则完全占据优势。

2、由于标准问题不同国家/地区的EPON无法互通，应用只能存在于多个相互隔离的独立市场，无法形成联合产业优势。从全球范围来看，综合技术对比、标准发展、业务承载能力、产业链分布、应用规模以及部署成本等多个方面，GPON比EPON更具优势。

第四章 PON在宽带接入网中的应用方案

第一节 接入网市场的需求

接入网是电信通信网的重要组成部分，经验表明，接入网的投资往往占到运营商投资总额的50％。它直接面对最终用户提供各种业务，需要适应不同用户对业务种类、质量、性能、带宽等各方面不同的要求。这些末端需求的复杂性，也导致了接入网技术的多样性。当前，接入网的发展被以下因素所驱动：

一、业务驱动

随着互联网和移动通信的迅速发展，一方面，占固网运营商业务收入近70％的语音业务被严重分流；另一方面，宽带接入和基于宽带的业务发展势头迅猛。世界各大运营商都提出了向"综合信息服务商"转型的战略，法国电信预言，今后语音收入只会占运营商收入的10％，而70％以上的收入将来源于宽带增值业务。国内两大固网运营商中国电信和中国网通也不约而同地提出了大力发展宽带增值业务的转型思路，并发布了针对商业用户的"商务领航"和"商务宽带ePower"的服务品牌。目前提供的宽带增值业务包括企业邮箱、门户网站、网络存储；另外还提供丰富的在线软件服务，包括网络杀毒，ERP系统、CRM、SCM等各类增值软件服务。

这些宽带增值业务必然对网络接入的双向带宽、时延、信号质量提出了更高的要求，传统的ADSL方式必然难以满足这方面的需求。光纤直接入商业用户，可以为用户提供双向高带宽，低时延，高质量的宽带接入，为提供各类增值业务提供一个强大的网络基础。

二、成本驱动

近年来，一方面，铜作为战略资源，其价格一再上涨，最近3年内价格上涨了5倍，令铜缆的价格也一升再升；另一方面，随着光纤制造工艺的成熟和规模化生产，光纤的价格一再下降，已经到了"和面条一样便宜"的水平。在这种反差下，很多运营商发现铺设一公里电缆 的造价甚至超过了一公里光缆的造价加上相关光设备的价格，而且光纤链路的维护成本也大大地域铜缆。因此，运营商在新建网络时，将光纤不断地向用户端进行延伸，"光进铜退"的演进更加迅速。

三、技术驱动

在接入网层面，越来越多的新的光传输技术也在不断涌现，已有的光传输设备价格也不断下降，让运营商有了更多的选择。EPON作为光接入网的新型技术，在2004年标准发布的一年多时间内，光器件成本已经下降了70％，光设备成本已经下降了50％，产品和设备都已经完全成熟可用。GPON产品也开始逐步成熟。这些技术的发展和成熟都为FTTX的技术方案扫清了障碍。

四、竞争驱动

随着电信运营的逐步开放，这个领域的竞争也日趋激烈。如何使用更低的投资，更低的维护成本，为客户提供更多、更高质量的业务，为客户更快速、更灵活地发放业务成了各固网运营商的首要问题。目前，某些运营商已经开始对商业用户使用光纤直接入户，提供高质量、高带宽、综合业务接入，作为差异化的竞争手段去向客户提供业务，并获得了很大成功。

综合上面各方面的因素，我们可以发现接入网的建设正在向光纤直接入户，提供综合业务接入的方向迅速发展。而在这个趋势中，PON作为一种重要的接入技术，必将在今后的FTTX建设中发挥主流作用。

第二节 PON全业务接入解决方案

PON技术能同时支持多种市场应用：如集团客户接入、家庭接入、热点覆盖、视频监控等，能同时支持TDM和IP业务。

1、集团客户接入：

实现无线/有线全业务接入，提供语音/数据/视频等基本业务的同时，还能够提供VPN/微蜂窝承载/专线等补充业务，满足FTTB/FTTO灵活的接入模式。

2、小区及家庭宽带接入：

满足FTTB/接入网灵活的接入模式。可与广电网络合作提供同轴网络宽带接入。

3、营业厅接入：

满足营业厅业务接入能力，主要包括：Internet接入、视频监控和计费服务器。

4、AP热点接入：

满足学校,机场,火车站,大型办公大楼的热点覆盖。

5、视频监控：

视频监控类项目对上行带宽需求高，终端数量大，分布广泛，PON覆盖距离广，节约光纤，带宽高，是实现视频监控的合适技术。采用PON作为全球眼的承载网络，还具有高可靠、抗干扰、维护方便的优点。

第五章 接入网PON引入策略

第一节 接入网宽带接入技术应用分析

为大力加快面向全业务的基础网络设施建设，提高全业务竞争能力，满足现阶段业务需求，适应网络未来演进，结合现阶段全业务城域传送网建设，提出接入网PON网络建设思路。按15 M/户接入带宽进行网络规划。PON有EPON、GPON两种主流技术，按照"EPON/GPON两者并重、优选GPON"的原则开展PON网络建设。

第二节 接入网宽带接入现状与分析

目前接入网采用的有线宽带接入技术主要有PDH、SDH/MSTP、光纤收发器。现阶段，对于高等级、高可靠的专线接入需求(金融机构、政府专网等)，仍采用SDH/MSTP，为用户提供2 M、FE、155 M专线。对于普通集团客户，可采用PON与SDH网络、PTN、数据网络相结合的方式，将客户就近接入城域数据设备，分别提供语音、宽带和专线接入。对偏远或零星的集团客户，仍可灵活采用光纤直连、光纤收发器等各种手段，就近接入现有SDH网络或城域数据设备。应用现状主要有以下三种情况：

1、2M透传：

点到点结构，提供2M接口，或通过协转提供FE接口。

2、MSTP：

在SDH系统增加IP等功能模块，可以解决语音、数据业务的接入

3、以太网：

点到点结构，将以太网电信号转换为光信号长距离传输.

以上几种接入技术均能满足接入需求，但随着大量宽带用户需求会造成接入瓶颈，不仅占用大量的光纤资源、管孔资源，同时会占用大量IP城域网接入交换机端口，导致不断的增加局端设备，机房空间压力增大，由于大量的跳纤和有源设备的使用，维护难度加大，不能提供更安全的QOS保障。

第三节 接入网PON技术引入分析

通过现状分析可以发现PON技术的优点有：线路无源；简化了网络层次；利用分光器做光缆的汇聚，节约光纤资源和管孔资源。利用OLT做专线的汇聚，节约IP城域网接入交换机端口，同时减少局端设备。

PON技术引入策略以xPON为主要实现手段，结合SDH/MSTP/RPR和光纤接入、无线接入等多种方式实现用户到IP城域网的最后1公里宽带接入，规划期内结合全业务的开展需求和传输资源合理划分接入和汇聚区域，进行ONU和OLT的部署建设。

1、PON设备的网络规划－OLT的部署

xPON建设初期，宜采用集中设置，在传输汇聚节点设置OLT节点覆盖一定区域内的零散用户。

在xPON应用成熟期，宜采用分散设置的原则，将OLT设置在条件较好的有线接入或无线接入点机房，逐步向接入网接入和无线接入点相统一进行过渡，充分实现基础资源的综合利用。

采用大容量的OLT设备，充分利用光接入的距离优势，减少局所，降低维护成本。

2、PON设备的网络规划－分光器的部署

分光器分光：目前PON可以采取两级分光方式来保证部署的灵活和端口的充分利用；当用户渗透率提高时，将二级分光调整为一级分光；就目前接入PON网络宜采用一级分光，尽量不超过两级分光。用户规模较小时，分光器应集中设置；用户规模较大时，分光器可适当分散设置，以便尽量靠近用户。

分光器布放位置：分光器可以根据工程的实际情况布放在交接箱、小区机房、楼道和弱电井等地方

3、PON设备的网络规划－ONU的部署

建设PON网络实现接入网/FTTB时，宜尽量选用内置语音模块的设备实现综合业务接入。ONU应根据FTTx网络的应用模式、业务需求进行设置。

对于接入网应用，应尽量将ONU设置在用户家里，避免安装在门口或楼道内。对普通公众用户，可将ONU设置在用户终端智能盒内提供保护，或者放置于桌面(采用光纤信息插座)。

对于FTTB应用，可选择将ONU设置在大楼楼道或竖井内机柜、室外光交接箱等不同位置集中放置。

ONU原则上采用本地供电方式，尽量不采用远端供电方式。为保证断电时语音业务的正常开展，可以根据提供电池模块提供备用电源。

4、PON设备的网络规划－网管

集中建设厂家网管，开放北向接口，便于接入传输综合网管。

第四节 结 论

为全面迎接全业务运营,提升IP城域网的接入能力,根据全业务运营策略适时引入WDM、PTN、OTN、xPON技术,为全业务运营提供多种接入手段,同时基于SDH/MSTP/光纤以太网/xPON以及WLAN等传输技术和设备资源,实现大客户接入、高安全等级和独占带宽的企业互连以及公众互联网接入,使与2G/3G网络共同发展，互为补充。

结束语

随着全业务竞争时代的来临，GPON作为全球主流电信运营商共同推崇的全业务接入网技术，实现不同业务类型的服务要求,满足网络的精细化管理，真正实现可运营，可维护，可盈利的技术要求。PON技术的引入势必为全业务运营打下坚实基础；对降低成本、提高效率和保持网络的可持续发展，提高全业务的市场竞争能力具有重要的意义。

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