光纖通信技術新發展

訊石光通訊網發布時間:2007/8/17 9:08:47 編者:ICCSZ

摘要：一、光纖到戶(FTTH)的發展 FTTH可向用戶提供豐富的帶寬，所以一直被業界認為是理想的接入方式。FTTH所需的光纖可能是現有已敷光纖的2

一、光纖到戶(FTTH)的發展

FTTH可向用戶提供豐富的帶寬，所以一直被業界認為是理想的接入方式。FTTH所需的光纖可能是現有已敷光纖的2～3倍。近來，光電子器件設備的成熟，光收發模塊和光纖價格的大大降低以及寬帶內容有所緩解，都加速了FTTH的實用化進程。

在國內許多城市，FTTH被當作促進城市信息化建設的大事來抓。目前已有20多個城市建設了光纖到戶的試驗網。例如：武漢市政府成立了光纖到戶領導小組，不僅組織建設了試驗網，還撥專項資金組織編寫了一系列FTTH的地方標準，使武漢市在FTTH方面走在了全國前列。通信設備制造商也把FTTH作為光纖通信發展的又一亮點，以此為已經趨于平緩發展的光通信市場加溫。光器件制造商、光纖光纜制造商也紛紛使出渾身解數，推出適用于光纖到戶的光電子器件和光纖/光纜，這是光纖/光纜制造商走出困境的希望所在。所有這一切，都是我國推廣FTTH發展的有利因素。

◆FTTH遇到的挑戰：現在廣泛采用的ADSL技術提供寬帶業務尚有一定優勢。

與FTTH相比，ADSL技術具有價格便宜、工程建設簡單、能滿足目前影視節目500kbit/s～1Mbit/s的傳輸需求等優點。對于不久的將來要發展的寬帶業務，如：網上教育、網上辦公、會議電視、網上游戲、遠程診療等雙向業務和HDTV高清數字電視以及上下行傳輸不對稱的業務，ADSL就難以滿足。尤其是HDTV經過壓縮后其傳輸速率仍需19.2Mbit/s，通常認為對QoS有所保證的ADSL的最高傳輸速率是2Mbit/s，故難以傳輸HDTV?？梢哉J為HDTV是FTTH的主要推動力。

◆FTTH的解決方案：通常有P2P點對點和PON無源光網絡兩大類。

P2P方案——優點：各用戶獨立傳輸，互不影響，體制變動靈活；可以采用廉價的低速光電子模塊；傳輸距離長。缺點：為了減少用戶直接到局的光纖和管道，需要在用戶區安置1個匯總用戶的有源節點。

PON方案——優點：無源網絡維護簡單；原則上可以節省光電子器件和光纖。缺點：需要采用昂貴的高速光電子模塊；需要采用區分用戶距離不同的電子模塊，以避免各用戶上行信號的互相沖突；傳輸距離受PON分比影響而縮短；各用戶的下行帶寬互相占用，如果用戶帶寬得不到保證時，不單需要網絡擴容，還需要更換PON和更換用戶模塊來解決(按照目前市場價格，P2P比PON經濟)。

PON有如下幾種：(1)APON，即ATM-PON適合ATM交換網絡；(2)BPON即寬帶的PON；(3)OPON采用通用幀處理的OFP-PON；(4)EPON，采用以太網技術的PON，OEPON是千兆以太網的PON；(5)WDM-PON采用波分復用來區分用戶的PON，由于用戶與波長有關，使維護不便，在FTTH中很少采用。發達國家發展FTTH的計劃和技術方案，根據其國情具體情況有所不同，美國主要采用APON，因為ATM交換在美國應用廣泛；日本NTT有一個B-FLETts計劃，采用P2P-MC、BPON、G-EPON、SCM－PON（SCM-PON是采用負載波調制作為多信道復用的PON）等多種技術。

我國考慮比較多的是P2P、GPON和EPON。P2P方案在目前比較經濟，使用靈活，傳輸距離遠等。GPON采用GFP技術網絡效率高，適合SDH網絡，與IP結合沒有EPON好，目前的GPON技術不是很成熟。EPON與IP結合好。目前，中國的FTTH試點采用EPON比較多。FTTH技術方案的采用還需要根據用戶的具體情況來決定。

二、光交換的發展

光纖只是解決傳輸問題，光交換問題還需要解決。過去,通信網都是由金屬線纜構成的，傳輸的是電子信號，采用電子交換機?，F在，通信網除了用戶末端一小段外都是光纖，傳輸的是光信號，合理的方法應該采用光交換。由于目前的光開關器件不成熟,只能采用“光-電-光”方式來解決光網絡的交換,即把光信號變成電信號,用電子交換后,再變還光信號。這顯然是不合理的辦法,效率和經濟性都不高。目前，正在開發大容量的光開關以實現光交換網絡,特別是ASON-自動交換光網絡。

通常在光網絡里傳輸信息的速度是xGbit/s,電子開關不能勝任，一般要在低次群中實現電子交換。而光交換可實現高速xGbit/s的交換。當然,也不是說一切都要用光交換,特別是低速、顆粒小的信號交換,應采用成熟的電子交換,沒有必要采用不成熟的、大容量的光交換。當前,在數據網中,信號以“包”的形式出現，采用所謂“包交換”的方式。包的顆粒比較小,可采用電子交換。然而,在大量同方向的包匯總后,數量很大時,就應該采用容量大的光交換。

現在，少通道、大容量的光交換已有實用。如用于保護、下路和小量通路調度等。一般采用機械光開關、熱光開關來實現。目前,由于這些光開關的體積、功耗和集成度的限制,通路數一般在8～16個。

電子交換一般有“空分”和“時分”方式。在光交換中有“空分”、“時分”和“波長交換”。光纖通信很少采用光時分交換。

光空分交換一般采用光開關可以把光信號從某一光纖轉到另一光纖?？辗值墓忾_關有機械的、半導體的和熱光開關等。近來,采用集成技術開發出MEM微電機光開關,其體積小到毫米范圍，已開發出1296×1296MEM的光交換機(Lucent),屬于試驗性質的。

光波長交換是對各交換對象賦于1個特定的波長。于是,發送某1特定波長就可對某特定對象通信。實現光波長交換的關鍵是需要開發實用化的可變波長的光源、光濾波器和集成的低功耗的可靠的光開關陣列等。已開發出640×640半導體光開關+AWG的空分與波長相結合的交叉連接試驗系統(corning)。采用光空分和光波分可構成非常靈活的光交換網。日本NTT在Chitose市進行了采用波長路由交換的現場試驗,半徑5km,共有43個終端節點(試用5個節點),速率為2.5Gbit/s。

三、集成光電子器件的發展

如同電子器件那樣,光電子器件也要走向集成化。雖然不是所有的光電子器件都要集成,但有相當一部分是需要而且是可以集成的。目前正在發展的PLC（平面光波導線路）,如同一塊印刷電路板,可以把光電子器件組裝于其上,也可以直接集成一個光電子器件。要實現FTTH也好,ASON也好,都需要有新的、體積小的和廉價的、集成的光電子器件。

日本NTT采用PLO技術研制出16×16熱光開關、1×128熱光開關陣列，用集成和混合集成工藝把32通路的AWG+可變光衰減器+光功率監測集成在一起。8波長每波速率為80Gbit/s的WDM的復用和去復用分別集成在1塊芯片上,尺寸僅15mm×7mm。NTT采用以上集成器件構成32通路的OADM，其中有些已經商用。近幾年,集成光電子器件有比較大的改進。

中國的集成光電子器件也有一定發展，集成的小通道光開關和屬于PLO技術的AWG有所突破，但與發達國家尚有較大差距。如果我們不迎頭趕上,就會重復如同微電子落后的被動局面。

四、應對3G，光通信將迎來新的發展機遇

電信運營市場的競爭日趨激烈，建設高效經濟的多業務支持網絡已經成為各運營商當前刻不容緩的重要任務。移動業務的競爭已經從單純通過擴大覆蓋范圍和網絡容量、進而增加語音用戶數量為特點的規模競爭轉變為以挖掘網絡潛力、積極開拓新業務類型和運營模式為特點的業務競爭模式。

與2G相比，3G具有更大的系統容量和更好的通信質量，能更好地實現全球范圍內的無縫漫游，并為用戶提供包括語音、數據及多媒體等在內的多種業務。因此，3G代表了未來移動通信的發展走向。

如何適應3G發展需要，在保證3G業務傳輸質量的同時提高帶寬利用率以降低傳輸帶寬需求是各方亟待解決的焦點問題。

◇3G技術下涌現出的新業務對光傳輸網提出了新的要求

組網扁平化，傳輸IP化，支持高效的傳輸數據業務；與現有的SDH設備、GSM系統兼容，縮短建網周期，降低建設成本；支持CMNET數據網的接入，承載VoIP、GSM、GRPS業務以及正在發展中的3G等多種業務的接入；支持點對點(單/雙向、對稱/非對稱)和點對多點(廣播/多播)業務的傳送；支持訪問PSTN、Internet、PSDN以及LAN的業務，實現寬帶無線接入網同電話網、數據網和Internet間的互通；融合移動網和固定網的能力，提供多功能交換平臺；提供經濟、開放和可擴展的網絡結構，逐步完成向3G的平滑過渡。

◇光纖拉遠技術在TD-SCDMA中的應用

拉遠技術一般包括射頻拉遠、中頻拉遠、基帶拉遠等三種技術。TD-SCDMA光纖拉遠技術主要應用于射頻拉遠和基帶拉遠。射頻拉遠是通過光電耦合部件將射頻信號用光纖進行遠距離傳輸，遠端部分包括光電耦合部件、功放設備、智能天線?；鶐Юh與WCDMA的基帶拉遠方式一樣，分為基帶部分(BBU)和射頻部分(RRU)，中間采用光纖進行信號傳輸，這種方式有時也被稱為分布式基站或射頻拉遠(BBU+RRU)。光纖拉遠有其優勢，但也存在一些問題，運營商和設備商如何共同推進光纖拉遠的廣泛應用很值得探討。

在基站部署中采用光纖拉遠技術可以為運營商帶來巨大的好處，主要表現在以下幾個方面。

第一，降低建設成本。采用光纖傳輸，可以減少饋線損耗，降低功率放大器的功率要求，從而降低基站設備的成本。

第二，降低運營成本。通過對現有基站資源的合理利用和基站基帶部分的集中放置，降低基站的租賃費用。

第三，實現快速建網?；鶐Ш蜕漕l的分開放置，讓工程建設具有很強的靈活性，加快工程施工進度，保障3G網絡快速部署。

第四，便于網絡優化調整。光纖的遠距離和快速部署特點，使TD-SCDMA天線的位置調整不再受基站的制約，可以依據基站周圍的環境特點，構建標準蜂窩結構，降低網絡優化的難度。

第五，合理利用光網絡資源?？梢院侠砝矛F有的光網絡資源，新建的光纜網絡也可以用于其它各種業務，如數據接入、視頻監控等。

第六，解決室內覆蓋。過去一般將室內覆蓋單獨分開考慮，采用光纖拉遠技術后可以將室外和室內信號覆蓋統一考慮，有效利用網絡資源，降低成本，提高網絡覆蓋質量。

然而，在基站部署中采用光纖拉遠技術還存在如下問題。

第一，產品集成度有待進一步提高。TD-SCDMA采用智能天線提高了網絡覆蓋性能，但由于采用了天線陣，也對RRU的產品集成度提出了更高的要求。

第二，大規模應用經驗缺少。目前國際上僅有少數運營商采用分布式基站進行大規模網絡部署，關于光纖拉遠技術的應用尚缺乏大規模應用經驗，需要在實際應用中探索。

第三，大規模試驗的驗證。TD-SCDMA的光纖拉遠技術在2006年才被應用到大規模試驗網中進行少量測試驗證，從實際測試和使用情況看，仍存在一些問題，但不一定必須進行大規模測試。目前TD-SCDMA光纖拉遠技術存在的問題主要反映在遠端單元的機械部分、硬件功能上，不涉及基站軟件和網絡性能，屬于單機設備問題，不需要對其組成的無線網絡進行大規模的性能測試。對于遠端設備，只需進行不同應用場景、應用環境的驗證測試即可。

第四，其他WCDMA系統中也存在的共性問題。如功放效率的進一步提升、功耗和散熱的改善、各種環境能力的適應、維護工作量較大、擴容不方便、室外設備美化要求、可靠性和穩定性的進一步驗證等問題都需要逐步解決。

光纖拉遠技術在TD-SCDMA應用中存在的問題，同樣也存在于WCDMA系統中。由于WCDMA系統的光纖拉遠技術應用的比較早，經過多次改進已經有了明顯提高。這些問題需要在今后的實際使用中，逐步得到改進解決，但不影響光纖拉遠技術在擴大網絡規模試驗中的應用。

運營商可以采用如下三種應用模式：模式一是在網絡部署中全部采用光纖拉遠方式；模式二是采用宏蜂窩基站+光纖拉遠基站混合組網方式；模式三是以宏蜂窩基站為主，光纖拉遠基站為輔。

采用模式一可以實現快速建網，靈活調整網絡結構，適用于用戶規模不是很大、移動網絡容量要求不是太大的城市部署，滿足“薄”網絡的部署要求。

采用模式二可以實現網絡容量、質量、覆蓋的有效結合，適用于大多數城市，特別是大中型城市。

采用模式三可以擴大覆蓋面，減少維護工作量，適用于中小城市。

◆3G帶動光網絡發展

近年來，由于網絡應用的增長，過去超前部署的光網絡系統正在發揮作用，其富余的帶寬也在被逐步地消化，當然，世界各地的情形不盡相同，其中，亞太地區的業務增長最為顯著。根據市場調查機構公布的數字，亞太地區互聯網流量2001年增長198%，2002年增長126%。亞太地區互聯網流量增加帶來的負荷逐年大幅增加，其中，日本和韓國的互聯網流量所占的份額最大，中國所占的比例不高，僅為6%，但中國的增長率最高，2002年已經達到218%，名列亞太地區第一。專家預計未來兩年，中國的增長速度將繼續保持在170%以上的水平，這也說明中國發展潛力十分巨大。

從未來中國光網絡建設的發展看，中國的運營商在進行未來網絡發展的規劃方面，首先應當充分考慮中國網絡業務發展的增長潛力；第二，要考慮到諸如北京奧運會等對網絡業務增長，特別是對視頻業務的帶動作用；第三，要考慮移動業務的增長，如未來基于3G業務的增長也會對網絡帶寬的需求造成影響，工作人員移動性的增強，無疑會增加網絡帶寬的需求；第四，目前，中國企業網絡的水平與世界先進水平相比尚有差距，相信未來，中國企業將會更多地投資于企業的網絡建設，這也將帶來網絡帶寬需求的增加；第五，中國西部大開發戰略的實施將使東西部間的交流迅速增加，這也是網絡需求的重要增長點。

來源：通信世界周刊

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文章標題:光纖通信技術新發展

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