1 引言
FTTx是指把光纖用于接入層網(wǎng)絡(luò)，使光纖靠近用戶的接入組網(wǎng)方式。光纖接入網(wǎng)采用光纖作為傳輸媒質(zhì)，具有傳輸容量大、傳輸質(zhì)量高、高可靠性、傳輸距離長、抗電磁干擾等優(yōu)點，是未來固定寬帶接入的發(fā)展方向。從傳統(tǒng)的接入網(wǎng)來看，最后一公里是資源也是負擔(dān)，最后一公里接入網(wǎng)體現(xiàn)了用戶的接入控制權(quán)，也是電信運營商網(wǎng)絡(luò)的核心競爭力的表現(xiàn)。
近年來，人們的需求已經(jīng)由單純的語音通訊向多媒體通訊邁進，隨著IPTV，HDTV，體感游戲，數(shù)字家庭等業(yè)務(wù)的興起，傳統(tǒng)接入方式已經(jīng)無法滿足日益攀升的帶寬要求，F(xiàn)TTx接入速率可以高達20Mbit/s～100Mbit/s，憑借其無法比擬的帶寬優(yōu)勢而成為必然選擇。隨著技術(shù)的不斷成熟和商業(yè)化規(guī)模效應(yīng)，近幾年FTTx的成本降低已超過50%，2010年我國新建FTTx的綜合建設(shè)成本比2009年下降了25%，成本的大幅下降給FTTx大規(guī)模普及創(chuàng)造了條件。同時，隨著國務(wù)院2010年7月正式公布全國三網(wǎng)試點城市名單，我國三網(wǎng)融合已進入實質(zhì)性階段，F(xiàn)TTx作為實現(xiàn)三網(wǎng)融合的首要技術(shù)選擇，迎來了大幅度發(fā)展的難得機遇。
由于市場需求、建設(shè)成本、國家政策等各方面因素的推動，我國從2007年開始規(guī)模部署FTTx，目前我國FTTx用戶已經(jīng)突破2000萬大關(guān)，樂觀估計甚至已達到2300萬，遠遠超過了日本的1700萬用戶，截至2009年我國就已經(jīng)成為全球最大的FTTx國家。
2 FTTx的技術(shù)發(fā)展
在所有已知的FTTx實現(xiàn)技術(shù)中，無源光網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON）技術(shù)以光纖為傳輸媒質(zhì)，具備高接入帶寬、全程無源分光傳輸?shù)奶攸c，在管理運維、帶寬性能、綜合業(yè)務(wù)提供、帶寬分配策略、組網(wǎng)靈活性等方面，相比其他光接入技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢。
PON系統(tǒng)由OLT，ONU和ODN組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，OLT（Optical Line Terminal，光線路終端）位于局端，是整個PON系統(tǒng)的核心部件，向上提供接入網(wǎng)與核心網(wǎng)/城域網(wǎng)的高速接口，向下提供面向無源光纖網(wǎng)絡(luò)的一點對多點的PON接口，以廣播方式向各ONU發(fā)送數(shù)據(jù)。ODN（Optical Distribution Network，光纖分布網(wǎng)）是由POS（Passive Optical Splitter，無源光纖分路器）組成的光纖分配網(wǎng)絡(luò)，使得一個PON接口的光纖傳輸帶寬可以由多個ONU共享。ONU（Optical Network Unit，光網(wǎng)絡(luò)單元）位于用戶端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和話音業(yè)務(wù)的接入。
圖1 PON系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖
PON技術(shù)的概念是20世紀90年代初提出的，經(jīng)過10多年的變遷，PON技術(shù)經(jīng)歷了從窄帶PON到APON，再到EPON和GPON的發(fā)展歷程。窄帶PON是基于TDM的，性價比不好已經(jīng)自然消亡。APON是基于ATM的PON技術(shù)，雖然標準非常成熟，但由于ATM協(xié)議復(fù)雜且設(shè)備價格較高，提供的接入速率相對較低，現(xiàn)在已不適合采用。目前，業(yè)界最主要的兩個PON標準，一個是由IEEE制定的Ethernet PON （EPON）標準，另一個是由ITU/FSAN制定的Gigabit PON（GPON）標準。EPON是在以太網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，兼具了無源光網(wǎng)絡(luò)獨特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢和以太網(wǎng)的低成本優(yōu)勢。GPON是在傳統(tǒng)ATM封裝基礎(chǔ)上進一步采用了GFP封裝，以提高效率增加對TDM業(yè)務(wù)的支持。
業(yè)界一直有EPON和GPON技術(shù)之爭，從表1可以看出，GPON相比EPON推出標準更晚、更完善，從技術(shù)層面而言，GPON在上、下行速率、分路比、網(wǎng)管功能、支持TDM業(yè)務(wù)更具優(yōu)勢；但EPON的產(chǎn)業(yè)鏈更完整、更成熟、成本更低，同時EPON標準制定得更寬松，廠家在開發(fā)產(chǎn)品時有更大的靈活性。有數(shù)據(jù)表明，對電信運營商來說，最后一公里接入網(wǎng)的投資占到了整個網(wǎng)絡(luò)的60%~70%。從運營商的角度來看，所采用技術(shù)應(yīng)具有盡可能低的成本、良好的帶寬提供能力和多業(yè)務(wù)提供能力，成熟可靠已有商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用。因此，近年來國內(nèi)運營商主要采用EPON技術(shù)來實現(xiàn)FTTx，GPON總體處于測試和試驗階段。
表1 EPON/GPON技術(shù)對比
3 FTTx的實際應(yīng)用
從2005年開始，中國電信和中國網(wǎng)通均開始采用EPON技術(shù)進行FTTx的測試和試點工作，北京聯(lián)通2005年8月開始在海淀、朝陽、昌平、密云4處進行試點應(yīng)用。經(jīng)過兩年多的市場培育和技術(shù)準備，從2007年開始基于EPON技術(shù)的FTT x進入規(guī)模應(yīng)用階段。
目前ONU可以分為單口ONU、多口ONU和綜合型ONU三種，按照ONU在PON接入網(wǎng)中所處的位置不同，可以將光接入網(wǎng)劃分為光纖到戶（FTTH）、光纖到大樓（FTTB）、光纖到路邊（FTTC）幾種類型，統(tǒng)稱為FTTx。
FTTH的ONU為單口通常放置在用戶家中，能夠快速部署迅速解決用戶的通信需求（見圖2）。
圖2 FTTH接入示意圖
OLT安裝在通信機房內(nèi)，通過傳輸設(shè)備與現(xiàn)有的語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相連。OLT通過主干光纜與光分路器POS相接，從POS到每個用戶家布放小芯數(shù)光纜皮線，從用戶ONU分別布放五類線和雙絞線，實現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)的接入。
FTTB的ONU為多口，通常放置在樓內(nèi)，采用PON+LAN的結(jié)構(gòu)（見圖3）。
圖3 FTTB接入示意圖
FTTB的光分路器POS安裝在模塊局機房或住宅小區(qū)機房的ODF內(nèi)，每棟樓宇按照各單元總用戶數(shù)確定多口ONU的安裝數(shù)量，ONU的安裝位置一般選擇在有電源箱的豎井內(nèi)，便于設(shè)備取電。從ONU到用戶家中采用五類線接入，在室內(nèi)墻壁上安裝品字型面板，面板五類線接口連接電腦，雙絞線接口連接電話機。
FTTC的ONU為綜合接入型，實際采用PON+ADSL的結(jié)構(gòu)（見圖4）。
圖4 FTTC接入示意圖
FTTC方式OLT設(shè)置在局端機房，局內(nèi)安裝光分路器，將具有綜合接入功能的ONU安裝在村內(nèi)接入點。綜合接入型ONU具有ADSL DSLAM的功能，通過實線電纜和用戶家中分離器相連，分離器實現(xiàn)低頻語音信號與高頻數(shù)據(jù)信號的分離。分離器的TELEPHONE口通過雙絞線連接用戶電話機，分離器的MODEM口通過雙絞線接到用戶ADSL MODEM上，再通過五類線接到電腦上。
表2對EPON的3種主要應(yīng)用模式做了具體比較。通過比較可以看出，F(xiàn)TTH方式帶寬速率最高、便于維護，但需要在每個家庭放置一臺ONU設(shè)備，成本最高，F(xiàn)TTC方式成本最低，但速率最低且障礙率較高，F(xiàn)TTB方式在各方面都居中。從2005年以來，北京聯(lián)通在EPON應(yīng)用上采用了多種應(yīng)用模式的嘗試。由于2005年單口ONU非常昂貴，單價在2500元以上，為節(jié)約成本北京聯(lián)通在前幾年只在新建的高檔別墅小區(qū)采用FTTH方式，對于新建和改建居民小區(qū)主要采用FTTB方式，對于農(nóng)村地區(qū)主要采用FTTC方式。
表2 EPON三種主要應(yīng)用方式比較表
從2008年開始單口ONU大幅降價，到2009年降到700元左右，2010年進一步下降到400元左右，使得FTTH具備了大規(guī)模普及的條件。北京作為三網(wǎng)融合的試點城市，將會得到政策、資金等各方面的大力支持，加之ONU設(shè)備、光皮線、光面板的成熟和成本下降，F(xiàn)TTH已成為當今主流的應(yīng)用模式。
4 存在問題和解決辦法
從2005年至今，北京聯(lián)通在EPON實際應(yīng)用中遇到了一些問題，特別是FTTH方面的問題，針對這些問題采取了相應(yīng)解決辦法。
4.1 工程問題
對于采用FTTH的新建小區(qū)，在工程實施時需要做戶內(nèi)光纖皮線引入，是否安裝用戶光面板是一個問題。如果在房屋交付用戶前安裝，用戶裝修時經(jīng)常將光面板損壞，這樣在EPON裝機時需要重新安裝光面板，增加了成本；如果等用戶EPON裝機時再安裝光面板，裝機人員需要熟練操作光面板的安裝和光纖接續(xù)，增加了裝機難度。
對此的解決辦法是，在戶內(nèi)統(tǒng)一建設(shè)暗線箱不再安裝墻面光面板，工程實施環(huán)節(jié)在暗線箱內(nèi)做好光纖皮線接續(xù)，EPON裝機時將單口ONU放在暗線箱內(nèi)，通過戶內(nèi)綜合布線和各房間寬帶和語音端口相連。
4.2 安裝問題
安裝問題和工程問題密切相關(guān)，對于FTTH（如工程實施未安裝用戶光面板）做光纖接續(xù)，后續(xù)用戶申請安裝寬帶時，裝機人員缺乏工具和經(jīng)驗會帶來很大困難。解決辦法同樣是，通過在戶內(nèi)統(tǒng)一建設(shè)暗線箱來明確工程環(huán)節(jié)和安裝環(huán)節(jié)的分工界面，工程實施環(huán)節(jié)在箱內(nèi)做好光纖皮線接續(xù)，裝機時只需要安裝戶內(nèi)ONU并搭接光跳線和五類線即可。
4.3 配置問題
在EPON建設(shè)初期，需由設(shè)備廠家督導(dǎo)人員提前在ONU中做好數(shù)據(jù)配置，再由安裝人員攜帶ONU入戶安裝。由于ONU的配置相對復(fù)雜，一旦廠家督導(dǎo)完成首批業(yè)務(wù)開通后撤離，后續(xù)的業(yè)務(wù)開通則遇到諸多問題。
對此的解決辦法是，專門建立EPON資源配置平臺，將ONU主要數(shù)據(jù)提前配置在平臺上，將EPON網(wǎng)管和此平臺相連，這樣裝機人員帶上ONU入戶安裝時，資源配置平臺可自動識別ONU并寫入配置數(shù)據(jù)，保證了業(yè)務(wù)的順利開通。
4.4 終端問題
在EPON商用初期，ONU設(shè)備隨工程項目采購，由于價格較貴需按照固定資產(chǎn)管理，一旦出現(xiàn)丟失或損毀則全由運營商負擔(dān)，無形中增加了成本。對此的解決辦法是，ONU改為在裝機耗材科目中列支，設(shè)備使用一年后，產(chǎn)權(quán)歸用戶所有，丟失或損毀由用戶承擔(dān)，從而減少了運營商成本。
4.5 維護問題
FTTH采用全光入戶，和傳統(tǒng)固定電話、小區(qū)寬帶的電纜、五類線接入方式完全不同，一旦出現(xiàn)障礙，維護人員僅僅依靠傳統(tǒng)電話測試方式無法順利修復(fù)障礙。對此的解決辦法是，對維護人員一方面為其配置光功率計、發(fā)光器、切割器等專業(yè)工具儀表，另一方面加強培訓(xùn)力度提高其維護技能。
4.6 流程問題
隨著PON技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛和商業(yè)化運營，所涉及的工程實施、業(yè)務(wù)辦理、工單流轉(zhuǎn)、裝機配置、查修維護、備品備件等諸多環(huán)節(jié)部分存在職責(zé)不明、流程不清、銜接脫節(jié)的情況。對此北京聯(lián)通基于5年以來實際應(yīng)用的經(jīng)驗，正在逐步明確相關(guān)的流程規(guī)范，為下一步大規(guī)模商用創(chuàng)造條件。
5 未來展望
5.1 PON技術(shù)的未來展望
xPON技術(shù)的發(fā)展歷程是EPON，GPON，10GEPON，10GGPON，WDMPON。xPON的一個主要發(fā)展趨勢是：
（1）向高速發(fā)展。如EPON向10 Gbit/s EPON發(fā)展，GPON也向10Gbit/s GPON發(fā)展。
（2）發(fā)展快速故障診斷技術(shù)，提高運維自動化和運營能力。
（3）實施商用化的互聯(lián)互通，真正實現(xiàn)對多家廠商設(shè)備的統(tǒng)一管理。
10Gbit/s EPON標準的發(fā)布，說明EPON技術(shù)進一步成熟，容量和分光比提高，單位成本進一步降低，進一步提升了EPON的競爭力。與EPON相比，GPON原來容量方面的優(yōu)勢正在迅速消失，兩者技術(shù)特性在接近，GPON的大規(guī)模商用可能會面臨更多困難。WDMPON具有潛在的容量和安全優(yōu)勢，但成本過高正處于研發(fā)階段，需要在低成本光器件方面取得突破。
5.2 HTTx應(yīng)用的未來展望
未來幾年全球FTTx用戶將迅速增長，并且在全球?qū)拵Ы尤胫兴嫉谋壤龑⒅鸩教岣摺?jù)預(yù)測，2010—2012年平均增長率約為21%～33%，2014年全球FTTx用戶規(guī)模有望達到1.144億。
2010年4月，國家七大部委聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于推進光纖寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的意見》，要求在3年內(nèi)完成1500億元的固定寬帶投資，預(yù)計到2011年，我國光纖寬帶端口將超過8000萬，城市用戶接入能力平均達到8Mbit/s以上，農(nóng)村用戶接入能力平均達到2Mbit/s以上。
中國聯(lián)通在發(fā)展初期一直以EPON為主，2009年7月剛剛完成了1100萬線EPON項目招標，2010年預(yù)計投入153億元用于固網(wǎng)寬帶建設(shè)。北京聯(lián)通2009年10月完成了全民2M寬帶升速改造工程，目前正在全力推進以光纖入戶方式為主的20M帶寬全光網(wǎng)建設(shè)，2010年底計劃對50%家庭完成改造，計劃在2012年前完成對京城家庭用戶“全覆蓋”目標。
中國聯(lián)通已完成了GPON的互通測試并開始做GPON試點，在北京部分區(qū)域已做小規(guī)模部署。GPON從測試情況來看基本功能還可以，但與EPON相比還有一些差距，尤其在管理功能方面，做不到OLT和ONU任意對接。目前的GPON成本比EPON高，與EPON相比在功能和成本方面都不占優(yōu)勢。中國聯(lián)通已計劃將GPON逐漸開始商業(yè)化運營，預(yù)計GPON成本會隨之逐步下降。同時，隨著單口ONU的成本日益降低，對于新建FTTx用戶中國聯(lián)通將逐漸轉(zhuǎn)向以FTTH為主，未來FTTH用戶的占比將逐步擴大。
FTTx將繼20世紀90年代數(shù)字移動通信之后，成為電信業(yè)的另一次革命性轉(zhuǎn)變，給設(shè)備商、運營商以及整個產(chǎn)業(yè)鏈帶來巨大沖擊。對于電信運營商和業(yè)務(wù)提供商來說，F(xiàn)TTH無疑是對它們有著重大影響的全球性技術(shù)革命，與移動電話業(yè)務(wù)、有線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)一樣，這一次大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用變遷既蘊含著巨大的商機，也潛藏著極大挑戰(zhàn)。