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光纖通信技術(shù)新發(fā)展

訊石光通訊網(wǎng)   發(fā)布時(shí)間:2007/8/17 9:08:47   編者:ICCSZ    
摘要： 一、光纖到戶(FTTH)的發(fā)展 FTTH可向用戶提供豐富的帶寬，所以一直被業(yè)界認(rèn)為是理想的接入方式。FTTH所需的光纖可能是現(xiàn)有已敷光纖的2


  一、光纖到戶(FTTH)的發(fā)展
 
  FTTH可向用戶提供豐富的帶寬，所以一直被業(yè)界認(rèn)為是理想的接入方式。FTTH所需的光纖可能是現(xiàn)有已敷光纖的2～3倍。近來，光電子器件設(shè)備的成熟，光收發(fā)模塊和光纖價(jià)格的大大降低以及寬帶內(nèi)容有所緩解，都加速了FTTH的實(shí)用化進(jìn)程。
 
  在國內(nèi)許多城市，FTTH被當(dāng)作促進(jìn)城市信息化建設(shè)的大事來抓。目前已有20多個(gè)城市建設(shè)了光纖到戶的試驗(yàn)網(wǎng)。例如：武漢市政府成立了光纖到戶領(lǐng)導(dǎo)小組，不僅組織建設(shè)了試驗(yàn)網(wǎng)，還撥專項(xiàng)資金組織編寫了一系列FTTH的地方標(biāo)準(zhǔn)，使武漢市在FTTH方面走在了全國前列。通信設(shè)備制造商也把FTTH作為光纖通信發(fā)展的又一亮點(diǎn)，以此為已經(jīng)趨于平緩發(fā)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(shù)，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(fā)展的有利因素。
 
  ◆FTTH遇到的挑戰(zhàn)：現(xiàn)在廣泛采用的ADSL技術(shù)提供寬帶業(yè)務(wù)尚有一定優(yōu)勢。
 
  與FTTH相比，ADSL技術(shù)具有價(jià)格便宜、工程建設(shè)簡單、能滿足目前影視節(jié)目500kbit/s～1Mbit/s的傳輸需求等優(yōu)點(diǎn)。對于不久的將來要發(fā)展的寬帶業(yè)務(wù)，如：網(wǎng)上教育、網(wǎng)上辦公、會議電視、網(wǎng)上游戲、遠(yuǎn)程診療等雙向業(yè)務(wù)和HDTV高清數(shù)字電視以及上下行傳輸不對稱的業(yè)務(wù)，ADSL就難以滿足。尤其是HDTV經(jīng)過壓縮后其傳輸速率仍需19.2Mbit/s，通常認(rèn)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(rèn)為HDTV是FTTH的主要推動(dòng)力。
 
  ◆FTTH的解決方案：通常有P2P點(diǎn)對點(diǎn)和PON無源光網(wǎng)絡(luò)兩大類。
 
  P2P方案——優(yōu)點(diǎn)：各用戶獨(dú)立傳輸，互不影響，體制變動(dòng)靈活；可以采用廉價(jià)的低速光電子模塊；傳輸距離長。缺點(diǎn)：為了減少用戶直接到局的光纖和管道，需要在用戶區(qū)安置1個(gè)匯總用戶的有源節(jié)點(diǎn)。
 
  PON方案——優(yōu)點(diǎn)：無源網(wǎng)絡(luò)維護(hù)簡單；原則上可以節(jié)省光電子器件和光纖。缺點(diǎn)：需要采用昂貴的高速光電子模塊；需要采用區(qū)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(shí)，不單需要網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，還需要更換PON和更換用戶模塊來解決(按照目前市場價(jià)格，P2P比PON經(jīng)濟(jì))。
 
  PON有如下幾種：(1)APON，即ATM-PON適合ATM交換網(wǎng)絡(luò)；(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(wǎng)技術(shù)的PON，OEPON是千兆以太網(wǎng)的PON；(5)WDM-PON采用波分復(fù)用來區(qū)分用戶的PON，由于用戶與波長有關(guān)，使維護(hù)不便，在FTTH中很少采用。發(fā)達(dá)國家發(fā)展FTTH的計(jì)劃和技術(shù)方案，根據(jù)其國情具體情況有所不同，美國主要采用APON，因?yàn)锳TM交換在美國應(yīng)用廣泛；日本NTT有一個(gè)B-FLETts計(jì)劃，采用P2P-MC、BPON、G-EPON、SCM－PON（SCM-PON是采用負(fù)載波調(diào)制作為多信道復(fù)用的PON）等多種技術(shù)。
 
  我國考慮比較多的是P2P、GPON和EPON。P2P方案在目前比較經(jīng)濟(jì)，使用靈活，傳輸距離遠(yuǎn)等。GPON采用GFP技術(shù)網(wǎng)絡(luò)效率高，適合SDH網(wǎng)絡(luò)，與IP結(jié)合沒有EPON好，目前的GPON技術(shù)不是很成熟。EPON與IP結(jié)合好。目前，中國的FTTH試點(diǎn)采用EPON比較多。FTTH技術(shù)方案的采用還需要根據(jù)用戶的具體情況來決定。
 
  二、光交換的發(fā)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(wǎng)都是由金屬線纜構(gòu)成的，傳輸?shù)氖请娮有盘?，采用電子交換機(jī)。現(xiàn)在，通信網(wǎng)除了用戶末端一小段外都是光纖，傳輸?shù)氖枪庑盘?，合理的方法?yīng)該采用光交換。由于目前的光開關(guān)器件不成熟,只能采用“光-電-光”方式來解決光網(wǎng)絡(luò)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(jīng)濟(jì)性都不高。目前，正在開發(fā)大容量的光開關(guān)以實(shí)現(xiàn)光交換網(wǎng)絡(luò),特別是ASON-自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)。
 
  通常在光網(wǎng)絡(luò)里傳輸信息的速度是xGbit/s,電子開關(guān)不能勝任，一般要在低次群中實(shí)現(xiàn)電子交換。而光交換可實(shí)現(xiàn)高速xGbit/s的交換。當(dāng)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(yīng)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(dāng)前,在數(shù)據(jù)網(wǎng)中,信號以“包”的形式出現(xiàn)，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(shù)量很大時(shí),就應(yīng)該采用容量大的光交換。
 
  現(xiàn)在，少通道、大容量的光交換已有實(shí)用。如用于保護(hù)、下路和小量通路調(diào)度等。一般采用機(jī)械光開關(guān)、熱光開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。目前,由于這些光開關(guān)的體積、功耗和集成度的限制,通路數(shù)一般在8～16個(gè)。
 
  電子交換一般有“空分”和“時(shí)分”方式。在光交換中有“空分”、“時(shí)分”和“波長交換”。光纖通信很少采用光時(shí)分交換。
 
  光空分交換一般采用光開關(guān)可以把光信號從某一光纖轉(zhuǎn)到另一光纖?？辗值墓忾_關(guān)有機(jī)械的、半導(dǎo)體的和熱光開關(guān)等。近來,采用集成技術(shù)開發(fā)出MEM微電機(jī)光開關(guān),其體積小到毫米范圍，已開發(fā)出1296×1296MEM的光交換機(jī)(Lucent),屬于試驗(yàn)性質(zhì)的。
 
  光波長交換是對各交換對象賦于1個(gè)特定的波長。于是,發(fā)送某1特定波長就可對某特定對象通信。實(shí)現(xiàn)光波長交換的關(guān)鍵是需要開發(fā)實(shí)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(guān)陣列等。已開發(fā)出640×640半導(dǎo)體光開關(guān)+AWG的空分與波長相結(jié)合的交叉連接試驗(yàn)系統(tǒng)(corning)。采用光空分和光波分可構(gòu)成非常靈活的光交換網(wǎng)。日本NTT在Chitose市進(jìn)行了采用波長路由交換的現(xiàn)場試驗(yàn),半徑5km,共有43個(gè)終端節(jié)點(diǎn)(試用5個(gè)節(jié)點(diǎn)),速率為2.5Gbit/s。
 
  三、集成光電子器件的發(fā)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(dāng)一部分是需要而且是可以集成的。目前正在發(fā)展的PLC（平面光波導(dǎo)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(gè)光電子器件。要實(shí)現(xiàn)FTTH也好,ASON也好,都需要有新的、體積小的和廉價(jià)的、集成的光電子器件。
 
  日本NTT采用PLO技術(shù)研制出16×16熱光開關(guān)、1×128熱光開關(guān)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(jiān)測集成在一起。8波長每波速率為80Gbit/s的WDM的復(fù)用和去復(fù)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(gòu)成32通路的OADM，其中有些已經(jīng)商用。近幾年,集成光電子器件有比較大的改進(jìn)。
 
  中國的集成光電子器件也有一定發(fā)展，集成的小通道光開關(guān)和屬于PLO技術(shù)的AWG有所突破，但與發(fā)達(dá)國家尚有較大差距。如果我們不迎頭趕上,就會重復(fù)如同微電子落后的被動(dòng)局面。
 
  四、應(yīng)對3G，光通信將迎來新的發(fā)展機(jī)遇
 
  電信運(yùn)營市場的競爭日趨激烈，建設(shè)高效經(jīng)濟(jì)的多業(yè)務(wù)支持網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為各運(yùn)營商當(dāng)前刻不容緩的重要任務(wù)。移動(dòng)業(yè)務(wù)的競爭已經(jīng)從單純通過擴(kuò)大覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)容量、進(jìn)而增加語音用戶數(shù)量為特點(diǎn)的規(guī)模競爭轉(zhuǎn)變?yōu)橐酝诰蚓W(wǎng)絡(luò)潛力、積極開拓新業(yè)務(wù)類型和運(yùn)營模式為特點(diǎn)的業(yè)務(wù)競爭模式。
 
  與2G相比，3G具有更大的系統(tǒng)容量和更好的通信質(zhì)量，能更好地實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的無縫漫游，并為用戶提供包括語音、數(shù)據(jù)及多媒體等在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)。因此，3G代表了未來移動(dòng)通信的發(fā)展走向。
 
  如何適應(yīng)3G發(fā)展需要，在保證3G業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量的同時(shí)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(diǎn)問題。
 
  ◇3G技術(shù)下涌現(xiàn)出的新業(yè)務(wù)對光傳輸網(wǎng)提出了新的要求
 
  組網(wǎng)扁平化，傳輸IP化，支持高效的傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；與現(xiàn)有的SDH設(shè)備、GSM系統(tǒng)兼容，縮短建網(wǎng)周期，降低建設(shè)成本；支持CMNET數(shù)據(jù)網(wǎng)的接入，承載VoIP、GSM、GRPS業(yè)務(wù)以及正在發(fā)展中的3G等多種業(yè)務(wù)的接入；支持點(diǎn)對點(diǎn)(單/雙向、對稱/非對稱)和點(diǎn)對多點(diǎn)(廣播/多播)業(yè)務(wù)的傳送；支持訪問PSTN、Internet、PSDN以及LAN的業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)寬帶無線接入網(wǎng)同電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和Internet間的互通；融合移動(dòng)網(wǎng)和固定網(wǎng)的能力，提供多功能交換平臺；提供經(jīng)濟(jì)、開放和可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，逐步完成向3G的平滑過渡。
 
  ◇光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)在TD-SCDMA中的應(yīng)用
 
  拉遠(yuǎn)技術(shù)一般包括射頻拉遠(yuǎn)、中頻拉遠(yuǎn)、基帶拉遠(yuǎn)等三種技術(shù)。TD-SCDMA光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)主要應(yīng)用于射頻拉遠(yuǎn)和基帶拉遠(yuǎn)。射頻拉遠(yuǎn)是通過光電耦合部件將射頻信號用光纖進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，遠(yuǎn)端部分包括光電耦合部件、功放設(shè)備、智能天線?；鶐Юh(yuǎn)與WCDMA的基帶拉遠(yuǎn)方式一樣，分為基帶部分(BBU)和射頻部分(RRU)，中間采用光纖進(jìn)行信號傳輸，這種方式有時(shí)也被稱為分布式基站或射頻拉遠(yuǎn)(BBU+RRU)。光纖拉遠(yuǎn)有其優(yōu)勢，但也存在一些問題，運(yùn)營商和設(shè)備商如何共同推進(jìn)光纖拉遠(yuǎn)的廣泛應(yīng)用很值得探討。
 
  在基站部署中采用光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)可以為運(yùn)營商帶來巨大的好處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
 
  第一，降低建設(shè)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(shè)備的成本。
 
  第二，降低運(yùn)營成本。通過對現(xiàn)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(fèi)用。
 
  第三，實(shí)現(xiàn)快速建網(wǎng)?；鶐Ш蜕漕l的分開放置，讓工程建設(shè)具有很強(qiáng)的靈活性，加快工程施工進(jìn)度，保障3G網(wǎng)絡(luò)快速部署。
 
  第四，便于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)整。光纖的遠(yuǎn)距離和快速部署特點(diǎn)，使TD-SCDMA天線的位置調(diào)整不再受基站的制約，可以依據(jù)基站周圍的環(huán)境特點(diǎn)，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)蜂窩結(jié)構(gòu)，降低網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的難度。
 
  第五，合理利用光網(wǎng)絡(luò)資源。可以合理利用現(xiàn)有的光網(wǎng)絡(luò)資源，新建的光纜網(wǎng)絡(luò)也可以用于其它各種業(yè)務(wù)，如數(shù)據(jù)接入、視頻監(jiān)控等。
 
  第六，解決室內(nèi)覆蓋。過去一般將室內(nèi)覆蓋單獨(dú)分開考慮，采用光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)后可以將室外和室內(nèi)信號覆蓋統(tǒng)一考慮，有效利用網(wǎng)絡(luò)資源，降低成本，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量。
 
  然而，在基站部署中采用光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)還存在如下問題。
 
  第一，產(chǎn)品集成度有待進(jìn)一步提高。TD-SCDMA采用智能天線提高了網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能，但由于采用了天線陣，也對RRU的產(chǎn)品集成度提出了更高的要求。
 
  第二，大規(guī)模應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)缺少。目前國際上僅有少數(shù)運(yùn)營商采用分布式基站進(jìn)行大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)部署，關(guān)于光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)的應(yīng)用尚缺乏大規(guī)模應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，需要在實(shí)際應(yīng)用中探索。
 
  第三，大規(guī)模試驗(yàn)的驗(yàn)證。TD-SCDMA的光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)在2006年才被應(yīng)用到大規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)中進(jìn)行少量測試驗(yàn)證，從實(shí)際測試和使用情況看，仍存在一些問題，但不一定必須進(jìn)行大規(guī)模測試。目前TD-SCDMA光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)存在的問題主要反映在遠(yuǎn)端單元的機(jī)械部分、硬件功能上，不涉及基站軟件和網(wǎng)絡(luò)性能，屬于單機(jī)設(shè)備問題，不需要對其組成的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大規(guī)模的性能測試。對于遠(yuǎn)端設(shè)備，只需進(jìn)行不同應(yīng)用場景、應(yīng)用環(huán)境的驗(yàn)證測試即可。
 
  第四，其他WCDMA系統(tǒng)中也存在的共性問題。如功放效率的進(jìn)一步提升、功耗和散熱的改善、各種環(huán)境能力的適應(yīng)、維護(hù)工作量較大、擴(kuò)容不方便、室外設(shè)備美化要求、可靠性和穩(wěn)定性的進(jìn)一步驗(yàn)證等問題都需要逐步解決。
 
  光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)在TD-SCDMA應(yīng)用中存在的問題，同樣也存在于WCDMA系統(tǒng)中。由于WCDMA系統(tǒng)的光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)應(yīng)用的比較早，經(jīng)過多次改進(jìn)已經(jīng)有了明顯提高。這些問題需要在今后的實(shí)際使用中，逐步得到改進(jìn)解決，但不影響光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)在擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模試驗(yàn)中的應(yīng)用。
 
  運(yùn)營商可以采用如下三種應(yīng)用模式：模式一是在網(wǎng)絡(luò)部署中全部采用光纖拉遠(yuǎn)方式；模式二是采用宏蜂窩基站+光纖拉遠(yuǎn)基站混合組網(wǎng)方式；模式三是以宏蜂窩基站為主，光纖拉遠(yuǎn)基站為輔。
 
  采用模式一可以實(shí)現(xiàn)快速建網(wǎng)，靈活調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，適用于用戶規(guī)模不是很大、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)容量要求不是太大的城市部署，滿足“薄”網(wǎng)絡(luò)的部署要求。
 
  采用模式二可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)容量、質(zhì)量、覆蓋的有效結(jié)合，適用于大多數(shù)城市，特別是大中型城市。
 
  采用模式三可以擴(kuò)大覆蓋面，減少維護(hù)工作量，適用于中小城市。
 
  ◆3G帶動(dòng)光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展
 
  近年來，由于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的增長，過去超前部署的光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正在發(fā)揮作用，其富余的帶寬也在被逐步地消化，當(dāng)然，世界各地的情形不盡相同，其中，亞太地區(qū)的業(yè)務(wù)增長最為顯著。根據(jù)市場調(diào)查機(jī)構(gòu)公布的數(shù)字，亞太地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)流量2001年增長198%，2002年增長126%。亞太地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)流量增加帶來的負(fù)荷逐年大幅增加，其中，日本和韓國的互聯(lián)網(wǎng)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(jīng)達(dá)到218%，名列亞太地區(qū)第一。專家預(yù)計(jì)未來兩年，中國的增長速度將繼續(xù)保持在170%以上的水平，這也說明中國發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆?/FONT>
 
  從未來中國光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的發(fā)展看，中國的運(yùn)營商在進(jìn)行未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的規(guī)劃方面，首先應(yīng)當(dāng)充分考慮中國網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)發(fā)展的增長潛力；第二，要考慮到諸如北京奧運(yùn)會等對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)增長，特別是對視頻業(yè)務(wù)的帶動(dòng)作用；第三，要考慮移動(dòng)業(yè)務(wù)的增長，如未來基于3G業(yè)務(wù)的增長也會對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求造成影響，工作人員移動(dòng)性的增強(qiáng)，無疑會增加網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求；第四，目前，中國企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的水平與世界先進(jìn)水平相比尚有差距，相信未來，中國企業(yè)將會更多地投資于企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，這也將帶來網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的增加；第五，中國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施將使東西部間的交流迅速增加，這也是網(wǎng)絡(luò)需求的重要增長點(diǎn)。
 
來源：通信世界周刊

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