中国电信研究院张成良论文

一、FTTH 随着Internet宽带应用的日益发展和普及，宽带接入技术不断推陈出新，人们对接入带宽需求也不断提高，宽带接入技术发展也日新月异，市场竞争也日趋白热化。市场的迅速变化，催生光纤到家（FTTH）接入技术的发展和应用，我们认为FTTH正向我们走来。1．FTTH能提供超高带宽 众所周知，当前宽带接入技术如ADSL、基于5类线的LAN接入和cable modem 等都只能提供低于10M的接入带宽，而利用光纤为传输媒介的FTTH接入网从理论上可以为用户提供无限的带宽，就目前成熟的FTTH技术可以轻而易举为用户提供0至1G范围内的任意带宽。2．有低成本、技术成熟的FTTH解决方案 由于市场需要的驱动，FTTH技术近年取得了长足进步，基于以太网的点对点网络拓扑结构的光接入网技术以其技术成熟、成本低等优势，已在FTTH中得到了广泛的应用，特别是在北美、日本和韩国。基于以太网的FTTH解决方案沿用了成熟的以太网技术，在技术层面上，它具有能轻易提供100M或1G的带宽、与现有计算机网络无缝链接等优势；在运营维护层面上，具有网络结构简单、建设和运营维护成本低的优势；而在应用和业务层面上，具有支持目前Internet所有宽带应用的能力，支持数据、话音和视频广播的多种业务能力。 除了成熟的基于以太网的点对点的FTTH技术外，近年还发展基于以太网的一点对多点网络拓扑结构的无源光网络（Passive Optical Network—PON）的宽带接入技术。但由于其标准尚未统一，尚未有大规模应用，其设备成本也仍然偏高。但业内人士一致认为，基于以太网的PON宽带接入技术也是一种较理想FTTH技术，随着其技术标准的颁布和器件价格的大幅下降，它将与基于以太网的点对点网络拓扑结构的FTTH接入技术互为补充，在FTTH中得到了广泛的应用。截止2003年6月美国已有FTTH用户98万，日本有46万户，并预计在今后几年，美国和日本FTTH用户将以每年超过200%的增长速度增加。3．运营商的竞争需要FTTH 从中国电信独家垄断国内电信市场被打破之日起，国内电信业的竞争便日趋激烈，特别是对Internet宽带接入市场的竞争更是显得白热化。参与宽带接入市场竞争企业几乎包括了目前所有电信运营商。其中，传统电信运营商有中国电信、中国联通等，新兴电信运营有中国网通、铁通等，驻地网运营商有长城宽带、聚友网络等。表1.2.1是中国主要宽带接入技术发展现状与前景。从表中可看出，由于其技术上和组网上的缺陷，基于5类线的LAN接入技术很难再有大规模的发展；由于我国CATV网络发展不均衡、行业垄断明显和住宅区住户密集的市场特征，Cable Modem宽带接入技术始终没有很好发展，预计在将来其发展也将继续受到限制；VDSL是比ADSL更高带宽的接入技术，但由于其技术不甚成熟、接入距离短等缺陷，至今没有在国内应用，但近期内可能会开始使用；而ADSL是目前我国最普及、发展最好的宽带接入技术，尽管ADSL存在带宽受限、出线率低等缺点，但其仍将以技术成熟、网络建设成本低等优点，在未来将进一步得到发展。无论ADSL或VDSL，都将使拥有接入电话线资源的中国电信在未来宽带接入市场一统天下。显而易见。为了打破中国电信ADSL对宽带接入市场的垄断，其他运营商只有选择技术新、更具竞争力的接入手段与其竞争，那就是FTTH！4．房地产开发商的竞争需要FTTH 目前国内房地产市场竞争非常激烈，房地产开发商往往通过在小区或大楼采用最先进的宽带接入技术，别出心裁包装商品房，如几年前使用综合布线大楼、智能化小区，后来使用所谓宽频社区、宽带上网等概念进行炒作。可以预见，随着光纤到家的全光接入网技术的成熟和市场的逐步形成，宽带接入技术的主要用户之一房地产开发商将会积极从现有宽带接入技术的过渡方案，转移到全光接入网最终解决方案，进行房地产市场全新概念的下一轮炒作。5．为用户提供多业务需要FTTH 如今是通信技术飞速发展和信息爆炸的年代，人们已在享受多种通信技术和信息来源，人们自然需要能支撑多种通信业务的宽带通信接入技术，能满足这一需求的无疑是以光纤为传输媒介的FTTH宽带接入技术。如前所述，光纤宽带接入技术是接入网的最终和全业务解决方案，它突破了目前宽带通信瓶颈，在接入网同时实现计算机互联网、电话网和有线电视网的三网合一，提供数据、话音和视频多种业务。6．廉价的光缆推动FTTH 最近几年，由于光纤拉制工艺日趋完善，光缆价格一降再降，目前室外光缆每芯每公里已低于400元人民币，已经低于铜缆、五类线的价格。廉价光缆无疑为实现低成本的FTTH宽带接入提供更大可能。 综上所述，在接入网大规模铺设光缆和提供光纤宽带接入的时机已成熟！而且从宽带接入技术和市场发展趋势看，谁今天铺设FTTH的光缆，谁就拥有通信的未来。二、EPON和GPON前景比较 EPON和GPON具有各自的技术定位，不存在严格的优劣之分；但目前看来EPON的技术成熟度和商用化程度已经远远超过GPON。 的确，从FTTx在我国以及整个亚太地区的发展情况来看，EPON已成为实现FTTx的主流选择。 EPON发展态势喜人 在我国，EPON在商用化和实际性能方面均已有着不凡的表现。 在商用化方面，EPON正在向全国范围扩展。据记者了解，在结束了北京、上海、湖北、广东四地两万户的采用EPON的FTTH试点工程之后，中国电信认为EPON技术商用化趋于成熟，并于2006年底开放新的EPON试点方案，允许各个省市在总部备案后进行试点工程。 同时，EPON设备厂商也在迅速跟进中国市场EPON商用化的进程。PMC-Sierra公司在不久前香港举行的第十届ITU世界电信展上，推出了据称是第一款的端到端EPON芯片方案，并且率先针对中国电信集团新的数据加密与解密算法、服务程序质量以及分类协议标准进行的设计，非常适合于在中国市场的大规模部署。 而在实际性能方面，EPON通过附加一些增强特性，已经能越来越好地满足更多技术需求。记者在与北邮光通信中心和光网络研究室了解到，传统认为EPON弱在支持TDM业务，但目前EPON设备商采用各种TDMoverEthernet的专利技术和在普通以太网上使用各种PWE3设备，一般都能满足不同环境下的TDM业务传输需求；通过在设备方面附加增强特性，EPON在QoS和OAM方面已经能很好与GPON标准中定义的大部分功能相媲美。 可以说，EPON技术本身的易部署性和对以太网的继承性，决定了它强大的生命力。EPON继承了以太网“简单即是美”的优良传统，尽量在技术标准的框架内作小的改动来增加功能，EPON和其技术联盟可以说是一直处于相互推动的良性发展。有专家指出，美欧地区采用从APON/BPON到GPON，是符合他们自身技术演进道路的，而能在亚太地区实现FTTx规模化的，是符合亚太市场需要的EPON。 可以预见，在包交换网络成为主流的今天，继承了以太网技术的EPON将在FTTx领域发挥巨大的作用。 GPON受困成本瓶颈 相较于EPON如火如荼的发展态势，GPON却一直受制于自身的技术复杂性带来的高成本。成本是与技术产品的商业化密切相关，而PON系统里核心芯片和光收发模块的成本在很大程度上决定了整个PON系统的成本。 在芯片方面，许巍告诉记者，目前还没有一款真正意义上的GPON商业芯片问世，大都是测试芯片。GPON芯片需要全新设计封装格式，“技术门槛”较高，芯片成本下降难；而且现有的GPON产品，大部分是针对北美市场的需求，对中国市场没有做过深入调查，还没有真正符合中国市场需求GPON产品面世。GPON芯片成本已经与EPON芯片成本拉开了很大差距。 光模块成本问题更是一个瓶颈问题。烽火通信的市场部总监高鹏告诉记者，GPON对于光模块设备技术指标的高要求，也将成为其设备商降低成本的瓶颈问题，而且“不是单纯的上量就能解决的”。 从来自光模块厂商的数据得知，GPON光模块中对于ONU发射机的功率和OLT接收机的灵敏度要求很高，只能采用DFB发射机和APD接收机，而它们的成本几乎是EPON模块中所使用的传统FP发射机和PIN接收机的6倍。 另外，GPON的光模块要满足很好的突发同步指标，对模块中的驱动和前后放大芯片要求很高，还要满足3类ODN的功率预算。以上这些因素，共同构成了GPON光模块成本降低过程中一道难以逾越的屏障。 GPON或将成为备用选择 EPON技术的成熟度和可行性，业界已经毋庸置疑，但并不能就此认为GPON在市场上已没有立足之地。不考虑成本因素的情况下，GPON在下行线路速率、线路效率、安全性、支持业务类型、网管能力等很多方面都有明显的理论优势。很多分析家认为，如果我国IPTV前景进一步明朗，市场对接入网下行带宽、多业务承载的需求会进一步扩大，等届时将对GPON起到很大的拉动作用，引导GPON产业联盟的成熟和设备成本的下降。 目前国内很多通信设备制造商对EPON和GPON的态度是重点介入EPON，但同时对GPON做另一手准备的态度。对此，许巍表示说，GPON对运营商多种业务，特别是语音业务的优良承载性，将始终是它的优势。他谈到，EPON的技术成熟程度和其广泛的商用化，决定了EPON成为当前FTTx领域内的主导技术，但大多数厂商并不打算放弃做GPON产品，他们在做FTTx产品和解决方案时，更多考虑EPON光接入网系统的可升级性，比如长光的EPON产品能够通过仅仅更换一块板型器件等简单的方式，平滑地过渡到GPON系统。 运营商方面，尽管早已对EPON的成熟度做出了明确的认可，但对GPON采取的也是不排斥的态度。7月上旬至8月下旬，中国电信集团公司在上海进行了国内首次GPON设备功能验证测试，参加测试的厂商有华为、 阿尔卡特、西门子等通信设备提供商，大部分测试设备都获得了比较让人满意的性能指标。当然，这些设备都还只是处于测试阶段，离规模化生产的商用标准还有很大差离。EPON的优点主要表现在： （1）相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。EPON结构在传输途中不需电源，没有电子部件，因此容易铺设，基本不用维护，长期运营成本和管理成本的节省很大；EPON系统对局端资源占用很少，模块化程度高，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高；EPON系统是面向未来的技术，大多数EPON系统都是一个多业务平台，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。 （2）提供非常高的带宽。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）服务范围大。EPON作为一种点到多点网络，以一种扇出的结构来节省CO的资源，服务大量用户。 （4）带宽分配灵活，服务有保证。对带宽的分配和保证都有一套完整的体系。 专家分析，EPON和GPON并非水火不容，很可能同时生存。对于带宽、多业务和安全性要求较高的大宗接入客户，以GPON实现的FTTx自然更有市场。目前看来，EPON已经成为国内FTTx领域的主流，而随着成本下降，GPON今后或将成为部分EPON市场的补充和升级选择。

光纤通信是目前最主要的信息传输技术。迄今为止，尚未发现可以替代它的技术。即使在世界通信低谷时期，各公司在资金极其短缺、研发投入相对紧张的情况下，对光纤通信新技术的研究仍然没有停止和放松。创造出实验室4×40Gb/s无电再生传输10000km的最高记录；在现有商用网络上实现了基于40Gb/s的DWDM1200km的超长距离传输的现场技术试验。适于城域网的MSTP、CWDM技术，EOT(传送网承载以太网)、MOT(传送网承载MPLS)、ASON、EPON/GPON等技术都是这个时期的重要成果。此外1310/1550nmVCSEL器件、1310nm量子点半导体激光器、G.656光纤、光子晶体光纤等新的器件和光纤，也从另一个角度说明了光纤通信技术在不断向前发展。 我国的光纤通信技术在政府的大力支持下也有较大的发展。国家“十五”重大科技攻关项目“40Gb/sSDH(STM-256)光纤通信设备和系统研制”已取得重大进展，实现了40Gb/s光信号在G.652光纤上480km的传输；“八六三”项目“80×40Gb/sDWDM系统研制”也有重大进展、“具有Tb/s交换能力的ASON系统”已经实现了基本功能，并在中国移动进行了测试、“EPON光纤接入系统”已经通过“八六三”专家组验收，将进入现场试验、“G.656光纤研制成绩喜人； “九七三”项目中的光子晶体光纤及其器件也正在进展之中……。 在实际运营的通信网络中，许多新技术的应用同样反映了光纤通信技术的发展。例如，目前以10Gb/s为基础的DWDM已逐渐成为核心网的主流，160×10Gb/sDWDM系统已经在我国多个运营商的网络中得到应用，CWDM、MSTP在城域网中广泛使用，光纤到户的试验网已经在武汉、成都等城市开展。 总的来说，光纤通信技术的进步是信息社会的需要，是经济发展的必然，是永无止境的。 以太网是以计算机局域网的面目问世的，在没有和光传输技术结合之前，只限于在局域网范围内应用。在和光传输技术结合以后，以太网技术得到迅速发展，不再限于局域网，同时扩展到城域网，甚至到广域网的应用。现在的以太网技术和原来的以太网技术相比，得到很大的发展。就拿在光接入网中的EPON来说，原来以太网的MAC技术是点到点的连接，而在EPON中却变化成了点到多点的连接。 只所以要发展光纤接入，就是人们的业务需求已经不仅仅限于传统的话音，而对高速数据、高保真音乐、互动视像等业务的需求越来越迫切。这些业务都需要较大的带宽，传统的金属线接入甚至VDSL都无法满足需求，所以转向带宽能力强的光纤接入。同时除了话音之外的这些业务用分组通信的方式来支持更有优越性，即使是话音，用分组方式也有优势。以太网技术是分组通信中应用最普遍、最简单的技术，再有光纤这种最具优势的传输媒介支持，使以太网技术可以在接入网中发挥巨大的作用。 EPON是前面提到的以太网技术和无源光网络结合的产物。作为光纤接入中极有优势的PON技术很早就出现了，它可以和多种技术相结合，如ATM、SDH等，分别产生APON、GPON等光接入方式。 APON的基本标准早在1998年就发布了，在一些国家也进行了推广。它对宽带业务的支持有QoS的保证，是有技术优势的，但其技术复杂、成本较高，加之近年ATM技术受到IP技术的挑战，其发展受到严重阻碍，以致影响到APON也在走下坡。 GPON出现较晚，它是继承了APON的技术。结合SDH发展起来的，其最初的标准于2003年发布，至今已制定了一系列的标准。GPON对电路交换型的业务的支持最有优势，又可以充分利用现有网上的SDH资源，所以它一出现就受到极大的关注。但它仍有比较复杂的劣势，使得其成本依然偏高，使其推广受到一定的影响。 EPON的发展最晚，它的标准是今年6月底才通过的。它的最大优势就是继承了以太网简单的优点，所以成本相对较低，被业界看好。但它对TDM类业务支持相对难度大些，所以EPON和GPON有得一争，孰优孰劣还将拭目以前面我已经谈到，在光纤接入网中，EPON和GPON哪个能受到青睐现在还难分难解。但总得来说，光纤到户要推广普及、大规模商用，必然经历一个渐进的过程。这是因为人们对一种事物的认识和接受是有渐进过程的，此外更重要的两个因素是网络所提供的业务和价格，这两点缺一不可，当然运营商和设备提供商正在共同努力来解决这两个问题。此外在我国，还有一个体制的问题，即电信业务与广播电视业务的经营问题，由于这个问题比较复杂和敏感，所以这里就不展开了。此外，从国际上推广的经验来看，政府的支持也是非常重要的因素。最终，FTFH的大趋势总是不可阻挡的。 光纤接入网的发展首先对接入网本身就是一种革命。传统的接入网无例外的都用金属线接入，在无线技术和光纤通信技术发展之后，无线接入和光纤接入逐步进入了接入网，但所占比例很少。光纤到户的更寥寥无几，一般在馈线段用光纤还较多，即大多城市实现了FTTC/FTTB，在分配线即户线段用的极少。光纤接入网即FTTH的发展对于现有用户有一个庞大的户线工程改造的问题，对新建建筑涉及引入光纤到楼内、室内的问题，甚至可能修改建筑规范要求。更大影响是接入网中承载的业务会变得丰富多彩，而且由于目前家庭多是几室几庭结构，用户终端设备遍及各个房间，光纤入户后，如何将信息送到所有得终端设备，是继续用光纤，还是该用金属线，或者该用无线，这是涉及家庭(或者说用户驻地网络)的问题，目前正在探讨之中。如家庭电话线网络、家庭电力线网络、家庭无线网络等都在进行研究。 此外光纤接入网发展后对城域网甚至核心网都有很大影响。实现光纤到户后，平均每户的带宽以150Mb/s计算，如果全国仅以l000万户FTTH用户来看，新增带宽为l500Tb/s.。只以平均同时使用概率10%计算，将有150Tb/s带宽的信号涌入各地的城域网，因此城域网将面临巨大的扩容压力。而且新增带宽的绝大部分属于分组数据业务，所以城域网中将主要扩建分组数据网，届时城域网中分组交换的容量将大大超过电路交换的容量。而且新增带宽中相当一部分将流入核心网，所以核心网同样面临新建和扩容的压力，同样核心网所承载信号的类型也有很大改变，将会从以电路型信号为主变为以分组信号为主。 光纤接入还要有一个逐步为人们接受的过程，同时除了业务、成本两大要素之外，技术的本身也有逐渐成熟的过程，还有工程设计、施工、测试、维护、经营、管理等一系列配套问题需要解决，还需要逐步试验，取得经验后再逐步推广。所以光纤接入网的建设不是一朝一夕的事。 光纤到户是光纤通信发展的一个新亮点。通过普及光纤到户，将全面带动光纤通信各方面技术的发展，包括光电子器件、光纤、光缆、系统设备，还有前面提到的工程设计、施工、测试、维护、经营、管理等方方面面的发展。从目前国际上光纤到户的推广对光纤通信市场的带动作用已经是非常明显的事实，已经证实了这一点。 光纤到户的基本技术问题已经得到解决，所以在国际上发展很快。当然技术是会不断进步的，现有的技术还会不断改进。例如，如何在GPON中更好地支持分组业务；在EPON中如何更好地支持电路型业务；各种技术如何进一步降低成本，提高性能，如何适应新业务的提供和升级换代等。 从一般意义来说，光纤通信是传输技术，从传输领域，目前还没有发现有哪种传输技术比光纤通信更有竞争力。按我所知道的概念，接入网也属于传输网的范畴，从这一点来看，无线接入由于其可移动性，使其具有一定的优势，但其带宽有限、移动终端的体积不可能太大，显示屏幕不会太大等局限性，使得在非移动场合，人们依然愿意使用固定终端，光纤接入自然是最终的选择。所以在核心网，光纤通信有绝对优势，在接入网，无线接入与光纤接入互补发展。 光纤通信的发展前景是非常宽广的。当前商用光纤通信系统的最大容量才达到1.6Tb/s(实际上这是系统最终容量实际使用的还不到一半)，而光纤的带宽能力以目前的技术来计算至少有200～300Tb/s。可见现在才用了光纤能力的1%还弱，光纤的潜能还远远没有发挥，这还没有考虑技术进一步发展带来的更大能力。可见光纤通信尚有极大的发展余地。现在人们所谈及的全光通信实际上还是未来真正全光通信的“初级阶段”，真正实现全光信号处理的全光网将给人们带来的通信的变革是现在无法详尽描述的。