1 光通信的一個發(fā)展趨勢是走向客戶端 

目前，光通信的發(fā)展熱點是光網絡向客戶端延伸，推動這種延伸的市場動力體現在新業(yè)務對帶寬和質量的需求，可以舉出在以下幾個方面上的表現。 

3G的發(fā)展與商用。3G為用戶提供了更高的數據傳輸速率（室內靜止傳輸速率可達2Mbit/s、室外步行傳輸速率為384kbit/s、室外車輛運行傳輸速率為144kbit/s）。相應地，接入帶寬需要進一步的提高，如在RAN的Iub接口上傾向于采用基于STM-1的光接口。

基于IP的業(yè)務是另一個增長點。隨著VoIP特別是各種基于PC的軟終端的使用，人們可以方便地通過互聯網實現音頻和視頻通信，多媒體業(yè)務的應用需要為客戶提供更高的數據傳輸速率和服務質量（QoS），而這要求以帶寬為保證。

增值業(yè)務也是一個增長點。例如移動IVR（Interactive Voice Response，互動式語音應答）業(yè)務，增值業(yè)務的使用對用戶的接入帶寬也提出了更高的要求。

以“triple play”為代表的多種業(yè)務的融合，提出更寬的帶寬需求，促進光通信在用戶端的應用。MPLS也正在逐步走向客戶端，促進客戶端業(yè)務的進一步增長。

由以上可以看出: 隨著各種業(yè)務的發(fā)展，用戶對帶寬以及通信質量的要求，使得光通信正逐步走向客戶端，客戶端已成為光通信目前最大的發(fā)展空間。圖1給出了光通信的主要技術發(fā)展趨勢。

2 客戶端光通信網絡的特點

新一代客戶端光通信網絡是一個高效率、投資收益較為顯著的網絡，同時是一個以業(yè)務為取向的網絡，表現為存在多種業(yè)務類型。表1給出了基本網絡業(yè)務的一些特點，在每一種業(yè)務類型中隨時會出現新的內容。

技術的發(fā)展和業(yè)務的多樣化需求使人們改變了客戶端光網絡的傳統觀念，表2對新一代客戶端光通信傳送機制的主要變化做了簡要歸納。

3 光通信走向客戶端的技術途徑

如前所述，客戶端新業(yè)務需求的推動力在于對質量和帶寬的不斷增長的需求。光通信在走向客戶端的過程中以不同的技術途徑滿足用戶對質量和帶寬的需求。

第一種技術途徑是采用低價格PDH、SDH、MSTP等光傳輸設備作為用戶數據的接入設備。一方面，按照客戶端要求而開發(fā)的PDH、SDH、MSTP等，價格降低到可以為客戶接受的水平，已逐漸成為光通信走向用戶端的重要裝備；另一方面是利用PDH、SDH、MSTP等設備作為接入的傳輸設備，一定程度上可以避免其他寬帶接入技術（如xDSL、WLAN接入等）中存在的不足。例如，SDH等設備良好的生存性能，可以為用戶數據提供50ms內的快速保護，尤其為企業(yè)用戶所歡迎。

另外一種技術途徑是基于FTTP、FTTH的光纖接入，此接入方式的優(yōu)點不言而喻，業(yè)界主要關心的是“What Products，How Many，How Fast”的問題。據Dittberner Associates公司發(fā)布的預測報告稱，到億美元，2004約為37億美元。該公司還預測亞太地區(qū)在2013年將成為全球最大的FTTH市場，總投資為120億美元，占全球的52.8%。其中中國又占該地區(qū)的近一半，約46％。

目前，FTTx已占全球寬帶接入線路7.3%的市場，Point Topic于2004年9月份公布的資料顯示，截至2004年7月底，全球的DSL增加量在過去12個月超過3000萬條，增長率達66%，全球DSL線路累計有7800萬條；Cable modem與其他的寬帶接入方式則增加了39%，達到4500萬條。去年光纖到樓（FTTB）的增長比較顯著，截至7月底已有900萬條線路，相當于7.3%的比例，而其他如固定無線接入以及衛(wèi)星接入技術只占了寬帶線路總數的0.3%左右 。例如武漢電信分公司 采用烽火研發(fā)的光接入設備，由電信運營商主導的“光纖到戶”——數字家庭應用試點網在武漢開通，

目前已有200戶家庭光纖到戶（FTTH）業(yè)務用戶。點網總投資360萬元，首期容量408戶。無源光網絡PON是光纖直接到客戶駐地的最受關注的技術實施途徑。當然，除光纖接入外，在整個解決客戶端寬帶接入問題上，同時還xDSL、HFC以及無線接入等多種形式。

開拓高帶寬的xDSL接入（包括FTTx＋xDSL接入方式）。ADSL可在一對雙絞線上提供上行640kbit/s、下行8Mbit/s的寬帶接入。ADSL2+和VDSL、UDSL的下行速率分別高達20Mbit/s和50～100Mbit/s，其中UDSL最多可保證3個高清晰度電視的傳輸，傳輸距離也可以達到4～6km。但是，與光纖接入相比，xDSL在帶寬上仍有不足。

采用HFC接入。由于CATV網絡覆蓋較為廣泛，而且同軸的帶寬比銅線的帶寬要寬得多，可以更大程度上滿足用戶在帶寬上的需求。但是，HFC接入存在的問題，如HFC接入系統為樹型結構，同軸的帶寬是由所有用戶公用的（相當于一個10Mbit/s的共享式總線型以太網），而且還有一部分帶寬要用于傳送電視節(jié)目，用于數據通信的帶寬受到限制; 另外， 樹型結構使其上行信號存在噪聲積累。使用HFC接入需要解決雙向通信關鍵是解決上行的通信。這里，我們可以采取下面兩種解決方案，一種是另外使用一條線路，如電話線作為上行鏈路; 另一種是在頻帶中或目前未使用的高頻部分門需要協調節(jié)目源、 分配節(jié)目源和數據以及數據傳送的方式等問題。

4 PON在客戶端光通信中的應用

4.1 PON技術的發(fā)展

在客戶端光通信中，人們的重點放在了PON技術上。目前，在用戶的不斷增加和吉比特交換的推動下，PON出現三頭并進的局面。一個是符合ITU G.983的寬帶PON（BPON），包含622Mbit/s下行鏈路和155Mbit/s上行鏈路各一條，還有第3個波長支持RF視頻傳輸。

一個是符合IEEE 802.3ah的Gigabit Ethernet PON (GE-PON)，考慮克服BPON的缺點，采用吉比

特以太網技術，成為IP通過PON進入接入網絡的平臺。一個是符合ITU G.984的吉比特容量PON （GPON），具有高達2.4Gbit/s的速率，既可以支持以太，又可以支持ATM。

目前，國內部分高校和公司正在投入力量研究EPON、GEPON技術，并從實現傳輸匯聚（TC）功能（包括突發(fā)同步、測距、帶寬分配、幀定界和幀同步、擾碼和解擾碼、比特間插奇偶校驗BIP8、誤碼率（BER）控制和運行維護管理OAM等）入手提出了EPON系統專用芯片設計方案，因為要想做到低成本特別是ONU的低價格和免維護，一個關鍵的途徑是開發(fā)并應用ASIC芯片。此外，還針對基于動態(tài)帶寬分配的接入控制方式以及ONU的自動加入等相關問題進行進一步的研究。

目前PON的一個研究方向是SuperPON，其分支比可達2048單位，使用兩級光放大器（位于交換局和饋線與配線之間，即分支點）使傳輸距離達到100km，為保證用戶有足夠的帶寬，比特率也作了進一步的提高，下行2.5Gbit/s，上行311Mbit/s。下行方向采用EDFA光纖放大器，較為簡單，但EDFA時間常數較長。上行方向位于饋線與配線之間（即分支點）處的上行放大器對來自多個ONU的輸入進行接入（漏斗噪聲的匯開辟一個上行通道。不管采用哪種方案，不同的運營部 合點）。

4.2 PON的優(yōu)越性

從PON的結構及其原理可以看出，PON具有下列優(yōu)勢：容易實現帶寬共享，不僅適用于傳統的電路復用也適合于統計復用; 采用分支器件使供電和連接更為簡單，而且今后的速率升級也較為容易。

然而，這些優(yōu)點是在克服諸多技術難點（從而產生一定的成本）的情況下才得以實現的。例如：在上行的TDMA復用采用的測距離技術方面，由于光纜中信號傳輸時間大約為5ns/m，而STM-1、STM-16、GE系統的比特周期分別只有6.4ns、0.4ns、0.8ns。可見隨著速率的提高，測距和上行成幀的難度將會大幅度增加。

可以采用控制激光器， 使其在突發(fā)數據發(fā)送時開通的工作模式，來減少上行分支器漏斗效應的影響，但是，由于激光器的動態(tài)特性，當傳輸速率非常高的時候激光器的預偏置時間將變得非常小，加大了此工作模式的實際應用難度。如果使用放大器（用上行光放大器主要是為了增加分支器到OLT間主干通道的傳輸距離和增大分支器的分支比，除非成本和價格降到可以接受的程度，否則一般不會在ONU處使用光放大器），突發(fā)模式下EDFA時間常數太長而不理想。

我們希望的是相關技術措施可以工業(yè)化， 而且以盡可能少的成本來提高PON的性價比，這樣PON的低價格優(yōu)點便可以在組網中得到發(fā)揮。在FTTH引入PON的出發(fā)點是利用PON的低價格優(yōu)勢。由此目的，PON的主要應用有如下原則。

（1）接入網絡靠客戶的末端的部分；

（2）ONU服務的客戶不強調要冗余或迂回保護；

（3）OLT可以設立在生存性能好的節(jié)點處，例如有迂回保護的節(jié)點；

（4）用戶地理位置相對集中。

4.3 PON下行網絡的安全性能限制其應用 

PON的同一個分支下面的各個不同用戶收到相同的信號，從時間分割的信號中分離自己的時間間隙。除非用戶不屬于OLT同一個分支的PON系統，否則信息的安全將得不到保證。

為此，需要在PON中引入適當的加密措施，但不能根本上解決問題。例如EPON，每半個字節(jié)使用了8bit的密鑰去置換碼。如果要采用窮舉法竊聽，只需要掌握一些截獲的碼文， 再一組一組地用可能的密鑰對其進行試解密，最終獲取碼文的原始信息。作為一種對策，擾碼密鑰需要不斷的更新，且更新周期一般小于1s。新密鑰由ONU通過非廣播式的上行鏈路定期發(fā)送給OLT，此處理形式安全問題可以得到很好解決嗎？在擾碼密鑰更新間隔內，只要解密CPU的運算速度足夠快，再加上正確的解密算法，利用一些常規(guī)設置的信息（如TCP/IP頭），仍然可以獲取原始信息。而且，PON的速率越高，單位時間截取的比特數越多，解密也將更為容易。

當然，隨著加密技術在不斷發(fā)展，我們不一定在物理層，也可以在其他數據層進行加密，一定程度上可以解決信息的安全問題。但是，額外采取的加密措施便成為PON在與其他接入技術的競爭中的不利因素（特別是價格）。

所以，在PON的組網中的另外一個應用原則是：在同一PON系統不安排特定競爭關系的用戶或者不要求用戶間對信息嚴格保密的客戶群體; 同時， 需要向用戶說明PON可能存在的隱患，也需要向用戶說明采用的安全措施以及能夠達到的安全水平等。

4.4 PON廣泛應用的前景

PON在與其他已存在的同種用途技術比較時，橫向比較是預測其市場情景的主要方法之一。目前PDH、SDH、以太網設備已上市多年，價格上有一定的優(yōu)勢。例如，目前國內某公司的4個2Mbit/s復用的PDH每端口1000元左右；雖然ADSL在帶寬和延伸距離方面不及PON，但ADSL已經有很大市場占有率，價格也相對較低。 只有系統的成本降到可以和目前成熟的技術相比時，PON具有的組網簡單等優(yōu)勢才可以轉化成產品的市場優(yōu)勢。所以說PON必須在產品化，并達到可以和已存在的接入技術平衡時，應用和普及才成為可能。

為了滿足FTTx（主要為FTTP、FTTH）的應用需求，我們應要求PON能夠做到：在帶寬、質量和業(yè)務支持能力方面滿足未來一段時期的需求; 對不同的客戶類型進行分類，滿足用戶安全性能的要求; 綜合比較，價格可以和目前已有的其他接入技術競爭，主要考慮SDH、PDH、光以太、同時也需要考慮xDSL、無線接入等非光接入方式。

需要說明一點的是，即使PON達到了大規(guī)模商用水平，也不可能統治FTTx，成為FTTx接入的唯一形式。例如，需要安全性能高的用戶一般便不會采用PON。PON設備只能和其他產品進行混合組網。

5 客戶端光通信網的組網考慮

5.1 客戶端光網絡組網特點之一是各種技術相混合

在客戶端光網絡的組網中，PON存在著諸多優(yōu)點，在其產品化后這些優(yōu)點將會充分顯示出來，但是PON的下行安全性能存在一些不足之處（如前所述）。雖然可以采取措施來克服，但就目前的技術水平來看，各種改進措施帶來的成本會使PON的低價格優(yōu)勢也隨之失去。PDH、基于SDH的MSTP以及以太網接入等技術不具備PON的優(yōu)勢，但它們的優(yōu)勢正好可以彌補PON的不足。而且，目前的市場占有情況不僅對這些接入方式繼續(xù)占據接入市場較為有利，同時也會給PON的發(fā)展造成一定程度的擠壓。

當然，客戶端除光纖接入之外，還存在著其他多種接入形式。與光纖接入相比，DSL雖然在帶寬和傳輸距離都無法相比，但是在今后一段時間內能夠滿足業(yè)務的傳輸需求，可以充分利用目前存在的大量銅線資源，因而在短時間內將繼續(xù)存在。此外，在客戶端接入領域我們也不能忽視無線接入的發(fā)展，相對于有線接入，無線接入以其快捷、接入靈活等特點已成為接入領域中一個重要的組成部分。因此，新一代客戶端光網絡會是一個各種技術混合應用的網絡，上述內容作者用圖2做了描述。

5.2 客戶端光通信組網特點之二是多種形式并存的重疊網絡

從上面內容可以看出，由于接入的多樣化特點，在客戶端接入中將繼續(xù)呈現多種接入形式并存的局面，不同的網絡拓撲適用于不同的接入形式。如PON和HFC、xDSL采取發(fā)散狀組網，沒有保護，主要覆蓋部分在居民用戶， 而要求安全程度較高的那部分用戶則采取環(huán)狀組網。一般情況，這兩種類型的用戶在地理上是混合的而不是截然分開的。所以說，客戶端光網絡是一個多種技術并存、并且在地理上多種網絡形式相互重疊的網絡。

在客戶端光網絡的數據傳輸上面，總體來看，基于IP的傳送機制將會占據相當大的部分，但是傳統的SDH、PDH短時間內不會消亡，而且今后出現的各種新型傳送機制也將進入客戶端光通信網絡中。

從運營的角度來看，運營商需要針對不同的業(yè)務分布情況，設計合理的網絡分布結構，以避免出現“上得快，消失得也快”的局面。通常，一種新的技術體制以新面貌出現，人們更多地是看到其技術上的創(chuàng)新，而忽視了技術創(chuàng)新可能帶來的經濟效益方面的評估。此外，在選擇新技術體制時，應該注意新技術并不能一夜之間就能替換原技術，例如，基于TDM的傳輸向基于IP的傳輸以及基于銅線的接入向基于光纖的接入發(fā)展時間是很長的。因而，我們要充分利用換代時間，發(fā)揮老技術、老裝備、老網絡的經濟潛力，以實現投資收益最大化。

6 結束語

綜上所述，目前光通信的發(fā)展熱點是向客戶端進行延伸，推動這種延伸的市場動力主要體現在新業(yè)務對帶寬和質量的需求上。在延伸過程中主要的技術有基于SDH和PDH的多業(yè)務綜合接入、基于分組和以太標準的接入、基于HFC的接入、基于銅線的xDSL接入，以及基于光傳輸的FTTx接入等。在光纖接入形式中PON技術有明顯優(yōu)勢， 但是由于它的安全性能使它不可能全面占據接入網絡。

技術的不同導致網絡拓撲的不同，如果孤立地發(fā)展每種技術， 這樣一來便會出現相互重疊的多種網絡共同出現于用戶端的局面。從20世紀90年代起，接入網絡的發(fā)展呈現出反復興衰的局面， 其中一個主要原因就是在發(fā)展某種技術時沒有很好地執(zhí)行對網絡需求和經濟收益的規(guī)劃。為此，客戶端接入的組網方式將是一個值得關注和研究的問題， 特別是在光纖接入中如何達到完整的FTTH、FTTP。從文中的分析可以預見未來的客戶端光通信網絡將是一個各種技術相融合的網絡，呈現多種技術混合、不同拓撲重疊的局面。