光纤通信网络简述

摘　要：本文简要介绍了几种光纤通信网络，比较了他们的区别以及优缺点。介绍了SONET/SDH、HFC直到这些年大力发展的PON技术。通讯的应用离不开芯片、系统以及运营等因素。接入网络是联系设备和用户的纽带，它的发展变革一方面是由于器件的发展，另一方面就是市场的需求。它的发展满足了市场的需求，促进了经济的发展。

关键词：光纤通信；网络
1、引言：
　　随着科技的发展，人们发明了很多的光电子器件，再以市场的带动，网络已经融入到人们生活的方方面面。网络改变了人们的生活方式，促进了社会的发展和人们生活水平的提高。光纤以其无法比拟的优点在网络传输中占有重要的地位。
2、SONET/SDH
　　SONET :Synchronous Optical Network,同步光纤网络。
　　美国在1988年首先推出的一个数字传输标准，整个的同步网络的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟(采用昂贵铯原子钟，精度优于±10 -11)。
　　SONET是定义了同步传输线路速率等级结构的光纤传输系统，其传输速率以51.84Mb/s为基础，大约对应于T3/E3的传输速率，此速率对电信号称为第1级同步传送信号，即STS-1；对光信号则成为第1级光载波(Optical Carrier， OC)，即OC-1。现已定义了从OC-1 :51.84Mb/s一直到OC-3072大约160 Gbit/s 的标准。
　　SDH : Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系，根据ITU-T的建议定义，是不同速度的数位信号的传输提供相应等级的信息结构，包括复用方法和映射方法，以及相关的同步方法组成的一个技术体制。
　　SDH是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，是美国贝尔通信技术研究所提出来的同步光网络（SONET）。国际电话电报咨询委员会（CCITT）（现ITU-T）于1988年接受了SONET 概念并重新命名为SDH，使其成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。
　　它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护，因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点，受到人们的广泛重视。
2、HFC
　　HFC即Hybrid Fiber－Coaxial的缩写，是光纤和同轴电缆相结合的混合网络。HFC通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成，从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输；到用户区域后把光信号转换成电信号，经分配器分配后通过同轴电缆送到用户。它与早期CATV同轴电缆网络的不同之处主要在于，在干线上用光纤传输光信号，在前端需完成电—光转换，进入用户区后要完成光—电转换。
　　HFC的主要特点是：传输容量大，易实现双向传输，从理论上讲，一对光纤可同时传送150万路电话或2000套电视节目；频率特性好，在有线电视传输带宽内无需均衡；传输损耗小，可延长有线电视的传输距离，25公里内无需中继放大；光纤间不会有串音现象，不怕电磁干扰，能确保信号的传输质量。同传统的CATV网络相比，其网络拓扑结构也有些不同：第一，光纤干线采用星形或环状结构；第二，支线和配线网络的同轴电缆部分采用树状或总线式结构；第三，整个网络按照光结点划分成一个服务区；这种网络结构可满足为用户提供多种业务服务的要求。
　　HFC网络能够传输的带宽为750MHz～860MHz，少数达到1GHz。根据原邮电部1996年意见，其中5Mhz～42/65MHz频段为上行信号占用，50MHz～550MHz频段用来传输传统的模拟电视节目和立体声广播，650MHz～750MHz频段传送数字电视节目、VOD等，750MHz以后的频段留着以后技术发展用。
　　HFC在向新兴宽带应用提供带宽需求的同时却比FTTC（光纤到路边）或者SDV（交换式数字视频）等解决方案成本低，HFC可同时支持模拟和数字传输，在大多数情况下，HFC可以同现有的设备和设施合并。但是，这一技术目前还存在一些设计缺陷，它在功能上还需要完善，还有因网络结构使每个光节点的用户数不宜太多(300～500户)的不足,网络的建设和部署成本也比较昂贵。
3、AON
　　全光网络（All Optical Network，AON）是指信号只是在进出网络时才进行电/光和光/电的变换，而在网络中传输和交换的过程中始终以光的形式存在。因为在整个传输过程中没有电的处理，所以PDH，SDH，ATM等各种传送方式均可使用，提高了网络资源的利用率。
　　在以光的复用技术为基础的现有通信网中，网络的各个节点要完成电-光-电的转换，仍以电信号处理信息的速度进行交换，而其中的电子件在适应高速、大容量的需求上，存在着诸如带宽限制、时钟偏移、严重串话、高功耗等缺点，由此产生了通信网中的“电子瓶颈”现象。
　　为了解决这个问题，人们提出了全光网的概念，全光网以其良好的透明性、波长路由特性、兼容性和可扩展性，已成为下一代高速宽带网络的首选。
全光网的优点:
　　基于波分复用的全光通信网可使通信网具备更强的可管理性、灵活性和透明性。它具备如下以往通信网和现行光通信系统所不具备的优点。
　　1）省掉了大量电子器件。全光网中光信号的流动不再有光电转换的障碍，克服了途中由于电子器件处理信号速率难以提高的困难，省掉了大量电子器件，大大提高了传输速率。
　　2）提供多种协议的业务。全光网采用波分复用技术，以波长选择路由，可方便地提供多种协议的业务。
　　3）组网灵活性高。全光网组网极具灵活性，在任何节点可以抽出或加入某个波长。
　　4）可靠性高。由于沿途没有变换和存储，全光网中许多光器件都是无源的，因而可靠性高。
　　全光网中的关键技术
　　1）光交换技术。光交换技术可以分成光路交换技术和分组交换技术。
　　2）光交叉连接（OXC）技术。OXC是用于光纤网络节点的设备，通过对光信号进行交叉连接，能够灵活有效地管理光纤传输网络，是实现可靠的网络保护/恢复以及自动配线和监控的重要手段。
　　3）光分插复用。在波分复用（WDM）光网络领域，人们的兴趣越来越集中到光分插复用器上。这些设备在光波长领域内具有传统SDH分插复用器（SDHADM）在时域内的功能。
　　4）光放大技术。光纤放大器是建立全光通信网的核心技术之一，也是密集波分复用（DWDM）系统发展的关键要素。
4、PON
　　PON:即Passive Optical Network,无源光纤网络, 定位 在服务提供商、电信局端和商业用户或家庭用户之间的解决方案。经历了APON,EPON,GPON等标准。
　　1987年英国电信公司的研究人员最早提出了PON的概念。1995年，FSAN联盟成立，目的是要共同定义一个通用的PON标准。1998年，ITU-T以155Mbit/sATM技术为基础，发布了G.983系列APON（ATMPON）标准。同时各电信设备制造商也研发出了APON产品，目前在北美、日本和欧洲都有APON产品的实际应用。但ATM PON存在很多缺点，例如视频传输能力差、带宽有限、系统复杂价格昂贵等等，在我国几乎没有什么应用。
　　千兆及10G标准的推出为以太技术走向主干打开了大门，因此如何把简单经济的以太技术与PON的传输结构结合起来，得到技术人员和运营商的重视。2000年底一些设备制造商成立了第一英里以太网联盟（EFMA），提出基于以太网的PON概念－EPON。并促成IEEE在2001年成立第一英里以太网（EFM）小组，开始正式研究包括1.25Gbit/s的EPON在内的EFM相关标准。EPON标准IEEE802.3ah已于2004年6月正式颁布。我国在“十五”863计划中也设立了吉比特EPON的相应课题。
　　2001年底，FSAN更新网页把APON更名为BPON，即“宽带PON”。实际上，在2001年1月左右EFMA提出EPON概念的同时，FSAN也开始进行1Gbit/s以上的PON－GPON标准的研究，2003年3月ITU-T颁布了描述GPON总体特性的G.984.1和ODN物理媒质相关（PMD）子层的G.984.2GPON标准，2004年3月和6月发布了规范传输汇聚（TC）层的G.984.3和运行管理通信接口的G.984.4标准。采用125ms固定帧结构，以保持8K定时延续来支持传统的TDM业务，全新定义了封装结构GEM：GPONEncapsulationMethod。
　　从技术本身来看，GPON是一项性能优越、效率较高的技术。在成本方面，GPON相对EPON能够提供双倍的带宽，或者说同样的带宽可服务双倍的用户，这就意味着GPON的成本比EPON少一半。Ethernet支持多业务的标准还没有形成，它对非数据业务，尤其是TDM业务还不能很好地支持。在协议方面，IEEE只对EPON定义了物理层和部分的第二层;ITU则不仅定义了GPON全部层面，更重要的是从业务角度提出了很多管理规范。这种管理规范带来的好处是，GPON方便地做到了全球互通，例如，采用同一标准的芯片可以在全球各地通用，同一设备系统不需要做任何硬件、软件的更新也能在全球使用。这种通用性促成了今天庞大的GPON产业链规模。任何一项通信技术的大规模应用都离不开芯片、系统和运营3个环节，只有这3个环节共同繁荣，通信技术才能得到大规模的推广。从运营角度看，除了中国兼顾两方面技术，日本及一些韩国运营商只选择EPON外，全球其它国家和地区的运营商都选择了GPON。随着GPON在全球的迅速推开，相应的成本也会进一步降低，这又会反过来促进GPON更广泛的部署，从而形成良性循环。
　　下面表格对GPON和EPON这两种PON技术和产品进行了详细比较。

5、FTTx：Fiber to the x
　　指的是光纤接入。光纤接入指局端与用户端之间完全以光纤作为传输媒体。光纤接入可以分为有源光接入和无源光接入。光纤用户网的主要技术是光波传输技术。根据目的地的不同可以分为FTTH(光纤到户), FTTC(到路边), FTTB(到大楼), FTTO(到办公室)等等。
　　它一般由局端机房设备（OLT）,用户终端设备（ONU）,光分配网（ODN）三部分组成。ODN是OLT和ONU之间的传输物理通道。而由于ODN涉及复杂的网络拓扑，需要很大的投资和很好的规划设计。
6、总结
　　未来网络将向着数据网、电视网、语音网三网融合的方向发展，但怎样光纤通信以其宽带宽，高速率，长距离的优势是其他传输手段所无法比拟的，不过任何事物都是有着双面性光通信也有着很多的不足，比起无线通信，它的线缆就是一大问题。随着人们认识水平的提高，光纤通信将会有着广阔的发展前景。
参考文献：
HFC,SONET/SDH.百度百科.