FTTx的技术发展和实际应用综述
1 引言
FTTx是指把光纤用于接入层网络，使光纤靠近用户的接入组网方式。光纤接入网采用光纤作为传输媒质，具有传输容量大、传输质量高、高可靠性、传输距离长、抗电磁干扰等优点，是未来固定宽带接入的发展方向。从传统的接入网来看，最后一公里是资源也是负担，最后一公里接入网体现了用户的接入控制权，也是电信运营商网络的核心竞争力的表现。
近年来，人们的需求已经由单纯的语音通讯向多媒体通讯迈进，随着IPTV，HDTV，体感游戏，数字家庭等业务的兴起，传统接入方式已经无法满足日益攀升的带宽要求，FTTx接入速率可以高达20Mbit/s～100Mbit/s，凭借其无法比拟的带宽优势而成为必然选择。随着技术的不断成熟和商业化规模效应，近几年FTTx的成本降低已超过50%，2010年我国新建FTTx的综合建设成本比2009年下降了25%，成本的大幅下降给FTTx大规模普及创造了条件。同时，随着国务院2010年7月正式公布全国三网试点城市名单，我国三网融合已进入实质性阶段，FTTx作为实现三网融合的首要技术选择，迎来了大幅度发展的难得机遇。
由于市场需求、建设成本、国家政策等各方面因素的推动，我国从2007年开始规模部署FTTx，目前我国FTTx用户已经突破2000万大关，乐观估计甚至已达到2300万，远远超过了日本的1700万用户，截至2009年我国就已经成为全球最大的FTTx国家。
2 FTTx的技术发展
在所有已知的FTTx实现技术中，无源光网络（Passive Optical Network，PON）技术以光纤为传输媒质，具备高接入带宽、全程无源分光传输的特点，在管理运维、带宽性能、综合业务提供、带宽分配策略、组网灵活性等方面，相比其他光接入技术具有明显的优势。
PON系统由OLT，ONU和ODN组成，其结构如图1所示。其中，OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）位于局端，是整个PON系统的核心部件，向上提供接入网与核心网/城域网的高速接口，向下提供面向无源光纤网络的一点对多点的PON接口，以广播方式向各ONU发送数据。ODN（Optical Distribution Network，光纤分布网）是由POS（Passive Optical Splitter，无源光纤分路器）组成的光纤分配网络，使得一个PON接口的光纤传输带宽可以由多个ONU共享。ONU（Optical Network Unit，光网络单元）位于用户端，实现数据和话音业务的接入。
图1 PON系统网络结构示意图
PON技术的概念是20世纪90年代初提出的，经过10多年的变迁，PON技术经历了从窄带PON到APON，再到EPON和GPON的发展历程。窄带PON是基于TDM的，性价比不好已经自然消亡。APON是基于ATM的PON技术，虽然标准非常成熟，但由于ATM协议复杂且设备价格较高，提供的接入速率相对较低，现在已不适合采用。目前，业界最主要的两个PON标准，一个是由IEEE制定的Ethernet PON （EPON）标准，另一个是由ITU/FSAN制定的Gigabit PON（GPON）标准。EPON是在以太网基础上发展起来的，兼具了无源光网络独特的网络结构优势和以太网的低成本优势。GPON是在传统ATM封装基础上进一步采用了GFP封装，以提高效率增加对TDM业务的支持。
业界一直有EPON和GPON技术之争，从表1可以看出，GPON相比EPON推出标准更晚、更完善，从技术层面而言，GPON在上、下行速率、分路比、网管功能、支持TDM业务更具优势；但EPON的产业链更完整、更成熟、成本更低，同时EPON标准制定得更宽松，厂家在开发产品时有更大的灵活性。有数据表明，对电信运营商来说，最后一公里接入网的投资占到了整个网络的60%~70%。从运营商的角度来看，所采用技术应具有尽可能低的成本、良好的带宽提供能力和多业务提供能力，成熟可靠已有商业化规模应用。因此，近年来国内运营商主要采用EPON技术来实现FTTx，GPON总体处于测试和试验阶段。
表1 EPON/GPON技术对比
3 FTTx的实际应用
从2005年开始，中国电信和中国网通均开始采用EPON技术进行FTTx的测试和试点工作，北京联通2005年8月开始在海淀、朝阳、昌平、密云4处进行试点应用。经过两年多的市场培育和技术准备，从2007年开始基于EPON技术的FTT x进入规模应用阶段。
目前ONU可以分为单口ONU、多口ONU和综合型ONU三种，按照ONU在PON接入网中所处的位置不同，可以将光接入网划分为光纤到户（FTTH）、光纤到大楼（FTTB）、光纤到路边（FTTC）几种类型，统称为FTTx。
FTTH的ONU为单口通常放置在用户家中，能够快速部署迅速解决用户的通信需求（见图2）。
图2 FTTH接入示意图
OLT安装在通信机房内，通过传输设备与现有的语音和数据网络相连。OLT通过主干光缆与光分路器POS相接，从POS到每个用户家布放小芯数光缆皮线，从用户ONU分别布放五类线和双绞线，实现宽带业务和语音业务的接入。
FTTB的ONU为多口，通常放置在楼内，采用PON+LAN的结构（见图3）。
图3 FTTB接入示意图
FTTB的光分路器POS安装在模块局机房或住宅小区机房的ODF内，每栋楼宇按照各单元总用户数确定多口ONU的安装数量，ONU的安装位置一般选择在有电源箱的竖井内，便于设备取电。从ONU到用户家中采用五类线接入，在室内墙壁上安装品字型面板，面板五类线接口连接电脑，双绞线接口连接电话机。
FTTC的ONU为综合接入型，实际采用PON+ADSL的结构（见图4）。
图4 FTTC接入示意图
FTTC方式OLT设置在局端机房，局内安装光分路器，将具有综合接入功能的ONU安装在村内接入点。综合接入型ONU具有ADSL DSLAM的功能，通过实线电缆和用户家中分离器相连，分离器实现低频语音信号与高频数据信号的分离。分离器的TELEPHONE口通过双绞线连接用户电话机，分离器的MODEM口通过双绞线接到用户ADSL MODEM上，再通过五类线接到电脑上。
表2对EPON的3种主要应用模式做了具体比较。通过比较可以看出，FTTH方式带宽速率最高、便于维护，但需要在每个家庭放置一台ONU设备，成本最高，FTTC方式成本最低，但速率最低且障碍率较高，FTTB方式在各方面都居中。从2005年以来，北京联通在EPON应用上采用了多种应用模式的尝试。由于2005年单口ONU非常昂贵，单价在2500元以上，为节约成本北京联通在前几年只在新建的高档别墅小区采用FTTH方式，对于新建和改建居民小区主要采用FTTB方式，对于农村地区主要采用FTTC方式。
表2 EPON三种主要应用方式比较表
从2008年开始单口ONU大幅降价，到2009年降到700元左右，2010年进一步下降到400元左右，使得FTTH具备了大规模普及的条件。北京作为三网融合的试点城市，将会得到政策、资金等各方面的大力支持，加之ONU设备、光皮线、光面板的成熟和成本下降，FTTH已成为当今主流的应用模式。
4 存在问题和解决办法
从2005年至今，北京联通在EPON实际应用中遇到了一些问题，特别是FTTH方面的问题，针对这些问题采取了相应解决办法。
4.1 工程问题
对于采用FTTH的新建小区，在工程实施时需要做户内光纤皮线引入，是否安装用户光面板是一个问题。如果在房屋交付用户前安装，用户装修时经常将光面板损坏，这样在EPON装机时需要重新安装光面板，增加了成本；如果等用户EPON装机时再安装光面板，装机人员需要熟练操作光面板的安装和光纤接续，增加了装机难度。
对此的解决办法是，在户内统一建设暗线箱不再安装墙面光面板，工程实施环节在暗线箱内做好光纤皮线接续，EPON装机时将单口ONU放在暗线箱内，通过户内综合布线和各房间宽带和语音端口相连。
4.2 安装问题
安装问题和工程问题密切相关，对于FTTH（如工程实施未安装用户光面板）做光纤接续，后续用户申请安装宽带时，装机人员缺乏工具和经验会带来很大困难。解决办法同样是，通过在户内统一建设暗线箱来明确工程环节和安装环节的分工界面，工程实施环节在箱内做好光纤皮线接续，装机时只需要安装户内ONU并搭接光跳线和五类线即可。
4.3 配置问题
在EPON建设初期，需由设备厂家督导人员提前在ONU中做好数据配置，再由安装人员携带ONU入户安装。由于ONU的配置相对复杂，一旦厂家督导完成首批业务开通后撤离，后续的业务开通则遇到诸多问题。
对此的解决办法是，专门建立EPON资源配置平台，将ONU主要数据提前配置在平台上，将EPON网管和此平台相连，这样装机人员带上ONU入户安装时，资源配置平台可自动识别ONU并写入配置数据，保证了业务的顺利开通。
4.4 终端问题
在EPON商用初期，ONU设备随工程项目采购，由于价格较贵需按照固定资产管理，一旦出现丢失或损毁则全由运营商负担，无形中增加了成本。对此的解决办法是，ONU改为在装机耗材科目中列支，设备使用一年后，产权归用户所有，丢失或损毁由用户承担，从而减少了运营商成本。
4.5 维护问题
FTTH采用全光入户，和传统固定电话、小区宽带的电缆、五类线接入方式完全不同，一旦出现障碍，维护人员仅仅依靠传统电话测试方式无法顺利修复障碍。对此的解决办法是，对维护人员一方面为其配置光功率计、发光器、切割器等专业工具仪表，另一方面加强培训力度提高其维护技能。
4.6 流程问题
随着PON技术应用的日益广泛和商业化运营，所涉及的工程实施、业务办理、工单流转、装机配置、查修维护、备品备件等诸多环节部分存在职责不明、流程不清、衔接脱节的情况。对此北京联通基于5年以来实际应用的经验，正在逐步明确相关的流程规范，为下一步大规模商用创造条件。
5 未来展望
5.1 PON技术的未来展望
xPON技术的发展历程是EPON，GPON，10GEPON，10GGPON，WDMPON。xPON的一个主要发展趋势是：
（1）向高速发展。如EPON向10 Gbit/s EPON发展，GPON也向10Gbit/s GPON发展。
（2）发展快速故障诊断技术，提高运维自动化和运营能力。
（3）实施商用化的互联互通，真正实现对多家厂商设备的统一管理。
10Gbit/s EPON标准的发布，说明EPON技术进一步成熟，容量和分光比提高，单位成本进一步降低，进一步提升了EPON的竞争力。与EPON相比，GPON原来容量方面的优势正在迅速消失，两者技术特性在接近，GPON的大规模商用可能会面临更多困难。WDMPON具有潜在的容量和安全优势，但成本过高正处于研发阶段，需要在低成本光器件方面取得突破。
5.2 HTTx应用的未来展望
未来几年全球FTTx用户将迅速增长，并且在全球宽带接入中所占的比例将逐步提高。据预测，2010―2012年平均增长率约为21%～33%，2014年全球FTTx用户规模有望达到1.144亿。
2010年4月，国家七大部委联合下发了《关于推进光纤宽带网络建设的意见》，要求在3年内完成1500亿元的固定宽带投资，预计到2011年，我国光纤宽带端口将超过8000万，城市用户接入能力平均达到8Mbit/s以上，农村用户接入能力平均达到2Mbit/s以上。
中国联通在发展初期一直以EPON为主，2009年7月刚刚完成了1100万线EPON项目招标，2010年预计投入153亿元用于固网宽带建设。北京联通2009年10月完成了全民2M宽带升速改造工程，目前正在全力推进以光纤入户方式为主的20M带宽全光网建设，2010年底计划对50%家庭完成改造，计划在2012年前完成对京城家庭用户“全覆盖”目标。
中国联通已完成了GPON的互通测试并开始做GPON试点，在北京部分区域已做小规模部署。GPON从测试情况来看基本功能还可以，但与EPON相比还有一些差距，尤其在管理功能方面，做不到OLT和ONU任意对接。目前的GPON成本比EPON高，与EPON相比在功能和成本方面都不占优势。中国联通已计划将GPON逐渐开始商业化运营，预计GPON成本会随之逐步下降。同时，随着单口ONU的成本日益降低，对于新建FTTx用户中国联通将逐渐转向以FTTH为主，未来FTTH用户的占比将逐步扩大。