金子般閃光的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )技術(shù)
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PON（無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )）技術(shù)無(wú)需現場(chǎng)供電設備，即可在超過(guò) 20 公里的距離內實(shí)現高速、可靠的最后一公里接入；
所有 PON特點(diǎn) 都支持一根干線(xiàn)光纖上的至少 32 個(gè)節點(diǎn)。研究業(yè)已證明可以支持更多的節點(diǎn)；
帶寬需求極大的設備，如HDTV 和流媒體，使業(yè)界將研發(fā)重點(diǎn)轉向速度更快的 PON 技術(shù)，而網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商正在安裝首批大型的 BPON（寬帶 PON）和 EPON（以太網(wǎng) PON）系統。
PON（無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )）接入技術(shù)會(huì )影響到高端網(wǎng)絡(luò )結構的價(jià)值基準。
當談及超長(cháng)距離WAN、長(cháng)距離WAN和 MAN的時(shí)候，就會(huì )認為這三種通信網(wǎng)絡(luò )結構是親戚。它們全都采用簡(jiǎn)單的策略來(lái)利用有限的物理媒體及其通信帶寬。它們均通過(guò)聚合或拆分異種負荷數據來(lái)優(yōu)化媒體使用。
不可否認，這種簡(jiǎn)單的模型忽略了每一種通信網(wǎng)絡(luò )結構特有的許多技術(shù)要求。但它卻指出了一個(gè)容易被忽略的、很多現代通信所依賴(lài)的根本優(yōu)點(diǎn)：有地址標記的數據與數據聚合的結合，使通信系統能夠將一個(gè)近乎無(wú)限復雜的一點(diǎn)對多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )模型映射到一個(gè)費用足可負擔的、可靠的點(diǎn)對點(diǎn)結構上。
如果用單位時(shí)間的數據傳輸距離來(lái)表示總數據負荷，那么，一旦從過(guò)大的企業(yè)規模中得以復原，就會(huì )看到超長(cháng)距離、長(cháng)距離和城域三種鏈路的通信能力換算起來(lái)非常方便。這種觀(guān)察不僅靜態(tài)地保持在一定時(shí)間的某個(gè)特定點(diǎn)上，而且也動(dòng)態(tài)地保持在為了滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的客戶(hù)要求、應用需求及網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)模型，網(wǎng)絡(luò )、數據鏈路及物理層技術(shù)發(fā)生的演進(jìn)上。
事實(shí)上，超長(cháng)距離、長(cháng)距離和城域三種鏈路通信能力的換算與動(dòng)態(tài)平衡，主要歸因于數據聚合的經(jīng)濟性。較低層的增長(cháng)需求要向上層反映，而某一層的創(chuàng )新則有利于另一層的開(kāi)發(fā)，特別是物理層。
分級網(wǎng)絡(luò )結構具有神奇的作用，而且在過(guò)去十年里，在無(wú)法預測的全球通信業(yè)大增長(cháng)中發(fā)揮了這樣的作用。這種作用到網(wǎng)絡(luò )接入部分為止。
系統遲早要將所有聚合的數據進(jìn)行拆分，把所有虛擬地址解碼為物理位置，并為整個(gè)龐大的多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )提供服務(wù)。在CO（中心局）和CP （用戶(hù)住宅）之間引人注目的最后一公里上，大多數接入技術(shù)的換算都很差，特別是在比較它們的負荷傳送能力，即每單位時(shí)間的數據傳送距離比特時(shí)尤為如此。
既有媒質(zhì)的繼承
使接入部分業(yè)務(wù)升級復雜化并在許多情況下造成業(yè)務(wù)升級混亂的是，既有媒體，主要是銅質(zhì) UTP（非屏蔽雙絞線(xiàn)），在已安裝的基礎設施中占支配地位。UTP及其終端設備和維護方法都適合于該媒體的原來(lái)的預期用途——窄頻帶電話(huà)與電報，但不適用于較高帶寬的負荷。
限制UTP 寬帶性能的因素有很多：
內含50個(gè)以上雙絞線(xiàn)的干線(xiàn)電纜，其雙絞線(xiàn)間的電容很大，足以在高于語(yǔ)音頻帶的頻率上引起串擾。如同無(wú)線(xiàn)通信一樣，一個(gè)信道的信號是另一信道的噪聲（參考文獻 1）。由于串擾造成的 SNR（信噪比）下降對于CO端附近的上行鏈路信號非常有害，因為在CO端，信號路由最密集，而且輸出信號比輸入的信號強得多。
在整個(gè)頻譜內，銅線(xiàn)損耗會(huì )使 SNR 隨距離的增長(cháng)而不斷降低。降低銅損耗的各種方法會(huì )大幅度增加服務(wù)提供商的基本建設費用和運營(yíng)費用。除了銅線(xiàn)損耗外，由電纜與接地間的電容產(chǎn)生的旁路損耗，會(huì )使寬帶信號衰減得比語(yǔ)音信號更嚴重。
信號路徑具有難以控制的特性阻抗，從而產(chǎn)生信號反射。即使在撥號調制解調器的相對低速下，終端設備也必須使用回聲消除技術(shù)來(lái)減小 ISI（符號間干擾）。
當信號帶寬增加到超出撥號調制解調器的信號帶寬時(shí)，用戶(hù)端或中心局的未接終端負載的短截線(xiàn)會(huì )成為回聲源，進(jìn)一步增大 ISI。
與雙絞線(xiàn)相比較，同軸電纜具有更寬的帶寬，并有希望更好控制其阻抗，但同軸電纜的旁路損耗往往很大，而且同軸電纜及其終端設備都很昂貴。此外，如同所有的銅互連線(xiàn)一樣，同軸電纜或者需要進(jìn)行電隔離，或者需要采用其它方法來(lái)減小信號源與信號目的地之間的對地電位差。
對于最后一公里傳輸的內容，通信接入市場(chǎng)正在向一種稱(chēng)為三重業(yè)務(wù)（即一個(gè)接入服務(wù)提供商在一條饋線(xiàn)上提供的語(yǔ)音、視頻和數據）的基本配置靠攏。這類(lèi)業(yè)務(wù)不只使電信運營(yíng)商與電纜（Cable）運營(yíng)商展開(kāi)競爭，而且還對接入鏈路技術(shù)提出了性能要求，并且促進(jìn)接入提供商去升級自己的基礎設施（附文“PON 全球狀況概覽”）。
在這樣的應用場(chǎng)合，光纖媒體可以克服銅媒體的許多弱點(diǎn)：
光纜天生不受串擾的影響。盡管小部分信號能量也會(huì )從光纖芯中逸出，但不存在相應的機制使這部分能量耦合到鄰近的光路中；
光纖饋送存在由于內部散射引起的串行損耗，但這種損耗在現代光纜中很小而且可以預測。高純玻璃光纖的信號衰減在1550 nm 波長(cháng)時(shí)約為 0.15 dB/km ，而同軸電纜的信號衰減在50 MHz頻率上則為 10 dB/km（參考文獻 2）；
在玻璃光纖中，最近似于旁路損耗的要算從光纖包層中逸出的光，它會(huì )被光纖護套吸收。與銅纜的旁路損耗相比，這種損耗也很小，而且還具有與信號頻率無(wú)關(guān)的特性；
色散會(huì )在光纜中造成 ISI，但在接入部分常用的距離和信號帶寬內不會(huì )影響到信號質(zhì)量（參考文獻 3）；
光纖饋送不受感應干擾的影響，具有自隔離功能，從而沒(méi)有地電位問(wèn)題；
許多機構提出了各種 FTTx（光纖到建筑、到路邊、到家庭或到街區）方案。但有一種基于標準的設備——PON——在高速增長(cháng)市場(chǎng)上深受歡迎，而且看來(lái)有望在光接入網(wǎng)絡(luò )中占據主導地位。
向無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )進(jìn)軍
與許多傳統接入技術(shù)相比，PON 有很多優(yōu)點(diǎn)，其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它與MAN 和WAN一樣，允許接入網(wǎng)絡(luò )至少小規模地傳送聚合的數據?，F行的 PON 標準規定每根光纜可以有 32 個(gè) CP 節點(diǎn)，與全 CO-到-CP 的點(diǎn)對點(diǎn)實(shí)現方案相比，這是一大改進(jìn)。除了 PON 的擴建費用因光纖共用而很低之外，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )的維護費用也很低，因為在 CO 和 CP 之間唯一的裝置是無(wú)源分光器（圖 1）。
PON 系統的前端和用戶(hù)接口分別稱(chēng)為 OLT（光線(xiàn)路終端）和 ONU（光網(wǎng)絡(luò )單元）。OLT和ONU都包括一個(gè) MAC（媒體接入控制器），一個(gè)光發(fā)送器、一個(gè)光接收器以及一個(gè) WDM（波分復用器）。OLT 的發(fā)送器與 ONU 的接收器工作在同一波長(cháng)上，因而，OLT 的接收器則調諧在 ONU 的發(fā)送波長(cháng)上。每個(gè) ONU 拆分聚合的下行數據，并捕捉具有其地址的那部分通信數據。由于所有的數據都是以廣播形式發(fā)送的，因此系統會(huì )對數據加密以確保安全。
PON（無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )）技術(shù)無(wú)需現場(chǎng)供電設備，即可在超過(guò) 20 公里的距離內實(shí)現高速、可靠的最后一公里接入；
所有 PON特點(diǎn) 都支持一根干線(xiàn)光纖上的至少 32 個(gè)節點(diǎn)。研究業(yè)已證明可以支持更多的節點(diǎn)；
帶寬需求極大的設備，如HDTV 和流媒體，使業(yè)界將研發(fā)重點(diǎn)轉向速度更快的 PON 技術(shù)，而網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商正在安裝首批大型的 BPON（寬帶 PON）和 EPON（以太網(wǎng) PON）系統。
PON（無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )）接入技術(shù)會(huì )影響到高端網(wǎng)絡(luò )結構的價(jià)值基準。
當談及超長(cháng)距離WAN、長(cháng)距離WAN和 MAN的時(shí)候，就會(huì )認為這三種通信網(wǎng)絡(luò )結構是親戚。它們全都采用簡(jiǎn)單的策略來(lái)利用有限的物理媒體及其通信帶寬。它們均通過(guò)聚合或拆分異種負荷數據來(lái)優(yōu)化媒體使用。
不可否認，這種簡(jiǎn)單的模型忽略了每一種通信網(wǎng)絡(luò )結構特有的許多技術(shù)要求。但它卻指出了一個(gè)容易被忽略的、很多現代通信所依賴(lài)的根本優(yōu)點(diǎn)：有地址標記的數據與數據聚合的結合，使通信系統能夠將一個(gè)近乎無(wú)限復雜的一點(diǎn)對多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )模型映射到一個(gè)費用足可負擔的、可靠的點(diǎn)對點(diǎn)結構上。
如果用單位時(shí)間的數據傳輸距離來(lái)表示總數據負荷，那么，一旦從過(guò)大的企業(yè)規模中得以復原，就會(huì )看到超長(cháng)距離、長(cháng)距離和城域三種鏈路的通信能力換算起來(lái)非常方便。這種觀(guān)察不僅靜態(tài)地保持在一定時(shí)間的某個(gè)特定點(diǎn)上，而且也動(dòng)態(tài)地保持在為了滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的客戶(hù)要求、應用需求及網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)模型，網(wǎng)絡(luò )、數據鏈路及物理層技術(shù)發(fā)生的演進(jìn)上。
事實(shí)上，超長(cháng)距離、長(cháng)距離和城域三種鏈路通信能力的換算與動(dòng)態(tài)平衡，主要歸因于數據聚合的經(jīng)濟性。較低層的增長(cháng)需求要向上層反映，而某一層的創(chuàng )新則有利于另一層的開(kāi)發(fā)，特別是物理層。
分級網(wǎng)絡(luò )結構具有神奇的作用，而且在過(guò)去十年里，在無(wú)法預測的全球通信業(yè)大增長(cháng)中發(fā)揮了這樣的作用。這種作用到網(wǎng)絡(luò )接入部分為止。
系統遲早要將所有聚合的數據進(jìn)行拆分，把所有虛擬地址解碼為物理位置，并為整個(gè)龐大的多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )提供服務(wù)。在CO（中心局）和CP （用戶(hù)住宅）之間引人注目的最后一公里上，大多數接入技術(shù)的換算都很差，特別是在比較它們的負荷傳送能力，即每單位時(shí)間的數據傳送距離比特時(shí)尤為如此。
既有媒質(zhì)的繼承
使接入部分業(yè)務(wù)升級復雜化并在許多情況下造成業(yè)務(wù)升級混亂的是，既有媒體，主要是銅質(zhì) UTP（非屏蔽雙絞線(xiàn)），在已安裝的基礎設施中占支配地位。UTP及其終端設備和維護方法都適合于該媒體的原來(lái)的預期用途——窄頻帶電話(huà)與電報，但不適用于較高帶寬的負荷。
限制UTP 寬帶性能的因素有很多：
內含50個(gè)以上雙絞線(xiàn)的干線(xiàn)電纜，其雙絞線(xiàn)間的電容很大，足以在高于語(yǔ)音頻帶的頻率上引起串擾。如同無(wú)線(xiàn)通信一樣，一個(gè)信道的信號是另一信道的噪聲（參考文獻 1）。由于串擾造成的 SNR（信噪比）下降對于CO端附近的上行鏈路信號非常有害，因為在CO端，信號路由最密集，而且輸出信號比輸入的信號強得多。
在整個(gè)頻譜內，銅線(xiàn)損耗會(huì )使 SNR 隨距離的增長(cháng)而不斷降低。降低銅損耗的各種方法會(huì )大幅度增加服務(wù)提供商的基本建設費用和運營(yíng)費用。除了銅線(xiàn)損耗外，由電纜與接地間的電容產(chǎn)生的旁路損耗，會(huì )使寬帶信號衰減得比語(yǔ)音信號更嚴重。
信號路徑具有難以控制的特性阻抗，從而產(chǎn)生信號反射。即使在撥號調制解調器的相對低速下，終端設備也必須使用回聲消除技術(shù)來(lái)減小 ISI（符號間干擾）。
當信號帶寬增加到超出撥號調制解調器的信號帶寬時(shí)，用戶(hù)端或中心局的未接終端負載的短截線(xiàn)會(huì )成為回聲源，進(jìn)一步增大 ISI。
與雙絞線(xiàn)相比較，同軸電纜具有更寬的帶寬，并有希望更好控制其阻抗，但同軸電纜的旁路損耗往往很大，而且同軸電纜及其終端設備都很昂貴。此外，如同所有的銅互連線(xiàn)一樣，同軸電纜或者需要進(jìn)行電隔離，或者需要采用其它方法來(lái)減小信號源與信號目的地之間的對地電位差。
對于最后一公里傳輸的內容，通信接入市場(chǎng)正在向一種稱(chēng)為三重業(yè)務(wù)（即一個(gè)接入服務(wù)提供商在一條饋線(xiàn)上提供的語(yǔ)音、視頻和數據）的基本配置靠攏。這類(lèi)業(yè)務(wù)不只使電信運營(yíng)商與電纜（Cable）運營(yíng)商展開(kāi)競爭，而且還對接入鏈路技術(shù)提出了性能要求，并且促進(jìn)接入提供商去升級自己的基礎設施（附文“PON 全球狀況概覽”）。
在這樣的應用場(chǎng)合，光纖媒體可以克服銅媒體的許多弱點(diǎn)：
光纜天生不受串擾的影響。盡管小部分信號能量也會(huì )從光纖芯中逸出，但不存在相應的機制使這部分能量耦合到鄰近的光路中；
光纖饋送存在由于內部散射引起的串行損耗，但這種損耗在現代光纜中很小而且可以預測。高純玻璃光纖的信號衰減在1550 nm 波長(cháng)時(shí)約為 0.15 dB/km ，而同軸電纜的信號衰減在50 MHz頻率上則為 10 dB/km（參考文獻 2）；
在玻璃光纖中，最近似于旁路損耗的要算從光纖包層中逸出的光，它會(huì )被光纖護套吸收。與銅纜的旁路損耗相比，這種損耗也很小，而且還具有與信號頻率無(wú)關(guān)的特性；
色散會(huì )在光纜中造成 ISI，但在接入部分常用的距離和信號帶寬內不會(huì )影響到信號質(zhì)量（參考文獻 3）；
光纖饋送不受感應干擾的影響，具有自隔離功能，從而沒(méi)有地電位問(wèn)題；
許多機構提出了各種 FTTx（光纖到建筑、到路邊、到家庭或到街區）方案。但有一種基于標準的設備——PON——在高速增長(cháng)市場(chǎng)上深受歡迎，而且看來(lái)有望在光接入網(wǎng)絡(luò )中占據主導地位。
向無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )進(jìn)軍
與許多傳統接入技術(shù)相比，PON 有很多優(yōu)點(diǎn)，其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它與MAN 和WAN一樣，允許接入網(wǎng)絡(luò )至少小規模地傳送聚合的數據?，F行的 PON 標準規定每根光纜可以有 32 個(gè) CP 節點(diǎn)，與全 CO-到-CP 的點(diǎn)對點(diǎn)實(shí)現方案相比，這是一大改進(jìn)。除了 PON 的擴建費用因光纖共用而很低之外，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )的維護費用也很低，因為在 CO 和 CP 之間唯一的裝置是無(wú)源分光器（圖 1）。
PON 系統的前端和用戶(hù)接口分別稱(chēng)為 OLT（光線(xiàn)路終端）和 ONU（光網(wǎng)絡(luò )單元）。OLT和ONU都包括一個(gè) MAC（媒體接入控制器），一個(gè)光發(fā)送器、一個(gè)光接收器以及一個(gè) WDM（波分復用器）。OLT 的發(fā)送器與 ONU 的接收器工作在同一波長(cháng)上，因而，OLT 的接收器則調諧在 ONU 的發(fā)送波長(cháng)上。每個(gè) ONU 拆分聚合的下行數據，并捕捉具有其地址的那部分通信數據。由于所有的數據都是以廣播形式發(fā)送的，因此系統會(huì )對數據加密以確保安全。
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