袁德昌
光纤通信概念是在20世纪60年代末提出，到80年代初期美国还处在商业应用之前的实验阶段，实验线路仅有两条，其中一条就在洛杉矶南方的长滩，长度也仅为10千米。通过实验运营对线路、装备、元器件、测试、标准以及服务等进行商业评估，当达到商业要求后，光纤通信技术开始尝试应用。纤维光学使通信宽带成为可能，在今后几十年内仍将继续蓬勃发展。光纤用作通信链路虽1975年才起步的，但从那时起它的进展一直令人惊奇。光纤通信元件全球销售额从1975年微不足道的250万美元迅速扩展到2000年的158亿美元，年均增长率高达42％。这种十分可观的增长还不会停步，到2025年将达到7390亿美元。
基于光纤的通信技术相对单纯，通信光纤是一种低成本、宽带传输介质，因此扩散十分迅速，不到20年主发展成为电信骨干传输线路。我国城市电话网已经基本光纤化，有的城区光纤也已铺到居民区或办公室，所以，21世纪的光纤骨干网是大容量通信的必然趋势。光通信网是建设现代知识经济社会的物质基础，世界各国特别是发达国家和亚太地区的一些发展中国家，光纤通信基础设施已相当普及，光纤的使用量也达到十分可观的水平。但是随着网络技术兴起和接入网的发展，使各国对光纤光缆和与光通信有关的各种各样有源、无源器件的需求再次高涨。因此从现起，相当长时间内光通信市场仍然持续看好。
在过去几年间，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化；而另一方面现存的接入网仍然是被90％以上的双绞线或铜缆主宰原始落后的模拟系统。两者在技术上巨大反差，说明接入网确实已成为制约全网进一步发展的“瓶颈”。现在尽管出现了一系列解决这个瓶颈问题的技术手段，诸如双绞线上的不对称数字用户环路接入系统、同轴电缆上的光纤同轴电缆混合接入系统、宽带无线接入系统等，都是一些过渡性或部分解决方案，唯一能够根本上彻底解决这一瓶颈问题的长远技术手段是“光接入网”。目前，以光纤为基础的光接入网包括有源光纤接入、无源光纤接入、同步光纤接入、光纤同轴电缆混合接入和可交换的数字图像接入等。
低成本且灵活的有源光纤接入技术
有源光纤接入技术（AON）使从局端设备到用户分配单元之间均用有源光纤传输设备，即光电转换设备、有源光电器以及光纤等。现在，该接入技术有代表性的是光纤用户环路载波系统和灵活接入系统。光纤用户环路技术采用光纤作为传输媒介，应用脉冲编码调制技术与光纤传输技术，在一对光纤上复用数百路直到上千路电话、综合通信业务的基本业务、数据等多种业务。光纤用户环路载波与V接口技术，特别是与V5接口相结合降低接入网成本。V5接口是用户数字传输和程控数字交换机结合的新型数字开放接口，它是实现用户接入数字化、宽带化及综合化的关键。
宽带有源光网络（即综合数字环路载波系统）针对集中用户区可提供定喧综合业务、互联网和数字视频等业务的接入，也是宽带综合接入的理想方式，将有较大的发展潜力。
光纤接入网具有上下行信息都能宽带化传送、新建系统具有最佳的性价比、有较长的传输距离、能产生更多的业务并获得更大收益、运行和维护费用低、传输质量高、在同一时间内可获得多种功能等明显优点。灵活接入系统是近年才发展起来的一种新的光纤接入方式，可以采用星形也可采用点对点方式组网。
灵活接入系统能传输多种业务，与光纤用户环路系统不同的是复用的业务种类与路数由其网络设置，故有“灵活”之说。从一个大容量交换机向周围多方向辐射信号时，可采用星型组网；点对点组网主要用于长距离放号和越界放号，利用光缆传输无中继距离可以达到50千米。
最终发展结局的无源光纤接入技术
无源光纤接入技术（PON）与AON不同之处在于不采用有源光器件，而是采用无源的光功率分割技术，即无源分光技术达资源共享和传送多种业务。在PON情况下，局端设备用光纤路终端代替，而远端设备则为光网络的单元，其间设无源分光点。PON适用于分配业务如视频点播，网上电影将成为信息高速公路的热点项目。就看电影来说，用户从几十部甚至几百部电影中进行选择，点播后最多等15分钟即可看到，这些就可以满足用户需求。用户如果有兴趣的话，还可以随时点播查询新闻、资料的影视片段。信息家电可以使用户通过多种家用设备浏览互联网，使随时随地的信息传播成为可能。
用户网的光纤化应该是接入网的最终发展结局，日本已研制出了实用的产品。该产品是无源光环路与异步传输技术（ATM）相结合的产物，也是PON技术以ATM交换技术为平台的多业务宽带的接入网。目前，国际上的有线电视网络公司，通讯公司和计算机软硬件公司都在交互式电视技术上进行了卓有成效的工作，并已有相应的产品问世。如摩托罗拉公司制造的Cable Comm就可以在有线电视网上开展通信及其增值业务，能与公共网、电话网相联；GI公司的digicipher II和MPEG II设备，可以用于有线电视网上数字电视的压缩。现在，从技术上、设备系统上和市场潜力方面看，三网合一的日期为时不远。在光纤传输网络中只需使用掺铒光纤放大器，对分路后的信号进行功率补偿，就可以采用PON实现三网合一。与AON相比较，PON在进行光信号分配时采用无源器件（光分路器）造价低，易于维护，因此电信运营商大都愿意把PON作为光纤接入网改造的基本方式。由上所述就可以看出，PON组网灵活，能够实现从低端到高端的各种各样应用类型，具有很强的适应性；易于开展低成本宽带业务；网络升级方便，有利于用户网向合光纤化的发展，成为新世纪通信技术的发展方向。
传送完整严密的同步光纤接入技术
同步光纤接入技术（SDH）已广泛用于长距离传输系统，并有代替准同步数字系列技术之势。SDH除了光纤环路之外，还有分插复用和数字交叉连接等设备。SDH可以由PON或者AON结合起来使用，能够使SDH到达用户，便于组成大容量的光纤接入网。SDH是一种完整严密的传送网技术体制，这种技术从一诞生就获得广泛支持，现在已成为世界各国核心网的主要传送技术。该传输体制有利于全球统一基础网形成，而且减少网络与网络之间互通互联的困难。除了核心网应用以外，目前的市场需求，带宽需求和技术都显示有必要把SDH带进接入网领域，使SDH的功能和接口尽可靠近用户。SDH的固有灵活性，使网络运营者可以更快更有效地提供用户所需的业务要求以及组需要。特别是对于发展极其迅速的蜂窝通信系统采用SDH技术尤其适用，它可以迅速灵活地提供所需的透明通道。跨进新世纪，接入网领域传输体制也是呈现向SDH汇聚的趋势，SDH将进一步地向广大用户推进，在接入网领域中占据更大的市场份额。
我们同时还应该看到，传统的电路交换网将逐渐向分组网特点是IP网演进。独立的SDH设备的命运正受到严重挑战。然而这种挑战在中国这样环境下将是长远性的，SDH在中近期仍将发展。因为基于SDH体制来标准化接入网的传输，在技术上有更大的优势，其优势和主要发展理由体现在以下5个方面：
（1）兼容性强，SDH的各种速率接口都标准规范，在硬件上保证各个供应商设备互联互通，为统一管理打下基础。未来的超大容量的核心光传送网，还将需要更多SDH接入设备。
（2）完善的自愈保护能力，能够增加网络可靠性。SDH由于其特有的指针调整机制和环路管理功能，可以组成多种完备的自愈环，用户可根据需要选择最佳保护方案。近期内SDH仍然是可靠和生存性最高的传送网技术。
（3）SDH帧结构中定义了丰富的管理维护开销字节，极大方便维护与管理，由此建立的管理维护系统很容易自动故障定位，可以提前发现和解决问题，降低很多维护成本。SDH利用虚容器的特点能够映射各级速率的准同步数字系列，而且可以直接接入ATM信号，因此为向宽带接入发展提供了一个理想的平台。
（4）目前的接入网建设，一般155Mb/s速率就能满足需要，但是随着电话普及率的提高和宽带化需求，内置SDH标准化结构可灵活扩展升级，将SDH进一步扩展到低带宽用户，使用STM-O子速率连接对于小带宽用户是一种经济有效的方案，同时又能保持全部SDH管理能力和功能。
（5）借助SDH的大容量、高可靠性，可组成中继传输与接入的混合网。SDH固有的灵活性使其除承载接入业务外，还可以承载GSM基站、交换机中继等其它业务，降低了整个电信网络投资。网络运营者能够更快更有效地提供用户所需的长期和短期业务需要及组网需要。SDH正在融合路由功能，支持以太网的透明传输，高端的发展潜力高于40Gb/s，级联功能增强了支持ATM/IP的能力。
光纤同轴电缆混合接入技术
在光纤同轴电缆混合接入技术（HFC）接入中，在局端设备和远端设备之间采用光纤，而远端设备至用户则为同轴电缆。HFC用于有线电视时，在光纤和同轴电缆上传输话音、数据及图像信号。HFC是宽带接入技术中最早成熟和进入市场的，它建立在有线电视网（CATV）的基础上，带宽和经济上的优势它对用户有很大的吸引力。光纤同轴电缆混合网在连接上采用线缆调制解调器技术，从技术上分为动态分配带宽速率（适用于互联网接入、公共信息查询等）和固定带宽速率用于普通电话、可视电话、数据专线等两类，从传输方式又可分为对称型与非对称型业务。
光纤同轴电缆混合接入技术与其它有线介质相比有容量更大，灵活性更强，扩展性也极好，其性价比优于数字用户线。当然，采用线缆调制解调器也有着自己的弱点：首先，以往的有线电视网都是单向广播式地向用户传送电视信号，这无疑不符合主息传输交流的特性。因此需要一个继续改造的过程，使其能够承担交互式传输数据业务。其次，由于以前的HFC是将数字信号转换为模拟方式传输的，所以传输后质量受到影响，而且在模拟方式下，过高的频率会产生大量的噪音，因此其频带利用率较低。为了解决可能出现的争夺带宽及安全问题，电缆电视工业制定了一个基于缇缆服务的数据接口规范。随着新用户增加，老用户会重新分到上行通道。实际使用中用户往往以突发方式传送或接收数据，完全可以与其它用户共享网络。另外，它使56位数据加密技术标准，并且每天采用新密钥，因此应该有相当的安全性保障。
可交换的数字图像接入技术
可交换的数字图像接入技术（SDV）是对光纤同轴电缆混合接入技术的改进。在采取了SDH时，有线电视使用一根光纤，数字信号使用另一根光纤，即同缆分纤；或者波分复用时CATV使用一个波长，数字信号将使用另一个波长。有线电视可用同轴电缆进入普通家庭，数字电话、数据或者数字图像可采用普通用户线或高质量电缆进入千家万户。
密集波分复用技术系统的主要部件有激光器、光复用器、光放大器、光接收器和一些分路器、激光器在1550nm范围内工作，保证最少的功耗、尽可能大的传输距离和更好的信号完整性。光放大器提高信号强度，补偿由于通过长距离传播而导致的功耗或衰减以增加传输距离；光复用器将不同波长的发送信号混合在一条单独的光纤上，而分路器则使混合在一条单独的光纤上，而分路器则使混合信号分解为接收器的分支波长；光接收器负责检测进入的光波信号，并且将它转换为一种适当的电信号，以便于接收设备系统处理。
随着密集波分复用技术的发展，一要光纤上复用的波长可以达到132个以上，从而极大的提高物理层的传输能力，就能够不增设光纤而使网络扩容。并且，它具有通信频带宽，线路稳定可靠、保密性能好、抗干扰能力强等优点。这样构成的互联骨干网与传统电信网相比较，带宽可以有上百倍的增加，成本却会有成十上百倍的降低，能向各种商业应用提供高带宽、高可靠性的传输通道，更好地为广大用户服务，朗讯公司和贝尔实验室发明了世界上第一套数字光通信系统，率先研制密集波分复用设备，并把它推向市场。2001年，美国预测该市场达到31.5亿美元，世界其余地区14.5亿美元；2003年，美国可达51.5亿美元，世界其余地区为26亿美元。从长远来看，这个市场的重点将由美国转向亚太地区和欧洲。
综上所述，对于通信公司和各种信息业务提供者以及设备制造企业来说，密集波分复用都是它们建设以数据为中心的下一代网络的一种很有吸引力的方案。但是接入网本身在不断发展，一些可用于接入网的新技术还将不断发展，一些可用于接入网的新技术还将不断出现，很难预料会有什么样新技术（特别是宽带方面的技术），因此我们对接入网的知识、使用和建设方法都存在一个变化的过程。总之，21世纪的光将如同20世纪的电一样重要，全球数字化发展要求加快接入网建设，接入网正逐步从铜线朝光纤方向发展，让我们携手共同迎接新世纪光网络建设阳光灿烂的未来。
摘自《信息系统工程》2001.6月
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