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发信人: arclight (萧瑟秋风), 信区: CRC
标  题: 综合光纤用户系统发展方向
发信站: 紫丁香 (Fri Jul 30 14:35:19 1999), 转信

摘要：为了实现通信世界的可视化、智能化和个人化，日本NTT 公司研究制定了一
项面向21世纪的网路发展计划。将光纤网路系统引向所有用户、特别是家庭和小型
商业用户，这是向下一代网路结构发展的关键步骤。因此，NTT计划在1995 年在前
后将光纤系统广泛引向家庭，到2015年实现用户网的全部光纤化。本文将探讨光纤
到户(FTTH)的实施及开发思路，并重点介绍光纤化发展方式。同时提出了采用光纤
用户系统后所应提供的各种业务，并详细介绍了FTTH系统结构和实施战略。
　　
一、引言  　
　　
　　用户网光纤化是最终目的，还是仅为一种手段?光纤化可使现有网路更新，但
这并不能充分利用光纤网路的优点。如果采用一种最佳的引入方法，那么光纤化就
可以同时达到多项目标，光纤化最明显的用途是实现全国范围内的宽带综合业务数
字网(B-ISDN)。然而，在这之前，必须对许多难题作出回答。

　　虽然B-ISDN即将来临，但仍没有普遍认同的实施意见。在B- ISDN 实现之前，
必须解决一个非常困难的问题，即是先进行基础设施建设，还是先满足用户需求?
我们的意见是：在全面扩展B-ISDN 之前必须广泛建立基础设施，即光纤用户网。
NTT已将光纤系统引入大型商业企业，以满足用户的各种需求。但是，这些用户数
还不到用户总数的6%，不足商业用户总数的20%。日本大多数用户属于家庭和小型
商业用户，应该迅速使这些用户达到光纤化。另外，NTT 还一直在发展数字环路载
波系统，主要是在农村，这样做是为了降低现有普通电话业务(POTS)的成本。尽管
这些光纤化活动应继续进行，但大规模采用光纤仍是最终目标。我们不仅要将光纤
大规模引向大型商业用户，而且也要引向家庭和小型商业用户。用户网应在现有业
务环境下经济地进行光纤化，并能保证适应未来的的升级扩容。

　　另外，引入光纤用户网是迅速提高网路效率和简化网路的一个难得机会。因此，
确定网路光纤化方案既要考虑用户服务方面也要考虑网路运营方面。

　　关于开发、引入光纤系统的争论旷日持久。最终的方式是采用综合光纤用户系
统(IFOS)。本文介绍了IFOS发展思路。

二、IFOS发展思路  　
　　
1.IFOS合理化规划

　　用户网光纤化不但能提供各种类型的业务，而且也能改进网路结构。先进的光
纤传输系统和数字交换技术将允许我们对全部网路结构进行合理化建设。

　　目前，NTT采用5级交换网路结构。交换局分为总括局(RC)、中心局(DC)、集中
局(TC)、端局(EO)和卫星局(SO)。SO、EO和TC具有本地网交换功能。NTT 网路最显
著的特征是有大量的EO和SO，共计约7000个。

　　NTT已决定再建它的网路，目标是建成两级交换网路。在金属线缆时代，本地
交换设备与用户之间的距离受到限制，不能超过7 km，大多数情况是5 km。传统上，
日本的用户环路平均长度为2 km。然而，最近由于引入光纤中继传输系统和本地数
字交换设备，用户线长度得以延伸而不会增加线路损耗。NTT 目前正在计划将卫星
局交换功能转移到端局，以提高成本效益及可靠性。图1示出了本地网演进的顺序。
如果大容量数字本地交换系统得到发展，将有望进一步集中。其结果是，与现在相
比每一交换中心必须覆盖更大的区域。两级交换局的主要好处是随着众多有人值守
交换局的取消，成本将极大地降低。
　　
图1本地网演进
　　
　　除了简化网路之外，提高可靠性也是非常重要的。网路运营者应具有根据用户
需求提供各级可靠性的能力。目前就提高网路可靠性应采取的步骤进行了研究，如
同一局的用户线终端双备份，接入同一局的双路由、双归属(dual office homing)
即不同交换局的交换机双备份，等等。光纤的环路结构方式是实现这一高可靠性的
关键。对下一代用户来说，增强操作、管理、维护和业务提供(DAM ＆ P)能力也是
必要的。内部操作、管理、维护和自库存(Selfinventory)网络配件是关键。
2.大规模光纤化方式

　　(1)现有的光纤化方案

　　用户网大规模光纤化有两种方式：窄带和宽带。窄带方案采用复用光纤用户网
方式，提供现有业务，主要是普通电话业务(POTS)。因此，光纤系统必须提供现有
交换业务，主要是POTS，成本应与金属网路成本相当。有几个组织认为光纤到一级
交换中心(FTTP)或光纤到路边(FTTC)方案是使现有网路光纤化的最佳方法。特别是
在美国，用户网光纤化的目的旨在降低现有网路的成本，因而通常采用FTTC结构。
这种方法的主要目的是将用户群进行复用，降低POTS的成本。复用点远离交换局，
只需有一小部分用户连接到各复用点就能充分地降低成本。

　　然而在日本，经分析表明，FTTC成本只能降低总用户成本的20%～30%，原因是
日本用户密度很高——平均用户线长度只有2 km，因此，有用FTTC所降低的成本相
当少。另外，进行光/电转换的“路边”很有限，成本昂贵。而且，窄带法要求将
用户线尽可能光纤化，以便将来升级到宽带业务。复用点离用户越近，所服务的用
户数越少。由于只有几个用户共用设备，因此系统成本增加。在日本多为架空电缆，
因此，复用点要设在电杆上。这需要非常结实的设备才能承受相当恶劣的条件。图
2显示了日本FTTC和光纤到楼层(FTTF)的系统成本比较结果。FTTC 成本取决于用户
网环境。根据图2，用户数少时FTTC成本效益不好，因此FTTF 与现有金属网路相比
差异不大。另一方面，如果FTTH系统只用来提供POTS的话是很不划算的，因为如图
2所示，FTTH系统成本是仅提供POTS金属系统成本的两倍。
　　
图2 不同系统的成本比较
　　
　　因此，旨在降低成本的光纤化只对某些用户群(如商业用户和公寓用户)来说是
成功的。

　　另一种方法是引入宽带网路。这种方法只对需要宽带业务的用户进行光纤化。
宽带方案成本可以高些，因为其业务收入高，因此对系统成本降低的要求不太严格。
然而，这种方案能否提供普及型宽带业务是值得怀疑的。这种与业务有关的方法在
B-ISDN扩展之前不会使大量的用户实现光纤化。

    (2)拟议中的光纤化新方案

　　采用上述两种方案在日本进行大规模光纤化是不行的，因此需要有第三种光纤
化方案。在现有金属网路内，系统成本与所提供的业务数目成正比。另外在光纤系
统中，系统成本与所提供的业务数量关系不大。因此，光纤系统的宽带容量可以按
新费率提供各种闭合区(closed area)业务，如按月收费的业务。

　　在日本，大城市用户密度提高得很快。这已带来了一系列严重问题，如住房短
缺、环境恶化。为了防止用户进一步集中，建设有效的通信基础设施是必要的。在
即将来临的计算机时代，通信基础设施将发挥关键作用。

　　70年代，日本的POTS迅速普及，几乎进入每个家庭。目前 POTS 用户数大约为
5400万，其中3700万为住宅用户。必须指出，日本租有一条以上电路的住宅用户比
例目前为7.1%，这个数字还在增长，到90年代中期，这一数字将增长到10%左右。
　　NTT在1988年4月开始提供2B+D基本速率接入(BRI)业务。即使是64 kbit/s非限
定连接，基本月租费也几乎是POTS的两倍。基本速率接入业务的用户数正在迅速增
长，现有1.5万条基本速率接入用户线。当然，这个数目仍然很少，而且大多数基
本速率接入用户为商业用户。然而，随着用户对ISDN业务优越性的认识，以及ISDN
终端(如传真机等)变得更加便宜，这一数目将迅速增加。

　　另外，用户对各类型业务的需求(如高保真音频分布、个人计算机通信)正稳步
增长，传送到家庭的信息肯定会增加。虽然大多数信息可以传送到偏僻地区，但现
有资费政策还是阻碍了网路利用率的提高。终端成本的降低及用户需求的增长将刺
激网路运营公司提供各种闭合业务。如果提供这些窄带业务的话，要求增加电路的
用户数将会增加很多。图3显示了窄带网新业务的一些主要特征。除了传统的点对
点交换连接外，利用光纤系统的窄带特性，在闭合区内可提供点对多点、永久连接
和多点连接业务。由于费率与所提供的业务数关系不大，因此提供闭合区业务的费
率不会太高。这些业务的成本低、质量高，从而能迅速被用户接受。因此，FTTH系
统的推广将刺激许多新的闭合区业务。也就是说，这些闭合区业务将是鼓励大规模
FTTH建设的手段。一个地区性的用户网可提供各种闭合区业务，这将是21世纪的用
户网络。
　　
图3 网路业务
图4 业务演进方式

三、业务演变及升级方式  　
　　
1.业务演变方式

　　图4显示了依靠光纤系统的实施和升级推进业务演进的方式。如前所述，基本
系统将提供多条窄带信道。1995～ 2000年期间，可能要增加单向宽带分配式业务(
如视像业务)。双向宽带业务将等待需求的出现。预计在2000 年前不会有这方面的
需求。这样，图4所述的三个演进步骤是可能的。

　　到1995年，系统应提供有限的视像分配式业务。这就要求视像业务由基本光纤
系统和当前的技术作支持。不幸的是，政治因素可能会强求视像系统独立，因此它
必须能够从基本系统中分离出来。

　　另一方面，双向宽带升能不是近期的事。因此，详细的系统规范及要采用的技
术还不能确定。因此考虑到所有这些情况，决定开发三个系统，即基本系统、视像
升级系统和B-ISDN升能系统。

2.升级方法
　　
图5 几种升级的方案
　　
　　图5显示了可行的升级方案。图5(a)是初期采用的基本系统，即IFOS-N，它是
一种物理传输系统(PDS)，使用1∶16的分光器。根据估计的业务普及率确定分光比
和提供的业务平均数目。IFOS-N 系统采用时间压缩多路复用技术，传输窄带双向
1300 nm的信号，每一用户最高速率为1.5 Mbit/s。它能向每个用户提供总计为1
..5 Mbit/s的各种业务。它能调节共用光网路单元(ONU)的用户群。IFOSN 将是一
种赢得普遍认可的基本系统。用户将它们的IFOS接口从窄带升能到宽带，这一点
是很重要的。图5(b)是视像升级方案。采用波分用(WDM)技术，IFOSN将增加单向
宽带传输的能〖CM(23〗力。IFOS-V是一种具有单向宽带传输能力的系统。〖CM)〗
IFOSV在1550 nm波长处分配副载波频分复用(FDM)电视信号。IFOS-V 将采用最新
开发的低失真光放大器和激光二极管模拟调制系统。由于它们与现有电视机或广播
卫星频道选择器相兼容，因此目前来说，FM或AM视像系统成本效益最佳。最近，国
际标准化组织(ISO)和国际电气技术委员会(IEC)正在研究比特率在5～10 Mbit/s的
视像编码方案的标准化问题。因此，不论选择何种数字图像信号格式，系统都应能
传输。若要使IFOS-V得到承认，用户电子器件的快速数字化是一关键因素。IFOS
N和IFOS-V相结合将满足小商业用户和住宅用户的近期传输要求。

　　要升级到具有双向宽带传输能力，可以有两种方法，见图5(c)。一种是WDM ，
拓扑结构不需变化；另一种是空分复用，需增加光纤的敷设。在WDM 升级方法中，
用户的复用有三种方式，即时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和波分多址(WDMA)复
用技术。对TDMA和FDMA来说，上行和下行需要增加两上波长。对WDMA来说，n 个用
户分配给n个不同的下行和上行波长。同样，使用WDMA时，光频分复用技术将发挥
重要作用。光频分复用技术正趋向成熟，目前实验室内已成功地进行了多达100 个
频道的传送。

3.PDS起步方案经济上的考虑

　　现在没有必要立即决定应选择哪一种升级方案，因为每种技术都在迅速进步。
然而，如果最终B-ISDN拓扑是单星(SS)，那么最重要的事是确认PDS 起步方案是不
是走弯路。为了证明PDS起步方案比较好，可对两种方案进行比较。方案1采用PDS，
在出现B-ISDN需求时转化为单星，这种方案称为SDM升级方案。方案2是从一开始就
采用单星系统。成本比较涉及到光纤环路设备，包括主配线架的成本。这种比较对
方案1不太公平，因为在提供B-ISDN之前，方案1传输设备的成本低于方案2。图6显
示了成本比较的结果。在图 6中，横轴表示从无源双星转化为单星的日期；即 B
-ISDN出现日期。纵轴表示初期成本和转换成本在当前的价值费用。当前价值费用
按20年期计算。由于方案2的光纤拓扑没有变化，因此不管什么时候出现B-ISDN的
需求，价值费用都是恒定的。如果对B-ISDN的需求出现得早，方案1比方案2要贵，
但如果B-ISDN需求在2000年以后出现，则方案1比方案2便宜。B-ISDN将到2000年以
后出现，所以方案1(即无源双星起步方案)是最具成本效益的。
　　
图6 宽带升级成本比较
　　
4.IFOS-H

　　除了具有成本效益的PDS系统之外，NTT正在开发另一种接入系统，即IFOS-H。
使用副带离散余弦变换(DCT)编码技术，可将高清晰度电视(HDTV) 信息比特率减少
到30～40 Mbit/s，同时仍可保持较高的图像质量。因此，标准化的HDTV 编码方案
预计比特率在30～40 Mbit/s之间。多媒体传输技术也稳步前进。对低成本，高质
量数字视像业务或近期多媒体业务的需求将会增加。因此，NTT决定开发高速SDH数
字系统以满足各种用户的需求。IFDS-H为单星高速数字系统，能同时提供大范围的
复用业务，所有数字业务都是采用时分复用(TDM)技术进行复用。上行/下行传输速
率为155 Mbit/s。上/下行信号与WDM结合，IFDSH 必须满足商业用户对高速业务
的大量需求。
　　
图7 IFOS-H之应用
　　
　　图7显示典型的IFOS-H应用。在第一种应用中，一个异步转移模式(ATM)信号、
几个有线电视(CATV)信号和几个STM通信信道承载在虚容器32内(UC32)。所有信道
在逻辑上分离。这将是B-ISDN初始阶段的过渡性解决方案。在第二种应用中，许多
数字CATV信号和通信信号以复用方式传输。这将形成一个具有成本效益、高质量的
数字CATV系统。

四、IFOS系统结构  　
　　
　　NTT创建了综合光纤用户系统——IFOS，以满足如前所述的网路合理化和业务
供给这两项主要需求。图8显示了IFOS的发展目标。IFOS 网包括两级：传输网和接
入网。每个传输网有几个RO和两个CO，用环形网路连接。由于采用双局接入及其环
路结构，传输网路实现了自愈操作。这就实现了高度可靠的自愈网操作。接入网包
括几个不同的系统。为了满足各种用户需求，IFOS-N，IFOS-V和IFOS-H等三种FTTH
系统现在正在开发中。R系统专指蜂窝无线系统，特别指需在城镇或高速公路沿线
建立大量基站的个人通信网。个人通信业务的普及也是用户环路光纤化的一种手段。
必须指出，这些系统应有统一的结构。图中虚线表示为提高网路可靠性，用与其他
RO进行的旁路连接。
　　
图8 IFOS发展目标
　　
图9 估算投资
　　
五、IFOS实施战略  　
　　
　　安装FO用户网用两种方案：一种是只对需要FO业务(2B+D+附加业务) 的那些用
户进行光纤化，另一种方案是对特定区域内的所有用户进行光纤化。对这些主案已
进行过成本分析。这里作了一些假设，主要有：2015年完成光纤化，劳工费用继续
增长，设备费用降低。此外还假定：方案1的光继续保持较低的连接率，即许多光
纤仍未利用。方案2的假设则相反。结果见图9。根据我们的成本比较，从 1995 ～
2015年的20年内，方案2费用比方案1低15%；另外一个对方案2有利的因素是它将刺
激新的闭合区业务的引入。因此，一个区一个区的实施方法是可行的。
　　
六、结论  　
　　
　　NTT用户的目标是到2015年向其用户提供全光纤通信系统。用户网必须在宽带
需求到来之前全面光纤化。为了最经济地实现这项目标，已对几项方案进行了审议。
本文提出一项新的光纤化方案，即采用窄带系统支持现有业务和新的闭合区业务。
虽然NTT目前可提供FTTF和FTTO，但其最终目标是FTTH。如果向用户提供2B+D 业务
的费率与当今金属网路的费率相当，用户将会接受。这种方案将满足社会需求。
　　本文提出了IFOS，它能与IFOS-N，IFOS-V或IFOS-H组合在一起。IFOS-N为基本
系统，将得到公众的广泛接受。它的目标成本只是传统金属POTS网路的两倍，但能
提供2B+D业务。IFOS将极大地降低运营成本，并能提高网路可靠性。

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