宽带接入FTTH之GTTH系统

发布: 2010-10-20 14:27 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

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宽带接入FTTH之GTTH系统（王崇民、毕厚杰）
    由于经济与文明的不断进步，所以在未米的信息时代中，人类对宽带多媒体信息
服务的需求将越来越大。以辛带双工的电话通信网络和单向的CATV网络为代表的传统
接入网已不能满足人类的要求。新型的高速、宽带接入网技术不断涌现。在传统CATV
网络基础之上发展起来的双向HFC（混合光纤同轴电缆吸FTTC（光纤到路边）的SDV
（交换式数字视频）系统刚刚面市，一种面向未来的新型超大容量的FTTH（光纤到户）
光纤接入网之GThH（Gigabit－To－The－Home）系统就已初露端倪。
    GTTH系统结构及所提供的服务
    在局端，来自ATM、STM和其他专用的传输模式的数据流在SLT（用户线路终端）内
被时分复用在一起，经过电／光转换送至光纤传输线路。在用户端的ONU（光纤网络单
元）内，信号经过光／电转换、解复用后送到用户终端。GTTH系统具有如下特点：
    1．GTTH系统基于PON（无源光网络）技术，由FTTH系统升级而来，基于先进的光
电子技术，保证了其能以相对低廉的代价提供速率高达2.5Gbit／s的下行数据流和15
6Mbit／s的上行数据流具有超大的带宽。
    2．由于其超大的容量，因而除了可提供传统的POTS、N－ISDN等服务，还可以轻
易地同时提供多种高速、宽带服务。如HDTV广播、数字电视广播、3-D视频服务。若将
1.2Gbit／S的速率提供给MPEG－2格式的6Mbit／s数字电视，那么可以同时传输200路
节目。GTTH还可利用额外的下行带宽，提供超高速的下载服务和稍低速的上载服务。
如准VOD服务（只要简单的网络控制）；高速下载一些大容量的数据文件，如计算机
软件、游戏软件、电子出版物如报纸及电影。若假定提供给文件传输的速率是622Mbi
t／S，那么，传输2小时的电影文件（5.4GB）只需72s。
    3.GTTH系统具有很强的灵活性，可以集成各种格式、协议和传输模式的数据服务。
目前基于ATM的宽带网是研究的热点，但是，ATM也有它的不成熟、不完善之处，仍然
存在许多问题。如QOS、信元丢失、高昂的成本等问题。所以有必要保留STM（同步传
输模式）等其他传输模式。GTTH综合了ATM和STM等其他传输模式，适应性相当广泛。
    4．GTTH系统信号的传输基于先进波分复用技术，1.5pm的频带用于下行传输，
1.3pm的带宽用于上行传输，保证了无冲突双向传输，无复杂的接人控制协议。
    5.GTTH系统为用户提供了多个接口，多种终端接入的能力。基于多接口的结构，
2.5Gbit／s的下行信道被分成16个单元，每个单元156Mbit／s，在中心局端的用户线
终端（SLT）所有的单元信道被逐比特地复用在一起，在光纤网络单元（ONU）被解复
用（ONU）装在家庭或办公室，即用户端）。单元信道可以独立地使用。GTTH可以集
成各种各样的系统和服务，即使它们的信号格式、传输协议、传输模式（ATM或STM）
不同也没有关系。GTTH综合了基于ATM－PON的宽带通信系统、使用MPEG－2传输流的
数字广播系统和其他的一些有自己的传输模式的专用系统。每个系统与用户端都通过
一块线路接口卡联系，这样一来，系统更改。服务升级、新服务引入都简单而灵活，
通过更换接口卡即可实现。另外的一个基于单元信道划分的优越之处就是减小了用户
接口卡的速率。2.5Gbit／S的速率在ONU端就被解复用了，用户只从ONU接收156Mbit
／s的下行信号，由此CMOS集成电路的实现复杂度大大下降。
    NEC公司的GTTH演示系统
    对于GTTH系统的实用化，最大的障碍是它的成本。为了降低它的成本，必须降低
其中关键的高速光电器件的成本，尤其是用户端ONU中的光接收机和解复用器的成本。
    NEC公司已经研制出了高速的CMOS复用／解复用芯片、波导P-i-n光电二极管和单
芯片接收机等GTTH的关键器件。NEC公司的复用和解复用芯片采用了高速的0.5pm的CM
OS技术，可以处理最高速度达3Gbit／s的数字信号，且功耗非常小。而且由于CMOS工
艺具有易于大规模集成的特性，所以可以进一步给复用器和解复用器芯片增加某些功
能，如信道识别和选择、纠错、信号加扰等。其单芯片接收机集成了接收光信号的所
有电路，如前级放大器、自动增益控制（AGC）电路、锁柏环（PLL）电路等模块，无
需任何辅助电路就可完成提取定时、重整波形、码元再生等功能。它可处理速率为2.5
Gbit／s的信号。波导p-i-n光电二极管与单芯片接收机组成了一部结构紧凑的、免调
试的光接收机。
    其中单芯片接收机的敏感度是一19.5dBm，即在10-9的误比特率时，接收机所要
求的最小信号功率是一19.5dBm。通常局端的SLT（用户线路终端）的输出功率是6－
11dBm，即单芯片接收机具有25－30dB的性能裕量，这足以补偿光纤传输引入的损耗。
如果使用雪崩二极管（APD），此性能裕量还可提高10dB。NEC已经研制了一种超晶格
的APD，且其成本较低。
    NEC的演示系统主要提供数字视频广播、超高速下载服务（如基于ATM的文件传输
和Internet访问）。视频广播使用的是6Mbit／S的MPEG－2传输流，演示系统将两路
MPEG－2传输流经过8B10B编码后，与哑数据流复用为156Mhit／S的单元信道速率数据，
在ONU内部，一个视频解复用器芯片可以应用户的请求，解出某一路MPEG－2传输流。
另外，该芯片还提供了单元信道识别、10B／8B津码的功能。演示系统还演示了在10ms
内快速选择一路数字视频广播和120Mbit／s速率的快速下载能力。
    FTTH系统向GTTH系统的升级
    在日本，超大容量、高度灵活的GTTH系统将逐渐向商业和居民住宅区渗透。这是
闲为日本已经将基于PON结构的FTTH作为下一代接入网的发展方向，计划用窄带的PON
系统提供N－ISDN和POTS服务，用ATM－PON系统提供基于ATM信无的多媒体服务。而G
TTH包容了ATM－PON系统，而且对它是全兼容的。这意味着，ATM－PON系统的上行和
下行信号可以分别通过GTTH系统的1.3pm和1.5pm的光纤传输，而不需要改变它的信号
格式。接入方式和OAM系统。而现存的POTS、N－ISDN、双向多媒体服务（如VOD、高
速Internet访问、视频会议等）将可以由GTTH系统的ATM－PON子系统来提供。因而
由FTTH升级至GTTH是可行的。
    除了支持宽带双向数据服务外，GTTH还可以提供超大容量的数字视频广播服务。
这是绝无仅有的。GTTH系统能提供所有现存接入系统都不能及的大容量的HDTV和数
字视频广播服务。因而在将来，FTTH也有必要升级至GTTH系统。GTTH系统将是继FTT
H系统之后的时代的宠儿。