结合PON技术的HFC双向光网络

一、HFC|0">HFC网络回传问题的提出

　　HFC(Hybrid Fiber Coaxial)网络是由光纤和同轴电缆网络混合组成的，以星型或者树形拓扑结构为特点。从前端(Headend)到光节点采用光纤传输，如果要构成双向网络，则每个光节点另外单独需要1根光纤来实现双向通信; 当然，如果采用波分复用(WDM)技术，上行就必须采用1310nm波长，下行采用1550nm波长。但是要引入光放大器提升下行总功率，需要采用高隔离度的波分复用器件。所以，如果构建双向HFC网络，开展宽带接入业务，实现回传则需要很多根光纤，而且光信号到了前端后，前端需要很多回传光接收机，同时汇聚噪声会十分明显。例如: 一个HFC网络，采用星型结构，有n个光节点，那么下行需要n根光纤，上行还需要n根光纤，前端再需要n个回传光接收机，而且这n个光节点的回传噪声将会在前端的CMTS(Cable Modem Terminal System)汇聚，劣化回传信号的载噪比，甚至导致回传系统无法正常工作。所以如何低成本地构建高质量、宽带的双向HFC网络是广电实现宽带接入的关键点。

二 "PON|0">PON"及其特点

　　无源光网络(Passive Optical Network，PON)技术，是一种采用无源光网络(前端和光节点之间没有有源设备、器件)的技术，是一种新兴的透明的宽带接入技术。它的参考结构如图1所示。PON网络起始于前端的线路终端(OLT)，终止于光节点的光网络单元(ONU)。中间使用普通光分路器进行光能量分路。

　　信号从前端的OLT到用户端的ONU称为"下行"; 信号从ONU到OLT称为"上行"。从这些特点来看，PON和我们的HFC网络具有很多相似之处。

　　PON采用树形、星型分支结构，多个ONU共享光纤和前端OLT的回传光接收机。PON下行采用时分复用(TDM)方式，信号广播式下发，和我们的HFC网络的下行完全一样，是"一发多收";但是，信号的上行方式却不一样，各个ONU或者说光节点共用一根光纤进行回传，回传采用时分多址(TDMA)技术，"多发一收"，前端只设置一个回传光接收机，在任意一个时刻只有一个ONU发送信号，各个ONU单元轮流发送信号，实现光纤和回传光接收机的资源共享。

　　同HFC网络一样，PON网络也有总线型、树形、星型等拓扑结构，见图2。PON系统一般采用无源单(双)星形拓扑，分路比可以达到1∶16~1∶32，每个光节点可与数十个到数百个用户端设备(CPE)相连。

　　PON本身是一种多用户共享系统，即多个用户共享同一前端设备、同一光缆和一个光分路器，成本较低，其安装、开通和维护运营成本也相对较低。加之PON能够提供透明宽带的传送能力，因此接入网正在大量应用PON技术。国内外的标准化组织也已经制定了相关标准。

　　目前主要有两种比较有前途的技术: A-PON和E-PON，即ATM-PON和Ethernet-PON。其中，A-PON的上、下行方向的信息传输都采用ATM传输方案，下行速率为622Mb/s或155Mb/s，上行速率为155Mb/s。光节点到前端的距离可长达10~20km，或者更长。
当必须保证服务质量(QoS)时，A-PON设备就成为首选的设备。A-PON的综合接入系统具有ATM技术所特有的统计复用功能，可以充分利用带宽资源，获得节约带宽的效果。
目前的G.983.x系列建议规定A-PON中数字信号的标称比特率有两种: 一种是上、下行对称的155.52Mb/s;另一种是非对称的下行622.08Mb/s，上行155.52Mb/s速率。其双向传输方法主要有两种，第一种采用单纤波分复用方式，两个波长分别工作在下行1550nm区和上行1310nm区; 第二种采用单向双纤空分复用方式，工作在1310nm区，以便充分利用低成本的光源。

　　E-PON除帧结构和传输速率与A-PON的不同外，其余所用的技术与A-PON所采用的许多技术类似，E-PON的体系结构也符合G.983.x系列标准的要求。

　　E-PON和A-PON的主要区别是: 在E-PON中，根据IEEE802.3以太网协议，传送的是可变长度的数据包，最长可为65535个字节。而在A-PON中，根据ATM协议的规定，传送的是53个字节的固定长度信元。所以，A-PON系统不能直接用来传送IP业务信息，如果要传送IP业务，就必须把IP包拆分，构成一个个ATM信元。这个过程除费时外，还增加了OLT和ONU的成本，而且ATM的信头也是对带宽的一种浪费; 与此相反，以太网适合携带IP业务，与ATM相比，极大地减少了开销。E-PON的下行速率为1000Mb/s或者100Mb/s，上行为100Mb/s。

三、结合PON技术的HFC双向光网络的设计

　　结合HFC双向光网络的功能特点，我们提出了"结合PON技术的HFC网络双向化光网络"的设计。即采用PON网络技术构建双向HFC光网络，下行仍采用原有的光端机，广播式下行占用一根光纤(如果是环网，则加倍)，所有光节点的业务回传占用一根光纤(如图2所示)。当然，如果采用波分复用(WDM)方式，可以1550nm波长光发射机下行，所有光节点用1310nm的FP激光器进行回传，再用若干1310/1550波分复用器即可。

　　系统采用无源光分路技术，网络可以进行多级无源光分支，前端与光节点可以星型、树型、总线型三种基本拓扑结构组网，分别适用于不同地域和应用场合(如图2所示)。