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宽带接入FTTH之GTTH系统

2/14/2005来源:接入系统人气:7721

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。