光纖接入網與鐵路通信網組網(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 部分SDH凈負荷來傳送IP業務，從而使SDH也能支持IP的接入。支持的方式有多種，除了現有的PPP方式外，利用VC12的級聯方式來支持IP傳輸也是一種效率較高的方式。總之，作為一種成熟可靠提供主要業務收入的傳送技術在可以預見的將來仍然會不斷改進支持電路交換網向分組網的平滑過渡。 　　準同步數字系列（PDH）以其廉價的特性和靈活的組網功能，曾大量應用于接入網中。尤其近年來推出的SPDH設備將SDH概念引入PDH系統，進一步提高了系統的可靠性和靈活性，這種改良的PDH系統在相當長一段時間內，仍會廣泛應用。 　　無源光網絡（PON），是指在OLT和ONU之間是光分配網絡(ODN)，沒有任何有源電子設備，它包括基于ATM的無源光網絡APON及基于IP的PON。 　　APON的業務開發是分階段實施的，初期主要是VP專線業務。相對普通專線業務，APON提供的VP專線業務設備成本低，體積小，省電、系統可靠穩定、性能價格比有一定優勢。第二步實現一次群和二次群電路仿真業務，提供企業內部網的連接和企業電話及數據業務。第三步實現以太網接口，提供互聯網上網業務和VLAN業務。以后再逐步擴展至其它業務，成為名副其實的全業務接入網系統。 　　APON采用基于信元的傳輸系統，允許接入網中的多個用戶共享整個帶寬。這種統計復用的方式，能更加有效地利用網絡資源。APON能否大量應用的一個重要因素是價格問題。目前第一代的實際APON產品的業務供給能力有限，成本過高，其市場前景由于ATM在全球范圍內的受挫而不確定，但其技術優勢是明顯的。特別是綜合考慮運行維護成本，在新建地區，高度競爭的地區或需要替代舊銅纜系統的地區，此時敷設PON系統，無論是FTTC，還是FTTB方式都是一種有遠見的選擇。在未來幾年能否將性能價格比改進到市場能夠接受的水平是APON技術生存和發展的關鍵。 　　IPPON的上層是IP，這種方式可更加充分地利用網絡資源，容易實現系統帶寬的動態分配，簡化中間層的復雜設備。基于PON的OAN不需要在外部站中安裝昂貴的有源電子設備，因此使服務提供商可以高性價比地向企業用戶提供所需的帶寬。 　　無源光網絡（PON）是一種純介質網絡，避免了外部設備的電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設備的故障率，提高了系統可靠性，同時節省了維護成本，是電信維護部門長期期待的技術。無源光接入網的優勢具體體現在以下幾方面： (1)無源光網體積小，設備簡單，安裝維護費用低，投資相對也較小。 (2)無源光設備組網靈活，拓撲結構可支持樹型、星型、總線型、混合型、冗余型等網絡拓撲結構。 (3)安裝方便，它有室內型和室外型。其室外型可直接掛在墻上，或放置于“H”桿上，無須租用或建造機房。而有源系統需進行光電、電光轉換，設備制造費用高，要使用專門的場地和機房，遠端供電問題不好解決，日常維護工作量大。 (4)無源光網絡適用于點對多點通信，僅利用無源分光器實現光功率的分配。 (5)無源光網絡是純介質網絡，徹底避免了電磁干擾和雷電影響，極適合在自然條件惡劣的地區使用。 (6)從技術發展角度看，無源光網絡擴容比較簡單，不涉及設備改造，只需設備軟件升級，硬件設備一次購買，長期使用，為光纖入戶奠定了基礎，使用戶投資得到保證。 　　光纖接入網的拓撲結構，是指傳輸線路和節點的幾何排列圖形，它表示了網絡中各節點的相互位置與相互連接的布局情況。網絡的拓撲結構對網絡功能、造價及可靠性等具有重要影響。其三種基本的拓撲結構是: 總線形、環形和星形，由此又可派生出總線—星形、雙星形、雙環形、總線—總線形等多種組合應用形式，各有特點、相互補充。 　　總線形結構是以光纖作為公共總線(母線)、各用戶終端通過某種耦合器與總線直接連接所構成的網絡結構。這種結構屬串聯型結構，特點是:共享主干光纖，節省線路投資，增刪節點容易，彼此干擾較小；但缺點是損耗累積，用戶接收機的動態范圍要求較高；對主干光纖的依賴性太強。 　　環形結構是指所有節點共用一條光纖鏈路，光纖鏈路首尾相接自成封閉回路的網絡結構。這種結構的突出優點是可實現網絡自愈，即無需外界干預，網絡即可在較短的時間里從失效故障中恢復所傳業務。 　　星形結構是各用戶終端通過一個位于中央節點(設在端局內)具有控制和交換功能的星形耦合器進行信息交換，這種結構屬于并聯形結構。它不存在損耗累積的問題，易于實現升級和擴容，各用戶之間相對獨立，業務適應性強。但缺點是所需光纖代價較高，對中央節點的可靠性要求極高。星形結構又分為單星形結構、有源雙星形結構及無源雙星形結構三種。 (1)單星形結構：該結構是用光纖將位于電信交換局的OLT與用戶直接相連，基本上都是點對點的連接，與現有銅纜接入網結構相似。每戶都有單獨的一對線，直接連到電信局，因此單星型可與原有的銅現網絡兼容；用戶之間互相獨立，保密性好；升級和擴容容易，只要兩端的設備更換就可以開通新業務，適應性強。缺點是成本太高，每戶都需要單獨的一對光纖或一根光纖（雙向波分復用），要通向千家萬戶，就需要上千芯的光纜，難于處理，而且每戶都需要專用的光源檢測器，相當復雜。 (2)有源雙星形結構：它在中心局與用戶之間增加了一個有源接點。中心局與有源接點共用光纖，利用時分復用（TDM）或頻分復用（FDM）傳送較大容量的信息，到有源接點再換成較小容量的信息流，傳到千家萬戶。其優點是靈活性較強，中心局有源接點間共用光纖，光纜芯數較少，降低了費用。缺點是有源接點部分復雜，成本高，維護不方便；另外，如要引入寬帶新業務，將系統升級，則需將所有光電設備都更換，或采用波分復用疊加的方案，這比較困難。 (3)無源雙星形結構：這種結構保持了有源雙星形結構光纖共享的優點，將有源接點換成了無源分路器，維護方便，可靠性高，成本較低。由于采取了一系列措施，保密性也很好，是一種較好的接入網結構 光纖接入的基本形式根據光網絡單元（ONU）的位置，光纖接入方式可分為如下幾種： 　　FTTB（光纖到大樓）；FTTC（光纖到路邊）；FTTZ（光纖到小區）；FTTH（光纖到用戶）；FTTO（光纖到辦公室）；FTTF（光纖到樓層）；FTTP（光纖到電桿）；FTTN（光纖到鄰里）；FTTD（光纖到門）；FTTR（光纖到遠端單元）。 其中最主要的是FTTC、FTTP兩種形式。FTTC主要是為住宅用戶提供服務的，光網絡單元（ONU）設置在路邊，即用戶住宅附近，如果將ONU設置在鐵路沿線的電桿之上，就可以為列車內的乘客提供如同住宅一樣的服務效果。從ONU出來的電信號再傳送到各個用戶，一般用同軸電纜傳送視頻業務，用雙絞線傳送電話業務。FTTP是將ONU放置在電桿上，為鐵路沿線及列車上的用戶提供各種綜合寬帶業務，FTTP是光纖接入網在鐵路通信網上應用的最終目標，但是每一個電桿都需一對光纖和專用的ONU，因而成本昂貴，實現起來非常困難。可以說，FTTP對今后光纖接入網來說并不適用，但該系統的技術成熟，可靠性高，仍然是今后鐵路接入網建設的首選。(a)是光纖接入網的基本結構： 接入網系統管理功能ONUONUUAFONUONUODNOLTOLT業務節點功能業務節點功能ODNAFUNIS/RSNIS/RQ3接入鏈路群網絡側用戶側TV(AON)(PON)(a)ITUT 在OLT與ONU之間沒有任何有源光電設備的光接入網稱為無源光網絡（PON）。PON對于各種業務是透明的，易于升級擴容，便于維護管理，缺點是OLT和ONU之間的距離和容量受到限制。用有源設備或有源網絡系統（如SDH環形網）的ODT代替無源光網絡中的ODN，便于構成AON，AON的傳輸距離和容量大大增加，易于擴展帶寬，運行和網絡規劃的靈活性大，不足之處是有源設備需要供電、機房等。如果綜合兩種網絡，優勢互補，就能接入不同容量的用戶。目前，鐵路網光纖化的途徑主要有兩個：一是在現有電話銅纜用戶網的基礎上，引入光纖傳輸技術改造光接入網。二是在現有的有線電視(CATV)同軸電纜網的基礎上，引入光纖傳輸技術，使之成為光纖/同軸混合網（HFC）。 HFC網的結構主要由前端（HE）、主數字終端（HTD）、傳輸線路、光線節點（FN）、和綜合業務單元（ISU）等組成，如圖所示：MPEG2服務器前 端 交換機HTD光線節點電話數據 電 視電 話數 據電 視MISU抽頭ISU (b)HFC網的結構圖數字環路載波（DLC）系統以光纖傳輸方式代替饋線、配線，然后再以雙絞線連接到鐵路通信網。以傳送窄帶業務為主時采用PDH準同步時分復用技術體制，以傳送寬帶業務為主時可采用異步轉移模式(ATM)加SDH同步時分復用技術體制。網絡結構以點到點、鏈型或環型網結構為常見。傳輸速率34Mbps155Mbps不等。傳輸距離可由幾千米到上百千米。采用DLC技術可以將光纖到路邊(FTTC)和光纖到電桿(FTTP)分期實現。 無源光網絡(PON)是采用光纖分支的方法實現點對多點通信的接入技術，可以支持iSDN基群或同等速率的各類業務。每個光網絡單元(ONU)一般可以連接幾個到幾十個用戶。APON是采用ATM信元傳送方式的PON，可以是上、下行速率相等的對稱系統，也可以是上、下行速率不相等的非對稱系統，支持ISDN及業務的帶寬需求，可以滿足各類電信業務和全業務網(FSN)的共同要求。APON代表了寬帶接入技術的最新發展方向，目前在英國、德國等已有實際應用，被認為是實現FTTC和FTTP的一種較好方法。 SDV是在CATV網上采用波分復用(WDM)或分光纖技術共享光纜線路的網絡接入技術。SDV技術與HFC技術比較，SDV是采用數字傳輸技術的系統，HFC是采用模擬技術體制的系統。因此，SDV具有較好的傳輸質量，便于升級，具有長遠的發展前景。SDV采用光纖接入系統和ATM技術，采用分層面的方式提供電話、數據和視像信號的傳輸。第一個層面采用傳統的光纖接入系統傳輸電話和數據業務。第二個層面采用基于SDH的ATM信元方式，支持交互式的數字視像等寬帶業務。5 鐵路通信網與光纖接入網的組網方案電信傳輸網絡部分將采用能滿足高速寬帶業務的SDH技術為主要傳輸體制。因此以按沿路由方向不減少光纜纖芯數量的環形網結構為基本設計模式，結點間所用光纖采用二纖單向通道倒換環（纖芯數則采用一主一備四芯光纖，提高網絡的可靠性），將中心局與各結點串成環狀。因環形網建設初期投資大，網絡升級有困難，加之不夠靈活，因此結合未來鐵路通信網空間特點，采取樹形星形混合網向多個互相聯系的環型網過渡，“逐條布放，優化成網”分層次、分階段的建設步驟。提高網絡的生存性，特別在光纜線路發生故障時，發生重大通信阻斷的現象，以及便于各結點出人纖芯，為今后鐵路通信光纖接人網的發展打下基礎。因此，今后的數據通信網絡設計模式將會走向樹形星形混合網和多互聯環形網。它們在未來鐵路通信網的發展中將會起到至關重要的作用。下圖（5）介紹了環形光拓撲結構，它們將是鐵路通信網與光纖接入網復合組網的基礎。 ONU ONU OLT ONU ONU ONU SDH光同步傳輸方案　　工程應用設計中對系統方案的選擇確定一般要考慮到技術的先進實用性、工程的投資、工程應用后的維護管理難易程度及維護資金多少等諸多因素。　　數字光纖通信與傳統的電纜傳輸通信或微波通信相比具有傳輸帶寬、通信容量大、中繼距離長、抗干擾以及管理維護方便等特點，自80年代以來已成為電信網的主要傳輸手段，目前常用的數字光纖通信技術為SDH（同步數字傳輸體系）與PDH（準同步數字傳輸體系）兩種。　　長距離鏈狀地理特點使得目前鐵路光纖通信系統其鏈路上的每個通信中心都有一定數量的2 M/s PDH系統上下電路采用逐步分接、復接的方式，這種方式會引起多級的碼速調整，而SDH采用同步復用方式和靈活的復用結構，上下業務非常方便，且有利于容納新的寬帶業務的引入，由于采用了指針調整技術，SDH網還具有定時的透明性，網絡能在準同步環境下工作，其凈負荷可以在不同的同步網之間進行傳送而不影響業務質量，并有能力經受定時基準的丟失，網絡性能比PDH光通信系統有了很大的改善。　　從經濟性方面來看，目前SDH設備比同等容量的PDH設備價格低。隨著SDH光傳輸系統的大量工程推廣應用和生產量的大幅上升，價格還將繼續下降。　　從系統的后期維護管理來看，PDH系統設備繁多，維護量大。SDH幀結構中安排有豐富的開銷比特用于網絡的管理，故網絡的運行、管理、維護能力強大，同時SDH網絡具有標準的光接口，開放型的標準光接口可滿足多廠家產品環境，實現網絡的橫向兼容性；節約網絡建設成本，有利于網絡的后期管理，提高管理水平。　　根據以上對SDH光傳輸系統的技術先進性、經濟性及運行后的維護管理工作等方面的考慮，結合未來建設中所產生的具體情況，本設計采用了SDH光同步傳輸系統方案。(1)系統設計依據　　SDH光纖通信傳輸系統的設計目前有最壞值設計法和統計設計法兩種。雖然統計設計法確定了足夠小的系統先期失效概率，使得中繼段的距離增長，但由此可能影響到系統的橫向兼容性實現。因此本設計確定系統采用最壞值設計法，在設計中繼段距離時，將所有參數都按最壞值選取，使本系統能在系統壽命終了、富裕度用完且處于極端溫度條件下仍能100%地保證系統性能要求，避免系統先期失效。　　根據高速鐵路對光纖通信傳輸系統的要求（以下數據均為設計時的假設數據）： dB/km以下， dB/個； dB/km以下。故發射 接收點（S R）的光通道損耗值為（afm+asm/Lf+Mc）L=(+)40＝20dB （） 式中 afm為單盤光纜衰減