崔廣基

(武漢微創(chuàng)光電股份有限公司，武漢 430074)

1 無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)，是一種針對(duì)“最后一公里”通信覆蓋的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)光纖接入組網(wǎng)技術(shù)。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PON架構(gòu)中，上、下行通信采用波分復(fù)用等單纖雙向技術(shù)，并完全由光纖、光分路器等無源器件組成一個(gè)全光纖網(wǎng)絡(luò)。利用這樣一個(gè)全光網(wǎng)作為業(yè)務(wù)承載，就可以實(shí)現(xiàn)從語音、數(shù)據(jù)到寬帶等的通信。當(dāng)前，PON最成功的應(yīng)用就是電信運(yùn)營商普遍采用以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（EPON）打造的光纖到戶（FTTH），實(shí)現(xiàn)了寬帶、電話等 “最后一公里”覆蓋。

一個(gè)完整的PON系統(tǒng)由一個(gè)安裝于局端的光線路終端（OLT）、用戶端（或終端）的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）和在OLT與ONU之間的光配線網(wǎng)（ODN）組成。顯然，PON技術(shù)具有大幅度節(jié)省光纜資源、帶寬資源共享、節(jié)省機(jī)房投資、設(shè)備安全性可靠性高、建網(wǎng)速度快、組網(wǎng)靈活、綜合建網(wǎng)成本低等優(yōu)點(diǎn)。

2 基于PON的非壓縮視頻傳輸技術(shù)

眾所周知，數(shù)字非壓縮視頻是當(dāng)前無損數(shù)字視頻光纖傳輸?shù)囊环N最重要技術(shù)手段。當(dāng)前，采用數(shù)字非壓縮技術(shù)的視頻光端機(jī)已廣泛使用在視頻監(jiān)控的接入層。與壓縮視頻傳輸技術(shù)相比，數(shù)字非壓縮視頻具有圖像傳輸質(zhì)量高、全實(shí)時(shí)、技術(shù)成熟、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，但是也存在組網(wǎng)單一、傳輸方式不靈活等問題，尤其在接入層需要大量占用光纖，造成光纖資源緊張的局面。

能否將數(shù)字非壓縮視頻與PON相結(jié)合，使其既有非壓縮視頻的實(shí)時(shí)高質(zhì)量，又有PON的高效靈活組網(wǎng)、節(jié)約光纖資源的優(yōu)點(diǎn)呢？答案是肯定的。按照這一思路，微創(chuàng)光電于2009年初推出一種創(chuàng)新的視頻接入層解決方案——基于無源光網(wǎng)絡(luò)的非壓縮視頻傳輸系統(tǒng)VPON。VPON由局端設(shè)備OLT、遠(yuǎn)端設(shè)備ONU以及無源光網(wǎng)絡(luò)ODN三部分組成，如圖1所示。

與電信接入網(wǎng)中的EPON相似，VPON網(wǎng)絡(luò)在1根光纖上使用不同波長的2個(gè)光路來分別實(shí)現(xiàn)上、下行數(shù)據(jù)傳輸，因此上、下行2個(gè)方向可以同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)而不沖突。在下行方向，OLT可以隨時(shí)發(fā)送反向視頻、音頻、控制數(shù)據(jù)、開關(guān)量和以太網(wǎng)等信號(hào)給任意ONU；在上行方向，采用時(shí)分復(fù)用（TDMA）技術(shù)，把光纖的占用按一定時(shí)間長度分成時(shí)段，在每一個(gè)時(shí)段，只有1臺(tái)ONU采用突發(fā)模式的激光器能夠占用光纖向OLT發(fā)送視頻、音頻、控制數(shù)據(jù)、開關(guān)量和以太網(wǎng)等信號(hào)，其余ONU則關(guān)閉激光器。OLT通過協(xié)議控制指定ONU發(fā)送和關(guān)閉時(shí)段，來避免沖突的發(fā)生。

要實(shí)現(xiàn)VPON的非壓縮視頻傳輸功能，就必須解決以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。

首先是測(cè)距問題。由于PON系統(tǒng)的上行方向?yàn)槎帱c(diǎn)到點(diǎn)的拓?fù)?、多個(gè)ONU共享主干段光纖，為正確安排各ONU上行發(fā)送起止時(shí)刻，把各ONU發(fā)送時(shí)隙在光耦合器合路后時(shí)間上互不重疊地“復(fù)用”起來，必須先知道各ONU到OLT的時(shí)延，也就是傳輸距離，各個(gè)ONU到達(dá)OLT的上行傳輸延時(shí)差異可能造成各ONU時(shí)隙交疊，導(dǎo)致來自不同ONU的時(shí)隙發(fā)生碰撞。顯然，在實(shí)際工程應(yīng)用中不可能預(yù)知每個(gè)ONU到OLT的精確傳輸距離，而日后增補(bǔ)、擴(kuò)容、位移等要求也不允許只按一種固定距離的模式工作。因此，必須引入實(shí)時(shí)的自動(dòng)測(cè)距技術(shù)對(duì)由于物理傳輸機(jī)制引發(fā)的時(shí)延差異進(jìn)行補(bǔ)償，以確保不同ONU所發(fā)出的信號(hào)能夠在OLT處準(zhǔn)確地復(fù)用在一起。目前商用化的PON技術(shù)主要是EPON，其測(cè)距問題由上游芯片廠商提供成套解決方案。而VPON完全是自主開發(fā)的，沒有現(xiàn)成標(biāo)準(zhǔn)，不可能得到齊備的解決方案支持，只能自主開發(fā)。

其次是帶寬的復(fù)用問題。非壓縮數(shù)字視頻帶寬要求非常高，一路就要占用130 M左右的高帶寬。為了具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用能力，還必須同時(shí)要求有低速數(shù)據(jù)、音頻、開關(guān)量乃至以太網(wǎng)的隨路傳輸能力。在PON技術(shù)中，EPON采用的1.25 G光平臺(tái)是性價(jià)比較高的光平臺(tái)，不但技術(shù)成熟，而且可以得到較好的技術(shù)支持。VPON也只能在這樣一個(gè)有限的帶寬中盡可能多地進(jìn)行多路復(fù)用。由于1.25 G的帶寬限制，1個(gè)VPON的OLT最多只能處理8路非壓縮視頻。

最后是工作可靠性和安全性問題。作為PON系統(tǒng)，工作可靠性主要有兩方面，一是無源光網(wǎng)絡(luò)本身，二是作為有源設(shè)備的ONU和OLT。作為無源光網(wǎng)絡(luò)，其可靠性經(jīng)過多年的廣泛應(yīng)用不容置疑，重點(diǎn)主要是放在作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的ONU上，即單個(gè)ONU發(fā)生停電、本身故障這兩方面問題時(shí)，都不應(yīng)該對(duì)整個(gè)VPON系統(tǒng)有影響。這就要求ONU在VPON中有一個(gè)可靠的自我診斷和網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)機(jī)制，一旦出現(xiàn)問題時(shí)可以脫離系統(tǒng)，并通過網(wǎng)管上報(bào)故障。

此外，還有注冊(cè)、同步等問題。只有可靠并有效地跨越這些障礙，才能真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品商用化層面的VPON。

3 VPON的優(yōu)勢(shì)及組網(wǎng)

VPON是面對(duì)視頻接入層的應(yīng)用而生，接入層不但要滿足各種監(jiān)控要求的功能接口，還要體現(xiàn)PON技術(shù)的靈活組網(wǎng)優(yōu)勢(shì)。

從接口功能設(shè)計(jì)上，每個(gè)ONU可以支持1～3路視頻接入（仍受限于1個(gè)OLT的8路視頻容量）、1路RS-232/485數(shù)據(jù)、1路總線式RS-485反向控制數(shù)據(jù)、1路開關(guān)量、1路雙向音頻、1路10/100 M自適應(yīng)（共享100 M帶寬）。這樣的接口設(shè)計(jì)，基本上可以滿足視頻接入層各種應(yīng)用。ONU的外觀和接口如圖2所示。

一般視頻接入層的覆蓋半徑不會(huì)超過20 km，PON本身可以支持除環(huán)形外的任意星形、鏈形和樹形組網(wǎng)形態(tài)， ONU支持20 km半徑范圍內(nèi)的任意方式組網(wǎng)應(yīng)用。

總的來說，VPON體現(xiàn)了如下一些新特點(diǎn)。

（1）組網(wǎng)靈活

系統(tǒng)通過光分路器和光纖組成多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)的無源光網(wǎng)絡(luò)，可以根據(jù)前端的分布情況組成鏈形、星形和樹形網(wǎng)絡(luò)。8個(gè)前端ONU可以支持在20 km半徑范圍內(nèi)的任意組網(wǎng)（非環(huán)形）。VPON幾種典型組網(wǎng)方式，如圖3、4、5所示。

（2）擴(kuò)容方便

在OLT容量富裕時(shí)，可在1個(gè)VPON系統(tǒng)中的干線光纖或支線光纖上任意一點(diǎn)插入新的ONU；或者在系統(tǒng)中的干線光纖或支線光纖上任意一點(diǎn)插入無源分路器后，分出若干段光纖插入新的ONU；也支持在原ONU的后端再延長出一段光纖插入新的ONU。

（3）可靠性高

系統(tǒng)所有設(shè)備都通過PON連接，PON由無源元件組成，不易受損，特性穩(wěn)定。系統(tǒng)不論采用哪種網(wǎng)絡(luò)形式，實(shí)際上還是接收端與各前端點(diǎn)到點(diǎn)的直接傳輸，因此任何一個(gè)ONU前端故障都不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成影響。前端故障可包括前端掉電和設(shè)備故障，還可以包括前端設(shè)備不穩(wěn)定。實(shí)際上，VPON完全與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光端機(jī)組成的監(jiān)控傳輸網(wǎng)具有相同的可靠性。

（4）可指派輸出

可根據(jù)需要將特定ONU接入的信號(hào)設(shè)置到OLT端指定端口輸出，即可以實(shí)現(xiàn)1個(gè)VPON系統(tǒng)內(nèi)的視頻交換功能。

（5）統(tǒng)一網(wǎng)管

遵循微創(chuàng)光電eGuide網(wǎng)管體系的統(tǒng)一管理，除了可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各機(jī)盤性能和告警參數(shù)的采集上報(bào)，還能對(duì)系統(tǒng)中前端ONU的工作時(shí)隙進(jìn)行切換，并能對(duì)前端ONU進(jìn)行啟動(dòng)、暫停和注銷等操作。

（6）平臺(tái)兼容性強(qiáng)

同一平臺(tái)上的OLT可以與不同功能組合的ONU互通。

4 結(jié)論

VPON的問世，帶來一種全新的視頻接入層解決方案，尤其是針對(duì)光纖資源緊張、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、光纖敷設(shè)施工條件限制較多等情況，具有更明顯的優(yōu)勢(shì)。