引言
宽带业务现在已经成为许多用户日常生活不可缺少的一部分。互联网高速接入和IPTV（在有些国家）已呈现为一个不断增长的趋势，几乎所有的网络运营商都在提供此类业务。但与此同时，大多数情况下，数据都是通过旧的原本为传电话而设计的铜线传送给用户的。在过去十余年中，利用不同的DSL系统，把铜线的传输速度提高了10-500倍（取决于线路的长度）。但是现在即使使用VDSL2，铜线的传输速度实际上也高不到哪儿去了，而且只能在很短的缆线上获得。总之，就速度和距离而言，铜线技术已经黔驴技穷。
然而，许多新业务，如高清质量的IPTV、YouTube或Google上的各种互联网应用需要更大的带宽。在不久的将来，DSL就不再能够满足要求了。另一方面，有线电视运营商与电信运营商之间日益加剧的竞争也迫使它们采取新的技术措施。
对电信运营商而言，有三个方案可供选择：（1）使用诸如3G、WiMAX或WLAN之类的无线技术。无线技术安装方便、成本有效，尤其适合用户较少的农村地区。但是由于频率资源的限制，采用无线技术即便向每个用户提供2Mbps以上的带宽也是不容易的。从中长远看，无线技术无法满足对带宽的高需求；（2）光纤+铜线，把光纤铺到尽量靠近用户的馈线分配接口处，然后再用有源铜线技术。如果用VDSL2，可提供高达50Mpbs的带宽。其优点是网络扩建成本相对较低，可以作为实现纯光纤基础设施的一个跳板。其缺点是从中期看，传输带宽难以满足需求；（3）光纤到家（FTTH），把接入网络基础设施由铜变为光。但这种解决方案需要大量投资。从今天的眼光看，这是使网络适应未来和不断扩展的唯一途径。现在全球都在兴建FTTH网络。
后两种方案统称为光纤接入，本文主要根据国外情况从7个方面来谈谈部署光纤接入的相关问题。
用户究竟需要多大的带宽
关于将来用户究竟需要多大带宽的问题，现在意见很不一致。有些人认为16 Mbps的带宽足以满足传送住宅用户所需的所有业务。另一些人认为在不太远的将来，人们需要高达1 Gbps的带宽。下面我们不妨先考察一下各种业务的情况。
■话音业务：
目前，一个话音信道需要64 kbps。如果通过VoIP传，需要大约80 kbps（无压缩）。过去50年来，我们一直习惯于在0.3–3.1 kHz的频率范围内传输话音。当需要提高话音质量（如高清话音）时，上述带宽就不够了，但这也不需要很大的带宽。例如，传送高保真质量的话音，每路话音200–400 kbps也就足够。换言之，在将来，话音是不需要很多带宽的业务。
■互联网业务：
互联网刚开始的时候，其网页用28.8 kbps的调制解调器传即可接受。今天，再用这样的速度传一个主页，可能要用几分钟，因为页面上都是图像和横幅广告，28.8 kbps显然就不够了。对固定内容的冲浪所需的带宽至今仍不算多，有1-2 Mbps，你就可以十分轻松地在互联网上冲浪。但是对近几年出现的一些新业务，如Web TV或YouTube等，它们需要的带宽就大得多了，因为它们实时传输视频数据。对在线备份/存储或托管的Web应用来讲，只有当带宽在10 Mbps以上（包括上行）时才可行。另一需要大带宽的例子是利用云计算在互联网上提供的应用服务。例如，Google打算于2011年初利用其基于云的新操作系统（Chrome OS），通过互联网向用户提供免费使用的应用软件，由于此软件是在Google的服务器上运行，而不是在家用PC上运行，故这种形式的应用服务提供（ASP）也需要额外的传输容量。换言之，在将来，可能不光是互联网接入应用需要100 Mbps的带宽（甚至更大，而且是上下行对称的），其他新业务也需要这样大的带宽。
■IPTV：
就用户满意度而言，IPTV业务的质量应该与通过电缆或卫星接收的信号相当。但目前有些用户已经在抱怨IPTV的图像内容被压缩得太多，或者TV体验很有限。为了把具有适当质量的TV信号传给最终用户，必须在接入线路上提供比较高的带宽。与互联网应用不同，为了保证完好的电视体验，IPTV必须保持带宽恒定不中断。这很大程度上提高了对整个传输网的要求。表1列出了依据不同的清晰度和图像压缩，为传输电视信号所需的带宽（表中数字仅供参考，因为当相应压缩算法采用不同参数时数字会有所出入）。
表1 传输不同电视信号所需的带宽
假设一般住家有2到3台电视机，每台电视机都能够选择HDTV质量（MPEG4，720p）的节目，那么你光是为IPTV业务就需要3 x 10 = 30 Mbps的带宽。如果在将来，质量提高到HDTV（1080p）或3D-TV，甚至需要更高的带宽，例如HDTV（MPEG4，1080p）就需要3 x 25 = 75 Mbps。
因此，对能够适应未来的IPTV带宽而言，不应该只依据SDTV的数据速率，还必须考虑HDTV。到2016年，如把各种业务的宽带需求加在一起，理想的用户连接应该达到150 Mbps的水平（见表2）。
表2 用不同技术提供不同业务所需带宽
CATV与IPTV
几年以前，当IPTV刚作为一项新业务投放市场时，有些专家预测有线电视和卫星电视的末日将来到了。但是直到今天，IPTV在许多地方仍难以与传统电视相竞争。原因如下：
• IPTV要求每用户高带宽，但目前大多数用户的带宽都低于8 Mbps。
• 为了能够通过电信网络高效地传输IPTV，除了需要较高的带宽外，还需要在核心网部分具有多播的功能，故必须增加核心网的传输带宽。此外，为了提供重要视频服务或高速缓存系统等，也需要在网络上作很大的投资。
• 网络运营商必须购买传输内容的许可证，为此经常要与各种媒体公司进行困难的谈判，投入很大，但良好的边际收益往往只有在IPTV用户普及率相当高的地方才能看到。
• 针对内容非法复制的数字版权管理（DRM）必须普遍得到实施。这也涉及高的成本。
• 如果提供的内容相差无几，最终用户把原先的电视业务改为IPTV的意向就不强。额外的内容、更好的质量和更便宜的价格是使用户倒向IPTV所必须的前提。
• 在涉及光纤连接解决方案的地方，宽带IPTV的接入点通常都与电视机不在同一地方。在有些国家，常常用电力线系统来分配电视信号。此时连接机顶盒的过程与经由同轴电缆传统有线电视相比难度更大。
• 相比于IPTV，有线电视是已经沿用了数十年的一种技术，内容许可证不存在任何问题，楼内的布线是专门设计的。最终用户对这种技术非常熟悉，常年接受，没有顾虑。而对IPTV，用户就不那么熟悉了，会产生是不是需要换新的机顶盒、需要不需要在室内增添新的的布线、能增加什么新的价值、转换频道的时间长短等疑问。
考虑到以上因素，有些网络运营商目前对广泛引入IPTV仍持谨慎态度，尤其在付费电视环境和商业情况强差人意的地方。但是，借助于光纤技术，只要很少的额外开支，IPTV就既能提供传统的有线电视，又具备自身的优点，可以提供为用户定制的节目、虚拟录像机和交互式电视等。光纤技术为我们打开了一条从单向传播的电视（有线电视或卫星电视）向交互式个性化电视业务过渡的捷径。在将来，IPTV总是会发展起来的。据Point Topic报道，在2010年第三季度，全球IPTV用户数上升达4189万，比2009年同期增长36%。
光纤到家（FTTH）和光纤到大楼（FTTB）
FTTH是把光纤铺到用户家里。FTTB是把光纤铺到大楼的连接点，然后再通过现有铜线把信号分发到大楼的其他部分。
在独立式住宅情况下，FTTB和FTTH没有什么区别，因为光纤通常正好终接于住宅入口背后，那里就是宽带互联网的接入点。在多户住宅楼里，FTTH与FTTB有很大的不同。FTTH需要在楼里铺设足够的光纤线路，使每一住宅单元至少有一条专用的光纤。由于铺设到家的光纤只有一条，故需用无源分光器或有源以太网交换机来实现室内光纤配线。这种方案总是意味着要在楼内铺设新的基础设施。在使用FTTB的地方，光纤线路终接于地下室或安放大楼技术装备的房间。每一住宅单元则通过铜缆连接，此铜缆可以是现有的电话电缆或传输带宽更大的新电缆，例如可以提供传输速度高达1000 Mbps的以太网电缆。
借助光纤技术实现先进的电视解决方案
从今天的观点看，光纤的数据传输容量是无限的。目前使用最广泛的仍是用两根光纤传数据的光传输系统，一根光纤用于发送，另一光纤用于接收。在一根光纤中使用不同波长也可同时实现发送和接收。在FTTH和FTTB应用中，首选是使用一根光纤，以减少铺设的光纤数量，节省成本（接头成本、接插光缆等）。采用双向激光器后，所有业务（话音、互联网、IPTV）都可以在一根光纤上传输。按照以太网的规范（IEEE 802.3），将使用1310 nm和1490 nm波长。借助于波分复用（WDM）技术，还可利用另一波长（1550 nm）插入CATV信号，在用户端用无源分光器分出，再经集成在用户驻地设备（CPE）中的光电变换器产生CATV电信号。如图1所示。
图1 点对点以太网与CATV重叠的FTTH网
PON或点对点以太网是最合适的光纤网技术
在FTTH接入网中，目前主要使用两种技术：
• 以太网点对点系统（P2P），在主站与最终用户之间（点对点）使用专用的光纤，如图2所示。
• 无源光网（PON），利用无源分光器把光放大器的信号分割为几条光线路（取决于分割系数），如图3所示。
图2 点对点结构
图3 PON（点对多点）结构
PON系统的优点是主站上的光纤数量少，所需要的空间小以及对CATV业务直接分配。点对多系统的优点是带宽较高，数据安全性增强以及将来有扩展和批发的机会。选择PON或P2P的一个关键因素是看终接于用户家里的光纤是一根还是若干根。
楼内布线问题
在采用光纤接入时必然会遇到楼内布线问题，在国外一般分使用现有基础设施和和安装新的基础设施两种情况。在前一情况下，在无CATV接入的独立式住宅和多户住宅楼里，主要使用现有电话电缆。在有以太网电缆时也可使用以太网电缆。在有CATV接入的独立式住宅和多户住宅楼里，除了电话电缆外，还可使用CATV同轴电缆，把它与光综合接入设备（IAD）连接起来，无需额外开支就可提供电视。
另一种布线情况是安装新的基础设施。在楼内铺设新缆线是非常复杂的，代价也很高。尤其在供租用的大楼内，当只有少数住户涉及连接光纤网时，问题就发生了。此时的困难是为了安装新的基础设施，因现有布线缘故，所有单元必须一起动工。同时还须大楼拥有者允许在楼内安装新的连线或改变原有的基础设施。当然，由于提供了新的电信和电视基础设施，楼的价值就得到提升。
在多户住宅楼内可安装光缆和以太网电缆两种新的基础设施。安装光缆时，从转接点（地下室或安装技术装备的房间）到每一住宅单元铺设一根或几根光纤（备份），由于光纤容易断裂，故应把它们铺在管道内。每一住宅单元均通过光纤直接连接到运营商的主站。CATV信号也可以在光纤上传输，未必要铺设CATV用的同轴电缆。总的讲，光缆在带宽方面能够适应将来需要，但目前铺设光缆的成本和附加设备的成本仍比较高。安装以太网电缆时，也从转接点（地下室、安放技术装备的房间）铺到每一住宅单元。为了满足将来的需要，应该使用CAT5e类型电缆，带宽能达到1 Gbps，但传输距离有限，在100米至1000米之间。如要提供CATV业务，还需要铺设额外的同轴电缆。以太网电缆总体解决方案非常成本有效，能够适应今后10-20年。其缺点是：由于传输距离有限，长距离时（如在办公室或多户住宅大楼内）需要附加设备。如果将来想安装光缆的话，应该把以太网电缆铺设在空管道内。在独立式住宅中，铺设光缆和以太网电缆则比较容易，因为没有室内布线问题。铺设新的标准的电话电缆不可取，因为传输带宽太小。
铺设新基础设施和使用已有基础设施各有优缺点。铺设新基础设施的优点包括能够适应今后10-20年的需要；传输带宽大，有利于新业务的开发，具有竞争优势；新基础设施有利于引入简单、标准的系统概念；根据合同，运营商有可能获得此基础设施的独家使用权，故用户的忠诚度高。缺点是投资成本大大增加；由于主要参数不同，需要专家来安装；需要得到大楼拥有者，甚至住户（不想使用新基础设施的住户）的允许；由于文化遗产保护条例所限，不可能在所有建筑物内都安装。
使用已有基础设施的优点包括不需对楼内基础设施再投资；不需与大楼拥有者和住户进行复杂的谈判；在所有建筑物内都可行。缺点是使用VDSL2时需要投资；带宽限于50-100Mbps（取决于距离）；电缆质量差导致带宽受限；只是中期的一个解决方案，今后仍需安装新基础设施。
在FTTB和FTTH网络中的家庭设备
在FTTB和FTTH网络中的家庭设备有多种，分别适用于不同的场合。它们包括：
• 光纤网络终端（ONT）：光纤终接于ONT，进行光电转换，常常被集成于多用途设备。
• Micro-DSLAM：当输入光纤终接在楼内需通过现有电话电缆分配到若干住宅单元时使用Micro-DSLAM。当今，Micro-DSLAM通常使用VDSL2技术，能使每用户速度高达100 Mbps。在用户家里则要配合使用VDSL2调制解调器或终端设备。
• 光以太网交换机：如果大楼内铺设了光缆，就需要使用光以太网交换机。光以太网交换机直接与光纤线路连接，并把光端口的数据分配到楼内办公室或住宅单元的。在用户家里必须安装光终端设备。
• 电以太网交换机：当以太网电缆（如Cat5d）作为大楼缆线时，就需要安装电以太网交换机。电以太网交换机在网络中也是与光纤连接的，但通过电端口把数据分配到办公室或住宅单元。在用户家里必须安装有以太网电接口的终端设备。
• 用户驻地设备（CPE）：CPE通过不同的接口向用户提供所要的业务，相当于目前的DSL终端设备。根据用户需要，通常提供下列功能：连接PC或家庭网络的以太网接口、WLAN无线接口、电话接口、电话系统功能、连接IPTV机顶盒的以太网接口、USB接口、打印机接口。根据所用传输技术的不同，CPE必须装有针对主站的接口：连接电以太网交换机或光网络终端（ONT）的电以太网接口（如100Base-T）、连接光以太网交换机的光以太网接口（如100Base-BX）、连接Micro-DSLAM的VDSL2接口、连接PON系统的PON接口。
• CATV的附加设备：如果CATV信号在光纤上传输，必须使用WDM解调器和CATV转换器。WDM解调器和CATV转换器通常与光纤终端功能结合在一起。WDM解调器把TV信号与以太网数据在光层面上分开，然后在两根分开的光纤上传输TV信号。传输数据信号的光纤用上述光纤终端功能来处理。CATV转换器终接带有TV信号的光纤，通过同轴电缆接口提供TV信号。
• PON-ONT：如果用PON兼容接口取代光以太网接口，通常就需要使用PON-ONT。借助于PON系统，通过放置在楼内的无源分光器很容易实施FTTH。
结语
去年9月，宽带论坛宣布，全球宽带用户数已达5亿，每两个固定电话用户中就有一个宽带用户，创下一个新的里程碑。其中，光纤用户占到13.31%。光纤进入最终用户的楼内已成事实。截止到2010年中，亚洲有4300万光纤用户，美国有860万，欧洲有450万。
未来，光纤接入必将在全球大规模部署。然而，在部署光纤接入时遇到的场景是千差万别的，使用哪种技术、需要多大投资，要看具体的规划和实际的项目而定，很难有统一的放之四海皆准的策略。纵然如此，根据国外经验，有些导则还是可以借鉴的，例如：
• 建筑物内要留有足够的光纤，哪怕刚开始时只用一根光纤，考虑到今后要向所有住户提供，必须留有足够光纤。
• 当使用楼内已有电缆时，应事先检查电缆，以确保与VDSL2兼容。
• 当在多户住宅楼内铺设新缆线时，应规划好空管道，以便随后的铺设比较方便。
• 在设备方面，应该考虑到终端设备的功能变化很快，必须能够很快很方便地予以适应，并且不涉及光纤连接。
• 设备安装和缆线铺设应该考虑到在接入带宽进一步加大时无需改换所有设备的基础设施。
