概述

    世界上谈论用户光纤系统已有多年的历史,特别是光纤传输系统所具有的巨大带宽和抗电磁干扰的良好特性,目前还没有那种传输方式可以和它相比拟,因此被誉为是今后信息化社会的基础,但由于系统成本长期处于高位,因此普及速度特别慢,同时还由于cablemodem、xDSL等宽带用户接入技术不断成熟和完善,使其成为现今世界上用户宽带接入技术的主力军,在这种形势下,用户光纤系统只能成为人们响往的理想和今后的发展方向,而不能成为现实，但这已经是前几年的事了。   

    这几年世界各国的电信业和有线电视业发生了巨大变化,纷纷打破垄断,走向开放,竞争异常激烈,使3种业务(电话、有线电视和高速上网)逐渐走向融合,3网(电话网、有线电视网和因特网)的融合也从理论走向实践,这方面美日两国表现的尤其突出,这两国的网络电话、网络电视的应用,风起云涌,并席卷全球,特别是IPTV的出现和推广,它对于整个IT界的冲击和震撼,实在是太大了!

    因为电话与有线电视由垄断走向开放,新兴的科技公司纷纷进入这个领域,这些新兴的科技公司带着因特网技术对电话和有线电视业进行融合,大大降低了成本,向社会提供低价优质服务,对电信业和有线电视业造成巨大冲击,价格战打的如火如荼,传统电信业和有线电视业的阵地被蚕食,在这种形势下,传统电信业和有线电视业也不得不对IP技术采取更加积极和开放的态度，并去改造自己的网络,以便降低成本；竞争又进一步促进了技术进步,原先被看好的技术,如xDSL传输距离受限由于市场规模的扩大就显得突出了,这就需要寻求新的解决方案,这时自然用户光纤就被推向前台了!同时,由于过度竞争,在日本甚至出现了xDSL亏损的局面，这也是用户光纤在日本被快速推广的原因之一。

    日本宽带接入市场现状

    日本宽带接入市场值得大书特书的是用户光纤的发展，日本在用户光纤发展上，虽说比美国稍微晚一些，但近几年宽带业务的发展也很快，市场竞争十分激烈，政府又要求电信公司对竞争对手开放ADSL回线,使ADSL的竞争十分残酷,随着电信公司放开ADSL,Yahoo!BB等新兴公司,迅速加入到这个竞争行列中,它一改ADSL内核由ATM变为IP,降低了系统成本,就能够以很低的价格去抢占市场,并在ADSL上提供VoIP语音服务，现在Yahoo!BB的VoIP电话资费是”会员间免费通话，国内及国际长途电话都是7.5日元/3min”。这个政策很有吸引力,使它吸引了大批用户,迅速抢占了市场，正像日本人自己形容的那样,一眨眼的工夫,该公司就快速发展了282.8万户电话用户。由于市场竞争和宽带业务的发展，促使用户光纤发展的比美国还快，这期间用户光纤也得到快速发展,据统计,到2005年12月底，FTTH用户数为463.7万户，其中NTT的FTTH用户数为282万户，据日本总务省公布的资料，到2006年第二季度末，日本的用户光纤用户数就高达631万户，其在宽带用户市场中的份额就已经占到了23。4%，仅次于ADSL,是日本第二大用户宽带接入技术，一举使日本成为世界上头号用户光纤大国;到2007年第一季度末，FTTH就发展到880万户,市场占有率达到33%,ADSL用户为1401万户，市场占有率下降到53%,这时宽带用户总数达到2644万户;到2007年6月底，日本光纤宽带的用户数达到了966.3万，占宽带用户总数的36%,而ADSL的户数为1378.6万,ADSL用户数占宽带用户总数的比例也从原先的53%下降到51%,从此可见FTTH发展之快！

    从2005年第一季度开始,到2006年第二季度连续6个季度,FTTH的用户增加量都超过了ADSL的增加量,同时到2006年第二季度,ADSL就出现了负增长。

    日本用户光纤快速发展原因分析

    日本用户光纤得到快速发展的一个重要原因,是政策的推动,早在2001年,日本政府就提出了e-japan计划,大力促使信息业发展,到2004年日本已经有50多家公司向社会提供FTTH服务,同年8月日本政府又提出了u-japan计划,2006年1月又制订出了IT改造战略,这就为用户光纤的发展,创造了良好环境。另一方面,日本也是最早采用G-PON技术的国家，由于它和IP技术亲和性好,非常适合以IP技术作基础的宽带业务的发展,这也是日本FTTH的用户快速发展的另一个原因。

    G-PON技术符合ITU-TG..984建议,是千兆毕因特网技术,是非常有弹性的技术,可管理以太网、IP和ATM流量,实现VoIP传输或提供单独的模拟波长。因为以太网技术具有技术成熟、价格低、扩展性好和易于管理等特点,受到电信界普遍欢迎。它的缺点是与电信界另一个普遍应用的技术B-PON技术相比,由于采用8B/10B编码,带宽利用率不高,大约有20%的带宽损失。但目前宽带业务基本上都是采用IP技术,G-PON技术与B-PON技术相比,更适合业务发展要求,因此是被普遍看好的技术。

    FTTH市场价格的下降,是促使其快速发展的主因

    到2003年底日本宽带用户总数达到了1364万户,其中ADSL为1027万户,占总数的75%,是日本宽带用户的主力;CATV宽带用户247万户,市场份额占18%,FTTH89万户,市场份额占7%。但从发展速度上看,从2002年底到2003年底,ADSL新增462万户,增长速度达到了1.8倍,CATV宽带用户,新增52万户,增长速度达到了1.3倍,FTTH新增69万户,增长速度达到了4.3倍。从中可以看出,FTTH增长最为迅猛。为什么会造成这种情况呢?这和日本采取的政策有关,众所周知,FTTH的最大特征是可以提供双向高速稳定的通信,在用户光纤方面,日本对商业用户提供Gbit/s速率的服务,向一般家庭提供100Mbit/s速率的服务,而且和距离无关。相比之下,xDSL向用户只能提供下行速率最高为40Mbit/s、上行最高为1Mbit/s的服务,而且还容易受到线路上的干扰,使信号传输质量得不到保障,同时一般传输距离很难超过3公里,调查资料显示,有29%的ADSL用户想改用光纤。另一方面,日本NTT的资费政策,也促使了用户光纤的快速发展,NTT东日本公司家庭用户,在2004年初，FTTH的月租金是4500日元,而ADSL用户,带有家庭电话的月租金是2750日元,没有家庭电话的是4950日元,可以看出不带家庭电话的ADSL比FTTH还贵，到了2006年初，NTT东日本公司其下行速率47Mbit/s的ADSL月租金是3060日元,而该公司的FTTH大楼住户共享G-PON技术的用户光纤系统,每户月租金仅为2500日元,同时还给新的用户光纤许多优惠,如安装费半价等,日本被誉为是世界上最便宜的用户宽带接入系统。

 话务量变化是促使日本大力发展FTTH的原动力

    随着宽带用户的迅速增长,也给因特网中的话务量带来巨大变化,由2004年初开始,上行的话务量迅速增长,根据NTT公司调查资料显示,仅几%的重要用户却占总话务量的几十%,这给网络造成重大压力,究其原因是P2P文件共享WinMX、Winny等应用系统在网中采用,使得下行话务量达到50%以上,上行话务量达到80%以上,上行话务量与下行话务量之比,接近1比1。如果重要用户与普通用户都在同一个楼中时,若是没有采取任何技术措施,则普通用户的通信就难得得到保障,日本NTT公司为了扭转这种局面,先后推出了以下举措:

    在网络上不仅设计了通道优先(带宽保障),而且还对通道带宽进行限制,这如同公共交通中对道路与载重进行管制一样,并用法律手段监督实施,为此在2003年11月还协助京都警察以保护著作权名议,逮捕了使用Winny的两个人。这样以来,使总话务量减少15%,并有效地对网络实施了管理。另一方面,对ISP的P2P也加强了监视,一方面促使它们自律,另一方面对其带宽进行控制,并对特别恶劣的用户,采取解除合约措施。

    NTT公司制定的发展目标

    面对着宽带接入市场的快速增长和竞争地加剧,NTT公司为了巩固它的领先地位,特制订出了以下发展目标:

    1 努力促使固定电话网与移动电话网地融合,为此它们加速了宽带、高速网地开发与普及;

    2 到2010年要向3000万用户提供高品质、全方位的具有高安全性的网络,累计基础设施投资将达5兆日元,届时将使公司的6000万用户中有一半要由下一代网络去提供服务,而把安全性始终放在第一位;

    3 逐步完成现存的固定电话向IP电话、金属电缆向光缆地过渡,在这个过渡期中,由于固定电话与IP电话并存、电缆与光缆并存,这会造成成本增加,因此要加强这方面地研讨,努力降低成本,并制定相应对策;

    4 扩大宽带业务的应用;

    5 努力提高公司的营收和加强公司的竞争力,到2010年前公司的奋斗目标是，每年的营业额将达5000亿日元,每年公司成本将下降8000亿日元。

    NTT公司对光缆网地研发与建设

    NTT公司为了实现自己的发展战略目标,就大力发展光缆网,并把光缆网划分成用户接入网(由NTT公司机房到用户)、边缘网(指距离不太长的县内通信)和核心网(长途网),在这些领域中努力掌握核心技术并投入大量新设备,以求占领该领域的制高点,下面分别对这些领域中将采用的设备进行说明。

    用户接入网

    在用户接入网中，目前NTT公司其馈线电缆还有近20%的电缆还没有完成光缆化的任务,而引入到千家万户中的配线电缆未完成光缆化的就更多,因此在光缆网的建设中,用户光缆网的建设任务也就最重要,那么NTT公司是如何开展用户接入网的光缆化的工作呢？

    首先是对于作为传输媒介的用户光缆线路的建设。众所周知NTT公司的馈线光缆是带状芯结构,而配线光缆则是单芯结构,因此使它们如何能够实现快速、方便地连接就是个大问题了。为此NTT公司研发出了在馈线点，带状芯、单芯转接技术,基本作法就是开发出一种模块,它能够把带状芯简易地变换成单芯，实现馈线光缆与配线光缆的快速连接,模块有8芯和4芯两种,可根据需要进行选择,同时这种模块可使用现有的光缆接头盒，以便降低成本。

    在光纤接续上采用了可在施工现场进行插拔的活接头,以提高工程进度。

    由馈线点到用户家中,铺设光缆最为复杂和费工,同时传统光缆在施工中常会使光纤产生弯曲,造成光纤信号损耗、甚至断纤。为了杜绝这种现象,日本开始采用气吹光纤,气吹光纤管多为6孔塑料管。

    其次,在用户光纤网的建设中,另一种重大技术是PLC技术(石英平面光波回路技术)在传输设备方面地应用,它主要表现在光分离器、光耦合器以及视频滤波器等几个方面,这些设备在用户光纤传输系统中都是不可缺少的设备,现分别简介如下：

    光分离器现有4分歧与8分歧两种，它由石英平面光波回路制成,一个输入口可有4个或8个输出口,两端通过树脂紫外线固化方式与光纤相连,这样在B/GE-PON系统中可以实现一台局内设备和最多32个用户相连(通过两个分处于局内和用户侧的光分离器串连可以实现)。

    光耦合器它是实现对光用户线路系统进行监视、故障判断和故障定位的重要部件，光纤传输系统的故障定位依据OTDR原理，由局内光试验模块发出的大于1.51μm波长的试验光，通过光耦合器与到用户中的信号光混合后一起被送到用户家中,遇到异常情况时，通过对反射光测试，去对故障地点进行判断,光耦合器的光学特性是对于1.2～1.7μm波长的光，其衰减波长特性都比较平坦。

    视频多路滤波器它是寄生在用户处的WDM上的，它的特性是对于1.51μm以上波长的光进行屏蔽,而对1.51μm以下的光,则让其通过，这样测试光就不会传输到用户家中。

    以上NTT公司开发出的这些部件在用户光纤传输系统中的位置,详见图一。

NTT公司开发出的这些部件在用户光纤传输系统中的位置

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    图中OSS为运行维护操作系统,负责系统的维护管理和故障定位,DCN为局内数据网,OSS系统通过DCN网完成对系统地管理，OLT是光线路终端设备,ONU是光用户网络单元,V-ONU是光用户图像网络单元,L2 SW是链路层转换开关,其它设备如光分离器、耦合器和光滤波器等前面已作了介绍。在早期由于建设了大量的ATM设备,因此NTT就采用了B-PON(基于ATM平台的宽带无源光网络)系统与之配套，由于它的系统成本高，和因特网的亲和性不好,因此现在改用GE-PON(千兆毕以太网无源光网络)系统,由于现在网中的话务量大都是IP数据包,因此 GE-PON系统就有巨大的优越性。同时还有一点要说的,就是日本与外国不同,用户光纤传输系统采用单纤方式,而不是双纤方式。 

光分离器示意图

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     边缘网

    众所周知在边缘网中，光纤网中大量采用WDM设备，因为使用的波长都是固定的，当需要对波长进行调正时，就需要派工程技术人员到施工现场进行调正，为了避免此种事情，NTT公司开发出了R-OADM(ReconfigurableOptical Add-Drop Multiplexer)设备,这就实现了在局内可通过遥控对波长进行调正。R-OADM设备是利用PLC技术做成的热敏光学开关，由于加热，可使PLC基板的光折射率发生变化而引起光波导通路方向发生改变，完成波长的交叉连接。目前投入实用的是16波长的交叉连接设备,正在开发的是32波长交叉连接设备。R-OADM设备的引入,是NTT公司在边缘网中的重大举措,它对下一代网络建设将带来重大贡献。 

核心网 

    在核心网中历来都是通过ADM这类设备，用电的方式实现对电路进行调正，它带来的问题是需要对每个数据包包头地址进行判断后，再进行路经选择，处理的信息量大，容易产生时延。为了解决这个问题，NTT公司开发出了光交叉连接设备,可对每个波长进行选择，而不是对每个数据包进行路经判断，可降低时延、并使时延不波动和实现大容量传输,目前投入实用的最大波长交叉容量是64×64,更大交叉容量的光交叉连接设备正在研发中,这种设备的投入实用,就向智能光网络迈进了一大步。

    展望

    日本的用户光纤在市场和业务变化的驱动下，走上了快速发展之路，据日本专业调查公司IDCJapan近日发表的研究报告预测，到2011年日本用户光纤数将增加到06年底的3倍，达2480万户。据IDCJapan预测，从2006年到2011年，该国市场将以平均每年7.5%的速度增长，2011年的宽带用户总规模将达到3700万户，其中光纤用户2480万户，ADSL用户828万户，有线电视网用户约为392万户。

    从日本宽带用户发展历史来看，FTTH从2003年后开始进入快速发展期,而DSL却从2006年第一季度顶峰,开始下滑,请见图三。

日本宽带用户发展历史

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    从图三可见FTTH与DSL的发展轨迹，今后日本将进入到FTTH快速发展与DSL进一步萎缩期。