光纤通信行业光接入分析报告.docx

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光纤通信行业光接入分析报告

2012年光纤通信行业光接入分析报告

2012年1月

一、光纤通信行业概述

1、光纤通信在通信系统中的地位和价值

（1）无线通信系统对大容量数据的长途传输无能为力

通信技术的发展，主要关注两大指标——传输速率和传输距离。

传输速率，即每秒传递的比特信息数，更高的传输速率意味着单位时间内传播的信息量更大。

根据香农定理，在信噪比一定的情况下，传输速率与信道带宽成正比：

在有噪声存在时，通过一个有限带宽信道传送无差错比特的理论上的最大速率，由关系式C=Wlog2（1+S/N）给出，式中C是以比特每秒计的信道容量，W是以Hz计的频率带宽，S/N为信噪比。

所以一个通信系统要想提升传输速率，就需要增加信道频率带宽，“马路越宽，容许通过的车辆越多，交通运输能力也越大。

”

而频率带宽是与频率的高低相关的：

频率越高意味着有越多的频谱资源可供分配，比如3GWCDMA网络3GPP规定的2.1G频段有60MHz的带宽（下行为2110-2170MHz，上行为1920-1980MHz），如果分给三个运营商，每个运营商就可以得到互不干扰的20MHz带宽，但频率越高，也意味着传播损耗越大，无论是通过电缆还是大气传播，这就直接影响到传输的距离。

低频信号虽然损耗要小些，但资源宝贵，难以划分大宽带的频段给公众网络来使用。

如果是通过铜线电缆局部传播，传播距离也有限，大量的功率被衰减在线路上，代价很大，容易受到干扰。

因此反映通信能力的重要指标----传输速率x传输距离乘积，对于无线通信系统来讲，一直很难突破，无线通信系统也主要是应用在接入层，而对于大容量数据的长途传输无能为力,在一些场景使用的微波通信传输，传输带宽和中继距离都远不及光纤通信系统。

（2）光纤通信网络连接全球

光波是位于红外光、可见光和紫外光区域的电磁波，频率是-Hz数量级，是微波的10万至100万倍，使用光载波进行通信可以使系统的通信容量得到飞跃式的提升，单根光纤的容量可以达到10Tbit的级别。

光纤通信史上第一次重要里程碑是在1970年石英玻璃光纤和半导体激光器的研制成功。

一是，由称为世界光纤之父的华裔科学家高琨博士提出的光导纤维，被美国康宁公司首先制出来，其损耗降低到了20dBm/km。

1966年，高琨提出可利用石英玻璃光纤用作光通信传输媒质，指出如果降低光导纤维中的杂质含量，便可极大地降低光纤损耗，并预言如果可使光纤的传播损耗下降到20dBm/Km，甚至更小。

二是，美国贝尔实验室制作出可在室温下连续工作的铝镓砷（AlGaAs）半导体激光器。

这两项科学成就奠定了光纤通信发展的重要基础，解决了光通信走向实用化、可长距离传输的两大问题：

一是需要可靠和高强度的光源；二是需要稳定的、低损耗的传输媒质。

而光纤通信史上另一重要里程碑是掺铒光纤放大器（EDFA-ErbiumDopedFiberAmplifier）的出现。

1986年英国南安普敦大学制作出了最初的EDFA，在光纤基质中加入铒粒子作激光工作物质，用氩（Ar）离子激光器做泵浦源，能对1.55um的光信号进行直接放大，这对光纤通信的发展具有重大意义。

在这之前，由于不能直接放大光信号，所有的光纤通信系统都只能采用光-电-光中继方式，光纤放大器可直接放大光信号，是一次极为重要的飞跃，可使光-电-光中继变为全光中继，将光通信推向了一个新的阶段。

光纤放大器还推动了波分复用（WDM-WavelengthDivisionMultiplex）光纤通信系统的应用，波分复用能在一根光纤上传输多个光信道，从而充分利用光纤管带，有效扩展通信容量。

由于掺铒光纤放大器具有约40nm的极宽带宽，可覆盖整个波分复用信号的频宽，因而用一个掺铒光纤放大器就可取代与信道数相应的光-电-光中继器，实现全光中继。

随着光纤和半导体光电技术的日趋成熟，从20世纪80年代开始，以光纤通信为基础的全球通信网络开始大规模建设，美英等欧美国家先后宣布——在长途通信干线方面将不再敷设电缆，而采用光缆。

光纤所蕴含的巨大潜在通信容量逐渐被开发出来，给通信领域带来了革命性的变革，光纤通信成为连接全世界通信的桥梁。

至今，光纤通信应用已经遍及长途干线、海底通信、局域网、有线电视、家庭上网等各个领域。

从1970年算起，从研制到全面推广到光纤到户走进普通千家万户，时间用了仅仅40余年，其发展速度之快，应用范围之广，规模之大，涉及学科之多（光、电、化学、物理、材料等），对人类生产生活方式的影响，都是此前任何新技术所不能与此相比的。

2、光通信产业链

（1）按应用领域划分的光通信产业链

光传输网络分为省际干线、省内干线、本地网\城域网三层结构。

省际干线（一级干线）：

连接各省的通信网元，传输出省业务。

而连接各国家之间的通信网络则称为国际干线。

省内干线（二级干线）：

完成省内各地市间业务网元的连接，传输各地市间业务及出省业务。

本地传输网是指在本地电话网范围内为各种业务提供传输通道的传送网络。

而城域网,涵义原先来自于计算机网络。

目前来讲城域网与本地网的含义有一定程度的等同，以多业务光传送网络为基础，实现话音、数据、图像、多媒体、IP等接入。

干线网与本地网的区别主要在于：

从网络特点来讲，干线网的速率高，容量大，距离长；而本地网的中继距离短，业务种类多，互联程度高。

从业务特点来讲，干线网的业务流向相对固定、业务颗粒相对规范，而本地网则的特点是颗粒小，类型多

从采用技术特点来讲，干线网多采用波分或高速率的设备，而本地网则包含各种高、低速率设备。

而本地传输网\城域网，则可分骨干层、汇聚层、接入层，通过三个层面的配合，实现全程全网的多业务传送。

骨干层主要解决各骨干节点之间业务的传送、跨区域的业务调度等问题。

汇聚层实现业务从接入层到骨干节点的汇聚。

接入层则提供丰富的业务接口，实现多种业务的接入。

（3）按上下游关系划分的光通信产业链

如果按上下游关系，光通信产业链则分为设备供应商、配线网络供应商、光纤光缆供应商、检测与维护商和光器件商。

3、位于通信网络末梢节点的光接入子行业是光通信行业目前最大的投资机会点

爱立信对2020年500亿次连接的宏伟愿景——“今天我们看到的是笔记本电脑与智能手机之间的互联。

未来，任何能受益于网络连接的事物都将被连接”，在移动互联网、物联网、电子商务的大发展下，已经离实现越来越近，世界万物网络化的趋势不可逆转。

在未来，统一的通信网络将充分覆盖全球，并拥有多种多样的终端设备，将有多种业务模式，移动话音和数据应用、云计算将获得广泛应用，整个网络将建立在全球统一的标准之上，绝大多数的连接和业务都将通过运营商的网络实现。

而对于这样一张统一融合的大网络而言，网络末梢节点，无论是无线接入点还是有线接入点，都将具有极大的发展潜力，而有线宽带的接入数量更远超过无线接入的数量，这是因为：

一方面无线接入所需的频谱资源终归有限，传输速率不及光纤通信，并存在各种无线制式通信干扰的问题；另一方面，无线接入后的数据依然需要通过有线宽带接入到这张连接世界的大网络中来。

采用PON（无源光网络）技术的光宽带接入网络的树形拓扑结构，正好契合了人类居住和商业活动场所高度集中的特点以及数据流量与日俱增带来的宽带接入需求，加上高宽带、低成本的优势，光宽带接入产业将有望赢得了一轮又一轮的高速发展。

二、光宽带接入技术分析

1、PON技术与原理

（1）什么是PON

PON是无源光网络（PassiveOpticalNetwork）的英文缩写，无源主要是指PON全部由无源光分路器和光纤等无源光器件组成，不包括任何有源节点，系统由以下三个部分组成：

光线路终端OLT（OpticalLineTerminal），为局端设备；

光分配网络ODN（OpticalDistrubutionNet），位于局端和用户端之间），是PON网络中OLT以下至用户终端之间所有光线路及器件的总称，由单模光纤和光分路器、光连接器等无源光器件组成，为OLT和ONU之间的物理连接提供光传输媒质；

光网络单元ONU（OpticalNetworkUnit），也称光网络终端ONT（OpticalNetworkUnit/OpticalNetworkTerminal），为用户端设备。

（2）FTTX是基于PON技术的光纤接入解决方案

FTTx指的基于PON技术的是光纤接入解决方案，根据光纤到用户的距离，可分成以下几种服务形态，包括：

光纤到交换箱（FiberToTheCabinet;FTTCab），主要是为住宅区的用户服务，将ONU设备放置于路边机箱，利用ONU出来的同轴电缆传送CATV信号或双绞线传送电话及上网服务。

FTTV（FiberToTheVillage，光纤到村）可以等效划归入FTTCab类型,是指在进行

农村信息化建设过程中，光纤替换传统主干铜缆到达行政村，有条件的区域到达自然村，光终接设备或ONU下采用现有铜双绞线或无线方式。

光纤到大楼（FiberToTheBuilding;FTTB），依服务对象区分有两种，一种是公寓大厦的用户服务，另一种是商业大楼的公司行号服务，两种都是将ONU设置在大楼的信息中心配线箱处。

光纤到户（FiberToTheHome;FTTH），FTTH将光纤的距离延伸到终端用户家里，使得家庭内能提供各种不同的宽带服务，如VOD、在家购物、在家上课等，提供更多的商机。

采用PON技术的FTTx方案来建设接入网络，不但具备成本优势，还拥有速率高、便于维护、支持全业务接入能力等优点。

（3）ODN用来连接用户与局端

ODN是PON网络中OLT以下至用户终端之间所有光线路及器件的总称，主要包括光配线架、光缆交接箱、光分纤盒、光缆光纤、光分路器、终端箱等。

下面仅对光纤/光缆和光分路器进行简单介绍。

1）光纤/光缆

馈线光缆是ODN中从OLT到光分配点（通常指一级光交接箱/光分纤箱）的光纤链路，也称主干光缆。

配线光缆是ODN中从光分配点到用户接入点（通常指距离用户最近的光交接箱/光分纤箱）的光纤链路。

入户线光缆是ODN中从用户接入点到ONU的光纤链路。

类型有很多种：

铠装光缆、皮线光缆、室内/室外通用型光缆。

根据不同的应用场景选用,不同的应用要求，入户光缆的芯数也不一样。

2）光分路器

光分路器主要分为两大类：

一种是传统光无源器件厂家利用传统的拉锥耦合器工艺生产的熔融拉锥式（FBT）光分路器，另一种是基于光学集成技术生产的平面光波导（PLC）分路器。

在低分路比（1×4及以下）情况下可以考虑选用熔融拉锥型器件。

光分路器通常以选用平面光波导型器件为主，其分路的功能在芯片上完成，可以在一只芯片上实现多达1×32以上分路，然后，在芯片两端分别耦合封装输入端和输出端多通道光纤阵列。

（4）EPON与GPON之争

EPON和GPON是目前最为主要的两种光纤接入技术，两者优劣的争论一直不断，其背后也不乏相关厂商利益的博弈。

但我们认为两者并不无本质差别，最终也将走合融合，投资者在一定程度上可以忽略两者的差别，不管是EPON还是GPON，FTTx成为固网接入的主流方式已是趋势。

下面主要从原理、技术完善性、运营商选择策略、设备商态度等四个维度来对两者的差别进行分析。

从工作原理的角度来讲，EPON和GPON都是采用WDM（波分复用）技术，主要差别在于帧封装结构。

PON的工作原理如下图所示，PON系统采用WDM（波分复用）技术，上下行采用不同的波长实现单芯光纤双向传输。

上行方向采用TDMA（时分多址接入）技术，同一时刻只有一个ONU发光。

下行数据流采用广播技术，光信号被广播到所有ONU，通过过滤的机制，ONU仅接收属于自己的数据帧。

从技术完善性的角度来讲，GPON要优于EPON。

EPON启动较早，由设备商主导来推进，IEEE制定EPON标准的基本原则是尽量在802.3体系结构内进行，最适宜承载的是基于以太网和IP协议的业务，例如宽带上网、VoIP、IPTV等，也能承载TDM业务，简单是其主要特征。

而GPON的启动则晚些，且主要由运营商主导制订，引入GEM（GPONEncapsulationMethod）封装，增强OAM和Qos，全业务与完备性是其主要特征，能够完善支持多业务接入，复杂性稍高，完备性、性能与安全性较好，同时将帧结构扩展到2.5Gbit/s，线路速率高于EPON的1.25Gbit/s。

从运营商选择策略来看，GPON与EPON并无绝对的优劣之分，他们是按照成本最优原则并结合其接入固网中长期规划,来选择是上EPON还是GPON。

EPON技术简单，在全IP化的趋势下，EPON直接基于以太网的技术，互通实现更好，而且EPON向10GEPON演进更加方便。

所以在GPON产业链没有完全成熟、成本没有降下来的时候，运营商会先选择EPON来部署，所以在2010年以前，国内的运营商中国电信和中国联通选择以EPON为主。

GPON具有更高的带宽、传输效率、传输距离、光功率预算和光分路比，可以为运营商节省机房投资、减少工程施工和维护的难度。

所以当GPON产业链规模上到一定程度，成本与EPON相当的时候，运营商便优选GPON，所以2010年以后，国内运营商中国电信和中国联通的PON集采便开始倾向于GPON。

而中国移动固网业务较少，而且开展较晚，所以一开始就倾向于GPON，等待其逐渐成熟起来。

EPON和GPON完全可在同一本地网并存，所以之前建设的EPON网络也不存在替换的问题，目前国内的运营商对于对于EPON和GPON的部署基本上是达成一致：

1）对于FTTB选择以EPON为主，如果需要升级扩容，便可以方便的升级到10GEPON。

2）对于FTTH选择以GPON为主，因为对于用户数更多、用户密度更大的FTTH，大容量和高分光比的GPON更有优势。

从国外的情况来讲，除了日本、韩国等较早部署EPON以外，其他海外运营商都是以部署GPON为主。

对于设备商来讲，GPON与EPON对他们来讲差别并不大，大的厂商都有支持两种标准的设备和用户终端。

当前绝大多数主流PON设备供应商已推出了GPON/EPON共平台解决方案，即在一个物理机架内通过插不同板卡解决不同的光接入技术部署需求。

并已有ONU能够兼容GPON和EPON，以中兴通讯的PON芯片供应商Marvell来讲，它已经推出了UPON（统一无源光网络）的SoC芯片，是全球首先支持三种光纤协议的单芯片解决方案，包括EPON、GPON和有源以太网，目前中兴通讯基于Marvell芯片的ONU已经大规模量产。

2、PON未来的发展和演进

随着国家三网融合战略部署推进，以及高清视频、高带宽数据业务需求不断出现，网络带宽需求将会越来越大，业界普遍认为“100G核心网+10G接入网”是宽带网络的发展方向，现有已经部署的GPON、EPON网络均无法满足中长期宽带业务发展需求，都需要完成向10G网络的演进。

目前来讲，GPON和EPON都有向10GPON演进的路线图。

（1）10GEPON

10GEPON，支持EPON、非对称10GEPON、对称10GEPONONU灵活兼容的接入，运营商和客户可按需选择。

2009年发布正式标准，现在已经实现ASIC芯片、光模块等的产业化工作，非对称10GEPON技术和设备已经逐步具备商用能力，2012年将逐步规模商用,目前10GPON的应用缺乏是主要问题。

对国内相关的上市公司而言，中兴通讯和烽火通信都积极参与了10GEPON的标准化和系统设备的研发与应用，，他们的10GEPON系统都已通过了多家运营商的测试，并开通了多个商用试点工程或小规模的商用网络。

高带宽,带宽提升10倍。

大分光比,支持1：

256分光比，满足FTTB向FTTH的平滑演进需求。

上行采用TDMA方式，兼容共存,和EPON共用ODN网络。

下行10GEPON和1GEPON采用不同波长。

网络扁平,支持超长距离应用。

大局点少局所，满足OLT向汇聚型发展的要求，和EPON兼容组网、管理完全一致，可按需平滑演进。

绿色节能,每兆带宽能效比优良，比E/GPON技术提高了30%以上。

（2）10GGPON

10GGPON，时间上落后10GEPON，但产业和标准也获得了快速发展，10GGPON标准的讨论和研究得到了FSAN组织中所有运营商成员和主要的设备厂商、芯片厂商、光模块厂商的积极推动和大力支持，与10GEPON相比，非对称10GGPON商用预计落后一至二年。

升级到10GGPON（非对称）采用WDM方式重用ODN，增加了WDM的成本。

原来GPONOLT继续保留，需要新增10GGPON设备或板卡，而10GEPON方式是原EPONOLT板卡被10GEPON板卡取代。

10GGPON目前只规范了非对称（XG-PON1），对称XG-PON2标准技术方向还处于研究状态。

（3）后10GPON时代-40GPON

2011年4月，FSAN运营商就后10GPON系统关键需求达成一致意见，并正式发布了关于后10GPON系统白皮书，要求下行速率不低于40Gbit/s、上行速率不低于10Gbit/s、支持不低于40km无源距离、ONU支持至少1Gbit/s对称速率、可兼容已部署PON系统、支持不低于1：

64分支比等。

针对上述核心需求，后10GPON的系统方案，大致分为三类：

基于XGPON堆叠的40GWDMPON系统，从技术角度来看，40GPON是XG-PON基于波长的堆叠，不需要改动已铺设的ODN，在协议上最接近已成熟的GPON/XG-PON，是GPON和XG-PON自然延伸和演进，最大化地降低运营商光接入网演进成本，适合应用在密集的城市住宅区。

系统，虽然在带宽、安全性等方面颇具吸引力，但需要用AWG（阵列波导光栅）代替现有ODN的功率分支器，需要改动现网的ODN网络，所以其更适合应用在企业专网中。

系统,比较依赖于高阶调制/解调技术和高性能DSP技术，器件成本较高，目前基本上还停留在学术研究阶段。

目前从技术成熟度、成本等方面来看，40G堆叠PON系统都占据很大优势，成为优选的技术方案。

3、运营商的FTTX建设思路

由于FTTX的工程部署比较复杂，而且用户侧的小区等实际环境中的场景非常多样化，所以一般来讲，运营商为了实现总体建设成本降低、方便后期业务放装、降低运营维护难度，都会先制定一些统一的建设思路或者指导意见来规划各地FTTx建设，本节主要针对这方面的内容进行分析。

（1）网络部署从薄到全，兼顾成本与场景

目前，国内运营商将FTTH覆盖建设方式主要分为全覆盖建设与薄覆盖建设两种，一方面，在前期为了抢占有利竞争地位，尽可能地大规模开展薄覆盖建设，另一方面也针对一些重点地区开展全覆盖建设，后期伴随宽带业务和用户推广加速，将加大全覆盖建设比例。

总的建设思路是兼顾到成本和场景综合考虑，因地制宜，比如对FTTO主要以薄覆盖方式为主，家庭客户FTTH则按场景（考虑后续宽带需求和施工难度等因素）决定。

全覆盖，指按用户侧小区等建设单元内的总房屋套数规模，规划建设所有FTTHODN相关线缆、器件等，视具体场景包含楼内垂直光缆、水平皮线光缆、用户光纤面板、分光器等。

这种覆盖方式投资基本一次到位，在最终业务开通时只需放装人员安装调通户内终端即可，主要适用于城市新建区域、新建楼宇等高带宽需求明确的场景。

薄覆盖，指引入光缆按总房屋套数规模规划并建设相应芯数光缆；但对分光器端口、OLTPON口等按所覆盖的宽带用户数的部分比例规划建设；对入户光缆、户内光纤面板等在放装过程中按需部署。

这种覆盖方式的初期网络建设投资较低，闲置资源较少，可快速覆盖提供高带宽能力，主要用于对现有区域进行FTTH改造，FTTH与之前的xDSL将较长时间共存的场景。

在这样的思路指导下，运营商对于ODN网络中馈线光缆（主干光缆）—配线光缆—引入光缆的三层结构是采取不同的建设策略，增强竞争地位和分期分摊建设费用

主干光缆可适当超前部署，立足长远规划的基本结构“占位”。

配线光缆要贴近小区楼宇等关键位置，立足后续快速覆盖“卡位”。

引入光缆分年度按需布放，立足市场发展“抢位”。

（2）用户带宽升级，按需实施

由于PON网络实际环境中场景非常多样化，对于ODN网络的规划，目前是根据不同场景采用不同分光级数、分光模式、分纤模式以实现总体建设成本降低、方便后期业务放装、降低运营维护难度。

在系统规划时，主要是考虑一定的带宽冗余，来合理规划每路PON系统带的用户数。

每路PON系统的规划带宽不超出PON系统的总可用带宽，在用户带宽需求升级的时候，则增加光分路器平滑升级。

比如，在FTTx建设初期，采用1:

32光分路器进行设计，以尽量覆盖更多用户，用户按照中低带宽设计。

远期随着用户带宽需求的增加，单路PON带宽接近饱和，需要进行网络优化升级，通过减少PON口下所带用户数（减少分光比或减少单个ONU所带用户数）来进行网络带宽的调整。

下图给出了系统带宽升级的方法示例，PON系统分光比从1:

32改为1:

16，在ODN中增加一个光分路器，同时在局端OLT增加一个PON口使用，启用已铺设光缆中原先预留的光纤一芯，其他部分全部保持不变，则系统带宽可以增加一倍。

（3）ONU终端统一集采，多业务家庭网关增长用户吸引力

对于ONU产品，运营商则是根据典型应用场景，指定设备规范要求，提供业务接口的类型和数量、性能要求，统一集采，由设备商来定制，目前典型的有MDU/MTU、HGU和SMU/SFU等几种。

1、MDU（Multi-DwellingUnit）多住户单元型、MTU（Multi-TenantUnit）多商户单元型，主要应用于FTTB/FTTC/FTTCab的场合

采用FTTB（PON）+LAN或FTTB/C（PON）+DSL组网，具有多个（至少8个）用户侧接口（包括以太网接口、ADSL2+接口或VDSL2接口），提供以太网/IP业务、可以支持VoIP业务（内置IAD/AG）或CATV业务。

不同类型MDU的主要差异在于：

1）是否提供DSL用户接口（内置DSLAM功能）或者提供多FE接口（内置以太网交换机功能）。

2）是否支持分组语音业务（内置IAD/AG功能）。

MTU与MDU的主要区别在于是否支持E1业务，主要用于多个企业用户或同一个企业内的多个个人用户，当商企客户不需要E1业务时，MDU可以用于商企客户。

2、HGU（HomeGatewayUnit）家庭网关单元ONU，主要用于家庭用户

HGU是PON形态的家庭网关（带PON上联接口），有4个以太网接口、1个WLAN接口和至少1个USB接口，提供以太网/IP业务，可以支持VoIP业务（内置IAD，支持电话）或CATV业务，支持远程管理。

主要应用于FTTH的场合。

下面两个类型，HGU-2相比HGU-1主要是无内置WI