PON的由來背景及原理應(yīng)用

15年前，連接因特網(wǎng)最常見的方式是透過模擬調(diào)制解調(diào)器，再經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電話語音信道發(fā)送數(shù)據(jù)。這種技術(shù)采用已經(jīng)部署的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)雙絞電話線，無需對「最后一哩(last mile)」技術(shù)做任何更改，因此對使用者來說這種方式非常廉價(jià)，并迅速主導(dǎo)整個(gè)通訊市場。不用挖路鋪線、不用改變中央機(jī)房(CO)，這種方式極具吸引力。

模擬調(diào)制解調(diào)器的峰值速度為56Kbps。為什么是56Kbps？為什么不再高一點(diǎn)？簡單地說：這不是「理論上」的可能，而是這種理論極限局限了ADSL技術(shù)的發(fā)展舞臺。

模擬調(diào)制解調(diào)器使用經(jīng)ITU-T委員會嚴(yán)格規(guī)范的現(xiàn)有語音信道。該通道具有限定帶寬(4kHz，包含防護(hù)頻段)，進(jìn)入Muldex(多任務(wù)器/解多任務(wù)器，Multiplexer Demultiplexer)之前在中央機(jī)房進(jìn)行硬件濾波。Muldex是中央機(jī)房中與電話連接的設(shè)備。

透過4kHz模擬通道可傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)速率是多少？這個(gè)問題的關(guān)鍵是了解ADSL。

正確的答案是：「取決于信道的噪聲等級?！笴laude E Shannon早在1948年就給了我們答案，只要噪聲夠低，就能以任意比特率進(jìn)行傳輸，這一結(jié)果有時(shí)候會給我們驚喜。實(shí)際上，Claude E Shannon更精確地將最大比特率以定量方式與給定信道帶寬和噪聲等級進(jìn)行關(guān)聯(lián)。可以使用Shannon著名的公式：

Shannon知名公式

其中：C：最大比特率，單位：bit/s(容量)、B：帶寬，單位：H、S/N：通道的訊噪比。

ITU-T規(guī)定語音信道的帶寬和噪聲級，限定雙絞電話線的實(shí)際最大比特率——56Kbps，非常接近信道容量。

ADSL沒有使用標(biāo)準(zhǔn)語音信道，而是使用另一種信道，打破語音信道的Shannon限制。

在電話系統(tǒng)中，每個(gè)用戶都透過雙絞線連接中央機(jī)房，雙絞線的使用時(shí)間很短，只在打電話時(shí)才會用到，而且僅占用低于4kHz的通道帶寬，高于4kHz的帶寬顯然未被使用。ADSL使用未被利用的帶寬，并將低于4kHz的通道帶寬預(yù)留用作標(biāo)準(zhǔn)語音信道。用戶可以在進(jìn)行電話語音通話的同時(shí)交換資料。

ADSL信道有多寬，噪聲有多大？這方面并未標(biāo)準(zhǔn)化，這也就是為什么每個(gè)ADSL調(diào)制解調(diào)器都會在啟動時(shí)測量線路噪聲，然后根據(jù)用戶信道情況建立最佳比特率。

每個(gè)用戶連接中央機(jī)房的速度取決于信道本身。用戶可以在家用ADSL調(diào)制解調(diào)器的控制面板上讀出線路速率。

ADSL的確是個(gè)非常好的主意。它能更好地利用已經(jīng)埋在地下的線路，無需對最后一哩做任何修改，而原來的舊電話還能與新技術(shù)兼容。用戶只需在家里接一個(gè)濾波器(即「分離器」)，用來分離電話語音帶寬與ADSL帶寬?？傊@種方式簡單且便宜。

中央機(jī)房中每條線路也配有類似的濾波器。該濾波器將語音信道連接到Muldex，并將線路的高帶寬部分連接到只處理數(shù)據(jù)、名為數(shù)字用戶線接入多任務(wù)器(DSLAM)的新設(shè)備上。電信運(yùn)營商只需要在每個(gè)中心局中靠近每個(gè)Muldex的位置建立一個(gè)DSLAM，就可為客戶提供ADSL服務(wù)。
DSLAM是具有模擬前端(Digital Front End)的純數(shù)據(jù)通訊設(shè)備。它從一個(gè)廣泛的用戶組中收集所有ADSL數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)通常會被送到現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，在這里進(jìn)行處理并匯集到以太網(wǎng)鏈路。

高速以太網(wǎng)鏈路通常連接到因特網(wǎng)或者透過同步數(shù)字階層(Synchronous Digital Hierarchy， SDH)或光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)(Optical Transport Network，OTN)傳輸。ADSL標(biāo)準(zhǔn)一直不斷演變，而用于連接因特網(wǎng)的DSLAM的后端連接，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)配置不同可以有多種選擇：以太網(wǎng)絡(luò)、XAUI、SDH和OTN等。

這些是使用FPGA的理想條件，因?yàn)榭山⑼耆沙绦蛟O(shè)計(jì)的后端連接，并可利用可程序設(shè)計(jì)組件達(dá)到不斷發(fā)展演變的ADSL標(biāo)準(zhǔn)要求。ADSL架構(gòu)看起來如此出色，尤其是可以自然地升級電話網(wǎng)絡(luò)，很難想象人們還想要什么...但是，ADSL有局限性，這就是為什么市場會朝著被動光纖網(wǎng)絡(luò)(PON)技術(shù)發(fā)展。

ADSL的局限性依然由Shannon理論決定。使用雙絞線難以使ADSL速率超過15Mbps。這并非ADSL技術(shù)本身的限制，而是從用戶到中央機(jī)房之間平均距離產(chǎn)生的限制，如果想要更快，我們就必須改變「最后一哩」，同時(shí)還要最大程度減少改變最后一哩所需的成本。當(dāng)然，我們可以向每位客戶提供SDH(挾帶以太網(wǎng)方式)以滿足這些需求，但這種方式太貴了。PON是解決這個(gè)問題的最佳答案，因?yàn)樵摷夹g(shù)能夠在升級成本、性能以及最后一哩最少返工成本之間實(shí)現(xiàn)最佳平衡。