一、信道复用技术

1、介绍

复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。计算机网络中的信道广泛地使用各种复用技术。下面对信道复用技术进行简单的介绍。

图 (a)表示 A.B,和C, 分别使用一个单独的信道与 A,B,和C,进行通信，总共需要3 个信道。但如果在发送端使用一个复用器，就可以用一个共享信道传送原来的3路信号。

在接收端使用分用器，把合起来传输的信息分别送到相应的终点。

(b)是复用的示意图。当然，复用要付出一定代价(共享信道由于带宽较大因而费用也较高，再加上复用器和分用器)。但如果复用的信道数量较大，那么在经济上还是合算的。

2、频分复用、时分复用和统计时分复用

最基本的复用就是频分复用FDM(FrequencyDivision Multiplexing)和时分复用 TDM(Time Division Multiplexing)。

• 频分复用的概念是这样的。例如，有 N 路信号要在一个信道中传送。可以使用调制的方法，把各路信号分别搬移到适当的频率位置，使彼此不产生干扰如图 2-16(a)所示。各路信号就在自己所分配到的信道中传送。可见频分复用的各路信号在同样的时间占用不同的带宽资源(请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率)。
• 而时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧(即TDM)。每一路信号在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。为简单起见，在图(b)中只画出了4路信号AB,C和D。每一路信号所占用的时隙周期性地出现(其周期就是TDM 帧的长度)。因此TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。可以看出，时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。这两种复用方法的优点是技术比较成熟，但缺点是不够灵活。

时分复用则更有利于数字信号的传输。

使用FDM或TDM的复用技术，可以让多个用户(可以处在不同地点)共享信道资源例如在图(a)中的频分信道，可让N个用户各使用一个频带，或让更多的用户轮流使用这N个频带。这种方式称为频分多址接入FDMA(Frequency Division Multiple Access)，简称为频分多址。

在图(b)中的时分信道，则可让4个用户各使用一个时隙，或让更多的用户轮流使用这4个时隙。这种方式称为时分多址接入TDMA(Time Division Multiple Access)简称为时分多址。

请注意:FDMA或TDMA中的“MA”表明“多址”，意思是强调这种复用信道可以让多个用户(可以在不同地点)接入进来。而“FD”或“TD”则表示所使用的复用技术是“频分复用”或“时分复用”。

但术语FDM或TDM 则说明是在频域还是在时域进行复用，而并不强调复用的信道是用于多个用户还是一个用户。

在使用频分复用时，若每个用户占用的带宽不变，则当复用的用户数增加时，复用后的信道的总带宽就跟着变宽。例如，传统的电话通信中每个标准话路的带宽是4kHz(即通信用的 3.1 kHz加上两边的保护频带)，那么若有1000个用户进行频分复用，则复用后的总带宽就是4MHz。

但在使用时分复用时，每个时分复用的长度是不变的，始终是125s若有 1000个用户进行时分复用，则每一个用户分配到的时隙宽度就是125us的千分之一，即0.125ms，时隙宽度变得非常窄。我们应注意到，时隙宽度非常窄的脉冲信号所占的频谱范围也是非常宽的。

在进行通信时，复用器(multiplexer)总是和分用器(demultiplexer)成对地使用。在复用器和分用器之间是用户共享的高速信道。分用器的作用正好和复用器的相反，它把高速信道传送过来的数据进行分用，分别送交到相应的用户。

当使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，一个用户对已经分配到的子信道的利用率一般是不高的。当用户在某一段时间暂时无数据传输时(例如用户正在键盘上输入数据或正在浏览屏幕上的信息)，那就只能让已经分配到手的子信道空闲着，而其他用户也无法使用这个暂时空闲的线路资源。

下图说明了这一概念。这里假定有4个用户A，B，C和D进行时分复用。复用器按A→B→C→D的顺序依次对用户的时隙进行扫描，然后构成一个个时分复用帧。图中共画出了4个时分复用帧，每个时分复用有4个时隙。请注意，在时分复用帧中，每一个用户所分配到的时隙长度缩短了，在本例中，只有原来的 1/4。可以看出，当某用户暂时无数据发送时，在时分复用帧中分配给该用户的时隙只能处于空闲状态，其他用户即使一直有数据要发送，也不能使用这些空闲的时隙。这就导致复用后的信道利用率不高。

统计时分复用 STDM(Statistic TDM)是一种改进的时分复用，它能明显地提高信道的利用率。集中器(concentrator)常使用这种统计时分复用。下图是统计时分复用的原理图。一个使用统计时分复用的集中器连接4个低速用户，然后将其数据集中起来通过高速线路发送到一个远地计算机。

统计时分复用使用 STDM 帧来传送复用的数据。但每一个STDM 帧中的时隙数小于连接在集中器上的用户数。各用户有了数据就随时发往集中器的输入缓存，然后集中器按顺序依次扫描输入缓存，把缓存中的输入数据放入STDM 中。对没有数据的缓存就跳过去。当一个帧的数据放满了，就发送出去。可以看出，STDM 帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙。

因此，统计时分复用可以提高线路的利用率。我们还可看出，在输出线路上，某一个用户所占用的时隙并不是周期性地出现的。因此，统计时分复用又称为异步时分复用，而普通的时分复用称为同步时分复用。

这里应注意的是，虽然统计时分复用的输出线路上的数据率小于各输入线路数据率的总和，但从平均的角度来看，这二者是平衡的。假定所有的用户都不间断地向集中器发送数据，那么集中器肯定无法应付，它内部设置的缓存都将溢出，所以集中器能够正常工作的前提是假定各用户都是间歇地工作的。

由于STDM 帧中的时隙并不是固定地分配给某个用户的，因此在每个时隙中还必须有用户的地址信息，这是统计时分复用必须有的和不可避免的一些开销。上图中输出线路上每个时隙之前的短时隙(白色)就用于放入这样的地址信息。使用统计时分复用的集中器也叫作智能复用器，它能提供对整个报文的存储转发能力(但大多数复用器一次只能存储个字符或一个比特)，通过排队方式使各用户更合理地共享信道。此外，许多集中器还可能具有路由选择、数据压缩、前向纠错等功能。

最后要强调一下，TDM 帧和STDM 帧都是在物理层传送的比特流中所划分的。这种“帧”和我们以后要讨论的数据链路层的“帧”是完全不同的概念，不可弄混。

3、波分复用

波分复用 WDM (Wavelength Division Multiplexing)就是光的频分复用。光纤技术的应用使得数据的传输速率空前提高。现在人们借用传统的载波电话的频分复用的概念，就能做到使用一根光纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号。

这样就可使光纤的传输能力成倍地提高。由于光载波的频率很高，因此习惯上用波长而不用频率来表示所使用的光载波。这样就产生了波分复用这一名词。

最初，人们只能在一根光纤上复用两路光载波信号。这种复用方式称为波分复用 WDM。随着技术的发展，在一根光纤上复用的光载波信号的路数越来越多。现在已能做到在一根光纤上复用几十路或更多路数的光载波信号。于是就使用了密集波分复用 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)这一名词。

例如，每一路的数据率是 40 Gbits，使用 DWDM 后，如果在一根光纤上复用64路，就能够获得 2.56 Tbit/s 的数据率。下图给出了波分复用的概念。

上图表示8路传输速率均为2.5Gbits的光载波(其波长均为1310nm)，经光的调制后，分别将波长变换到1550~1557nm，每个光载波相隔1nm(这里只是为了说明问题的方便。实际上，对于密集波分复用，光载波的间隔一般是0.8nm或1.6nm)。

这8个波长很接近的光载波经过光复用器(波分复用的复用器又称为合波器)后，就在一根光纤中传输。因此，在一根光纤上数据传输的总速率就达到了8x2.5Gbit/s=20Gbits。

但光信号传输了一段距离后就会衰减，因此必须对衰减了的光信号进行放大才能继续传输。现在已经有了很好的掺铒光纤放大器 EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier)。它是一种光放大器，不需要像以前那样复杂，先把光信号转换成电信号，经过电放大器放大后，再转换成为光信号。EDFA 不需要进行光电转换而直接对光信号进行放大，并且在1550nm波长附近有 35nm(即 4.2 THz)频带范围提供较均匀的、最高可达 40~50 dB 的增益。

两个光纤放大器之间的光缆线路长度可达120km，而光复用器和光分用器(波分复用的分用器又称为分波器)之间的无光电转换的距离可达600km(只需放入4个EDFA光纤放大器)

在地下铺设光缆是耗资很大的工程。因此人们总是在一根光缆中放入尽可能多的光纤(例如，放入 100根以上的光纤)，然后对每一根光纤使用密集波分复用技术。因此，对于具有 100 根速率为2.5 Gbits光纤的光缆，采用16倍的密集波分复用，得到一根光缆的总数据率为100x40Gbit/s或4Tbit/s。这里的T为$10^{12}$，中文名词是“太”，即“兆兆”。

现在光纤通信的容量和传输距离还在不断增长。

4、码分复用

码分复用CDM(Code Division Multiplexing)是另一种共享信道的方法当码分复用信道为多个不同地址的用户所共享时，就称为码分多址CDMA(Code Division Multiple Access)。

每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。

码分复用最初用于军事通信，因为这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。随着技术的进步，CDMA 设备的价格大幅度下降，体积大幅度缩小，因而现在已广泛使用在民用的移动通信中，特别是在无线局域网中。采用CDMA可提高通信的话音质量和数据传输的可靠性，减少干扰对通信的影响，增大通信系统的容量(是使用 GSM 的4~5倍®)，降低手机的平均发射功率，等等。

二、数字传输系统

在早期电话网中，从市话局到用户电话机的用户线采用最廉价的双绞线电缆，而长途干线采用的是频分复用FDM 的模拟传输方式。由于数字通信与拟通信相比，无论是传输质量上还是经济上都有明显的优势，目前，长途于线大都采用时分复用PCM的数字传输方式。因此，现在的模拟线路就基本上只剩下从用户电话机到市话交换机之间的这一段几公里长的用户线。

现代电信网早已不只有话音这一种业务了，还包括视频、图像和各种数据业务。因此需要一种能承载来自其他各种业务网络数据的传输网络。在数字化的同时，光纤开始成为长途干线最主要的传输媒体。光纤的高带宽适用于承载今天的高速率数据业务(比如视频会议和大量复用的低速率业务(比如话音)。基于这个原因，当前光纤和要求高带宽传输的技术还在共同发展。早期的数字传输系统存在着许多缺点，其中最主要的是以下两个:

• 速率标准不统一。由于历史的原因，多路复用的速率体系有两个互不兼容的国际标准，北美和日本的T1速率(1.544 Mbit/s)和欧洲的E1速率(2.048 Mbits)。但是再往上的复用，日本又使用了第三种不兼容的标准。这样，国际范围的基于光纤的高速数据传输就很难实现。
• 不是同步传输。在过去相当长的时间，为了节约经费，各国的数字网主要采用准同步方式。在准同步系统中，各支路信号的时钟频率有一定的偏差，给时分复用和分用带来许
  多麻烦。当数据传输的速率很高时，收发双方的时钟同步就成为很大的问题。

为了解决上述问题，美国在1988年首先推出了一个数字传输标准，叫作同步光纤网SONET(Synchronous Optical Network)。整个同步网络的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟(通常采用昂贵的铯原子钟，其精度优于±1x$10^{-11}$)。

SDH/SONET 标准的制定，使北美、日本和欧洲这三个地区三种不同的数字传输体制在STM-1等级上获得了统一。各国都同意将这一速率以及在此基础上的更高的数字传输速率作为国际标准。这是第一次真正实现了数字传输体制上的世界性标准。现在SDH/SONET 标准已成为公认的新一代理想的传输网体制，因而对世界电信网络的发展具有重大的意义。SDH 标准也适合于微波和卫星传输的技术体制。

三、宽带接入技术

1、介绍

在第1章中已讲过，用户要连接到互联网，必须先连接到某个ISP，以便获得上网所需的IP地址。在互联网的发展初期，用户都是利用电话的用户线通过调制解调器连接到ISP的，经过多年的努力，从电话的用户线接入到互联网的速率最高只能达到56kbit/s。

为了提高用户的上网速率，近年来已经有多种宽带技术进入用户的家庭。然而目前“宽带”尚无统一的定义。很早以前，有人认为只要接入到互联网的速率远大于56 kbit/s 就是宽带。后来美国联邦通信委员会 FCC认为只要双向速率之和超过 200kbit/s就是宽带。以后，宽带的标准也不断提高。2015年1月，美国联邦通信委员会FCC又对接入网的“宽带”进行了重新定义，将原定的宽带下行速率调整至 25 Mbit/s，原定的宽带上行速率调整至3 Mbit/s。

从宽带接入的媒体来看，可以划分为两大类。一类是有线宽带接入，而另一类是无线宽带接入。由于无线宽带接入比较复杂，我们将在第9章中讨论这个问题。下面我们只限于讨论有线宽带接入。

2、ADSL 技术

非对称数字用户线 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)技术是用数字技术对现有模拟电话的用户线进行改造，使它能够承载宽带数字业务。虽然标准模拟电话信号的频带被限制在 300_{3400Hz的范围内(这是电话局的交换机设置的标准话路频带)，但用户线本身实际可通过的信号频率却超过1MHZ。ADSL技术把0}4kHz低端频谱留给传统电话使用而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。

ADSL的ITU的标准是G.992.1(或称G.dmt，表示它使用 DMT 技术，见后面的介绍)。由于用户当时上网主要是从互联网下载各种文档，而向互联网发送的信息量一般都不太大，因此ADSL 的下行(从 ISP 到用户)带宽都远远大于上行(从用户到ISP)带宽。“非对称”这个名词就是这样得出的。

ADSL的传输距离取决于数据率和用户线的线径(用户线越细，信号传输时的衰减就越大)。例如，0.5 mm 线径的用户线，传输速率为15~2.0Mbit/s时可传送5.5km;但当传输速率提高到 6.1 Mbits时，传输距离就缩短为3.7km。如果把用户线的线径减小到 0.4mm,那么在6.1 Mbits的传输速率下就只能传送2.7km。此外，ADSL所能得到的最高数据传输速率还与实际的用户线上的信噪比密切相关。

ADSL在用户线(铜线)的两端各安装一个ADSL调制解调器。这种调制解调器的实现方案有许多种。我国采用的方案是离散多音调DMT(DiscreteMulti-Tone)调制技术。这里的“多音调”就是“多载波”或“多子信道”的意思。

DMT 调制技术采用频分复用的方法把 40 kHz 以上一直到 1.1 MHz的高端频谱划分为许多子信道，其中 25 个子信道用于上行信道，而 249个子信道用于下行信道，并使用不同的载波(即不同的音调)进行数字调制。

这种做法相当于在一对用户线上使用许多小的调制解调器并行地传送数据。由于用户线的具体条件往往相差很大(距离、线径、受到相邻用户线的干扰程度等都不同)，因此 ADSL 采用自适应调制技术使用户线能够传送尽可能高的数据率。当ADSL启动时，用户线两端的ADSL 调制解调器就测试可用的频率、各子信道受到的干扰情况，以及在每一段频率上测试信号的传输质量。这样就使ADSL能够选择合适的调制方案以获得尽可能高的数据率。可见 ADSL不能保证固定的数据率。对于质量很差的用户线甚至无法开通 ADSL。因此电信局需要定期检查用户线的质量，以保证能够提供向用户承诺的最高的ADSL 数据率。

下图显示的是 DMT技术的频谱分布。

基于 ADSL的接入网由以下三大部分组成:数字用户线接入复用器DSLAM(DSIAccess Multiplexer)、用户线和用户家中的一些设施(见下图)。

数字用户线接入复用器包括许多 ADSL 调制解调器。ADSL,调制解调器又称为接入端接单元 ATU(Access TerminationUnit)。由于 ADSL 调制解调器必须成对使用，因此把在电话端局(或远端站)和用户家中所用的 ADSL 调制解调器分别记为 ATU-C(C代表端局(Central Ofce))和 ATU-R(R 代表远端(Remote))。

用户电话通过电话分离器(Spliter)和 ATU-R 连在一起，经用户线到端局,并再次经过一个电话分离器把电话连到本地电话交换机。电话分离器是无源的，它利用低通滤波器将电话信号与数字信号分开。将电话分离器做成无源的是为了在停电时不影响传统电话的使用。一个DSLAM可支持多达500~1000个用户。若按每户6Mbits计算，则具有1000个端口的DSLAM(这就需要用1000个 ATU-C)应有高达6 Gbit/s 的转发能力。由于ATU-C要使用数字信号处理技术，因此DSLAM的价格较高。

ADSL 最大的好处就是可以利用现有电话网中的用户线(铜线)，而不需要重新布线。有许多老的建筑，电话线都早已存在。但若重新铺设光纤，往往会对原有建筑产生一些损坏从尽量少损坏原有建筑考虑，使用ADSL进行宽带接入就非常合适了。到2006年3月为止全世界的 ADSL 用户已超过 1.5 亿户。

最后我们要指出，ADSL 借助于在用户线两端安装的ADSL调制解调器(即ATU-R和ATU-C)对数字信号进行了调制，使得调制后的数字信号的频谱适合在原来的用户线上传输用户线本身并没有发生变化，但给用户的感觉是:加上ADSL调制解调器的用户线好像能够直接把用户计算机产生的数字信号传送到远方的ISP。正因为这样，原来的用户线加上两端的调制解调器就变成了可以传送数字信号的数字用户线 DSL。

ADSL 技术也在发展。现在ITU-T已颁布了更高速率的ADSL标准，即G系列标准，例如ADSL2(G.9923和G.992.4)和 ADSL2+(G.992.5)，它们都称为第二代 ADSL，目前已开始被许多 ISP 采用和投入运营。第二代ADSL 改进的地方主要是:

• 通过提高调制效率得到了更高的数据率。例如，ADSL2要求至少应支持下行8Mbits、上行 800 kbit/s的速率。而 ADSL2+则将频谱范围从 1.1 MHz扩展至 2.2 MHz(相应的子信道数目也增多了)，下行速率可达16 Mbits(最大传输速率可达 25 Mbits)，而上行速率可达 800 kbit/s。
• 采用了无缝速率自适应技术SRA(Seamless Rate Adaptation)，可在运营中不中断通信和不产生误码的情况下，根据线路的实时状况，自适应地调整数据率。
• 改善了线路质量评测和故障定位功能，这对提高网络的运行维护水平具有非常重要的意义。

这里我们要强调一下，ADSL 并不适合于企业。这是因为企业往往需要使用上行信道发送大量数据给许多用户。为了满足企业的需要，ADSL技术有几种变型。例如，对称DSL，即 SDSL(Symmetric DSL)，它把带宽平均分配到下行和上行两个方向，很适合于企业使用每个方向的速率分别为384kbit/s或1.5 Mbits，距离分别为5.5km或3km。还有一种使用一对线或两对线的对称DSL叫作HDSL (High speed DSL)，用来取代 T1 线路的高速数字用户线，数据速率可达768 kbit/s或1.5 Mbit/s，距离为 2.7~3.6 km。

还有一种比 ADSL更快的、用于短距离传送(300~1800m)的 VDSL(Very high speedDSL)，即甚高速数字用户线，也很值得注意。这也就是 ADSL的快速版本。VDSL 的下行速率达 50~55 Mbit/s，上行速率是1.5~2.5 Mbits。2011年ITU-T颁布了更高速率的 VDSL2(即第二代的 VDSL)的标准 G.993.2。VDSL2 能够提供的上行和下行速率都能够达到 100Mbit/s。用这样的速率能够非常流畅地观看视频节目。

以上这些不同的高速 DSL 都可记为 xDSL。

近年来，高速 DSL技术的发展又有了新的突破。2011年ITU-T成立了G.fast项目组。这个项目组致力于短距离超高速接入新标准的制定，目标是使用单对直径为0.5mm的铜线在 100 m距离提供 900 Mbits的接入速率，而 200m距离的速率为600 Mbit/s，300 m距离的速率为300Mbits。我国的华为公司积极参加了此标准的制定工作，是该标准的主要技术贡献者之一。在龙国柱博士的领导下，华为公司于2012年首先研制成功Giga DSL 样机，使用时分双工TDD(Time Division Duplex)和OFDM 技术，有效地降低了辐射干扰和设备功耗，实现了超高速的 DSL 接入。现在新的建议标准G.mgfast 已被提出(这里的 mg 表示几个吉比特 Multi-Gigabit的高速接入)，其目标是在近期商用化。

目前在欧洲，这种超高速DSL的接入方式很受欢迎。这是因为在欧洲，具有历史意义的古老建筑非常多，而各国政府都已制定了很严格的保护文物的法律。在受保护的古老建筑的墙上钻洞铺设光缆，在法律上是被严格禁止的(即使是在朝街面的阳台上放置空调室外机也是不允许的)。但这些国家的电话普及率很高，进入这些建筑的电话线都早已铺设好了。因此，利用现有电话线来实现高速接入，在欧洲就特别具有现实意义。

在我国，情况有些不同。在建设新的高楼时，就已经把各种电缆的管线位置预留好了因此，高楼中的用户可以根据自己的需要选择合适的接入方式(不一定非要采用xDSL 技术)。因此上述这种超高速的 DSL接入方式在国内使用得还较少。

3、光纤同轴混合网(HFC网)

光纤同轴混合网(HFC网，HFC是HybridFiberCoax的缩写)是在目前覆盖面很广的有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网，除可传送电视节目外，还能提供电话、数据和其他宽带交互型业务。最早的有线电视网是树形拓扑结构的同轴电缆网络，它采用拟技术的频分复用对电视节目进行单向广播传输。但以后有线电视网进行了改造，变成了现在的光纤同轴混合网(HFC网)。

为了提高传输的可靠性和电视信号的质量，HFC网把原有线电视网中的同轴电缆主干部分改换为光纤(如下图所示)。光纤从头端连接到光纤节点(fibernode)。在光纤节点光信号被转换为电信号，然后通过同轴电缆传送到每个用户家庭。从头端到用户家庭所需的放大器数目也就减少到仅 4~5个。连接到一个光纤节点的典型用户数是 500 左右，但不超过 2000。

光纤节点与头端的典型距离为25 km，而从光纤节点到其用户的距离则不超过2~3 km。原来的有线电视网的最高传输频率是450MHz，并且仅用于电视信号的下行传输。但现在的 HFC 网具有双向传输功能，而且扩展了传输频带。根据有线电视频率配置标准GB/T17786-1999，目前我国的HFC网的频带划分如图2-24所示。

要使现有的模拟电视机能够接收数字电视信号，需要把一个叫作机顶盒(set-topbox)的设备连接在同轴电缆和用户的电视机之间。但为了使用户能够利用HFC网接入到互联网，以及在上行信道中传送交互数字电视所需的一些信息，我们还需要增加一个为HFC 网使用的调制解调器，它又称为电缆调制解调器(cable modem)。

电缆调制解调器可以做成一个单独的设备(类似于 ADSL 的调制解调器)，也可以做成内置式的，安装在电视机的机顶盒里面。用户只要把自己的计算机连接到电缆调制解调器，就可方便地上网了。

电缆调制解调器不需要成对使用，而只需安装在用户端。电缆调制解调器比ADSL使用的调制解调器复杂得多，因为它必须解决共享信道中可能出现的冲突问题。在使用ADSI调制解调器时，用户计算机所连接的电话用户线是该用户专用的，因此在用户线上所能达到的最高数据率是确定的，与其他ADSL用户是否在上网无关。但在使用HFC的电缆调制解调器时，在同轴电缆这一段用户所享用的最高数据率是不确定的，因为某个用户所能享用的数据率取决于这段电缆上现在有多少个用户正在传送数据。

有线电视运营商往往宣传通过申缆调制解调器上网可以达到比 ADSL更高的数据率(例如达到10Mbit/s甚至30Mbit/s),但只有在很少几个用户上网时才可能会是这样的。然而若出现大量用户(例如几百个)同时上网，那么每个用户实际的上网速率可能会低到令人难以忍受的程度。

4、FTTx技术

由于互联网上已经有了大量的视频信息资源，因此近年来宽带上网的普及率增长得很快。但是为了更快地下载视频文件，以及更加流畅地欣赏网上的各种高清视频节目，尽快地对用户的上网速率进行升级就成为ISP的重要任务。

从技术上讲，光纤到户FTTH(FiberToThe Home)应当是最好的选择，这也是广大网民最终所向往的。所谓光纤到户，就是把光纤一直铺设到用户家庭。只有在光纤进入用户的家门后，才把光信号转换为电信号。这样做就可以使用户获得最高的上网速率。

现在还有多种宽带光纤接入方式，称为FTTx，表示FiberToThe…。这里字母x可代表不同的光纤接入地点。实际上，光电进行转换的地方，可以在用户家中(这时x就是H)也可以向外延伸到离用户家门口有一定距离的地方。例如，光纤到路边FTTC(C表示Curb)、光纤到小区FTTZ(Z表示 Zone)、光纤到大楼 FTTB(B 表示 Building)、光纤到楼层FTTF(F表示Floor)、光纤到办公室FTTO(0表示Oce)、光纤到桌面 FTTD(D表示 Desk)，等等。截至 2019年12月，我国光纤接入FTTH/O 的用户，已占互联网宽带接入用户总数的 92.9%，说明光纤接入已在我们互联网宽带接入中占绝对优势。

其实，信号在陆地上长距离的传输，现在基本上都已经实现了光纤化。在前面所介绍的 ADSL 和 HFC 宽带接入方式中，用于远距离的传输媒体也早都使用了光缆，只是到了临近用户家庭的地方，才转为铜缆(电话的用户线和同轴电缆)。我们知道，一个家庭用户远远用不了一根光纤的通信容量。为了有效地利用光纤资源，在光纤干线和广大用户之间，还需要铺设一段中间的转换装置即光配线网ODN(Optical Distribution Network)，使得数十个家庭用户能够共享一根光纤干线。下图是现在广泛使用的无源光配线网的示意图。“无源表明在光配线网中无须配备电源，因此基本上不用维护，其长期运营成本和管理成本都很低。无源光配线网常称为无源光网络PON(Passive Optical Network)。

在上图中，光线路终端 OLT(Optical Line Terminal)是连接到光纤干线的终端设备。OLT 把收到的下行数据发往无源的 1:N 光分路器(spliter)，然后用广播方式向所有用户端的光网络单元 ONU(Optical Network Unit)发送。典型的光分路器使用分路比是 1:32，有时也可以使用多级的光分路器。每个ONU 根据特有的标识只接收发送给自己的数据，然后转换为电信号发往用户家中。每一个ONU 到用户家中的距离可根据具体情况来设置，OLT 则给各ONU分配适当的光功率。如果ONU在用户家中，那就是光纤到户FTTH了。

当 ONU 发送上行数据时，先把电信号转换为光信号，光分路器把各NU发来的上行数据汇总后，以 TDMA 方式发往 OLT，而发送时间和长度都由 OLT集中控制，以便有序地共享光纤主干。

光配线网采用波分复用，上行和下行分别使用不同的波长。
无源光网络PON的种类很多，但最流行的有以下两种，各有其优缺点。

• ·种是以太网无源光网络EPON(EtheretPON)，已在2004年6月形成了IEEE 的标准802.3ah，较新的版本是 802.3ah-2008。EPON 在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。EPON的优点是:与现有以太网的兼容性好，并且成本低，扩展性强，管理方便。
• 另一种是吉比特无源光网络GPON(Gigabit PON)，其标准是ITU在2003年1月批准的ITU-T G.984。之后更新多次，目前最新的是 2010年的 G.984.7。GPON 采用通用封装方法GEM(Generic Encapsulation Method)，可承载多业务，对各种业务类型都能够提供服务质量保证，总体性能比 EPON 好。GPON虽成本稍高，但仍是很有潜力的宽带光纤接入技术。

采用光纤接入时，究竟把光网络单元ONU放在什么地方，应通过详细的预算对比才能确定。从总的趋势来看，光网络单元 ONU 越来越靠近用户的家庭，因此就有了“光进铜退"的说法。

需要注意的是，目前有些网络运营商所宣传的“光纤到户”，往往并非真正的FTTH，而是FTTX，对居民来说就是FTTB或ETTE。有的运营商把这种接入方式叫作“光纤宽带或“光纤加局域网”，这样可能较为准确。