PON的由来背景及原理应用

15年前，连接因特网最常见的方式是透过模拟调制解调器，再经标准电话语音信道发送数据。这种技术采用已经部署的现有标准双绞电话线，无需对「最后一哩(last mile)」技术做任何更改，因此对使用者来说这种方式非常廉价，并迅速主导整个通讯市场。不用挖路铺线、不用改变中央机房(CO)，这种方式极具吸引力。

模拟调制解调器的峰值速度为56Kbps。为什么是56Kbps？为什么不再高一点？简单地说：这不是「理论上」的可能，而是这种理论极限局限了ADSL技术的发展舞台。

模拟调制解调器使用经ITU-T委员会严格规范的现有语音信道。该通道具有限定带宽(4kHz，包含防护频段)，进入Muldex(多任务器/解多任务器，Multiplexer Demultiplexer)之前在中央机房进行硬件滤波。Muldex是中央机房中与电话连接的设备。

透过4kHz模拟通道可传输的最大数据速率是多少？这个问题的关键是了解ADSL。

正确的答案是：「取决于信道的噪声等级。」Claude E Shannon早在1948年就给了我们答案，只要噪声够低，就能以任意比特率进行传输，这一结果有时候会给我们惊喜。实际上，Claude E Shannon更精确地将最大比特率以定量方式与给定信道带宽和噪声等级进行关联。可以使用Shannon著名的公式：

Shannon知名公式

其中：C：最大比特率，单位：bit/s(容量)、B：带宽，单位：H、S/N：通道的讯噪比。

ITU-T规定语音信道的带宽和噪声级，限定双绞电话线的实际最大比特率——56Kbps，非常接近信道容量。

ADSL没有使用标准语音信道，而是使用另一种信道，打破语音信道的Shannon限制。

在电话系统中，每个用户都透过双绞线连接中央机房，双绞线的使用时间很短，只在打电话时才会用到，而且仅占用低于4kHz的通道带宽，高于4kHz的带宽显然未被使用。ADSL使用未被利用的带宽，并将低于4kHz的通道带宽预留用作标准语音信道。用户可以在进行电话语音通话的同时交换资料。

ADSL信道有多宽，噪声有多大？这方面并未标准化，这也就是为什么每个ADSL调制解调器都会在启动时测量线路噪声，然后根据用户信道情况建立最佳比特率。

每个用户连接中央机房的速度取决于信道本身。用户可以在家用ADSL调制解调器的控制面板上读出线路速率。

ADSL的确是个非常好的主意。它能更好地利用已经埋在地下的线路，无需对最后一哩做任何修改，而原来的旧电话还能与新技术兼容。用户只需在家里接一个滤波器(即「分离器」)，用来分离电话语音带宽与ADSL带宽。总之，这种方式简单且便宜。

中央机房中每条线路也配有类似的滤波器。该滤波器将语音信道连接到Muldex，并将线路的高带宽部分连接到只处理数据、名为数字用户线接入多任务器(DSLAM)的新设备上。电信运营商只需要在每个中心局中靠近每个Muldex的位置建立一个DSLAM，就可为客户提供ADSL服务。
DSLAM是具有模拟前端(Digital Front End)的纯数据通讯设备。它从一个广泛的用户组中收集所有ADSL数据。所有数据通常会被送到现场可编程门阵列(FPGA)，在这里进行处理并汇集到以太网链路。

高速以太网链路通常连接到因特网或者透过同步数字阶层(Synchronous Digital Hierarchy， SDH)或光纤传输网络(Optical Transport Network，OTN)传输。ADSL标准一直不断演变，而用于连接因特网的DSLAM的后端连接，根据网络配置不同可以有多种选择：以太网络、XAUI、SDH和OTN等。

这些是使用FPGA的理想条件，因为可建立完全可程序设计的后端连接，并可利用可程序设计组件达到不断发展演变的ADSL标准要求。ADSL架构看起来如此出色，尤其是可以自然地升级电话网络，很难想象人们还想要什么...但是，ADSL有局限性，这就是为什么市场会朝着被动光纤网络(PON)技术发展。

ADSL的局限性依然由Shannon理论决定。使用双绞线难以使ADSL速率超过15Mbps。这并非ADSL技术本身的限制，而是从用户到中央机房之间平均距离产生的限制，如果想要更快，我们就必须改变「最后一哩」，同时还要最大程度减少改变最后一哩所需的成本。当然，我们可以向每位客户提供SDH(挟带以太网方式)以满足这些需求，但这种方式太贵了。PON是解决这个问题的最佳答案，因为该技术能够在升级成本、性能以及最后一哩最少返工成本之间实现最佳平衡。