光纤接入网技术2014试卷.doc

中国矿业大学20132014学年度第二学期光纤接入网技术工程硕士课程考试题目1、 什么是融合型接入网？其体系结构如何？（20分）答：1局所的融合农村综合业务目标局一般设在县城所在地，根据全县乡镇的数量和人口分布情况，最多在经济发达、人口稠密的乡镇再设一个目标局。一般CATV网的中心前端也设在县城，正好与电信网的目标局地理位置、覆盖范围相近似。 从目标局的功能来看，它是一个多业务节点，因此也可以包含CATV的节点。如果采用光纤环路作为传输媒介，CATV的分前端可以利用接入网的主干光缆环接入目标局的CATV中心前端。综合业务目标局的设置已经为今后的融合奠定了基础。随着技术的发展，多种业务的融合己成定局，CATV和电话业务的融合，在农村是走向融合的第一步，也是关键的一步。从目前的情况看，两种业务的融合，在目标局有两种不同的选择，一种是同缆分纤的方法，CATV总前端设备单向传送有线电视节目，采用独立的传输系统，从总前端到前端的传输系统占用主干光缆环的一部分光纤。电信业务也采用独立的系统，从OLT到ONU也占用主干光缆环的一部分光纤，有的厂家将电视信号和电信信号在光纤接入的局端设备中，通过波分复用（WDM）耦合到一起传送到ONU，在ONU中分离出两种不同波长的光信号，再分别由两种不同的设备将光信号转换成电信号传送到用户端。另一种融合的方法是全程综合，可以称得上是“三网合一”的方式之一，采用HFC双向传输技术，同缆同纤同引入线，在目标局将电话业务节点、数据节点和CATV总前端的语音，数据、CATV节目分别调制到不同的射频上，然后混频通过一个光发送系统传输到远端的光节点，通过光节点进行光电转换，将混频的电信号用同轴电缆传给用户单元，用户单元解调分离出三种信号，通过三种接口为用户提供语音、数据、电视。此种方式的优点在于CATV网、计算机网、电信网“三网合一”的程度比较高，但电话基本业务和低数数据业务的传输质量比较差，价格较昂贵。目前在广大的农村地区很难推广。2网络的融合（1）主干层和配线层的融合传统的CATV网的中心局（中心前端）到分局（前端），是星型的拓扑结构，网络的安全可靠性比较差。线路发生故障将影响几千个用户，所以网络的可靠性是不能忽视的。 中心局总前端通过主干层光纤环路与各分局的前端相连，形成物理环形逻辑星型的结构，使网络的安全可靠性得到保证。接入网配线层的拓扑结构一般为环形和星型，与CATV前端到光节点的拓扑结构基本一致。两种业务的融合首先是网络拓扑结构的一致，在物理路由一致的前提之下，在主干和配线段首先可以采用同缆分纤的方式，各自选用不同的系统，最常见的是（HFCDLC）方式，有线电视采用HFC单向传送电视业务。有源光纤接入设备传送电信业务。主干光纤网络可以是有源的（HFCDLC），也可以是无源的（HFCPON）。这种方式在HFC上只传送CATV和VOD业务，而传送数据以及电话业务则由PON或DLC承担。此种方式的优点在于，电话基本业务和低速数据业务的传输质量和可靠性高，价格较低。此方式有利于邮电部门在保证基本电信业务的同时扩充传送CATV和V0D业务的能力。也可以采用波分复用即同缆同纤不同波长的方式，最常见的是1300m窗口传送电信业务、 150m窗口传送有线电视业务。（2）引入层的融合对于光纤接入网而言，引入层是指用户端到光网络单元（ONU），一般使用铜缆双绞线，呈星型的拓扑结构；对于CATV网而言是指光节点到用户端，一般使用同轴电缆，呈树形或总线形的拓朴结构。 目前农村的ONU大部分放置在行政村，一个ONU容量达到500线以上，平均每线综合造价才能够比较经济合理。对于经济发达、人口稠密、电话普及率比较高的行政村，设置一个0NU便可以接入500个用户，而对于经济欠发达，人口密度和电话普及率低的地区，ONU要覆盖几个行政村接入的用户数量才能达到500个以上，考虑到经济和通信质量，用户到ONU的距离控制在800m2km，也就是覆盖半径可以到2km。有线电视网的光节点，可以覆盖的用户数在8002000，由于电视普及率大大高于电话普及率，光节点覆盖半径在1km范围，就可以拥有大量的用户。同轴电缆每500m设置一级放大器，最多可以达4级，由于同轴电缆的每公里造价比铜缆贵，同轴电缆的长度也不宜太长。可以看到电信业务和CATV业务可以在同缆分纤的方式下，从综合业务目标局，主干光缆和配线光缆几个部分进行联合建设，在农村光纤接入网网络的建设中为CATV提供一定数量的光纤芯数，光分支点设备，同时在接入设备的远端机房为CATV前端或光节点设备留有一定的局房面积和位置。就可以为采用铜缆分纤、双绞线和同轴电缆重叠入户的方式提供联合建设的条件。如果采用波分复用技术，从目标局到远端可以采用一套元源光网络设备，到光节点再将两种不同的光波分离出来，通过不同的终端设备0NU和光节点，将两种业务分别送到用户，这样不仅避免重复建设，也为今后的进一步的融合奠定基础。从以上分析可以看出，在同缆分纤基础上，由于普及率、设备覆盖半径、拓扑结构的差异，引入层的融合是不可能的。也可以说在近期，农村电话和CATV可以在主干层和配线层实现网络的融合，在引入层的融合必须要等到传输系统、局端和远端设备的融合，也就是从系统上将语音、数据和图像综合在一起，通过光缆传送到光节点，从光节点到用户端使用同轴电缆到用户单元，经调制解调器分离出电话、数据和电视。2、 光纤接入网中主要有哪四种双向传输技术？分别进行原理介绍。（20分）答：（1）空分复用（SDM）空分复用（SDM）就是双向通信的每一方向各使用一根光纤的通信方式，即所谓单工方式，其原理如图1所示。在SDM方式下两个方向的信号在两根完全独立的光纤中传输，互不影响，传输性能最佳，系统设计也最简单，但需要一对光纤才能完成双向传输的任务，以传输距离较长时不够经济。对于OLT与ONU相距很近的应用场合，则由于光纤价格的不断下降，SDM方式仍不失为一种可以考虑的双向传输方案。最后，由于两个方向的信号传输通路互相独立，因而对于光源波长没有特殊要求，只要在1310nm波长区内，是否相同无关紧要。（2）时间压缩复用（TCM）TCM方式是解决双向传输的有效手段之一。这种方法只利用一根光纤，但不断交替改变传输方向，使两个方向的信号得以轮流地在同一根光纤上传输，就像打乒乓球一样，因而又称“乒乓法”。实现TCM传输有两种方法，第一种方法是利用一只激光器既作光源又作检测器，十分简单，只要有一收发控制开关准确地控制其收发时间，使之不发生冲突即可。然而这种方法激光器兼作检测器的灵敏度较差，速率较高时，光通道可用光预算很小。第二种方法是利用两套独立收发设备，两端各设一个光耦合器用于分离上行和下行信号，两个方向的信号发送在时间上分开，分别占用不同的时隙轮流发送。由于同一时刻只允许一个方向传输信号，因而称为半双工方式，以便与WDM和SCM的全双工方式有所区别。采用TCM方式时，两个方向的信号允许工作在同一波长，但目前规定必须在1310nm波长区。需要注意在接入网环境，PON主要工作在点到多点方式，因此上下行信号的处理方式不同，下行方向上送给各个ONU的信号是连续排列发送且以广播方式送给各个ONU的，各个ONU收到的是全部信号但只能在属于自己的时隙中取出属于自己的信号。上行方向则不同，各个ONU是以突发方式发送信号的，且只能在属于自己的时隙内发送信号，于是各个ONU来的信号呈一个个非连续的突发块且幅度也不尽相同。采用TCM方式可以用一根光纤完成双向传输任务，节约了光纤、分路器和活动连接器，而且网管系统判断故障比较容易，因而获得了广泛的应用。这种系统的缺点是两端的耦合器各有3dB功率的损失，而且OLT和ONU的电路比较复杂。（3）波分复用（WDM）当光源发送功率不超过一定门限时，光纤工作于线性传输状态。此时，不同波长的信号只要有一定间隔就可以同一根光纤上独立地进行传输而不会发生相互干扰，这就是波分复用的基本原理。对于双向传输而言，只需将两个方向的信号分别调在不同波长上即可实现单纤双向传输的目的，称为异波长双工方式，特定双向传输方式的原理参见图3。这种方式未来的升级扩容潜力很大，很容易扩展至几十个波长，但目前WDM器件的成本还嫌过高，因而传输距离不长时不够经济。（4）副载波复用（SCM）利用副载波复用（SCM）实现双向传输的原理很简单，只需将两个方向的信号分别安排在不同频段即可实现单纤同波长双向传输的目的，。在实际OAN传输系统中，下行方向往往采用TDM方式基带传输形式，因而频率分量集中在低频端，而上行方向采用副载波多址接入（SCMA）方式，即各个用户的频率调在较高频段，与下行信号的频谱隔开。由于上下行信号分别占用不同频段，因而系统对反射不敏感，也无需TDMA方式所必不可少的复杂的延时调整电路，传输延时较小，电路较简单。当然，模拟频分方式必须带有一切模拟方式所不可避免的缺点，这里就不重复讲述了。3、 在FTTH中使用的光纤类别是什么？具体有什么特性？（15分）答：对于FTTH的接入方式，所用的光纤类型一般都是G652光纤。G652光纤出现在20世纪80年代，经过近20年的发展，其已经成为光纤网络建设的首选，ITU-T SG15 2003年的建议中，G652包含了G.652A/B/C/D四种光纤，其中G652C/D与G652A/B的最大区别在于消除了1383nm处的水峰，使该处的衰减小于1310nm处的光纤衰减并且还降低了光纤的PMD（偏振模色散），拓宽了光纤的可用波长。在2005年，以中国长飞和日本住友为代表的光纤厂商推出了新型的小弯曲半径光纤（不敏感光纤）。此类光纤弯曲直径小，特别适合用于室内布放，使FTTH光缆进户后的布放条件得到很大的提高。目前市场上应用最多的就是G652D及小弯曲半径光纤。FTTH所用的光缆按照使用条件可以分为FTTH用室外光缆、FTTH用接入光缆及FTTH用室内光缆。FTTH用室外光缆,其产品和技术与普通室外光缆完全兼容,也可方便的利用现有光缆资源。FTTH用接入光缆，此种光缆是指由光缆分支点到用户接入点之间的光缆，作用是将主干光缆中的一部分光纤引入到用户接入点，引入的环境包括管道、架空、路面开槽浅埋等。其主要特点是：敷设距离较短，一般小于1000m；要求光纤易于分歧接续，便于提高施工速度；光缆芯数较小,一般在12芯以下；常用的光缆类型有小芯数骨架式光纤带缆、小8字型自承式光缆、路面开槽光缆及室内室外两用光缆。FTTH用室内光缆，此类光缆的设计要求直径小，便于铺设，同时还要考虑室内阻燃，最好是无卤阻燃，要求环保，满足高低温的要求，光缆的尺寸和结构应该能够与光纤快速接头的要求相匹配，以保证能够在施工现场根据实际要求截取适当长度的光缆现场制作接头，可避免处理入户前多余光缆的盘留问题。普通的室内光缆不能满足建筑物内部的方便铺设及便于接头等要求。 这种光缆的设计特点是采用LSZH（低烟无卤）环保型材料做外护套，在光缆的两侧设计两个V字槽，使得光缆在施工时候即使不利用工具也可以十分方便的剥除外护套，两根非金属加强芯平行的放置在光纤的两侧，由于非金属加强芯的直径远大于光纤的直径，因此当光缆受到侧压及冲击时，光纤得到了有效的保护，因此可以承受很大的抗压力（可以达到3000N/100mm）。4、 目前ONU的供电主要有哪些方式？请分别进行描述。（20分）答：FTTB（光纤到大楼）也是城市建设FTTX的重要方式，由于光纤接入点较FTTC下移，FTTB能提供更为高速的接入性能，节省更多的铜缆资源，并且近期建设成本持续大幅下降，未来一段时间内，FTTB将成为光网络及宽带通信的主流建设方式。在这一模式中，ONU单元置于建筑物内，对于多层和高层建筑，ONU单元通常有两种放置方式。一是采用多个ONU分散放置，分别承担一层至多层业务的方式；二是在某些楼层集中放置一组ONU，共同负担多个楼层的业务以便于对设备进行管理。作为FTTB使用的ONU单元通常支持交流220V以及直流48V两种供电方式，功耗在200W左右。目前国内大楼内根据ONU放置方式不同，供电系统通常有如下几种设计方式。A、采用交流直接供电。即采用建筑物内市电对电源的直接对ONU供电。这种方式成本低，在网络建设初期能够满足快速建设，快速收益的需要。但ONU设备同时承载了数据和语音业务，停电时用户将无法使用固定电话，这与用户多年的使用习惯相违背。因此在网络建成后需要尽快解决备电问题。B、采用交流UPS供电。为解决ONU备电问题，部分地区采用UPS供电方式，由于单个ONU功耗较小，使用交流供电时典型负载电流仅为1安培左右，为节省投资和便于管理，通常使用一台UPS向多个ONU供电。出于安全考虑，大部分建筑物弱电井内不允许布放220V电缆，因此这种方式在ONU分置时应用受到了一定限制。C、采用48V直流对电源的就近对ONU供电。采用48V直流对电源的+蓄电池向ONU供电可以较好地解决ONU备电问题。根据目前市场上ONU典型功耗，一台10A对电源的系统配备24Ah蓄电池约可提供6台ONU4小时的备电时间。D、采用48V直流对电源的对分散放置的ONU进行远程供电。此时，48V直流电缆可以方便地通过大楼弱电井走线。在FTTB应用场景下，设备根据使用需要，通常安置于楼道、弱电井中，失去了机房的保护，环境温度和灰尘将对设备工作造成很大影响。因此，需要选择有一定防护能力、稳定可靠的设备（包括对电源的设备和接入设备）。具备蓄电池内置条件的应将蓄电池内置于机架/机柜中。由于FTTB建设方式的多样性，对电源设备的安装方式要求比较灵活。如壁挂式、机架安装方式、对电源/电池一体式等。同时随着居民防护意识的不断提高，电源设备逐步被安装于民用建筑物内，这对设备的电磁兼容性，尤其是对电磁辐射提出了更高的要求，已经有地区出现了居民担心设备辐射而拒绝施工要求的案例。而设备工作的噪音也是FTTB建设时需要考察的重要因素之一。5、 详细描述以PON为基础的SDV接入系统结构，通过与双向HFC结构进行比较，叙述其优缺点。（25分）答：除了利用PON来传送宽带图像的结构外，还有一种特殊的电是以PON为基础的BPON结构，称之为交换式数字图像（SDV）业务和应用。应该指出，SDV不是一个很合适的术语，很容易引起误解。首先SDV不是一种独立的系统结构，而只是一种业务和应用，其基本技术和系统结构是PON。其次从字面上看，似乎SDV应该是一种全数字化系统，而实际上当人们谈论SDV时目前几乎都是暗指一种数字式FTTC与单向HFC的结合物，用FTTC结构来传送所有交互式数字业务（包括电话、图像和数据），而HFC仅仅用来传送模拟广播电视节目外加给FTTC的ONU供电。这种结合物实际是由两套基本独立的网络基础设施所组成。由图可知，上半部实际是一个以PON为基础的FTTC，与传统的PON不同处在这儿是ATM化的BPON，因而HDT和ONU皆为综合宽带设备，而且ATM可直接通达机上盒（STB）。由于目前尚无BPON的国际标准，因而线路口速率帧结构均为厂家专用的。例如美国LT公司的解决方案是采用双纤方式，下行速率1.036Gbit/s，上行速率51Mbit/s，其中图像业务的净负荷下行方向为829Mbit/s，上行方向为12.88Mbit/s，传输距离达10km左右。由综合HDT出来的高速信号经点到点或1：4分路比的点到多点无源光网络到达综合的ONU，电话信号直接通过星形方式经双绞线送给用户话机。交互式数字图像信号则首先与来自HFC网部分的模拟广播电视信号按频分复用方式结合在一起，其中数字SDV信号占据低频端，为基带调制信号，采用16电平CAP调制（CAP-16），由于是带通传输方式，因而零频附近没有频谱分量。模拟广播电视信号占据高频端标准CATV通路。上述频分复用信号再经引入同轴电缆传送给图像终端，其中模拟广播RF电视信号直接送给模拟电视接收机即可，交互式数字图像信号需要经过机上盒（STB）转换为标准模拟广播RF信号频谱后才能为模拟电视接收机所接受。SDV的上行信号在引入线同轴电缆上为1.62Mbit/s，ATM净负荷1.02Mbit/s，