[信息与通信]光纤接入技术

1、accnet 2010春春接入网技术接入网技术第第4章章 光纤接入技术光纤接入技术accnet 2010春春第第4章章 光纤接入技术光纤接入技术n主要内容主要内容n光纤介质的优势光纤介质的优势n光接入网的结构、类型、应用模式等光接入网的结构、类型、应用模式等n两种典型的无源光网络两种典型的无源光网络apon和和eponn要求要求n熟悉光纤介质的特点，熟悉光纤介质的特点，fttx的含义的含义n掌握掌握光接入网的结构、特点、关键技术（特别是光接入网的结构、特点、关键技术（特别是测距）；测距）；napon与与epon的异同的异同accnet 2010春春第第4章章 光纤接入技术光纤接入技术4.1 引

2、言引言4.2 光纤在接入网中的延伸光纤在接入网中的延伸4.3 光接入网基础知识光接入网基础知识4.4 无源光网络无源光网络4.5 apon4.6 epon4.7 小结小结accnet 2010春春4.1 引言引言n光纤接入前途无限光纤接入前途无限用户业务量的日益增长用户业务量的日益增长业务种类的不断变化业务种类的不断变化新业务的高性能要求新业务的高性能要求需要需要与之适应的高性能接入技术与之适应的高性能接入技术从介质考虑，哪种介质能满足？从介质考虑，哪种介质能满足？光纤光纤能满足能满足accnet 2010春春4.1 引言引言n光纤的优越性光纤的优越性n高带宽、高数据率高带宽、高数据率n单波：

3、单波：10gb/s, 40gb/sn多波复用：可达多波复用：可达tb/sn信号衰减很小，无中继传输距离远信号衰减很小，无中继传输距离远n单段光传输距离：单段光传输距离：100200kmn多段光传输距离：多段光传输距离：30004000kmn其他性能其他性能n抗电磁干扰、保密性好抗电磁干扰、保密性好n安全性好，不易盗听安全性好，不易盗听n绝大多数运营商断言：绝大多数运营商断言： “理想的宽带接入网将是基于光纤的网络理想的宽带接入网将是基于光纤的网络”accnet 2010春春4.1 引言引言n光纤分类光纤分类n多模光纤多模光纤nmmf: multi-mode fibern常见规格：常见规格：62

4、.5/125 、50/125n系统系统价格低，传输距离短、容量相对小一些价格低，传输距离短、容量相对小一些n用于计算机网络的短距离传输用于计算机网络的短距离传输n单模光纤单模光纤nsmf: single-mode fibern常见规格：常见规格：9.5/125n系统系统价格较高，性能很高价格较高，性能很高n用于通信系统和高要求计算机网络用于通信系统和高要求计算机网络accnet 2010春春4.1 引言引言n光接入网络光接入网络n在主干网上，光纤通信已经成为高性能的主流在主干网上，光纤通信已经成为高性能的主流n在接入网上，光纤通信前景光明，光接入网正在在接入网上，光纤通信前景光明，光接入网正在

5、成长成长n用于高性能接入领域用于高性能接入领域n直接采用主干传输技术直接采用主干传输技术n典型例子：典型例子：sdh环用于环用于pstn网的大客户网的大客户n用于接入大客户用于接入大客户n专门的光接入技术专门的光接入技术n典型例子：典型例子：epon/efm的技术开发的技术开发n用于高性能的多业务接入客户用于高性能的多业务接入客户accnet 2010春春4.2 光纤在接入网中的延伸光纤在接入网中的延伸n在接入网中应用光纤，是逐渐从运营商向用在接入网中应用光纤，是逐渐从运营商向用户延伸的户延伸的n根据光纤深入用户的程度，有三种基本应用根据光纤深入用户的程度，有三种基本应用类型：类型：n光纤到路

6、边光纤到路边 fttc n光纤到楼光纤到楼 fttb n光纤到家光纤到家/办公室办公室 ftth/o fttxaccnet 2010春春光纤到路边光纤到路边 fttcnfttc：fiber to the curb/cabn光纤到路边、光纤到配线箱光纤到路边、光纤到配线箱onuobd中中心心局局olt光接入网光接入网设在交接箱处设在交接箱处电话双绞铜线电话双绞铜线或同轴电缆或同轴电缆特点：特点：l 通常为点到点和点到多点结构通常为点到点和点到多点结构l 一个一个oun可为一个或多个用户提供接入可为一个或多个用户提供接入l 是一种介质混合结构是一种介质混合结构l 通常采用通常采用fttc+xdsl

7、技术或技术或fttc+cable modem技术技术accnet 2010春春光纤到楼光纤到楼 fttbnfttb：fiber to the buildingn光纤到大楼光纤到大楼obd中中心心局局olt光接入网光接入网onubuddingethernet设在办公楼或居民住宅设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方楼内的某个公共地方用用utp5类线类线（或更高等级）（或更高等级）特点：特点：l通常点到多点结构通常点到多点结构l一个一个oun为多个用户提供接入为多个用户提供接入l通常采用通常采用fttb+ethernet技术技术accnet 2010春春光纤到家光纤到家/办公室办公室 ftth/o

8、nftth：fiber to the home/officen光纤到家（光纤入户、光纤到办公室）光纤到家（光纤入户、光纤到办公室）obd中中心心局局olt光接入网光接入网onuhome直接放在直接放在用户家里用户家里特点：特点：l中心局到用户之间全部为光连接和光传输中心局到用户之间全部为光连接和光传输l接入网无任何有源设备，是一个真正的透明网络接入网无任何有源设备，是一个真正的透明网络l是一种真正意义上的宽带接入技术是一种真正意义上的宽带接入技术l是用户接入网的长远目标是用户接入网的长远目标accnet 2010春春4.3 光接入网基础知识光接入网基础知识n光纤的传输窗口光纤的传输窗口n光纤的

9、传输性能，有几段性能好，成为传输窗口光纤的传输性能，有几段性能好，成为传输窗口l 1310nm窗口（窗口（ 1260nm1360nm）l 850nm窗口窗口 （ 780nm850nm）l 1550nm窗口窗口 （ 1480nm1580nm）常用于多模光纤通信常用于多模光纤通信未得到很好使用未得到很好使用应用广泛应用广泛主要用于提供主要用于提供2mb/s及以下的业务及以下的业务用于异波长双工的下行通信以及宽带的新业务用于异波长双工的下行通信以及宽带的新业务accnet 2010春春4.3 光接入网基础知识光接入网基础知识n光接入网的基本结构光接入网的基本结构noan：noptical acces

10、s network，光接入网，光接入网n光接入网概念：光接入网概念：n接入网中部分或全部使用光纤作为传输介质来实现信接入网中部分或全部使用光纤作为传输介质来实现信息传输的网络形式息传输的网络形式n光接入网基本结构由光接入网基本结构由itu-t g.982 定义定义accnet 2010春春光接入网的基本结构光接入网的基本结构接入网系统管理功能接入网系统管理功能q3onuonuodnoltaf中心局中心局终端设备终端设备用户侧用户侧网络侧网络侧unisni光接入网光接入网(oan)光接入网是光接入网是g.902标准的一个典型实例标准的一个典型实例accnet 2010春春光接入网的基本结构光接入

11、网的基本结构n组成：组成：n光网络单元光网络单元onu （optical network unit）n提供用户到接入网的接口（光电转换、物理接口）提供用户到接入网的接口（光电转换、物理接口）n提供用户业务适配功能（速率适配、信令转换）提供用户业务适配功能（速率适配、信令转换）n光分配网光分配网 odn（optical distribution network）n为为olt和和oun之间提供光传输技术之间提供光传输技术n由光连接器和光分路器由光连接器和光分路器obd (optical branching device)组成组成n完成光信号功率的分配及光信号的分、复接功能完成光信号功率的分配及光信

12、号的分、复接功能n光线路终端光线路终端olt（optical line terminal）n提供与中心局设备的接口（光电转换、物理接口）提供与中心局设备的接口（光电转换、物理接口）n提供与提供与odn的光接口的光接口n分离不同的业务分离不同的业务accnet 2010春春光接入网的基本结构光接入网的基本结构n光接入网的特点光接入网的特点n点到多点传输系统，介质共享点到多点传输系统，介质共享n下行：下行：olt向各个向各个onu采用广播通信方式采用广播通信方式n上行：上行：onu向向olt通信时需要某种分配信道的策略通信时需要某种分配信道的策略n面临的问题面临的问题n需解决需解决olt和多个和多

13、个onu之间上下行信号的正确传输之间上下行信号的正确传输n关键是解决上行信道的占用问题关键是解决上行信道的占用问题n下行传输：时分复用传送信元流，各下行传输：时分复用传送信元流，各onu在规定时隙接在规定时隙接收自己的信息收自己的信息n上行传输：各种多址技术（时分、波分等）上行传输：各种多址技术（时分、波分等）accnet 2010春春光接入网的传输技术光接入网的传输技术n空分复用空分复用 sdmn上下行双向通信各使用一根光纤上下行双向通信各使用一根光纤n两个方向的通信单独进行，互不影响两个方向的通信单独进行，互不影响n性能最佳，设计最简单性能最佳，设计最简单n光传输设备和线缆双倍，成本高光传

14、输设备和线缆双倍，成本高accnet 2010春春t t a1 b1 n1 a1保护时间保护时间oltobd上行上行 a1 b1 n1onuonuonu光接入网的传输技术光接入网的传输技术n时分复用时分复用tdmn每个每个onu动态或固定分配一个时隙动态或固定分配一个时隙n每个每个onu在分配的时隙内上传数据在分配的时隙内上传数据n固有问题固有问题n每个每个onu与与olt距离不等距离不等 n传输时延不同传输时延不同n到达到达olt的相位不同的相位不同n对对otl要求要求n完善的测距技术，实现定时调整完善的测距技术，实现定时调整 和同步和同步n快速的同步技术快速的同步技术n快速、动态的门限判决

15、技术快速、动态的门限判决技术accnet 2010春春pd：光电检测器：光电检测器 2 2 1 1 n n a1 b1 n1onuonuonuobd 1 1 n n 2 2上行上行wdmpdpdpd 2 2 1 1 n nolt光接入网的传输技术光接入网的传输技术n波分复用波分复用wdmn用不同的光载波传输不同的信息用不同的光载波传输不同的信息n不同波长的信号共享一根光纤传输，彼此不干扰不同波长的信号共享一根光纤传输，彼此不干扰n要求每个要求每个onu在指定波长上发射在指定波长上发射n对激光二极管要求高（温度、环境影响大）对激光二极管要求高（温度、环境影响大）nolt设备复杂，成本高（每个波长

16、都需光发射器和检测器）设备复杂，成本高（每个波长都需光发射器和检测器）accnet 2010春春光接入网的分类光接入网的分类n根据光分配网是采用有源或无源设备，根据光分配网是采用有源或无源设备，oan分：分：naon和和ponnaon：active optical network，有源光网络，有源光网络nodn全部由有源器件组成（光放大器等）全部由有源器件组成（光放大器等）n是主干网技术的延伸是主干网技术的延伸nsdh、pdh、atm、等等等等n现通常是基于现通常是基于sdh的的aonn特点：特点：n传输容量大：传输容量大：155mb/s或或622mb/s的接入速率的接入速率 n传输距离远：不

17、加中继器，距离为传输距离远：不加中继器，距离为70多公里多公里n技术成熟：无论技术成熟：无论pdh设备还是设备还是sdh设备，都已广泛应用设备，都已广泛应用n给有源设备供电是一件麻烦事给有源设备供电是一件麻烦事accnet 2010春春光接入网的分类光接入网的分类npon：passive optical network，无源光，无源光网络网络npon内不含有源器件内不含有源器件n是专门为接入网发展的技术是专门为接入网发展的技术n无源：大大简化了接入途中的机房条件无源：大大简化了接入途中的机房条件n包括：包括：napon、epon和和gpon accnet 2010春春4.4 无源光网络无源光网

18、络n基本概念基本概念n系统结构系统结构n数据传输数据传输n关键技术关键技术accnet 2010春春pon的基本概念的基本概念nodn全部由无源器件组成（无源光分路器等）全部由无源器件组成（无源光分路器等）n信号在传输过程中无再生放大信号在传输过程中无再生放大n信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户n实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完成成n与有源光网络比：与有源光网络比：n覆盖范围和传输距离更小覆盖范围和传输距离更小n可靠性更高（户外无有源设备，提高抗干扰能力）可靠性更高（户外无有源设备，提高抗

19、干扰能力）n价格更低、安装维护更方便价格更低、安装维护更方便n是光接入网有发展潜力的技术（价格、维护等优势）是光接入网有发展潜力的技术（价格、维护等优势）accnet 2010春春pon的系统结构的系统结构oltonu1onu2onunpon用户用户用户用户用户用户obd业业务务网网络络unisniodnn组成：组成：olt、odn、onu，且，且odn中全是无源器件中全是无源器件n共享介质共享介质n逻辑上是点到多点结构，物理拓扑可有多种形式逻辑上是点到多点结构，物理拓扑可有多种形式accnet 2010春春pon的数据传输的数据传输n下行：下行：olt向各向各onu采用广播通信方式，传输连续

20、时隙流采用广播通信方式，传输连续时隙流（下行帧）（下行帧）n局端数据局端数据 olt 封装成连续时隙流下行帧封装成连续时隙流下行帧 n以广播方式传送以广播方式传送 各各onu收到信元流，取出属于自己收到信元流，取出属于自己的数据的数据用户终端用户终端n上行：采用上行：采用tdma技术（动态分配），突发传送时隙流技术（动态分配），突发传送时隙流（上行帧）（上行帧）n各各onu共享共享odn，且数据突发性强。，且数据突发性强。n各各onu向向olt申请带宽申请带宽olt授权授权onu发送（上行的发发送（上行的发送时隙、带宽分配等）送时隙、带宽分配等） 获得授权的获得授权的onu在指定时隙在指定时隙

21、发送发送accnet 2010春春pon的数据传输的数据传输npon的帧都是定时长帧，分上行帧和下行帧的帧都是定时长帧，分上行帧和下行帧n为了实现为了实现tdma接入，在上行时隙中传输的数据要求附加接入，在上行时隙中传输的数据要求附加开销。上行时隙格式如下：开销。上行时隙格式如下：onuonuoltonuobd上行突发模式上行突发模式下行连续模式下行连续模式保护时隙保护时隙附加开销附加开销 atmatm信元信元/oam/oam信元信元/ /以太帧以太帧用于用于oltolt同步、标同步、标识信元开始识信元开始oamoam信元为管理信元，信元为管理信元，如带宽申请、测距等如带宽申请、测距等accn

22、et 2010春春pon的关键技术的关键技术n测距技术测距技术n快速比特传送技术快速比特传送技术n突发信号的收发突发信号的收发n搅码技术（扰码）搅码技术（扰码）n媒质接入控制（媒质接入控制（mac）技术）技术accnet 2010春春测距技术测距技术n原因原因n采用采用tdma，必须保证每个时隙的数据彼此独立，互不，必须保证每个时隙的数据彼此独立，互不干扰干扰npon结构中，各结构中，各onu到到olt物理距离不等，则各物理距离不等，则各onu到到olt的传输时延不同，如不进行时延补偿，会出现时的传输时延不同，如不进行时延补偿，会出现时隙重叠，造成数据干扰隙重叠，造成数据干扰n为确保多个为确保

23、多个onu到到olt之间的正确传输，必须引入测距之间的正确传输，必须引入测距机制，精确测量机制，精确测量olt到到onu的端到端时延，使各的端到端时延，使各onu到到olt的逻辑距离相等，使的逻辑距离相等，使onu发出的帧准确落在所分配发出的帧准确落在所分配的上行帧时隙之内的上行帧时隙之内n基本策略：静态测距基本策略：静态测距 + 动态测距相结合动态测距相结合n静态测距在静态测距在onu初装联网时进行初装联网时进行n动态测距在数据传输过程中进行动态测距在数据传输过程中进行accnet 2010春春测距技术测距技术n测距的基本原理测距的基本原理noltolt向向onuonu发送测距允许消息，消息

24、中指明发送测距允许消息，消息中指明onuonu的的上行应答的时隙上行应答的时隙nonuonu在指定的上行时隙中用测距在指定的上行时隙中用测距ploamploam信元应答信元应答noltolt计算往返时延，并与理想时延比较，计算出计算往返时延，并与理想时延比较，计算出差值，发送一个测距时间给差值，发送一个测距时间给onuonunonuonu根据测距时间调整均衡时延根据测距时间调整均衡时延accnet 2010春春快速比特传送技术快速比特传送技术n测距精度有限，各测距精度有限，各onu到到olt的上行比特流存在相位差异的上行比特流存在相位差异n需要采用某种技术实现快速同步需要采用某种技术实现快速同

25、步n基本策略先实现位同步、再进行信元同步基本策略先实现位同步、再进行信元同步n普通的滑动技术不能满足快速同步要求，需采用其他技术普通的滑动技术不能满足快速同步要求，需采用其他技术突发信号的收发突发信号的收发n需要快速开启和关闭光电路，以适应上行的突发数据传输需要快速开启和关闭光电路，以适应上行的突发数据传输n接收端，需要快速调整接收门限，以适应不同距离用户的接收端，需要快速调整接收门限，以适应不同距离用户的信号衰减信号衰减accnet 2010春春搅码技术（扰码）搅码技术（扰码）n为了保证共享介质传输的安全性，引入搅码技术为了保证共享介质传输的安全性，引入搅码技术n在发送端：通过一个随机码对信

26、息进行异或运算后传送在发送端：通过一个随机码对信息进行异或运算后传送n在接收端：采用相同的随机码再进行一次异或运算，得到在接收端：采用相同的随机码再进行一次异或运算，得到原始数据原始数据n信元的时隙分配信元的时隙分配n接入请求接入请求/允许允许n带宽的动态分配带宽的动态分配n带宽管理由带宽管理由olt完成完成n为不同的业务提供优先级和带宽为不同的业务提供优先级和带宽n上行带宽的占用由媒质接入控制上行带宽的占用由媒质接入控制mac协议实现协议实现媒质接入控制（媒质接入控制（mac）技术）技术accnet 2010春春4.5 aponnapon：natm passive optical netwo

27、rk，atm无源光无源光网络网络 n在在pon上传送上传送atm信元，即在信元，即在onu与与olt之间传送之间传送atm信元信元n物理层采用物理层采用pon，链路层采用，链路层采用atmn存在存在pon中同样的技术问题中同样的技术问题n标准规范：标准规范：itu-t的的g.983 accnet 2010春春g.983基本特点基本特点n基于基于atm信元（信元（onu与与olt之间）之间）n支持对称和非对称工作方式支持对称和非对称工作方式n对称方式：对称方式： 双向双向 155.520mb/sn非对称方式：上、下行分别为非对称方式：上、下行分别为155.520mb/s、622.080mb/sn

28、双向通信：双向通信：n可用两条光纤，波长可用两条光纤，波长1310nm区区n或一条光纤，异波长双工或一条光纤，异波长双工(上行：上行：1310nm区区,下行：下行：1550nm区区)n无放大器最大距离：无放大器最大距离：20kmn最高最高32个用户光分支个用户光分支n利用波长分配增加业务能力利用波长分配增加业务能力n传输技术：上、下行均采用时分复用传输技术：上、下行均采用时分复用accnet 2010春春apon的系统结构的系统结构n接入的主干网为接入的主干网为atm网网n传输的数据流为传输的数据流为atm信元流信元流n拓扑：无源双星结构拓扑：无源双星结构n一个一个odn（即（即1个个obd）

29、最多支持）最多支持32个个onu（用户数）（用户数）n当当onu大于大于32时，要求一个时，要求一个olt提供多个提供多个odn接口接口oltodnonu1onu2onunapon（传输（传输atm信元流）信元流）atm 交换机交换机用户用户用户用户用户用户obdaccnet 2010春春apon的数据传输的数据传输napon在在pon上传送上传送atm信元信元napon帧传输的基本原理同帧传输的基本原理同pon，只是，只是apon帧中帧中封装的是封装的是atm信元信元napon帧中上行信元格式如下：帧中上行信元格式如下：3 3字节字节保障区间保障区间前导符前导符定界符定界符atmatm（oa

30、moam）信元）信元5353字节字节测距要求测距要求用于用于oltolt同步同步 信元的开始信元的开始accnet 2010春春ploamploam 1 1atmatm信元信元1 1atmatm信元信元2 2atmatm信元信元2727ploamploam 2 2atmatm信元信元2828atmatm信元信元5353ploamploam 3 3下行帧格式下行帧格式1 1帧帧=56=56个信元，每信元个信元，每信元5353字节字节atmatm信元信元1 1atmatm信元信元2 2atmatm信元信元5252atmatm信元信元5353上行帧格式上行帧格式1 1帧帧=53=53个信元，每信元个

31、信元，每信元5656字节字节3 3字节头部字节头部上下行速率为上下行速率为155.520mb/s155.520mb/s的帧结构的帧结构n定时长帧定时长帧n下行速率为下行速率为155.52mb/s时，每帧时，每帧56个信元个信元n下行速率为下行速率为622.08mb/s时，每帧时，每帧224个信元个信元apon的帧格式的帧格式accnet 2010春春apon的延续的延续gponn弱化弱化atmn保留了保留了apon的许多优点，与的许多优点，与apon有很多相同之处，但更有很多相同之处，但更高效、高速高效、高速n支持上、下行不对称速率：支持上、下行不对称速率：n下行下行2.488gb/s，上行，

32、上行1.244gb/sn适配协议采用适配协议采用itu-t g.7041： gfp（通用成帧协议）（通用成帧协议）n支持多业务、多承载（包括支持多业务、多承载（包括atm业务、业务、tdm业务以及业务以及ip/ethernet业务），提供明确的服务质量保证和服务级业务），提供明确的服务质量保证和服务级别，具有电信级的网络监测和业务管理能力。别，具有电信级的网络监测和业务管理能力。ngpon成为目前最为理想的宽带光纤接入网技术成为目前最为理想的宽带光纤接入网技术accnet 2010春春4.6 eponepon的发展背景如下：的发展背景如下：napon概览概览n技术思路：技术思路：90年代中期的

33、黄金组合年代中期的黄金组合n物理层：物理层：pon，技术很精致，技术很精致n链路层：信元，基于链路层：信元，基于atm技术机制技术机制n受受atm在全球受挫的牵连，未能迅速发展在全球受挫的牵连，未能迅速发展nepon概要概要n技术思路技术思路n物理层仍然使用现成的物理层仍然使用现成的pon技术，链路层换成以太帧技术，链路层换成以太帧nefm研究组研究组nieee 802.3ah：改换：改换apon的的mac协议，使用以太帧协议，使用以太帧accnet 2010春春4.6 eponnepon：ethernet passive optical networkn在在pon上传送上传送ethernet

34、帧帧n基于基于ethernet技术和技术和pon技术技术n网络结构与网络结构与apon类似类似nmac协议与协议与apon不同不同n速率：速率：n下行：百兆下行：百兆/千兆，广播方式千兆，广播方式n上行：百兆上行：百兆/千兆，共享千兆，共享n传输技术：上、下行均采用时分复用传输技术：上、下行均采用时分复用n存在存在pon中同样的技术问题中同样的技术问题accnet 2010春春epon的系统结构的系统结构n网络结构与网络结构与apon相似，但：相似，但：n接入的主干网为以太网接入的主干网为以太网n传输的数据流为以太帧流传输的数据流为以太帧流oltodnonu1onu2onunepon（传输（传输以太帧流以太帧流）ethernet 交换机交换机用户用户用户用户用户用户obdaccnet 2010春春epon的数据传输的数据传输nepon承载可变长承载可