接入网技术-04.

1、14.14.24.34.44.54.6 光纤向用户延伸的趋势 光接入网的基本结构 无源光网络（PON）的概念及关键技术 几种典型的无源光网络：APON、GPON和EPON 本节重点： 光接入网的应用模式 FTTX 光接入网的结构 无源光接入网特点、上下行技术、测距技术 本节难点： PON 基本技术 上、下行技术 1.带宽优势与双绞线和同轴缆相比，光纤的理论带宽几乎是无限的单个波长可传输10Gb/s，采用波分复用（WDM）可传输更高的速率2.长距离传输优势衰减很小，不加中继的距离现在可达数百公里3.抗恶劣环境优势抗腐蚀能力强，不受电磁波干扰4.安全性优势盗接线头困难，不易盗听ONUOBD中心局O

2、NUONUBuddingOBDOBD FTTC FTTB FTTH homeOLT根据ONU（光网络 单元）位置，OAN（光接入网）可分为三种应用类型1.光纤到路边 FTTC： 2.光纤到楼FTTB：3.光纤到家/办公室 FTTH/O ：OBD：光分路器/OLT：光线路终端OAN的应用示意图 FTTC： Fiber To The Curb/Cab OUN设在交接箱处 用户到OUN之间（引入线）仍用双绞铜线连接或同轴缆 通常为点到点和点到多点结构 一个OUN可为一个或多个用户提供接入 是一种介质混合结构 通常采用FTTC+xDSL技术或FTTC+Cable Modem技术ONUOBD中心局OLT

3、光接入网 FTTB： Fiber To The Budding OUN设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方 用户到OUN之间（引入线）用UTP5类线（或更高等级线）连接 点到多点结构，一个OUN为多个用户提供接入 通常采用FTTC+xDSL技术或FTTB+Ethernet技术OBD中心局OLT光接入网ONUBuildingEthernet FTTH/O： Fiber To The Home/Office ONU直接放在用户家里或办公室 中心局到用户之间全部为光连接和光传输 FTTO一般采用环型或点到点结构，FTTH则采用点到多点结构 接入网无任何有源设备，是一个真正的透明网络 是一种真正意义

4、上的宽带接入技术，是用户接入网的长远目标FTTH和FTTC更适合分散的个人用户的接入；FTTB更适合单位和密集小区用户的接入OBD中心局OLT光接入网光接入网ONUhome 光纤的工作窗口 光接入网的基本结构 光接入网的分类 光接入网的传输技术 光纤的类型多模光纤：纤芯直径50-62.5m，包层外直径125 m，价格低、容量小、适合于短距离通信单模光纤：纤芯直径8.3m，包层外直径125 m，价格较高、容量大，适合于长距离通信 光纤的工作窗口（可用工作波长区）850nm窗口 （ 780nm850nm），常用于多模光纤通信，未得到很好使用1310nm窗口（ 1260nm1360nm），应用广泛，

5、主要用于提供2Mb/s及以下的业务，目前使用的主要工作波段1550nm窗口 （ 1480nm1580nm），用于异波长双工的下行通信以及宽带的新业务1625nm窗口，现已打开的新窗口 OAN： Optical Access Network，光接入网 光接入网概念： 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 光接入网是G.902标准的一个典型实例用户侧用户侧网络侧网络侧光接入网光接入网(OAN)光光光光用户侧设备（用户侧设备（电电/ /光）光）光接入网光接入网设备设备光光光接入网光接入网设备设备网络侧设备网络侧设备（电（电/ /光）光）光光接入网系统管理功能接入网系统管理功

6、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) 组成： 光网络单元ONU （Optical Network Unit） 提供用户到接入网的接口（光电转换、物理接口） 提供用户业务适配功能（速率适配、信令转换） 光分配网 ODN（Optical Distribution Network） 为OLT和OUN之间提供光传输技术 由光连接器和光分路器OBD (Optical Branching device)组成 完成光信号功率的分配及光信号的分、复接功能 光线路终端OLT（Optical Line Terminal） 提供

7、与中心局设备的接口（光电转换、物理接口） 提供与ODN的光接口 分离不同的业务 光接入网的特点 点到多点传输系统，介质共享 下行：OLT向各个ONU采用广播通信方式 上行：ONU向OLT通信时需要某种分配信道的策略 面临的问题 需解决OLT和多个ONU之间上下行信号的正确传输 关键是解决上行信道的占用问题 下行传输：时分复用传送信元流，各ONU在规定时隙接收自己的信息 上行传输：各种多址技术（时分、波分等） 空分复用技术 SDM上下行双向通信各使用一根光纤两个方向的通信单独进行，互不影响性能最佳，设计最简单光传输设备和线缆双倍，成本高t t A1 B1 N1 A1保护时间OLTOBD上行 A1

8、 B1 N1ONUONUONU 时分复用TDM技术在同一波长上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分成若干个时隙，每个ONU动态或固定分配一个时隙，每个ONU在分配的时隙内上传数据固有问题每个ONU与OLT距离不等 传输时延不同到达OLT的相位不同对OTL要求完善的测距技术，实现定时调整 和同步快速的同步技术快速、动态的门限判决技术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 波分复用WDM与密集波分复用DWDM技术不同波长的信号共享一根光纤传输（双向），彼此不干扰充分利

9、用光纤 资源，增加传输容量，节省线路投资要求每个ONU在指定波长上发射对激光二极管要求高（温度、环境影响大）OLT设备复杂，成本高（每个波长都需光发射器和检测器）根据光分配网是采用有源或无源设备，OAN分：AON：Active Optical Network，有源光网络ODN全部由有源器件组成（光放大器等）特点：传输容量大：155Mb/s或622Mb/s的接入速率 传输距离远：不加中继器，距离为70多公里技术成熟：无论PDH设备还是SDH设备，都已广泛应用给有源设备供电是一件麻烦事PON：Passive Optical Network，无源光网络包括 APON、EPON和GPON 等技术全部由

10、无源器件组成，信号无需放大 覆盖范围和传输距离小，抗干扰能力强，可靠性更高，成本低、安装维护方便 基本概念 系统结构 数据传输 关键技术 ODN全部由无源器件组成（无源光分路器等） 信号在传输过程中无再生放大 信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户 实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完成 与有源光网络比： 覆盖范围和传输距离更小 可靠性更高（户外无有源设备，提高抗干扰能力） 价格更低、安装维护更方便 是光接入网有发展潜力的技术（价格、维护等优势）OLTONU1ONU2ONUnPON用户用户用户用户用户用户OBD业业务务网网络络UNISNIODN 组成：OLT、ODN、ONU，且OD

11、N中全是无源器件 共享介质 逻辑上是点到多点结构，物理拓扑可有多种形式 下行：OLT向各ONU采用广播通信方式，传输连续时隙流（下行帧） 局端数据 OLT 封装成连续时隙流下行帧 以广播方式传送 各ONU收到信元流，取出属于自己的数据用户终端 上行：采用TDMA技术（动态分配），突发传送时隙流（上行帧） 各ONU共享ODN，且数据突发性强。 各ONU向OLT申请带宽OLT授权ONU发送（上行的发送时隙、带宽分配等） 获得授权的ONU在指定时隙发送 PON的帧都是定时长帧，分上行帧和下行帧 为了实现TDMA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：ONUONUOLTONUOBD

12、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OLT同步、标识信元开始OAM信元为管理信元，如带宽申请、测距等 带宽管理 测距技术 快速比特同步传送技术 突发信号的收发 搅码技术（扰码） 媒质接入控制（MAC）技术 故障检测与处理技术 为何需要测距？ 采用TDMA，必须保证每个时隙的数据彼此独立，互不干扰 APON结构中，各ONU到OLT的物理距离不等，则各ONU到OLT的传输时延不同，如不进行时延补偿，会出现时隙的重叠，造成数据干扰 为确保多个ONU到OLT间的正确传输，必须引入测距机制，使

13、各ONU到OLT的逻辑距离相等测距技术基本策略 单独测距+传输数据时测距相结合(粗测精测） 单独测距在ONU初装联网时必须进行 传输数据时测距可根据OLT的配置而定 测距的基本原理 OLT向ONU发送测距允许消息，消息中指明ONU的上行应答的时隙 ONU在指定的上行时隙中用测距PLOAM信元应答 OLT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ONU ONU根据测距时间调整均衡时延 测距精度有限，各ONU到OLT的上行比特流存在相位差异 需要采用某种技术实现快速同步 基本策略先实现位同步、再进行信元同步 普通的滑动技术不能满足快速同步要求，需采用其他技术 需要快速开启和关闭

14、光电路，以适应上行的突发数据传输 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 为了保证共享介质传输的安全性，引入搅码技术 在发送端：通过一个随机码对信息进行异或运算后传送 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 信元的时隙分配 接入请求/允许 带宽的动态分配 带宽管理由OLT完成 为不同的业务提供优先级和带宽 上行带宽的占用由媒质接入控制MAC协议实现媒质接入控制（MAC）技术 APON： ATM Passive optical network，ATM无源光网络 在PON上传送ATM信元，即在ONU与OLT之间传送ATM信元 物理层采用PON，链路层采用AT

15、M 存在PON中同样的技术问题 标准规范：ITU-T的G.983 基于ATM信元（ONU与OLT之间） 支持对称和非对称工作方式 对称方式： 双向 155.520Mb/s 非对称方式：上、下行分别为155.520Mb/s、622.080Mb/s 双向通信： 可用两条光纤，波长1310nm区 或一条光纤，异波长双工(上行：1310nm区,下行：1550nm区) 无放大器最大距离：20km 最高32个用户光分支 利用波长分配增加业务能力 传输技术：上、下行均采用时分复用 接入的主干网为ATM网 传输的数据流为ATM信元流 拓扑：无源双星结构 一个ODN（即1个OBD）最多支持32个ONU（用户数）

16、 当ONU大于32时，要求一个OLT提供多个ODN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OBD APON在PON上传送ATM信元 APON帧传输的基本原理同PON，只是APON帧中封装的是ATM信元 APON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（OAMOAM）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PLOAMPLOAM 1 1ATMATM信元信元1 1ATMATM信元信元2 2ATMATM信元信元2727PL

17、OAMPLOAM 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的帧的帧结构结构 定时长帧 下行速率为155.52Mb/s时，每帧56个信元 下行速率为622.08Mb/s时，每帧224

18、个信元 ITU 制定 出适用于GPON的G.984系列标准 弱化ATM 保留了APON的许多优点，与APON有很多相同之处，但更高效、高速 支持上、下行不对称速率： 下行2.488Gb/s，上行1.244Gb/s 适配协议采用ITU-T G.7041： GFP（通用成帧协议） 支持多业务、多承载（包括ATM业务、TDM业务以及IP/Ethernet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。 GPON成为目前最为理想的宽带光纤接入网技术 EPON：Ethernet Passive optical network，在PON上传送Ethernet帧，基于Ether

19、net技术和PON技术 网络结构与APON类似 MAC协议与APON不同 速率： 下行：百兆/千兆，广播方式 上行：百兆/千兆，共享 传输技术：上、下行均采用时分复用 存在PON中同样的技术问题 特点：长距离、宽带宽（20KM，1.25Gb/s），更少的维护和供电，多业务平台，带宽分配灵活、服务有保证 网络结构与APON相似，但： 接入的主干网为以太网 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OBD EPON传送可变长Ethernet帧（641518字节） EPON帧为定时长帧 下行： 固定长度帧的连续数据流（2ms），内含多个不同长度的以太帧（时隙）头部校验部分，其中：信息头部含ONU标识符和同步头 上行： 采用T