第9章光纤网络new(精简)

1、Cable TeleVisionCable TeleVision有线电视有线电视 Hybrid Fiber/CoaxHybrid Fiber/Coax混合光纤混合光纤/ /同轴电同轴电缆网缆网 在在CATVCATV网中添加电缆调制解调器网中添加电缆调制解调器（ Cable Modem)Cable Modem)后可构成强大的数据接后可构成强大的数据接入网，该网络除实现传统的有线电视外，还入网，该网络除实现传统的有线电视外，还可以提供可以提供数据业务，是一种廉价数据业务，是一种廉价的接入方案。的接入方案。 为特定的业务设计为特定的业务设计 将广播视频业务传送到家而优化设计将广播视频业务传送到家而优

2、化设计 通信方式：通信方式：（下行）、广播式（下行）、广播式 介质：介质：电缆电缆 频带：频带：（参考范围）（参考范围） 每个频道占每个频道占 复用技术：复用技术： 传输方式传输方式组成：组成：网络组成：头端、干线网、配线网、下引线网络组成：头端、干线网、配线网、下引线 设备组成：头端设备、放大器、分配器、分支器设备组成：头端设备、放大器、分配器、分支器拓扑结构：拓扑结构：树状结构（分支结构）树状结构（分支结构）视频信号视频信号 接收机接收机 合合路路器器 信信号号分分配配器器分支器分支器单向放大器单向放大器15km15km主配线主配线1 13km3km 信号的接收与处理中心信号的接收与处理中

3、心 接收来自各种信号源的电视信号（卫星、本地）接收来自各种信号源的电视信号（卫星、本地） 将接收到的各路信号调制到一个将接收到的各路信号调制到一个6（8）MHz频道频道 通过通过FDMFDM合路器下传到干线，最终送到千家万户合路器下传到干线，最终送到千家万户 连接头端和信号分配点之间的电缆与设备连接头端和信号分配点之间的电缆与设备 距离一般为距离一般为15km 连接信号分配点之间和用户之间的电缆与设备连接信号分配点之间和用户之间的电缆与设备 （信号分配器、同轴缆、放大器、分支器）信号分配器、同轴缆、放大器、分支器） 距离一般为距离一般为13km：将干线信号分成几路，覆盖更大范围：将干线信号分成

4、几路，覆盖更大范围：连接信号分配点与分支器，中间有放大器：连接信号分配点与分支器，中间有放大器：用户的接入点：用户的接入点（引入线）：用户接入线缆（引入线）：用户接入线缆：对信号放大，使信号能达到更大的范围：对信号放大，使信号能达到更大的范围线缆越长，使用的放大器越多，但放大器串联个线缆越长，使用的放大器越多，但放大器串联个 数越多，失真越厉害，故个数有一定限制。数越多，失真越厉害，故个数有一定限制。CATV前端前端 干线 配线 引入线 放大器干线/桥接放大器去干线和配线去干线和配线分支器用户分支器干线、配线、引入线一般均为干线、配线、引入线一般均为。直径为直径为12.712.722mm22m

5、m，长度为几公里到几，长度为几公里到几 十公里，每隔十公里，每隔600m600m加一干线放大器，以加一干线放大器，以 补偿线路损耗。长度为补偿线路损耗。长度为15km15km。直径为直径为9.59.511.5mm11.5mm，长度为，长度为1 13 3公里。公里。 直径为直径为7mm7mm，长度为十几米到几十米。，长度为十几米到几十米。：视频：视频：只能下行通信，不能双向交互：只能下行通信，不能双向交互：树形结构，只要一个地方或：树形结构，只要一个地方或设备故障，可能导致中断对众多用户的服设备故障，可能导致中断对众多用户的服务务 传统的传统的CATV已已不能满足现代业务不能满足现代业务（交互式

6、、综合业务）的要求，双向改进（交互式、综合业务）的要求，双向改进势在必行。势在必行。 、 传统的传输媒质是传统的传输媒质是 信号的调制方式是信号的调制方式是 结构呈结构呈分支型。分支型。 不适合网络的监控和管理。不适合网络的监控和管理。 为了克服为了克服CATV网络单向的缺陷，网络单向的缺陷， 加加 调调制解调器制解调器。 实现因特网、有线电视网、电信网实现因特网、有线电视网、电信网“”。出故障影响面出故障影响面大大业务质量不一业务质量不一致致 混合的光纤同轴电缆混合的光纤同轴电缆采用光纤到服务区，而在进入用户的采用光纤到服务区，而在进入用户的“最最后后1公里公里”采用同轴电缆。采用同轴电缆。

7、HFCHFC和和CATVCATV的根本区别是：的根本区别是： HFC HFC 提供双向通信业务提供双向通信业务 CATVCATV只提供单向业务只提供单向业务6.2.1 HFC网络结构网络结构HFC接入网的拓扑结构为接入网的拓扑结构为“星星树树”型结构或型结构或“环环星星树树”型结构。型结构。HFC网络结构用先进的光纤传输技术和新型的网络结构用先进的光纤传输技术和新型的网络拓扑，有效地利用数字传输技术增加了上网络拓扑，有效地利用数字传输技术增加了上下行通道的承载能力，具备了承载双向交互式下行通道的承载能力，具备了承载双向交互式宽带业务的能力。宽带业务的能力。HFC网络基本传输模式均是城市或区域有

8、线电网络基本传输模式均是城市或区域有线电视网的总前端为中心的多前端传输模式。视网的总前端为中心的多前端传输模式。HFC通常由信号源、前端、分前端（分中心）、通常由信号源、前端、分前端（分中心）、光纤主干网、同轴分配网和用户引入线等组成。光纤主干网、同轴分配网和用户引入线等组成。 光纤主干网 线路延长放大器 线路延长放大器 分支器 去干线和配线 干线/桥 接放大器 同轴电缆 同轴电缆分配图 服务区 引入线 光纤 光纤超 干线环 前端 分前端 分前端 分前端 光节点 TV 供电 图6-1 典型的HFC网络组成同一城市或同一区域的有线电视网共用一个同一城市或同一区域的有线电视网共用一个前端，所有信号

9、都汇集在总前端。前端，所有信号都汇集在总前端。 独立总前端模独立总前端模式式 有线电视 HFC 网总前端 光纤主干 A 光纤主干 B 光纤主干 C 同轴电缆分配网 同轴电缆分配网 同轴电缆分配网 用户终端 用户终端 用户终端 U N I V E R S I T YU N I V E R S I T YFiber BackboneHeadendBi-directional AmplifierNeighborhoodCoaxPCServerSatelliteCable ModemFiber NodeRouterInternet 信号的接收与处理中心信号的接收与处理中心接收来自各种信号源的电视信号（

10、卫星、本地）接收来自各种信号源的电视信号（卫星、本地）接入到接入到PSTN、Internet电视信号电视信号电话信号电话信号数据信号数据信号调制、合路调制、合路光节点光节点服务区用户服务区用户解调、分路解调、分路 头端到服务区光节点之间的部分（光纤）头端到服务区光节点之间的部分（光纤）拓扑结构为拓扑结构为 配线网和下引线完全同配线网和下引线完全同CATV（放大器除外）（放大器除外） 配线网的拓扑结构为配线网的拓扑结构为主干采用光纤代替同轴电缆和放大器主干采用光纤代替同轴电缆和放大器引入光节点引入光节点光纤与配线网的接口（光光纤与配线网的接口（光/ /电变换及电变换及反变换）反变换）双向放大器代

11、替原有的单向放大器双向放大器代替原有的单向放大器重建头端重建头端增加接入增加接入PSTN的设备（的设备（DLC或或PSTN交换机）交换机）增加接入增加接入Internet的设备（的设备（Router或网关）或网关）保留原视频接收机保留原视频接收机增加话音、数据、视频合路和分离的设备增加话音、数据、视频合路和分离的设备增加光发射器和光接收器增加光发射器和光接收器增加网络管理设备或接口增加网络管理设备或接口取消主干上的放大器，提高信号质量和可靠性取消主干上的放大器，提高信号质量和可靠性在主干上采用光纤，提高了容量，为宽带接入奠在主干上采用光纤，提高了容量，为宽带接入奠定了基础定了基础为双向交互式通

12、信提供了网络条件为双向交互式通信提供了网络条件通过通过Cable Modem可实现全业务通信（数、话、可实现全业务通信（数、话、图）图）上行信道上行信道CATVCATV业务业务数字下行数字下行f f下行信道下行信道数字上行数字上行个人通信个人通信 下行信道上行信道5 42 50 550 750 10006080路模拟电视数字信号频率(MHz)保留、 从从之间电视频道中之间电视频道中分离出一条分离出一条6MHZ的信道用于下行传送的信道用于下行传送数据。数据。 上行数据一般通过上行数据一般通过之间的一段之间的一段频谱进行传送，为了有效抑制上行噪音频谱进行传送，为了有效抑制上行噪音积累，一般选用积累

13、，一般选用调制，调制，QPSK比比64QAM更适合噪音环境，但速率较低。更适合噪音环境，但速率较低。上行速率最高可达上行速率最高可达。传输距离。传输距离达到达到甚至更远。甚至更远。为为。上行信道带宽一般在。上行信道带宽一般在 200K200K2Mbit2Mbits s之间，最高可达之间，最高可达10Mbit10Mbit s s。采用。采用QPSKQPSK调制。调制。用于用于，带宽在，带宽在3 3 10Mbit10Mbits s之间，最高可达之间，最高可达36Mbit36Mbits s， （采用（采用256QAM256QAM调制调制 ）。）。传现在的传现在的信号，信号， 每一路带宽每一路带宽6

14、6 8MHz8MHz，可传送，可传送60 60 8080 路电视信号。路电视信号。用于传输下行用于传输下行、和和信号。信号。该频段多采用该频段多采用QAM(QAM(正交调幅正交调幅) )调制及时分调制及时分复用技术，将多路信号时分复用后经复用技术，将多路信号时分复用后经QAMQAM调制和调制和MPEG-2MPEG-2图像信号压缩，允许一个图像信号压缩，允许一个6 6 8MHz8MHz的模拟信道传约的模拟信道传约30 30 40Mbps40Mbps速率的数字信号，即大约速率的数字信号，即大约6 6 8 8路路4Mbps4Mbps速速率的率的MPEG MPEG 2 2图像信号。故这图像信号。故这2

15、00MHz200MHz带带宽共可传约宽共可传约，其中其中 200 200 路用于点播电视，路用于点播电视， 200 200 路用于交互式路用于交互式业务。业务。用于各种双向通信业务。用于各种双向通信业务。其其中两个中两个50MHz频带可用于个人通信业务，频带可用于个人通信业务，其他用于未来新业务。其他用于未来新业务。 实际实际HFCHFC系统所用标称频带为系统所用标称频带为MHzMHz，MHzMHz和和MHzMHz，目前用，目前用得最多的是得最多的是系统。系统。虽然主干采用光纤后，减少了许多放大器虽然主干采用光纤后，减少了许多放大器但配线网仍有一些，一个放大器故障可能会中断一片但配线网仍有一些

16、，一个放大器故障可能会中断一片 共享介质存在安全隐患共享介质存在安全隐患必须给放大器供电必须给放大器供电一旦供电故障，可能会造成片区的服务中断一旦供电故障，可能会造成片区的服务中断提供完善的服务、管理和维护，提供完善的服务、管理和维护，HFCHFC营运者尚需努力营运者尚需努力 上行侵入噪声是上行侵入噪声是HFCHFC系统传输损伤的主要原因系统传输损伤的主要原因 连接用户的同轴电缆将接收到的噪声向上传输连接用户的同轴电缆将接收到的噪声向上传输 各分支的噪声在主干上会聚、叠加各分支的噪声在主干上会聚、叠加 解决上行信道的噪声是一件十分困难的事解决上行信道的噪声是一件十分困难的事 用户家里（占用户家

17、里（占70%） 用户下引线（占用户下引线（占25%） 同轴设备（占同轴设备（占5%） 一个服务区允许合适的用户数量一个服务区允许合适的用户数量 选择采用抗干扰能力强的选择采用抗干扰能力强的Cable ModemCable Modem（调制技术、纠错技术等）（调制技术、纠错技术等） 合理调整放大器的放大倍数合理调整放大器的放大倍数 安装时确保机械接触良好，电气屏蔽好安装时确保机械接触良好，电气屏蔽好 室内使用良好的同轴电缆和连接器室内使用良好的同轴电缆和连接器 HFCHFC接入网是以模拟频分复用技术为接入网是以模拟频分复用技术为基础，综合应用模拟和数字传输技术、光基础，综合应用模拟和数字传输技术

18、、光纤和同轴电缆技术、射频技术及高度分布纤和同轴电缆技术、射频技术及高度分布式智能技术的宽带接入网络。式智能技术的宽带接入网络。通过对现有有线电视网进行双向化改造，使通过对现有有线电视网进行双向化改造，使得有线电视网除了可提供丰富、良好的电得有线电视网除了可提供丰富、良好的电视节目之外，还可提供电话、视节目之外，还可提供电话、InternetInternet接入接入、高速数据传输和多媒体等业务。、高速数据传输和多媒体等业务。Cable ModemCMTS 用户房间 HFC Internet 常规模拟电视 数字电视 CMTS 本地服务器 Router 混 合 / 分 离 PC TV Phone

19、CM 宽带数据网络 CMTS: Cable Modem Termination Sys.安装在安装在HFC网络头端网络头端用以太网用以太网/ATM接口接入计算机网接口接入计算机网/ATM数据网数据网与与CM通信并控制通信并控制CM CMTS完成数据到射频完成数据到射频RF转换，并与有线电视的转换，并与有线电视的视频信号混合，送入视频信号混合，送入HFC网络中。除了与高速网络连网络中。除了与高速网络连接外，也可以作为业务接入设备，通过接外，也可以作为业务接入设备，通过Ethernet网口网口挂接本地挂接本地服务器提供本地业务。服务器提供本地业务。 CM: Cable Modem安装在用户端安装在

20、用户端连接用户的连接用户的PC机和机和HFC网络接入网络接入PC机等机等支持支持HFC网络中的网络中的CMTS和用户和用户PC之间的通信之间的通信 用户端的用户端的Cable Modem的基本功能就是将用户计的基本功能就是将用户计算机输出的上行数字信号调制成算机输出的上行数字信号调制成5 42 MHZ射频信号射频信号进入进入HFC网的上行通道，同时，网的上行通道，同时，CM还将下行的还将下行的RF信号信号解调为数字信号送给用户计算机。解调为数字信号送给用户计算机。 ： 在在方向，来自路由器的数据包在方向，来自路由器的数据包在CMTS中被封中被封装成装成MPEG2-TS帧的形式，经过帧的形式，经

21、过64QAM调制后调制后与有线电视模拟信号混合输出与有线电视模拟信号混合输出RF信号到信号到HFC网网络，下载给各络，下载给各CM；在在方向，方向，CMTS将接收到的经将接收到的经QPSK调制的数调制的数据进行解调，转换成以太网帧的形式传送给路由据进行解调，转换成以太网帧的形式传送给路由器。同时，器。同时，CMTS负责处理不同的负责处理不同的MAC程序，这程序，这些程序包括下行时隙信息的传输、测距管理以及些程序包括下行时隙信息的传输、测距管理以及给各给各CM分配分配TDMA时隙。时隙。 利用利用HFCHFC网络进行数据接入只需在网络进行数据接入只需在HFCHFC网络前端部署电缆调制解调器端接系

22、网络前端部署电缆调制解调器端接系统统就可以在网络的任意地点使用就可以在网络的任意地点使用CABLE MODEMCABLE MODEM宽带接入。宽带接入。 CMTSCMTS设备完成设备完成，通过，通过10Base-T10Base-T、100Base-T100Base-T等接口，等接口，利用交换机与因特网等连接。或者可以直利用交换机与因特网等连接。或者可以直接联到本地服务器，享受本地业务。接联到本地服务器，享受本地业务。 CMCM是用户端设备，放在用户是用户端设备，放在用户的家中，通过的家中，通过10Base10BaseT T接口，与用户计接口，与用户计算机相联。支持基于算机相联。支持基于IPIP

23、的各种业务。的各种业务。 电缆调制解调器电缆调制解调器(Cable (Cable Modem Modem 简称简称CM)CM)，是一种，是一种将数据终端设备（计算机）连接到将数据终端设备（计算机）连接到HFCHFC，以使用户能进行数据通信，以使用户能进行数据通信，访问访问InternetInternet等信息资源的设备。等信息资源的设备。 其他ATMLLC其他LLCATMCable Modem MAC上行PHY下行PHY下行PHY上行PHY下行通路550MHz750MHz上行通路5MHz42MHz图6-6 Cable Modem头端分层体系结构通路MAC层物理层头端MAC1物理层物理层数字电缆

24、系统的物理接口是普通的同轴电缆，数字电缆系统的物理接口是普通的同轴电缆，该物理层包括上行和下行通路。该物理层包括上行和下行通路。2MAC层层MAC层规范的复杂性来自共享媒质，加之需层规范的复杂性来自共享媒质，加之需要保证每个用户应用的服务质量。要保证每个用户应用的服务质量。Cable Modem的的MAC甚至更为复杂，甚至更为复杂，Cable Modem的的MAC必须涉及需要很大带必须涉及需要很大带宽并具有严格要求的交互式多媒体业务。宽并具有严格要求的交互式多媒体业务。3上层上层Cable Modem应当能操纵管理实体和应当能操纵管理实体和业务接口。业务接口。（1）IP接口接口（2）ATM本原

25、接口本原接口Cable Modem类型可以分为内置式和类型可以分为内置式和外置式，其中外置式外置式，其中外置式Cable Modem根根据接口的不同又可分为以太网接口和据接口的不同又可分为以太网接口和USB接口。接口。 Cable ModemCable Modem有两个接口，一个用来接室内有两个接口，一个用来接室内墙上的有线电视端口，另一个与计算机相联。墙上的有线电视端口，另一个与计算机相联。 Cable ModemCable Modem的功能模块的功能模块 1 1、调制解调部分、调制解调部分 2 2、电视接收调谐、加密解密和协议适配等、电视接收调谐、加密解密和协议适配等 3 3、提供、提供标

26、准的以太网接口标准的以太网接口，可能是一个桥接器、，可能是一个桥接器、路由器、网络控制器或集线器。路由器、网络控制器或集线器。 一个一个Cable ModemCable Modem要在两个不同的方向上接收和要在两个不同的方向上接收和发送数据，把上、下行数字信号用不同的调制方式发送数据，把上、下行数字信号用不同的调制方式调制在双向传输的某一个调制在双向传输的某一个6MHz(6MHz(或或8MHz)8MHz)带宽的电带宽的电视频道上。它把上行的数字信号转换成模拟射频信视频道上。它把上行的数字信号转换成模拟射频信号，在有线电视网上传送。接收下行信号时，号，在有线电视网上传送。接收下行信号时，Cabl

27、e ModemCable Modem把它转换为数字信号，以便电脑处把它转换为数字信号，以便电脑处理。理。 Cable ModemCable Modem是实现是实现HFCHFC的关键技术，它的关键技术，它的作用与的作用与ADSL ModemADSL Modem相似，两者的不同在于：相似，两者的不同在于：不同用户的不同用户的Cable ModemCable Modem共享传输媒质共享传输媒质，而不，而不同用户的同用户的ADSL ModemADSL Modem是独享传输媒质是独享传输媒质。与。与ADSLADSL系统一样，在双向化系统一样，在双向化CATVCATV中，上、下行带中，上、下行带宽同样是宽

28、同样是不对称的不对称的。 CMTS: Cable Modem Termination System头端电缆调解器头端电缆调解器CM: Cable Modem：电缆调解器：电缆调解器InternetHFCRouterRouter 连接用户的连接用户的PC与与HFC网络网络对网络和用户数据进行调制对网络和用户数据进行调制/解调与传输解调与传输实现网络与用户数据的双向交互实现网络与用户数据的双向交互 连接数据网与连接数据网与HFC对数据的调制对数据的调制/解调与传输，对所有解调与传输，对所有CM的接入的接入进行控制（认证许可）进行控制（认证许可）给给CM分配带宽并进行管理分配带宽并进行管理 每个每个

29、CMCM都有一个都有一个IDID（4848位，制造商定）位，制造商定） CMCM发送数据前要向发送数据前要向CMTSCMTS申请带宽（发送时隙数）申请带宽（发送时隙数） 下行帧格式为下行帧格式为MPEG-2MPEG-2，封装，封装ATMATM信元或可变长以太网分组信元或可变长以太网分组 CMCM的接收器能调谐到所有的接收器能调谐到所有MM个下行信道的任何一个接收数据个下行信道的任何一个接收数据 CMCM能在所有能在所有1 1n n个上行信道中的任何一个发送数据个上行信道中的任何一个发送数据 上行帧为小时隙流格式上行帧为小时隙流格式n1CM 2CM 1CM x 1 下行数字频段下行数字频段 上行

30、频段上行频段m头头端端Cable Modem工作在物理层和数据链工作在物理层和数据链路层，下面介绍路层，下面介绍Cable Modem在这两在这两层的工作原理。层的工作原理。1物理层物理层 下行采用是下行采用是64/256QAM(正交振幅调正交振幅调制制)，调制速率可达，调制速率可达36Mbit/s。上行调。上行调制采用制采用QPSK(四相移键控调制四相移键控调制)，抗干，抗干扰性能好，速率可达扰性能好，速率可达10Mbit/s。另一。另一个上行协议是个上行协议是S-CDMA(同步码分复用同步码分复用)。2媒体通路控制层媒体通路控制层媒体通路控制层（媒体通路控制层（MAC）和逻辑链接控制层）和

31、逻辑链接控制层（LLC），即），即OSI七层组织中的数据链路层。七层组织中的数据链路层。这两个协议层规定了不同信号和用户怎样共享这两个协议层规定了不同信号和用户怎样共享公共带宽。公共带宽。在上行方向，在上行方向，Cable Modem从计算机接收从计算机接收数据包，把它们转换成模拟信号，传给网络前数据包，把它们转换成模拟信号，传给网络前端设备。该设备负责分离出数据信号，把信号端设备。该设备负责分离出数据信号，把信号转换为数据包，并传给因特网服务器。同时该转换为数据包，并传给因特网服务器。同时该设备还可以剥离出语音（电话）信号并传给交设备还可以剥离出语音（电话）信号并传给交换机。换机。下行：下行

32、：16/64/256QAM，1036Mb/s上行：上行：QPSK/16QAM，1.510Mb/s必须有必须有MAC协议，但上协议，但上/下行协议不一样下行协议不一样面临信息安全和信息保密问题面临信息安全和信息保密问题电缆调解器标准提供了有关管理、安全的部件电缆调解器标准提供了有关管理、安全的部件4.1 网络结构网络结构1数据传输的实现数据传输的实现 宽带数据网络 用户房间 HFC Internet 常规模拟电视 数字电视 CMTS 本地 服务器 Router 混 合 / 分 离 PC TV Phone CM ：Optical Access Network 光接入网光接入网是指以光纤作为主要传输

33、介质的接入网是指以光纤作为主要传输介质的接入网根据光配线网是否采用有源或无源设备，根据光配线网是否采用有源或无源设备，OAN 可分为无源光接入网可分为无源光接入网PON和有源光接入网和有源光接入网AON PON: Passive Optical Network AON: Active Optical NetworkPON主要采用无源光功率分配器（耦合主要采用无源光功率分配器（耦合器）将信息送至各客户端。较适合短距器）将信息送至各客户端。较适合短距离使用；若传输距离较长，或用户较多，离使用；若传输距离较长，或用户较多，可采用光纤放大器（可采用光纤放大器（EDFA）来增加功）来增加功率。率。AON

34、采用有源的电复用器分路，将信息采用有源的电复用器分路，将信息送给用户。其主要优点是传输距离远、送给用户。其主要优点是传输距离远、传输容量大、用户信息隔离度好、易于传输容量大、用户信息隔离度好、易于扩展带宽、网络规划和运行的灵活性大。扩展带宽、网络规划和运行的灵活性大。 在电信网中引入在电信网中引入OAN的最基本的最基本的目标有两条：的目标有两条：首先首先是为了减少铜缆是为了减少铜缆网的网的维护运行费用维护运行费用和和故障率故障率。其次其次是是为了支持为了支持开发新业务开发新业务，特别是多媒体，特别是多媒体和带宽新业务。简言之，采用光接入和带宽新业务。简言之，采用光接入网已经成为解网已经成为解

35、决电信发展瓶颈的主要决电信发展瓶颈的主要途径，其应用场合不仅最适合那些新途径，其应用场合不仅最适合那些新建的用户区，建的用户区， 而且也是需要更新的现而且也是需要更新的现有铜缆网的主要代替手段。有铜缆网的主要代替手段。 OAN是是一个一个点对多点点对多点的光纤传输系统。的光纤传输系统。 光接入网的参考配置光接入网的参考配置 T V (PON) (AON) AN 系统管理功能 SN 功能 SN 功能 ONU ONU ONU ONU AF AF a UNI 用户侧 ODN ODT OLT OLT SNI 接入链路 网络侧 R/S S/R Q3 图图5-1 光接入网的参考配置光接入网的参考配置SNI

36、为业务节点接口，为业务节点接口，UNI为用户网络接为用户网络接口，口，Q3为网络管理接口；为网络管理接口；S为光发送参考为光发送参考点，与点，与ONU/OLT光发送端相邻；光发送端相邻；R为光为光接收参考点，与接收参考点，与ONU/OLT光接入端相邻；光接入端相邻；V为业务网络接口参考点；为业务网络接口参考点；T为用户网络接为用户网络接口参考点；口参考点；a为为AF与与ONU间的参考点。间的参考点。光接入网一般是一个点到多点的光传输系光接入网一般是一个点到多点的光传输系统，主要由光网络单元（统，主要由光网络单元（ONU）、光线路）、光线路终端（终端（OLT）、光配线网络）、光配线网络(ODN)

37、/光配光配线终端（线终端（ODT）和适配功能块（）和适配功能块（AF）等）等组成。组成。网络侧网络侧用户侧用户侧光纤接入网光纤接入网OAN光光光光网络侧网络侧设备设备光接入光接入网设备网设备光光/ /电电用户侧用户侧设备设备光光/ /电电ONUONUONUONUODNODNOLTOLT中心局中心局设备设备光光/ /电信号电信号光纤光纤光信号光信号光纤光纤光纤光纤终端终端设备设备光光/ /电信号电信号光接入光接入网设备网设备终端终端设备设备光网络单元光网络单元 （Optical Network Unit） 提供用户到接入网的接口（光电转换、物理接口）提供用户到接入网的接口（光电转换、物理接口）

38、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）光分配网络光分配网络（Optical Distribution Network）为为OLT和和ONU之间提供光传输技术之间提供光传输技术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号的分、复接功能光线路终端光线路终端 （Optical Line Terminal）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）提供与提供与ODN的光接口的光接

39、口分离不同的业务分离不同的业务对众多的对众多的ONU进行管理和指配进行管理和指配 ODN为为OLT和和ONU提供提供以光纤为传输介质的物理连接。以光纤为传输介质的物理连接。在在PON中，它是由无源光器件组中，它是由无源光器件组成的无源光分配网。可有多种网成的无源光分配网。可有多种网络结构，一般为络结构，一般为点到多点连接点到多点连接，即多个即多个ONU通过通过ODN与一个与一个OLT相连。相连。 ONU提供用户侧的接口。提供用户侧的接口。具有光具有光/电转换电转换功能以及相应的功能以及相应的维护和监控维护和监控功能。功能。ONU的主要功能是终结来自的主要功能是终结来自OLT的光纤，的光纤，处理

40、光信号并为多个用户提供业务接口。处理光信号并为多个用户提供业务接口。它还具有它还具有对话音的数对话音的数/模转换和复用功能模转换和复用功能。ONU通常放在距离用户较近的地方，其通常放在距离用户较近的地方，其位置具有很大的灵活性。位置具有很大的灵活性。 ONU提供用户数据、图像和电话提供用户数据、图像和电话网络与网络与PON的接口。的接口。ONU的基本功能是的基本功能是接收光信号，并将其转换成用户需要的格接收光信号，并将其转换成用户需要的格式式(以太网、以太网、IP多播、多播、POTS、E1)。 ONU ONU AF为为ONU与用户设备之间提与用户设备之间提供适配功能。其具体物理实现既可以供适配

41、功能。其具体物理实现既可以包含在包含在ONU内，也可以完全独立。内，也可以完全独立。 AN系统管理模块是光接入网系统管理模块是光接入网的操作、管理与维护单元，它通过的操作、管理与维护单元，它通过Q3与电信管理网相连，与其进行通信并与电信管理网相连，与其进行通信并接受其管理。接受其管理。Active Optical Network接入网内含有源器件接入网内含有源器件是主干网技术的延伸是主干网技术的延伸SDH、PDH、ATM、等等等等Passive Optical Network接入网内不含有源器件接入网内不含有源器件是专门为接入网发展的技术是专门为接入网发展的技术基于基于ATM的的APON基于以

42、太网的基于以太网的EPON有源光网络有源光网络(AON) 无源光网络无源光网络(PON)基于基于PDHPDH 的的AONAON基于基于SDH SDH 的的AONAON基于基于ATMATM的的APONAPON基于以太网的基于以太网的EPONEPON 两者的分路方式不同，两者的分路方式不同，AONAON用用电复用器电复用器；可为可为PDHPDH、SDHSDH或或ATMATM，PONPON用用无源光分路器无源光分路器。光接入网光接入网( (OANOAN) )分为：分为： 光源（激光器）光源（激光器） 光接收机（光检测器）光接收机（光检测器） 光收发模块光收发模块 光放大器光放大器 光纤和光缆光纤和光

43、缆 无源光衰减器无源光衰减器 光连接器光连接器 光耦合器光耦合器 无源光分路器无源光分路器 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器 光纤接入网的拓扑结构，光纤接入网的拓扑结构，是指网络的是指网络的空间布局和几何形状空间布局和几何形状，表示了网络中各节点，表示了网络中各节点的相互位置与相互连接的情况。网络的拓扑的相互位置与相互连接的情况。网络的拓扑结构对结构对网络功能网络功能、造价造价及及可靠性可靠性等具有重要等具有重要影响。其基本的拓扑结构是影响。其基本的拓扑结构是: (a) 星型结构 (b) 树型结构 (c) 总线型结构 (d) 环型结构 OLT 分路器 分路器 分路器 ONU ONU ONU ONU

44、 ONU ONU ONU 分路器 ONU 分路器 ONU 分路器 分路器 分路器 分路器 ONU ONU ONU OLT ONU ONU ONU OLT ONU ONU ONU 分路器 分路器 分路器 分路器 OLT ONU ONU 图5-2 光接入网中的拓扑结构 有源光网络的局端设备到有源光网络的局端设备到用户分配单元之间均用用户分配单元之间均用有源光纤传有源光纤传输设备输设备，即光电转换设备、有源光，即光电转换设备、有源光电器件以及光纤等组成。有源光纤电器件以及光纤等组成。有源光纤网络具有技术简单、易于实现和组网络具有技术简单、易于实现和组网能力强的网能力强的特点特点，但有源电复用器，但有

45、源电复用器存在传输的存在传输的“瓶颈效应瓶颈效应”，且系统，且系统成本和维护费用高。成本和维护费用高。光分配网光分配网ODN全部由有源器件组成全部由有源器件组成（光放大器（光放大器等等）可分为基于可分为基于PDH和基于和基于SDH的的AON现通常是基于现通常是基于SDH的的AON特点特点传输容量大：传输容量大：155Mb/s或或622Mb/s的接入速的接入速率率 传输距离远：不加中继器，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，都已设备，都已广泛应用广泛应用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 无源光网络无

46、源光网络PON Passive Optical Network ，是指在，是指在OLT和和ONU之间的光分配网络之间的光分配网络(ODN)，没，没有任何有任何有源电子设备有源电子设备。实现。实现点对多点点对多点的光纤接入网。的光纤接入网。PON由早期的窄带接由早期的窄带接入入PON(NPON)发展到目前的宽带发展到目前的宽带接入接入PON(BPON)， BPON又包括又包括基于基于ATM的的APON及基于以太的及基于以太的EPON。 有源光网络需要电信级机房有源光网络需要电信级机房需要：供电、防雷接地、安全值守等等需要：供电、防雷接地、安全值守等等中小型用户的高性能接入，需要无源光网络中小型用

47、户的高性能接入，需要无源光网络无源光网络的类型无源光网络的类型APON：基于：基于ATM的的PONITU-T G.983,1-1998 FSANGPONGigabit PON，G.984-2003，用于，用于替换替换APONEPON：基于：基于Ethernet的的PONIEEE 802.3ah-2004 ，EFMPON是一种是一种纯介质网络纯介质网络避免了有源设备的电磁干扰和雷电影响避免了有源设备的电磁干扰和雷电影响无源光网络设备组网灵活，支持多种拓扑结构。无源光网络设备组网灵活，支持多种拓扑结构。无源光网络扩容比较简单无源光网络扩容比较简单价格低、安装维护方便、价格低、安装维护方便、节省了维

48、护成本；节省了维护成本；业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号信号缺点缺点是一次性投入成本较高；是一次性投入成本较高；其树型结构使保护功能成本较高；其树型结构使保护功能成本较高；传输距离及容量受限。传输距离及容量受限。远端设备远端设备局端设备局端设备OLTPONONU业务业务网络网络SNIUNIODNNPON指速率低于指速率低于155Mbps的窄带系统，的窄带系统，主要指主要指N-ISDN的的BRI、PRI接口。接口。NPON的的:采用单星型拓扑结构采用单星型拓扑结构上、下行信号上、下行信号传输传输是点到多点系统，采用是点到多点系统，采

49、用技术并以技术并以广播方式传输，各广播方式传输，各OUN只允许在规定的只允许在规定的时隙接收属于自己的信号。时隙接收属于自己的信号。多点到点，采用多点到点，采用技术技术 PON的复杂性在于信号处理技术。的复杂性在于信号处理技术。 在在上，上，OLT采用采用方式，以方式，以方式发给所有的方式发给所有的ONU，ONU可以收到所可以收到所有的广播数据，但只接受属于自己的数据，有的广播数据，但只接受属于自己的数据，其他数据则丢弃。其他数据则丢弃。 在在上，采用上，采用方式，各方式，各ONU按照按照OLT规定好的时间，在固定的时隙内传规定好的时间，在固定的时隙内传送数据。各送数据。各ONU传送时间的安排

50、，是按照传送时间的安排，是按照由由OLT自动测试计算出来的，统一由自动测试计算出来的，统一由OLT安安排的。各排的。各ONU发送时隙有一定间隔，以防发送时隙有一定间隔，以防止各止各ONU上传数据时，相互冲突、重叠。上传数据时，相互冲突、重叠。 采用采用ATM信元传输技术的信元传输技术的PON称称APON-ATM Passive Optical Network。 APON可以通过利用可以通过利用ATM的集中和统计复用，再结合无源分的集中和统计复用，再结合无源分路器对光纤和光线路终端的共享作路器对光纤和光线路终端的共享作用，使成本可望比传统的以电路交用，使成本可望比传统的以电路交换为基础的换为基础

51、的PDH/SDH接入系统接入系统低低20%40%。 标准规范：标准规范：ITU-T的的G.983 ONU与与OLT之间传送之间传送ATM信元信元速率：速率：上上/下行对称下行对称 155.52/155.52Mbps上上/下行非对称下行非对称 155.52/622.08Mbps无放大器作用距离：无放大器作用距离：20km双工方式双工方式：双纤，使用双纤，使用1310nm窗口窗口单纤波分，使用单纤波分，使用1550nm/1310nm双窗口双窗口 （上行：（上行：1310nm区，下行：区，下行：1550nm区区)传输技术：传输技术：上行采用时分多址上行采用时分多址TDMA下行采用广播方式的时分复用下

52、行采用广播方式的时分复用TDM宽带化并支持所有种类和各种比特率的业务；宽带化并支持所有种类和各种比特率的业务；采用统计时分复用采用统计时分复用动态分配带宽动态分配带宽网管能力强，安全性高且时延小网管能力强，安全性高且时延小传输稳定可靠传输稳定可靠成本与维护费用低成本与维护费用低扩容简单方便扩容简单方便传输距离远（传输距离远（20公里）公里）标准化程度高标准化程度高 安全性高安全性高 时延小时延小 存在的问题，如系统成本太高；系统容量和覆盖存在的问题，如系统成本太高；系统容量和覆盖范围有限，未考虑对窄带业务的支持及与其他技范围有限，未考虑对窄带业务的支持及与其他技术相结合时需解决引入线的宽带化等

53、一系列问题术相结合时需解决引入线的宽带化等一系列问题 。 APON综合了综合了ATM技术和技术和PON技技术，可提供现有的从窄带到宽带等各种业务。术，可提供现有的从窄带到宽带等各种业务。APON由由OLT、ONU和和OBD（无源光分（无源光分路器）组成。路器）组成。 OBD根据光的发送方向，将根据光的发送方向，将进来的光信号分路并分配到多条光纤上，或进来的光信号分路并分配到多条光纤上，或是组合到一条光纤上。是组合到一条光纤上。ONU主要完成业务主要完成业务的收集、接口适配、复用和传输功能；的收集、接口适配、复用和传输功能；OLT主要完成接口适配、复用和传输功能。主要完成接口适配、复用和传输功能

54、。此外，此外，OLT还向网元管理系统提供网管接还向网元管理系统提供网管接口。口。 组成：组成：OLT、ODN、ONU网络侧连接网络侧连接ATM交换机交换机拓扑：无源双星结构拓扑：无源双星结构用户数：一个用户数：一个ODN最多支持最多支持32个个ONU(即即1个个OBD支持的支持的ONU数）当数）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OLTOLTODNODNONU1ONU1ONU2ONU2ONUnONUnAPONAPON（传输（传输ATMATM信元流）信元流） ATM ATM 交换机交换机用户用户OBDOBD用户用户用户用户TDMTDMA4-328-32

55、下行：采用下行：采用TDM技术，传输连续信元流技术，传输连续信元流上行：采用上行：采用TDMA技术（动态分配）技术（动态分配） 突发传送信元流突发传送信元流传输原理：传输原理： ： 局端的局端的ATM 信元信元 OLT 封装成连续时隙流下行帧封装成连续时隙流下行帧 以广播方式传送以广播方式传送 各各ONU收到信元流，根据收到信元流，根据PVC虚连虚连接仅对相应接仅对相应VPI/VCI的信元进行处理的信元进行处理 用户终端用户终端： 各各ONU共享共享ODN，且数据突发性强。，且数据突发性强。 各各ONU向向OLT申请带宽申请带宽OLT授权授权ONU发送发送（发送时（发送时 隙、带宽分配等）隙、

56、带宽分配等） 获得授权的获得授权的ONU在指定时隙发送在指定时隙发送ATM信元以信元以APON帧格式传输帧格式传输APON采用两种不同速率的帧结构：采用两种不同速率的帧结构：上、下行均为上、下行均为155Mbps对称对称上行上行 155Mbps下行下行 622Mbps非对称非对称 用户的接入速率可以从用户的接入速率可以从64Kbps64Kbps到到155Mbps155Mbps间灵活分配。间灵活分配。 1 帧=56 个 53 字节信元 1 帧=224 个 53 字节信元 (a) 155.52 Mbit/s 下行帧结构 (b) 622.08 Mbit/s 下行帧结构 PLOAM 1 ATM 信元

57、1 ATM 信元 27 PLOAM 2 ATM 信元 28 ATM 信元 54 PLOAM 1 ATM 信元 127 PLOAM 2 ATM 信元 2854 PLOAM 8 ATM 信元 190216 图6-12 APON系统下行帧结构适用场合适用场合具有综合业务接入需求具有综合业务接入需求对对QoS要求较高要求较高APON的推广应用的推广应用系统价格较高系统价格较高市场前景由于市场前景由于ATM在全球受挫而不确定在全球受挫而不确定APON技术也存在利用技术也存在利用ATM信元造成的传输信元造成的传输效率较低；带宽受限；系统相对复杂、价效率较低；带宽受限；系统相对复杂、价格较贵；需要进行协议之

58、间的转换等缺点。格较贵；需要进行协议之间的转换等缺点。 APON在传输质量和维护成本上在传输质量和维护成本上有很大优势，其发展目前已经比较成熟。有很大优势，其发展目前已经比较成熟。为弥补为弥补APON标准缺乏标准缺乏视频能力视频能力、技术复技术复杂、成本较高、带宽有限杂、成本较高、带宽有限等因素。等因素。用以太用以太网取代网取代ATM作为链路层协议，从而构成作为链路层协议，从而构成一个可以提供更大带宽、更低成本和更宽一个可以提供更大带宽、更低成本和更宽业务能力的新一代光接入网技术业务能力的新一代光接入网技术EPON（Ethernet Passive Optical Network）。）。 EP

59、ON是利用是利用PON的拓的拓扑结构实现以太网的接入，扑结构实现以太网的接入，是是PON与以与以太网技术相结合的产物。太网技术相结合的产物。APON概览概览技术思路：技术思路：90年代中期的黄金组合年代中期的黄金组合物理层：物理层：PON，技术很精致，技术很精致链路层：信元，基于链路层：信元，基于ATM技术机制技术机制受受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EPON概要概要技术思路技术思路物理层仍然使用现成的物理层仍然使用现成的PON技术，链路层换成以技术，链路层换成以太帧太帧IEEE802.3EFM研究组：研究组：2000年年11月月802.3ah：改换：改换A

60、PON的的MAC协议，使用以太帧协议，使用以太帧基于基于Ethernet和和PON技术技术在在PON上传送上传送Ethernet帧，长度可变帧，长度可变网络结构与网络结构与APON类似类似MAC协议与协议与APON不同不同速率：速率：下行下行 百兆百兆/千兆，广播方式千兆，广播方式 上行上行 百兆百兆/千兆，共享千兆，共享传输技术：传输技术：上行采用时分多址上行采用时分多址TDMA下行采用广播方式的时分复用下行采用广播方式的时分复用TDM 1 2 3 N 1 2 3 N 1 2 3 N 帧长 2ms 图6-16 EPON系统上行帧结构 1 N 2 1 3 3 2 1 2ms 2ms 表示误码探