接入网技术-第04章 光纤接入技术

1、2022/9/4Access Network (2009)12022/9/41接入网技术于秦通信与信息工程学院网络工程系E-mail：yuqinOffice：61830521Mobile：2022/9/4Access Network (2009)2第4章 光纤接入技术引言光纤接入向用户延伸FTTX光纤接入网（OAN）基础有源光网络接入技术无源光网络接入技术ATM无源光网络APONEthernet无源光网络EPON2022/9/4Access Network (2009)3引言光纤的优势光接入网络光纤接入网的发展障碍光纤接入前途无限2022/9/4Access Network (2009)4光纤

2、的优势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，采用波分复用可传输更高的速率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抗恶劣环境优势抗腐蚀能力强，不受电磁波干扰安全性优势盗接线头困难，不易盗听2022/9/4Access Network (2009)5引言光纤的优势光接入网络光纤接入网的发展障碍光纤接入前途无限2022/9/4Access Network (2009)6光接入网络在主干网上，光纤通信已经成为高性能的主流光接入网正在成长用于高性能接入领域直接采用主干传输技术专用于接入大客户典型例子：SDH环用于PSTN网的大客户专门的光接入技

3、术用于高性能的多业务接入客户EPON/EFM的技术开发标准正在推动技术的应用2022/9/4Access Network (2009)7引言光纤的优势光接入网络光纤接入网的发展障碍光纤接入前途无限2022/9/4Access Network (2009)8光纤接入网的发展障碍目前价格偏贵光缆的价格光连接器的价格光电转换器的价格（激光器、光检测器等）供电问题用户终端设备的供电用户网络接口设备的供电本地供电和光纤网附加供电都会增加费用2022/9/4Access Network (2009)9引言光纤的优势光接入网络光纤接入网的发展障碍光纤接入前途无限2022/9/4Access Network

4、(2009)10光纤接入前途无限新业务的高性能需要高性能接入接入介质的特点性能最优越：光纤使用最自由：无线光纤接入的弱点：价格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”2022/9/4Access Network (2009)11第4章光纤接入技术引言光纤接入向用户延伸FTTx光纤接入网（OAN）基础有源光网络接入技术无源光网络接入技术ATM无源光网络APONEthernet无源光网络EPON2022/9/4Access Network (2009)12光纤接入向用户延伸FTTx光纤接入在向用户延伸趋势：接入前馈部分分配网络继续向用户挺进以高性能介质回应用户的高性能需求FTTx

5、：光纤到（根据ONU位置，即光纤深入用户的位置）FTTCurb或FTTCab：光纤到路边配线箱FTTB：光纤到大楼FTTH/FTTO：光纤到家、光纤入户、光纤到办公室2022/9/4Access Network (2009)13FTTxOAN的三种应用类型：FTTCFTTBFTTH/FTTOONUOBD中心局OAN的应用示意图ONUBuddingOBDOBD FTTC FTTB FTTH ONUhomeOLT2022/9/4Access Network (2009)14FTTCFTTC： Fiber To The Curb/CabOUN设在路边交接箱处用户到OUN之间仍用双绞铜线或同轴缆连接通

6、常为P2P(点到点)和P2MP(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 OLTONU2022/9/4Access Network (2009)15FTTBFTTB： Fiber To The BuddingOUN设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方用户到OUN之间用UTP5类线（或更高等级线）连接P2MP结构，一个OUN为多个用户提供接入通常采用FTTB+Ethernet技术或者FTTB+xDSL技术ONUBuddingOBDOLT2022/9/4Access Network (20

7、09)16FTTH/FTTOFiber To The Home/OfficeONU直接方在用户家里/办公室中心局到用户之间全部为光连接和光传输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上的宽带接入技术是用户接入网的长远目标注意：FTTH与FTTO的应用场合不同(P2MP, P2P)综上：FTTH和FTTC更适合分散的个人用户的接入FTTB、FTTO更适合单位和密集小区用户的接入ONUOBDhomeOLT2022/9/4Access Network (2009)17第4章光纤接入技术引言光纤接入向用户延伸FTTX光纤接入网（OAN）基础有源光网络接入技术无源光网络接入技术ATM无源

8、光网络APONEthernet无源光网络EPON2022/9/4Access Network (2009)18光纤接入网（OAN）基础光纤的传输性能OAN概念基本概念OAN的基本结构OAN的传输技术OAN的分类2022/9/4Access Network (2009)19光纤的传输性能光纤分类多模光纤：用于计算机网络的短距离传输MMF: Multi-Mode Fiber常见规格：（内核直径/clad直径） 、50/125系统价格低，传输距离短、容量相对小一些单模光纤：用于通信系统和高要求计算机网络SMF: Singer-Mode Fiber常见规格：系统价格较高，性能很高2022/9/4Acc

9、ess Network (2009)20光纤的传输窗口光纤可用工作波长区有三个：850nm窗口 （ 780nm850nm）1310nm窗口（ 1260nm1360nm）1550nm窗口 （ 1480nm1580nm）三个工作区的使用情况850nm、1310nm波长，主要用于提供2Mb/s及以下的业务1550nm波长用于异波长双工的下行通信，以及宽带的新业务现已打开了第四个工作窗口：1625nm 2022/9/4Access Network (2009)21光纤接入网（OAN）基础光纤的传输性能OAN概念基本概念OAN的基本结构OAN的传输技术OAN的分类2022/9/4Access Netwo

10、rk (2009)22OAN基本概念OAN：Optical Access Network 光接入网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PON和有源光接入网AONPON：Passive Optical NetworkAON: Active Optical Network2022/9/4Access Network (2009)23光纤接入网（OAN）基础光纤的传输性能OAN概念基本概念OAN的基本结构OAN的传输技术OAN的分类2022/9/4Access Network (2009)24OAN的基本结构及参考

11、配置用户侧网络侧光接入网(OAN)光光用户侧设备（电/光）光接入网设备光光接入网设备网络侧设备（电/光）光ITU-T：OAN的基本结构及参考配置接入网系统管理功能Q3ONUONUODNOLTAF中心局终端设备用户侧网络侧UNISNI光接入网(OAN)2022/9/4Access Network (2009)25OAN基本结构光网络单元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）用户业务的复用、传输功能光分配网络 ODN（Optical Distribution Network）为OLT和OUN之间提供

12、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的光接口对众多的OUN进行管理和指配分离不同的业务，传递给不同的ONU分离交换和非交换业务，管理来自ONU的信令和监控信息2022/9/4Access Network (2009)26光纤接入网（OAN）基础光纤的传输性能OAN概念基本概念OAN的基本结构OAN的传输技术OAN的分类2022/9/4Access Network (2009)2

13、7OAN传输技术光接入网通信的特点一般属于P2MP传输系统，介质共享双向传输下行：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传输技术需解决OLT和多个ONU之间上、下行信号的双向传输下行传输复用（Multiplexing）技术OLT将信息时分复用成为时隙流，广播到各个ONU，各ONU在规定时隙接收自己的信息上行传输多路访问（Multiple Access）技术多个ONU共享一根光纤，且每个ONU突发产生上行数据解决上行信道的占用问题是关键一个时刻只有一个ONU上传各种多路访问技术（时分、波分等）2022/9/4Access Network (2009)2

14、8OAN复用技术空分复用 SDM双向传输上下行双向通信个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2022/9/4Access Network (2009)29OAN复用技术复用（Multiplexing）技术考虑：某个通信设备将多个用户的信号（例如：话音）在一条物理干线（例如：光纤）上并发传输Time Division Multiplexing (TDM) 将一个信道在时间分成周期性的时帧，每一个时帧在划分成若干个时隙为每个用户分配不同的时隙复用设备按照规定的时隙在干线上传送对应用户的信号2022/9/4Access Network (20

15、09)30OAN多路访问技术时分多路访问TDMA将时间分成周期性的帧，每一个帧由若干时隙组成每个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ONUONUOLTONU A1 B1 N1t A1 B1 N1 A1OBD上行保护时间2022/9/4Access Network (2009)31OAN多路访问技术波分多路访问WDMA不同波长的信号共享一根光纤传输，彼此不干扰要求每个ONU在指定波长上发射对激光二极管要求高（温度、环境影响

16、大）OLT设备复杂，成本高（每个波长都需光发射器和检测器）OLTONUONUONU A1 B1 N1OBD上行WDMPDPDPDPD：光电检测器 2 1 N 2 1 N 1 N 22022/9/4Access Network (2009)32光纤接入网（OAN）基础光纤的传输性能OAN概念基本概念OAN的基本结构OAN的传输技术OAN的分类2022/9/4Access Network (2009)33OAN的分类光接入网可分为：AON、PONAON：有源光网络Active Optical Network接入网内含有源器件：OLT和ONU通过有源光传输设备相连是主干网技术的延伸SDH、PDH、A

17、TM、等等PON：无源光网络Passive Optical Network接入网内不含有源器件是专门为接入网发展的技术无源：大大简化了接入途中的机房条件包括：APON、EPON2022/9/4Access Network (2009)34第4章光纤接入技术引言光纤接入向用户延伸FTTX光纤接入网（OAN）基础有源光网络接入技术无源光网络接入技术ATM无源光网络APONEthernet无源光网络EPON2022/9/4Access Network (2009)35有源光网络技术AON光分配网ODN全部由有源器件组成（光放大器等）可分为基于PDH和基于SDH的OAN现通常是基于SDH的OAN特点传

18、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2022/9/4Access Network (2009)36第4章光纤接入技术引言光纤接入向用户延伸FTTX光纤接入网（OAN）基础有源光网络接入技术无源光网络接入技术ATM无源光网络APONEthernet无源光网络EPON2022/9/4Access Network (2009)37无源光网络基本概念系统结构数据传输关键技术2022/9/4Access Network (2009)38无源光网络2022/9/4Acce

19、ss Network (2009)39PON的基本概念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）2022/9/4Access Network (2009)40无源光网络基本概念系统结构数据传输关键技术2022/9/4Access Network (2009)41PON的系统结构OLTONU1ONU2ONUnPON用户用户用户业务网络

20、UNISNIODN组成：OLT、ODN、ONU，且ODN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OBD2022/9/4Access Network (2009)42无源光网络基本概念系统结构数据传输关键技术2022/9/4Access Network (2009)43PON的数据传输下行：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（静态/动态分配），突发传送时隙流（上行帧）各ONU共享ODN，且数据突发性强动态TDMA各ONU向O

21、LT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2022/9/4Access Network (2009)44PON的数据传输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上行突发模式下行连续模式保护时隙附加开销ATM信元/OAM信元/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2022/9/4Access Network (2009)45无源光网络基本概念系统结构数据传输关键技术2022/9/4Access Netwo

22、rk (2009)46PON的关键技术测距技术快速比特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2022/9/4Access Network (2009)47测距技术原因采用TDMA，必须保证每个时隙的数据彼此独立，互不干扰PON结构中，各ONU到OLT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，会出现时隙重叠，造成数据干扰为确保多个ONU到OLT之间的正确传输，必须引入测距机制，精确测量OLT到ONU的端到端时延，使各ONU到OLT的逻辑距离相等，使ONU发出的帧准确落在所分配的上行帧时隙之内基本策略：静态测距 + 动态测距相结合静态测距在ONU初

23、装联网时进行动态测距在数据传输过程中进行2022/9/4Access Network (2009)48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ONUONU根据测距时间调整均衡时延值2022/9/4Access Network (2009)49PON的关键技术测距技术快速比特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2022/9/4Access Network (2009)50快速比特传送技术测距精度有限，各ONU到OLT

24、的上行比特流存在相位差异（相位漂移）OLT需要采用某种技术实现快速同步，使其接收时钟快速同步到当前接收的ONU比特流基本策略先实现位同步、再进行信元同步同步图案bit同步定界图案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2022/9/4Access Network (2009)51PON的关键技术测距技术快速比特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2022/9/4Access Network (2009)52突发信号的收发ONU需要快速开启和关闭光电路，以适应上行的突发数据传输OLT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各个ONU

25、到OLT的传输损耗不同，OLT接收到的上行光功率具有较大的动态范围迅速调整通过PON系统中的时隙的前置比特实现2022/9/4Access Network (2009)53PON的关键技术测距技术快速比特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2022/9/4Access Network (2009)54扰码技术也称为：搅码技术为了保证下行广播传输的安全性和保密性，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2022/9/4Access Network (2009)55PON的关键技术测距技术快速

26、比特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2022/9/4Access Network (2009)56MAC技术信元的时隙分配接入请求/允许预约机制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2022/9/4Access Network (2009)57第4章光纤接入技术引言光纤接入向用户延伸FTTX光纤接入网（OAN）基础有源光网络接入技术无源光网络接入技术ATM无源光网络APONEthernet无源光网络EPON2022/9/4Access Network (2009)58APONAPON的系统结构AP

27、ON的数据传输APON的帧格式APON的延续GPON2022/9/4Access Network (2009)59APONAPON：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ATM存在PON中同样的技术问题标准规范：ITU-T的G.983 2022/9/4Access Network (2009)60基本特点基于ATM信元（ONU与OLT之间）支持对称和非对称工作方式对称方式： 双向非对称方式：上、下行分别为、双向通信：可用两条光纤，波长1310nm区或一条光纤，异波长双工

28、(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：上行采用时分复用下行采用时分多址（即是：时分多路访问）2022/9/4Access Network (2009)61APONAPON的系统结构APON的数据传输APON的帧格式APON的延续GPON2022/9/4Access Network (2009)62APON的系统结构接入的主干网为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当ONU大于32时，要求一个OLT提供多个ODN接口OLTODNONU1ONU2ON

29、UnAPON（传输ATM信元流）ATM 交换机用户用户用户OBD2022/9/4Access Network (2009)63APONAPON的系统结构APON的数据传输APON的帧格式APON的延续GPON2022/9/4Access Network (2009)64APON的数据传输APON在PON上传送ATM信元以信元为基础的TDM/TDMAAPON帧传输的基本原理同PON，只是APON帧中封装的是ATM信元2022/9/4Access Network (2009)65APONAPON的系统结构APON的数据传输APON的帧格式APON的延续GPON2022/9/4Access Netw

30、ork (2009)66ATM信元1ATM信元2ATM信元52ATM信元53上行帧格式1帧=53个信元，每信元56字节3字节头部上下行速率为的帧结构定时长帧，一个帧中包含的信元数随数据率不同而不同下行速率为时，每帧56个信元下行速率为时，每帧224个信元APON的帧格式PLOAM 1ATM信元1ATM信元2ATM信元27PLOAM 2ATM信元28ATM信元53下行帧格式1帧=56个信元，每信元53字节ATM信元542022/9/4Access Network (2009)67APON上行信元格式APON帧中上行信元格式如下：3字节保障区间前导符定界符ATM（OAM）信元53字节测距要求用于O

31、LT同步信元的开始2022/9/4Access Network (2009)68APONAPON的系统结构APON的数据传输APON的帧格式APON的延续GPON2022/9/4Access Network (2009)69APON的延续GPON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，上行适配协议采用： GFP（通用成帧协议）支持多业务、多承载（包括ATM业务、WDM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2022/9/

32、4Access Network (2009)70第4章光纤接入技术引言光纤接入向用户延伸FTTX光纤接入网（OAN）基础有源光网络接入技术无源光网络接入技术ATM无源光网络APONEthernet无源光网络EPON2022/9/4Access Network (2009)71EPONEPON概要EPON的系统结构EPON的数据传输EPON与APON的比较2022/9/4Access Network (2009)72EPON概要APON概览技术思路：90年代中期的黄金组合物理层：PON，技术很精致链路层：信元，基于ATM技术机制受ATM在全球受挫的牵连，未能迅速发展EPON概要技术思路物理层仍然使用现成的PON技术，链路层换成以太帧EFM研究组：改换APON的MAC协议，使用以太帧2022/9/4Access Network (2009)73EPON概要EPON：Ethernet Passive optical network在PON上传送Ethernet帧基于Ethernet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：上行：时分多址（时分多路访问） ，下行：时分复用存在PON中同样的技术问题202