PON网络基础知识(工厂培训)课件

PON网络基础知识

2008年5月PON网络基础知识1内容

Pon的基本概念Epon网络的构架Onu的构架光模块测试项目介绍内容内容

Pon的基本概念内容21.1PON-PassiveOpticalNetwork通信网络中从共享网络分配到最终用户端的网络叫做接入网接入有多种方式—点对点（以太网）、铜线、XDSL、无线（WLAN）、XPON等无源光网络（PON）一直被认为是光接入网中颇具应用前景的技术，它打破了传统的点到点解决方法，在解决宽带接入问题上是一种经济的、面向未来多业务的用户接入技术PON自出现以来，已经过多年的发展，形成了APON、BPON、GPON、EPON等一系列概念、规范及产品序列PON作为一种点到多点的光网络，从源头到目的节点间都是通过无源器件完成的，包括光纤光缆、光分路器/耦合器、连接器和光放大器等等1.1PON-PassiveOpticalNetwor31.2PON的发展历程1982年英国电信实验室发明PON（PassiveOpticalNetwork）1987年在英国进行了早期试验1993年在德国电信在东德安装PON1998年日本NTT开始安装PON1998年国际电信联盟（ITU）公布APON标准：ITU-TG.9831999年美国Bellsouth完成400户PON试验设备的安装测试2003年国际电信联盟（ITU）公布GPON标准：ITU-TG.9842000年IEEE成立EFM研究组（EthernetinFirstMileStudyGroup）专门研究EPON标准2004年IEEE公布EPON标准：IEEEStd802.3ah-2004国内在1998年就已开展PON模块的研发工作1.2PON的发展历程1982年英国电信实验室发明PON（4在OLT到ONU下行方向采用TDM(TimeDivisionMultiplexing)方式，以广播方式送至每一个ONU。OLT的发送部分和ONU的接收部分都是连续工作方式ONU到OLT的上行信号的传输采用TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)技术。OLT的接收部分和ONU的发送部分都是突发模式工作OLT光接收机必须能够适应不同ONU信号的不同光功率，接收机需要有一个很大的动态范围，并设定门限，以最快的速度来判决；OLT光接收机必须能够迅速恢复从不同节点传来的每个突发信号的正确时钟，在上行信元到达OLT的前几个bits内实现快速突发比特同步ONU光发送机必须能够快速开/关；当发送机不发送时只能“泄漏”极小的光功率—比接收灵敏度低10dB1.3PON技术特点在OLT到ONU下行方向采用TDM(TimeDivisio52.1EPON系统参考模型2.1EPON系统参考模型62.2EPON关键技术测距

对OLT而言，各个不同的ONU到OLT的距离不相等；OLT与各ONU间的环路时延还会随时间和环境而变，因此会引起上行信元的碰撞。为防止碰撞，可通过实时测量每个ONU和OLT间的环路时延，ONU调解发送时延，插入相应的均衡时延Td，使所有ONU到OLT的逻辑距离相同。使得不同物理距离的onu所发的信号能在OLT上准确的复用在一起。测距方法有扩频法、带外法和带内开窗法。按照测距时ONU上有、无业务，又分为静态测距和动态测距。

2.2EPON关键技术测距72.2EPON关键技术动态带宽上行信道中的带宽是根据ONU的需要，由OLT分配。各个ONU收集来自用户的信息并高速向OLT发送数据，不同的ONU发送的数据占用不同的时隙，提高上行带宽的利用率。根据不同用户的业务类型合理分配带宽。动态带宽分配(DBA)算法是实时地改变各ONU上行带宽的机制。由于数据业务的带宽不确定性，如按峰值速率静态分配带宽则整个系统带宽很快就被耗尽，带宽利用率很低；而DBA根据各ONU的业务情况动态分配带宽，使带宽利用率大幅度提高，同时系统可以根据用户优先级设置不同的服务等级。

2.2EPON关键技术动态带宽82.2EPON关键技术突发信号同步

EPON是一个网同步体系面需要实现ONU与OLT之间的快速同步。OLT接收机必须迅速恢复从不同节点传来的每个突发信号的正确时钟，在上行信元到达OLT的前几个bits内实现快速突发比特同步。否则一旦发生bit错位或则相位突变，数据接收的错位就会导致数据严重丢包，甚至不断重传导致网络拥塞或瘫痪。2.2EPON关键技术突发信号同步93.1ONU的构架3.1ONU的构架103.1ONU的构架Opticaltransceiver–千兆光接口EthernetPHY–10/100/1000M的以太网接口（UNI）Packetbufferextension–外部数据队列的存储器EEPROM–存储系统的配置文件和boot参数FLASH&SDRAMMemories–供CPU使用的存储器3.1ONU的构架Opticaltransceiver–113.2CPU的构架3.2CPU的构架123.2CPU的构架EPONInterfaceandMAC-提供基于EPON连接收发数据所需的功能实现PacketProcessingEngine–作为EPONMAC和UNIMAC间的桥接，可以细分为上行流控制和下行流控制UNI–产生到用户终端设备的10/100/1000Mbps以太网接口CPUSubsystem–完成对该设备所有模块的配置；监控所有的对外接口；监控并执行实时的进程，比如读写计数器。3.2CPU的构架EPONInterfaceandM13完成光电转换和电光转换，信号通过光模块实现传输媒介的转换。（光纤铜线）4.1光模块作用完成光电转换和电光转换，信号通过光模块实现传输媒介的转换。（144.2光模块封装光模块的封装形式有：1×9，SFF，SFP，GBIC，XENPAK，XFP目前的PON模块几乎都采用单纤双向收发一体小型化（SFF，SFP）结构，其外形尺寸及引脚均符合多源协议MSA8472SFF封装---焊接小封装光模块，一般速度不高于千兆，多采用LC接口SFP封装---热插拔小封装模块，用于高速率的传输环境，多采用LC接头4.2光模块封装光模块的封装形式有：1×9，SFF，SFP，154.3光收发一体化模块构成4.3光收发一体化模块构成164.4单纤双向光组件-BOSABOSA是将光源（FP-LD或DFB-LD），PIN-TIA，分光片，光纤等零部件用同轴耦合工艺全部集成于一体4.4单纤双向光组件-BOSABOSA是将光源（FP-LD或174.4光发射组件-TOSA4.4光发射组件-TOSA18消光比(ER)的定义:

ER=P1/P0

其中:P1是‘1’码的光功率值

P0是‘0’码的光功率值

用对数表示:

ER=10lg(P1/P2)消光比是光发射机的一个非常重要的指标,因为它反映了光信号的相对幅度4.4光发射组件-TOSA4.4光发射组件-TOSA19将光发射模块输出的(NRZ码)光信号送入取样示波器,就可以观察到光信号波形的“眼图”光脉冲信号的质量都可以在光眼图上观察到光脉冲波形的上升时间、下降时间、过冲和下冲应加以控制,以免降低接收灵敏度光脉冲形状特性由眼图模板给出,眼图模板在光通信系统的标准中都已做了具体的规定4.4光发射组件-TOSA右图是ITU-TG.983.1G.984.2规定的上行光信号的眼图模板将光发射模块输出的(NRZ码)光信号送入取样示波器,就可以观204.4光接收组件-ROSA接收灵敏度：指光接收机满足指定比特误码率(如10-10或10-12)时可接收的最小平均光功率(dBm)

这是光接收机的重要指标之一噪声是限制接收灵敏度的最主要因素右图就是误码率和信噪比的关系曲线只要知道了TIA的等效输入噪声电流,应用此曲线就可推算出接收灵敏度4.4光接收组件-ROSA接收灵敏度：指光接收机满足指定比特214.4光接收组件-ROSA最小过载光功率定义为:

接收机满足指定比特误码率(如10-10或10-12)时可接收的最大平均光功率(dBm)最小过载和灵敏度之间的差值(dB)就是接收机的动态范围接收机的过载能力主要取决于TIA的AGC性能4.4光接收组件-ROSA最小过载光功率定义为:

接收机满足225.1测试-环境可靠性测试低温工作高温工作高低温循环工作恒温恒湿工作温升测试5.1测试-环境可靠性测试低温工作235.1测试-硬件信号测试电源信号时钟信号复位信号系统总线板级接口信号5.1测试-硬件信号测试电源信号24

Throughput（吞吐量）

吞吐量是指在没有帧丢失的情况下，设备能够接受的最大速率

Latency（时延）从发送端接收到第一个字节数据到接收端串口输出数据的第一个字节所需要的时间

Packageloss（丢包率）测试中所丢失数据包数量占所发送数据包的比率

Back-to-Back（背靠背）背靠背是考察连续不丢包所具备的缓冲能力，当网络流量突增而设备一时无法处理时，它可以把数据包先缓存起来发送。5.1测试-转发性能测试5.1测试-转发性能测试25发射部分：平均光功率（AOP）眼图消光比（ER）抖动（Tj）中心波长（CW）谱宽（RMS）接收部分：灵敏度（SEN）最小过载光功率5.1测试-光参数测试发射部分：5.1测试-光参数测试26OAMWEBL2功能QoS组播压力测试5.1测试-系统软件测试OAM5.1测试-系统软件测试275.2生产测试Flash/EEPROM烧录

PCBA电源测试焊接光模块MAC地址烧录光功率测试性能测试（流量、VOIP、CATV）整机装配45℃老化老化后测试5.2生产测试Flash/EEPROM烧录28流量测试流量测试29PON网络基础知识

2008年5月PON网络基础知识30内容

Pon的基本概念Epon网络的构架Onu的构架光模块测试项目介绍内容内容

Pon的基本概念内容311.1PON-PassiveOpticalNetwork通信网络中从共享网络分配到最终用户端的网络叫做接入网接入有多种方式—点对点（以太网）、铜线、XDSL、无线（WLAN）、XPON等无源光网络（PON）一直被认为是光接入网中颇具应用前景的技术，它打破了传统的点到点解决方法，在解决宽带接入问题上是一种经济的、面向未来多业务的用户接入技术PON自出现以来，已经过多年的发展，形成了APON、BPON、GPON、EPON等一系列概念、规范及产品序列PON作为一种点到多点的光网络，从源头到目的节点间都是通过无源器件完成的，包括光纤光缆、光分路器/耦合器、连接器和光放大器等等1.1PON-PassiveOpticalNetwor321.2PON的发展历程1982年英国电信实验室发明PON（PassiveOpticalNetwork）1987年在英国进行了早期试验1993年在德国电信在东德安装PON1998年日本NTT开始安装PON1998年国际电信联盟（ITU）公布APON标准：ITU-TG.9831999年美国Bellsouth完成400户PON试验设备的安装测试2003年国际电信联盟（ITU）公布GPON标准：ITU-TG.9842000年IEEE成立EFM研究组（EthernetinFirstMileStudyGroup）专门研究EPON标准2004年IEEE公布EPON标准：IEEEStd802.3ah-2004国内在1998年就已开展PON模块的研发工作1.2PON的发展历程1982年英国电信实验室发明PON（33在OLT到ONU下行方向采用TDM(TimeDivisionMultiplexing)方式，以广播方式送至每一个ONU。OLT的发送部分和ONU的接收部分都是连续工作方式ONU到OLT的上行信号的传输采用TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)技术。OLT的接收部分和ONU的发送部分都是突发模式工作OLT光接收机必须能够适应不同ONU信号的不同光功率，接收机需要有一个很大的动态范围，并设定门限，以最快的速度来判决；OLT光接收机必须能够迅速恢复从不同节点传来的每个突发信号的正确时钟，在上行信元到达OLT的前几个bits内实现快速突发比特同步ONU光发送机必须能够快速开/关；当发送机不发送时只能“泄漏”极小的光功率—比接收灵敏度低10dB1.3PON技术特点在OLT到ONU下行方向采用TDM(TimeDivisio342.1EPON系统参考模型2.1EPON系统参考模型352.2EPON关键技术测距

对OLT而言，各个不同的ONU到OLT的距离不相等；OLT与各ONU间的环路时延还会随时间和环境而变，因此会引起上行信元的碰撞。为防止碰撞，可通过实时测量每个ONU和OLT间的环路时延，ONU调解发送时延，插入相应的均衡时延Td，使所有ONU到OLT的逻辑距离相同。使得不同物理距离的onu所发的信号能在OLT上准确的复用在一起。测距方法有扩频法、带外法和带内开窗法。按照测距时ONU上有、无业务，又分为静态测距和动态测距。

2.2EPON关键技术测距362.2EPON关键技术动态带宽上行信道中的带宽是根据ONU的需要，由OLT分配。各个ONU收集来自用户的信息并高速向OLT发送数据，不同的ONU发送的数据占用不同的时隙，提高上行带宽的利用率。根据不同用户的业务类型合理分配带宽。动态带宽分配(DBA)算法是实时地改变各ONU上行带宽的机制。由于数据业务的带宽不确定性，如按峰值速率静态分配带宽则整个系统带宽很快就被耗尽，带宽利用率很低；而DBA根据各ONU的业务情况动态分配带宽，使带宽利用率大幅度提高，同时系统可以根据用户优先级设置不同的服务等级。

2.2EPON关键技术动态带宽372.2EPON关键技术突发信号同步

EPON是一个网同步体系面需要实现ONU与OLT之间的快速同步。OLT接收机必须迅速恢复从不同节点传来的每个突发信号的正确时钟，在上行信元到达OLT的前几个bits内实现快速突发比特同步。否则一旦发生bit错位或则相位突变，数据接收的错位就会导致数据严重丢包，甚至不断重传导致网络拥塞或瘫痪。2.2EPON关键技术突发信号同步383.1ONU的构架3.1ONU的构架393.1ONU的构架Opticaltransceiver–千兆光接口EthernetPHY–10/100/1000M的以太网接口（UNI）Packetbufferextension–外部数据队列的存储器EEPROM–存储系统的配置文件和boot参数FLASH&SDRAMMemories–供CPU使用的存储器3.1ONU的构架Opticaltransceiver–403.2CPU的构架3.2CPU的构架413.2CPU的构架EPONInterfaceandMAC-提供基于EPON连接收发数据所需的功能实现PacketProcessingEngine–作为EPONMAC和UNIMAC间的桥接，可以细分为上行流控制和下行流控制UNI–产生到用户终端设备的10/100/1000Mbps以太网接口CPUSubsystem–完成对该设备所有模块的配置；监控所有的对外接口；监控并执行实时的进程，比如读写计数器。3.2CPU的构架EPONInterfaceandM42完成光电转换和电光转换，信号通过光模块实现传输媒介的转换。（光纤铜线）4.1光模块作用完成光电转换和电光转换，信号通过光模块实现传输媒介的转换。（434.2光模块封装光模块的封装形式有：1×9，SFF，SFP，GBIC，XENPAK，XFP目前的PON模块几乎都采用单纤双向收发一体小型化（SFF，SFP）结构，其外形尺寸及引脚均符合多源协议MSA8472SFF封装---焊接小封装光模块，一般速度不高于千兆，多采用LC接口SFP封装---热插拔小封装模块，用于高速率的传输环境，多采用LC接头4.2光模块封装光模块的封装形式有：1×9，SFF，SFP，444.3光收发一体化模块构成4.3光收发一体化模块构成454.4单纤双向光组件-BOSABOSA是将光源（FP-LD或DFB-LD），PIN-TIA，分光片，光纤等零部件用同轴耦合工艺全部集成于一体4.4单纤双向光组件-BOSABOSA是将光源（FP-LD或464.4光发射组件-TOSA4.4光发射组件-TOSA47消光比(ER)的定义:

ER=P1/P0

其中:P1是‘1’码的光功率值

P0是‘0’码的光功率值

用对数表示:

ER=10lg(P1/P2)消光比是光发射机的一个非常重要的指标,因为它反映了光信号的相对幅度4.4光发射组件-TOSA4.4光发射组件-TOSA48将光发射模块输出的(NRZ码)光信号送入取样示波器,就可以观察到光信号波形的“眼图”光脉冲信号的质量都可以在光眼图上观察到光脉冲波形的上升时间、下降时间、过冲和下冲应加以控制,以免降低接收灵敏度光脉冲形状特性由眼图模板给出,眼图模板在光通信系统的标准中都已做了具体的规定4.4光发射组件-TOSA右图是ITU-TG.983.1G.984.2规定的上行光信号的眼图模板将光发射模块输出的(NRZ码)光信号送入取样示波器,就可以观494.4光接收组件-ROSA接收灵敏度：指光接收机满足指定比特误码率(如10-10或10-12)时可接收的最小平均光功率(dBm)

这是光接收机的重要指标之一噪声是限制接收灵敏度的最主要因素右图就是误码率和信噪比的关系曲线只要知道了TIA的等效输入噪声电流,应用此曲线就可推算出接收灵敏度4.4光接