光纤接入技术

关于光纤接入技术第一页，共四十页，2022年，8月28日第4章光纤接入技术本章教学重点简要介绍光纤介质的特点和优势介绍光接入网的结构、类型、应用模式等介绍两种典型的无源光网络APON和EPON本章要求熟悉光纤介质的特点，FTTX的含义掌握光接入网的结构、特点、关键技术（特别是测距）；APON与EPON的异同

接入网技术第二页，共四十页，2022年，8月28日第4章光纤接入技术4.1光纤的优势4.2光纤在接入网中的延伸4.3光接入网基础知识4.4无源光网络4.5APON4.6EPON接入网技术第三页，共四十页，2022年，8月28日4.1光纤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，不易盗听大多数运营商断言：未来理想的宽带接入网是基于光纤的网络接入网技术第四页，共四十页，2022年，8月28日4.2光纤在接入网中的延伸ONUOBD中心局ONUONUBuddingOBDOBD

FTTC

FTTB

FTTH

homeOLTOAN的应用示意图根据ONU位置，OAN可分为三种应用类型光纤到路边FTTC光纤到楼FTTB光纤到家/办公室FTTH/O接入网技术第五页，共四十页，2022年，8月28日光纤到路边FTTCFTTC：FiberToTheCurb/CabONU设在交接箱处用户到ONU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ONU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+CableModem技术ONUOBD中心局OLT光接入网接入网技术第六页，共四十页，2022年，8月28日光纤到楼FTTBFTTB：FiberToTheBuddingONU设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方用户到ONU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ONU为多个用户提供接入通常采用FTTB+Ethernet技术OBD中心局OLT光接入网ONUBuddingEthernet接入网技术第七页，共四十页，2022年，8月28日光纤到家/办公室FTTH/OFTTH：FiberToTheHomeONU直接放在用户家里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综上：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ONUhome接入网技术第八页，共四十页，2022年，8月28日4.3光接入网基础知识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接入网技术第九页，共四十页，2022年，8月28日光纤的工作窗口光纤的工作窗口（可用工作波长区）有三个：850nm窗口（780nm～850nm）1310nm窗口（1260nm～1360nm）1550nm窗口（1480nm～1580nm）三个工作区的使用情况850nm波长常用于多模光纤通信，未得到很好使用1310nm波长应用广泛，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接入网技术第十页，共四十页，2022年，8月28日光接入网的基本结构OAN：OpticalAccessNetwork，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接入网技术第十一页，共四十页，2022年，8月28日光接入网的基本结构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提出的光接入网的基本结构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)接入网技术第十二页，共四十页，2022年，8月28日光接入网的基本结构组成：光网络单元ONU（OpticalNetworkUnit）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（OpticalDistributionNetwork）为OLT和OUN之间提供光传输技术由光连接器和光分路器OBD(OpticalBranchingdevice)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（OpticalLineTerminal）提供与中心局设备的接口（光电转换、物理接口）提供与ODN的光接口分离不同的业务接入网技术第十三页，共四十页，2022年，8月28日光接入网的基本结构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）接入网技术第十四页，共四十页，2022年，8月28日光接入网的传输技术空分复用SDM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，成本高接入网技术第十五页，共四十页，2022年，8月28日t

A1

B1

N1

A1保护时间OLTOBD上行

A1

B1

N1ONUONUONU光接入网的传输技术时分复用TDM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OLT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接入网技术第十六页，共四十页，2022年，8月28日PD：光电检测器2

1NA1B1N1ONUONUONUOBD

1

N2上行WDMPDPDPD2

1NOLT光接入网的传输技术波分复用 WDM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、环境影响大）OLT设备复杂，成本高（每个波长都需光发射器和检测器）接入网技术第十七页，共四十页，2022年，8月28日光接入网的分类根据光分配网是采用有源或无源设备，OAN分：AON和PONAON：ActiveOpticalNetwork，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：PassiveOpticalNetwork，无源光网络APON、EPON和GPON接入网技术第十八页，共四十页，2022年，8月28日4.4无源光网络基本概念系统结构数据传输关键技术接入网技术第十九页，共四十页，2022年，8月28日PON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）接入网技术第二十页，共四十页，2022年，8月28日PON的系统结构OLTONU1ONU2ONUnPON用户用户用户OBD业务网络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接入网技术第二十一页，共四十页，2022年，8月28日PON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（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在指定时隙发送接入网技术第二十二页，共四十页，2022年，8月28日PON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、测距等接入网技术第二十三页，共四十页，2022年，8月28日PON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）技术接入网技术第二十四页，共四十页，2022年，8月28日测距技术

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，使各ONU到OLT的逻辑距离相等接入网技术第二十五页，共四十页，2022年，8月28日测距技术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ONUONU根据测距时间调整均衡时延接入网技术第二十六页，共四十页，2022年，8月28日快速比特传送技术测距精度有限，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，需采用其他技术突发信号的收发需要快速开启和关闭光电路，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接入网技术第二十七页，共四十页，2022年，8月28日搅码技术（扰码）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）技术接入网技术第二十八页，共四十页，2022年，8月28日4.5APONAPON：ATMPassiveopticalnetwork，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接入网技术第二十九页，共四十页，2022年，8月28日G.983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网技术第三十页，共四十页，2022年，8月28日APON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（用户数）当ONU大于32时，要求一个OLT提供多个ODN接口OLTODNONU1ONU2ONUnAPON（传输ATM信元流）ATM交换机用户用户用户OBD接入网技术第三十一页，共四十页，2022年，8月28日APON的数据传输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OLT同步信元的开始接入网技术第三十二页，共四十页，2022年，8月28日…PLOAM1ATM信元1ATM信元2ATM信元27PLOAM2ATM信元28ATM信元53PLOAM3…下行帧格式1帧=56个信元，每信元53字节……ATM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155.520Mb/s的帧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个信元APON的帧格式接入网技术第三十三页，共四十页，2022年，8月28日APON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2.488Gb/s，上行1.244Gb/s适配协议采用ITU-TG.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接入网技术第三十四页，共四十页，2022年，8月28日4.6EPONEPON：EthernetPassiveopticalnetwork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