信息与通信光纤接入技术课件

接入网技术第4章光纤接入技术接入网技术第4章光纤接入技术第4章光纤接入技术主要内容光纤介质的优势光接入网的结构、类型、应用模式等两种典型的无源光网络APON和EPON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的异同第4章光纤接入技术主要内容第4章光纤接入技术4.1引言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4.5APON4.6EPON4.7小结第4章光纤接入技术4.1引言4.1引言光纤接入前途无限用户业务量的日益增长业务种类的不断变化新业务的高性能要求需要与之适应的高性能接入技术从介质考虑，哪种介质能满足？光纤能满足4.1引言光纤接入前途无限用户业务量的日益增长业务种类的不4.1引言光纤的优越性高带宽、高数据率单波：10Gb/s,40Gb/s多波复用：可达Tb/s信号衰减很小，无中继传输距离远单段光传输距离：100~200km多段光传输距离：3000~4000km其他性能抗电磁干扰、保密性好安全性好，不易盗听……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”4.1引言光纤的优越性4.1引言光纤分类多模光纤MMF:Multi-ModeFiber常见规格：62.5/125μ、50/125μ系统价格低，传输距离短、容量相对小一些用于计算机网络的短距离传输单模光纤SMF:Single-ModeFiber常见规格：9.5/125μ系统价格较高，性能很高用于通信系统和高要求计算机网络4.1引言光纤分类4.1引言光接入网络在主干网上，光纤通信已经成为高性能的主流在接入网上，光纤通信前景光明，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典型例子：SDH环用于PSTN网的大客户用于接入大客户专门的光接入技术典型例子：EPON/EFM的技术开发用于高性能的多业务接入客户4.1引言光接入网络4.2光纤在接入网中的延伸在接入网中应用光纤，是逐渐从运营商向用户延伸的根据光纤深入用户的程度，有三种基本应用类型：光纤到路边FTTC光纤到楼FTTB光纤到家/办公室FTTH/OFTTx4.2光纤在接入网中的延伸在接入网中应用光纤，是逐渐从运营光纤到路边FTTCFTTC：FiberToTheCurb/Cab光纤到路边、光纤到配线箱ONUOBD中心局OLT光接入网设在交接箱处电话双绞铜线或同轴电缆特点：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+CableModem技术光纤到路边FTTCFTTC：FiberToTheC光纤到楼FTTBFTTB：FiberToTheBuilding光纤到大楼OBD中心局OLT光接入网ONUBuddingEthernet设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方用UTP5类线（或更高等级）特点：通常点到多点结构一个OUN为多个用户提供接入通常采用FTTB+Ethernet技术光纤到楼FTTBFTTB：FiberToTheBui光纤到家/办公室FTTH/OFTTH：FiberToTheHome/Office光纤到家（光纤入户、光纤到办公室）OBD中心局OLT光接入网ONUhome直接放在用户家里特点：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光纤到家/办公室FTTH/OFTTH：FiberToT4.3光接入网基础知识光纤的传输窗口光纤的传输性能，有几段性能好，成为传输窗口1310nm窗口（1260nm～1360nm）850nm窗口（780nm～850nm）1550nm窗口（1480nm～1580nm）常用于多模光纤通信未得到很好使用应用广泛主要用于提供2Mb/s及以下的业务用于异波长双工的下行通信以及宽带的新业务4.3光接入网基础知识光纤的传输窗口1310nm窗口（4.3光接入网基础知识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基本结构由ITU-TG.982定义4.3光接入网基础知识光接入网的基本结构光接入网的基本结构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)光接入网是G.902标准的一个典型实例光接入网的基本结构ITU-T提出的光接入网的基本结构接入网系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光接入网的基本结构组成：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）光接入网的基本结构光接入网的特点光接入网的传输技术空分复用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，成本高光接入网的传输技术空分复用SDMt

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tA1B1N1A1保护时间OLTOBD上行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用不同的光载波传输不同的信息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）PD：光电检测器21NA1B1N1ONUO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）是主干网技术的延伸SDH、PDH、ATM、……等等现通常是基于SDH的AON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：光接入网的分类PON：PassiveOpticalNetwork，无源光网络PON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、EPON和GPON光接入网的分类PON：PassiveOpticalNet4.4无源光网络基本概念系统结构数据传输关键技术4.4无源光网络基本概念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）PON的基本概念ODN全部由无源器件组成（无源光分路器等）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PON的系统结构OLTONU1ONU2ONUnPON用户用户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PON的数据传输下行：OLT向各ONU采用广播通信方式，传输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PON的数据传输PON的帧都是定时长帧，分上行帧和下行帧ONPON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PON的关键技术测距技术测距技术原因采用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初装联网时进行动态测距在数据传输过程中进行测距技术原因测距技术测距的基本原理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测距技术测距的基本原理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，引入搅码技术信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.9834.5APONAPON：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G.983基本特点基于ATM信元（ONU与OLT之间）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OBDAPON的系统结构接入的主干网为ATM网OLTODNONU1APON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APON的数据传输APON在PON上传送ATM信元3字节保障…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…PLOAMATMATMATMPLOAMATMATMPLOAAPON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APON的延续－GPON弱化ATM4.6EPONEPON的发展背景如下：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IEEE802.3ah：改换APON的MAC协议，使用以太帧4.6EPONEPON的发展背景如下：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，共享传输技术：上、下行均采用时分复用存在PON中同样的技术问题4.6EPONEPON：EthernetPassiveEPON的系统结构网络结构与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（传输以太帧流）Ethernet交换机用户用户用户OBDEPON的系统结构网络结构与APON相似，但：OLTODNOEPON的数据传输EPON承载可变长E